SE510714C2 - Turboladdad förbränningsmotor - Google Patents

Description

IQ L!! 510 714 2 hastigheten, som avgasstrålcn träffar turbinhjulet med, är matematiskt kopplade och stiger den ena så stiger även den andra. Kvoten mellan turbinhjulets periferihastig- het och avgasstrålens hastighet avgör turbinverkriingsgraden och om uyckförhâllan- det varierar för mycket uppstår stora variationer i verlcningsgradskurvan, vilket får till följd att medelverkningsgraden sjunker. Då ökar avgasmottrycket för givet laddtryck och uttagbar eñekt sjunker, eftersom purnparbetet ökar. De högre trycken som uppdelningen ger under avgasfasen medverkar även till att öka pumparbetet.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en turboladdad förbrännings- motor av i inledningen angivet slag, som har ”twin-entry” turbinmotoms goda låg- varvsegenskaper men saknar dess sämre högvarvsegenskaper.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att turbinhuset är försett med en ventil- anordning, som innefattar ett ventilelement, vilket är irrställbart i ett första läge, i vilket avgasströmmarna från de två avgasgrenledningsgrupperna leds åtskilda m i det inre av turbinhuset, och ett andra läge, i vilket avgasströmmarna från de två av- gas grenledningsgrupperna tillåts blanda sig med varandra före inträdet i det inre av turbinhuset.

I det andra läget upphävs uppdelningen av avgasströmmen i två från varandra skilda strömmar genom kortslutning mellan kanalema till turbinhusets inre, så att en enda blandad avgasstråle från de bägge grenledningsgrupperna träffar turbinhjulet.

Genom att genomföra kortslutning på högvarv elimineras ”twin-entry” turbinens sämre högvarvsegenskaper och motorn arbetar då på högvarv som en ”single-entry” turbinmotor.

I en vidareutveckling av motom enligt uppfinningen har ventilanordningen ett ut- lopp till en shuntledning, som mynnar i en avgasledning på turbinhusets nedströms- sida, och ventilelementet är inställbart i ett tredje läge, i vilket avgasema från de två avgasgrenledningarna kan strömma genom shuntledningen till avgasledningen på Un l\) Un h.) 510 714 turbinhusets nedströmssida utan att passera turbinhuset. På detta sätt åstadkommes en ventilanordning, som är både kortslumingsventil och s k ”waste-gate” ventil.

Uppfmningen beskrivs närmare med hänvisning till på bifogade ritningar visade ut- föringsexempel, där fig. 1 visar ett schema över en motor enligt uppfinningen och ñg. 2 ett tvärsnitt genom en utföringsform av en kombinerad kortslutnings- och shuntventil (”waste-gate” ventil).

Den i fig. 1 visade motorn, som kan vara en ottomotor eller dieselmotor, har fyra cylindrar 1, 2, 3 och 4, vars avgasutblås mynnar i fyra avgasgrenledningar 5, 6, 7 och 8, av vilka grenledningama 5 och 8 resp 6 och 7 är samrnanförda parvis.

Respektive grenledningspar 5, 8 och 6, 7 mynnar i varsin inloppskanal 9. 10 (se fig. 2) till det inre av turbinhuset 11 hos en turbokompressor, som har en turbindel 1 av s k ”twin-entry” typ, vilken driver en kompressordel 13, som matar insugningsluft till motorns insugningsgrenrör 14. Turbinhuset 11 har ett utlopp 15, som är anslutet till en avgasledning 16, vilken myrmar i en katalytisk avgasrenare 17. Mellan turbin- husets 11 inloppssida och avgasledningen 16 på turbinhusets utloppssida sträcker sig en shuntledning 18. Avgassströmmen genom shuntledningen 18 regleras av en i turbinhuset 11 upptagen ventilanordning 20, som visas närmare i fig. 2.

Såsom framgår av fig. 2 är inloppet till turbinhuset 11 delat av en mellanvägg 21, så att två kanaler 9, 10 bildas, som mynnar i en kammare med ett turbinhjul (inte visa- de). Över en del av sin längd är mellanväggen 21 lägre än kanalemas 9, 10 sidoväg- gar 22, 23 och dess övre yta 24 bildar säte för ändytan 25 på en ventilslid 26, såsom visas med heldragna linjer i fig. 2. Ventilslidens utsträckning i kanalernas 9, 10 längdriktning motsvarar längden av mellanväggens lägre parti, vilket innebär att Ventilsliden i det med heldragna linjer visade läget separerar kanalema fiån var- andra, så att turbinhjulet träffas av två fi-ån varandra skilda avgasstrålar. Turbinen fimgerar i detta läge som en s k ”twin-entry” turbin. Ventilsliden 26 är via en ventilspindel 27 förbunden med ett pneumatiskt, hydrauliskt eller elektromagnetiskt 510 714 4 manövrerat manöverdon 28, som företrädesvis är styrt via motorns mikroprocessor- baserade i och för sig kända styrelektronjk (inte visad).

