SE518687C2 - Sätt att styra laddtrycket vid turboladdad förbränningsmotor samt dylik motor - Google Patents

Description

finn» »alfa n; 30 518 687 . = 2 Redogörelse för uppfmningen Dessa syften uppnås dels med hjälp av ett sätt som givits de i patentkrav 1 angivna särdragen och dels med hjälp av en förbränningsmotor som givits de i patentkrav 6 angivna särdragen.

Genom att utnyttja den i och för sig kända principen för delad avgasperiod enligt patentskriflen GB 2 185 286, där avgasflödet med hjälp av dubbla avgasventiler de- las upp i två olika flöden med ett flöde till avgasturbinen och ett flöde förbi avgas- turbinen, och under drift förändra proportionerna mellan dessa båda flöden blir det möjligt att utan hjälp av en wastegate-ventil i avgasturbinen förändra och begränsa laddtrycket i motom. Detta uppnås lämpligen genom att ändra öppethållandet för den avgasventil som styr ett flöde förbi avgasturbinen. Genom att öka detta avgas- flöde kan avgasflödet genom avgasturbinen minskas, med åtföljande sänkning av laddtrycket i motom.

Ytterligare fördelar och särdrag hos uppfinningen framgår av efterföljande beskriv- ning och patentkrav.

Uppfmningen förklaras i det följande närmare med hjälp av ett på bifogade ritning visat utföringsexempel.

Figu_rbeskrivning På ritningen visar fig.1 en förbränningsmotor enlilgt uppfinningen, och fig.2 öppningsförhållandet mellan två avgasventiler i en cylinder vid olika drift- situationer.

F, 25 :roar »urin >~»ia 518 687 3 Beskrivning av utföringsexempel Fig.1 visar schematiskt en såsom Otto-motor utförd flercylindrig förbrânningsmotor 1 enligt uppfinningen. Motorns cylindrar har vardera åtminstone två avgasventiler 2 och 3. Från cylindrarnas första avgasventiler 2 leds avgaser ut till en för cylindrama gemensam, första avgassarnlare 4. Från cylindrarnas andra avgasventiler 3 leds av- gaser ut till en för cylindrama gemensam andra avgassarnlare 5. Den första avgas- samlaren 4 står i förbindelse med en första katalysator 6 via en första avgasledning 7, och den andra avgassarnlaren 5 är ansluten till den första katalysatorn 6 via en andra avgasledning 8, som här innehåller en andra katalysator 9. Nedströms om ka- talysatom 6 finns på sedvanligt sätt en eller flera ljuddämpare (ej visade).

Motorn 1 är vidare utrustad för överladdning med hjälp av en avgasdriven turbo- kompressor 10 (eller ”turboladdare”) vars turbin ll är inkopplad i den första avgas- ledningen 7 och således matas från den första avgassamlaren 4 och de första avgas- ventilerna 2. En av turbinen ll driven kompressor 12 förser motorn med laddluft som eventuellt kyls i en kylare 13. Denna laddluft matas på konventionellt sätt in i varje cylinder via en eller flera inmatningsventiler 14 (ej visat i detalj).

Den här beskrivna motorn 1 har således ett delat avgasflöde enligt den princip som beskrivits i den angivna patentskriften GB 2 185 286. Samverkan mellan de två av- gasventilema 2 och 3 i varje cylinder visas i diagramform i fig.2. Den horisontella axeln representerar motorns vevaxelvinkel CA, medan den vertikala axeln repre- senterar storleken på ventillyftet VL. Den normala rörelsen för de båda avgasventi- lerna visas med kurvor 2,3 med heldragna linjer. Såsom framgår är de båda avgas- ventilema 2 och 3 öppna med en viss inbördes förskjutning under kolvens avgasslag mellan ett undre dödläge A och ett övre dödläge B. Den första avgasventilen 2 öpp- nar innan kolven nått sitt undre dödläge A och stänger innan kolven nått sitt övre dödläge B. Den andra avgasventilen 3 däremot öppnar enligt det med heldragen linje visade normalfallet inte förrän kolven har passerat sitt undre dödläge A och förblir öppen en period efter det att kolven passerat sitt övre dödläge B.

VZ* 25 upon: »ruin roll» 518 687 4 Enligt uppfinningen kan öppethållandet för den andra avgasventilen 3 ändras på ett sådant sätt att den vid behov öppnar tidigare och mer än i det med heldragen linje visade normalfallet. Exempel på sådant ändrat öppethållande visas med kurvorna 3 ', 3 " och 3 " ', ritade med streckprickade linjer, varvid kurvoma i tur och ordning visar ett allt större öppethållande. Genom att på detta sätt öka öppethållandet för den andra avgasventilen 3 kan en ökande mängd av avgaserna från motorn ledas förbi turbinen ll, med resultat att dennas effekt sänks och en mindre mängd luft matas in i motom med hjälp av kompressorn 12. Detta leder i sin tur till att laddtrycket i motorn kan regleras till en önskad nivå genom lärnpligt val av öppethållande för den andra avgasventilen 3. Härigenom blir det möjligt att reglera laddtrycket utan an- vändning av en tidigare bruklig wastegate-ventil vid turbinen. Ändring av rörelsen för den andra avgasventilen 3 kan ske på ett antal olika sätt, alltefter behov och önskemål. En möjlighet är t.ex. att utnyttja variabel geometn' på en för avgasventilema avsedd kamaxel. En annan möjlighet är att använda elektro- mekaniskt arbetande ventiltryckare som på elektrisk väg kan styras efter behov.

Eventuellt kan dessa lösningar kombineras eller ersättas med andra, för fackrnannen tillgängliga lösningar, allt inom uppfmningens ram.

Utöver den här visade lösningen med tidigareläggande av den andra avgasventilens 3 öppnande är det också tänkbart att variera stängningen för den forsta avgasventilen 2. Eventuellt kan dessa lösningar kombineras. Härvid kan en liknande teknik använ- das för att påverka den första avgasventilen 2 som för den andra avgasventilen 3.

Det är således enligt uppfinningen fråga om att reglera de båda avgasventilemas 2,3 öppethållande inbördes så att avgasflödet genom avgasturbinen anpassas till ett vär- de som ger önskat laddtryck i motom.

Det blir av olika skäl allt vanligare att vid högt effektuttag driva motorer med allt mindre bränsleöverskott, med resultat att hög avgastemperatur uppnås. Genom den enligt uppfinningen föreslagna lösningen elimineras svårigheten att ordna god kyl- s »oral a o 1»|;| »vara 518 687 o. a.. ning av en för allt högre avgastemperaturer utsatt wastegate-ventil vid turbinen. I stället kan god kyhiing av den första avgasventilen 2 säkerställas genom lämplig ut- formning av vattenkylkanaler kring denna ventil i motorn.

Den andra katalysatom 9 är lärnpligen placerad nära motorn och är avsedd för ett begränsat avgasflöde. Vid motorstart hålls lämpligen den första avgasventilen 2 stängd under en kort period för att låta alla avgaser passera igenom den andra kata- lysatom 9 och värma upp denna snabbt och därigenom få en effektiv avgasrening.

För att enligt uppfinningen kunna ta emot en ökad avgasmängd vid hög belastning på motorn behöver den andra katalysatom 9 ha en för ett sådant ökat avgasflöde av- passad storlek.

Uppfmningen kan naturligtvis också tillämpas vid ett utförande där det inte finns en andra katalysator 9.

Claims (10)

»ruun »axon >.»-n 10 15 20 25 30 518 687 6 Patentkrav:

1. Sätt att styra laddtrycket vid en till en forbränningsmotor ansluten avgasdriven turbokompressor (10), där motorn har flera cylindrar och ett delat avgasflöde samt har åtminstone två avgasventiler (2,3) och en inmatningsventil (14) per cylinder, nämligen en första avgasventil (2) som via en forsta avgassamlare (4) är förbunden med turbokompressorns avgasdrivna turbin (11), och en andra avgasventil (3) som via en andra avgassarnlare (5) är förbunden med motoms avgassystem nedströms om avgasturbinen, kännetecknat av att avgasventilernas (2,3) öppethållande varie- ras inbördes för att anpassa avgasflödet genom avgasturbinen (11) till ett värde som ger önskat laddtryck i motorn.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att den andra avgasventilen (3) öppnas allt tidigare ju lägre laddtryck som önskas.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att ventillyftet hos den andra avgas- ventilen (3) görs större ju tidigare den öppnar.

4. Sätt enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att den andra avgasventilen (3) stängs vid samma tidpunkt oberoende av önskat laddtryck.

5. Sätt enligt något av kraven 1-4, kännetecknat av att den forsta avgasventilen (2) öppnar och stänger på samma sätt oberoende av önskat laddtryck.

6. Förbränningsmotor med flera cylindrar och med delat avgasflöde, försedd med åtminstone två avgasventiler (2,3) och en inmatningsventil (14) per cylinder, nämli- gen en första avgasventil (2) som via en första avgassamlare (4) är förbunden med inloppet på en avgasdriven turbin (11) i en turbokompressor (10) for överladdning av motorn, och en andra avgasventil (3) som via en andra avgassamlare (5) är för- bunden med motorns avgassystem nedströms om avgasturbinen (11), kännetecknad :avva n|,»n I | . » .i 10 15 518 687 7 av att avgasventilema (2,3) är utförda med ett inbördes variabelt öppethållande för att kunna anpassa avgasflödet genom avgasturbinen till ett värde som ger önskat laddtryck i motorn.

7. Förbränningsmotor enligt krav 6, kännetecknad av att endast den andra avgas- ventilen (3) har ett variabelt öppethållande och är anordnad att för ett högre ladd- tryck ha ett mindre öppethållande än för ett lägre laddtryck.

8. Förbränningsmotor enligt krav 6 eller 7, kännetecknad av att den andra avgas- ventilen (3) är anordnad att för minskande laddtryck öppna allt tidigare.

9. Förbränningsmotor enligt något av kraven 6-8, kännetecknad av att den andra avgasventilen (3) är anordnad att för minskande laddtryck ha en ökande lyftrörelse.

10. Förbränningsmotor enligt något av kraven 6-9, kännetecknad av att den andra avgasventilen (3) har en stängningspunkt som är oförändrad för olika ladddtryck.