Ventilsliden 26 är med hjälp av manöverdonet 28 förskjutbar från det heldragia lä- get till ett nedre med punkt-streckade linjer visat läge, i vilket avgaser i de två kana- lerna 9, 10 kan blandas med varandra före inloppet i kammaren med turbinhjulet så- som antyds med pilarna ”a”. I detta läge fungerar turbinen som en ”single-entry” turbin. Ventilsliden 26 är inställbar i ett ytterligare läge, som visas med övre punkt- streckade linjer, i vilket avgaser från kanalema 9, 10 kan strömma ut genom shunt- ledningen 18 till turbinens nedströmssida såsom antyds med pilarna ”b” I detta läge fimgerar ventilanordningen som en s k ”waste-gate”ventil, som aktiveras av motorns styrelektronik när maximalt laddtryck har- uppnåtts.

Genom att integrera den nya kortslutningsftmktionen och den konventionella shunt- funktionen i en och samma ventil begränsas kostnaden för kortslumingsfimktionen.

Dessutom elimineras behovet av extra utrymme för ytterligare ventilorgan.

Uppfinningen har ovan beskrivits med hänvisning till en utföringsform, vid vilken kanalema 9, 10 mynnar i ett gemensarnt turbinhus, dvs huset till en s k ”twin-entry” turbin. Vid en annan inte visad utföringsforrn kan inom ramen för uppfinningen kanalema 9, 10 mynna i var sitt turbínhus. Motorn är då en s k biturbomotor, dvs den har två separata turbokompressoraggregat. I en biturbomotor med en motsva- rande ventilanordning 20 mellan de parvis sammanförda grenledningarna och inlop- pen i resp turbinhus uppnås samma ftmktion som i den beskrivna motorn med en twin-entry turbin.

Claims (6)

10 20 5 510 714 Patentkrav

1. Turboladdad förbränningsmotor med minst fyra cylindrar (1-4) och ett avgasgren- rör, som uppvisar en avgasgrenledning (5-8) från varje cylinder, varvid avgasgren- ledningarna är sammanförda i två grupper (5,8 resp 6,7), som myrmar i varsitt in- lopp till två från varandra skilda kanaler (9,10), vilka var och en mynnar i ett turbin- hus (11), kännetecknad av att kanalerna (9, 10) är försedda med en ventilanordning (20), som innefattar ett ventilelement (26), vilket är inställbart i ett första läge, i vil- ket avgassnömmama fiån de två grenledningsgrupperna (5,8 resp 6,7) leds åtskilda in i det inre av sitt turbinhus, och ett andra läge, i vilket avgasströmmarna från de två grenlednjrigsgrupperna tillåts blanda sig med varandra före inträdet i det inre av tiirbinhuset.

2. F örbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att kanalerna (9,10) mynnar i det inre av två från varandra skilda turbinhus.

3. Förbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att kanalerna (9,10) mynnar i det inre av ett gemensamt turbinhus (11).

4. Förbränningsmotor enligt laav 3, kännetecknad av att ventilanordningen (20) har ett utlopp till en shuntledning (18), som mynnar i en avgasledning (16) på turbinhu- sets (l 1) nedströmssida, och att ventilelementet (26) är inställbart i ett tredje läge, i vilket avgaser från de två avgasgrenledningarna (5,8 resp 6,7) kan strömma genom shuntledningen till avgasledningen på turbinhusets nedströmssida utan att passera turbinhuset.

5. Förbränningsrnotor enligt krav 4, kännetecknad av att venti1anordningen(20) är en slidventil med en linjärt rörlig ventilslid (26), vilken är förbunden med en av ett kraftpåverkat organ (28) rörlig manöverstång (27). 510 714 e

6. Förbränningsmotor enligt något av kraven 3-5, kännetecknad av att den har fyra cylindrar (1-4) och att ettans (1) och fyrans (4) cylindrars avgasgrenledningar myn- nar i turbinhusets ena kanal (9) och tvåans (2) och treans (3) cylindrars avgasgren- ledningar (6,7) i turbinhuses andra kanal (10).