FI127144B

FI127144B - Compressor Engine Machine

Info

Publication number: FI127144B
Application number: FI20070481A
Authority: FI
Inventors: Peter Lauer
Original assignee: Man Diesel & Turbo Se
Priority date: 2006-09-02
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2017-12-15
Also published as: CN101135258A; KR20080020933A; CN101135258B; KR101375449B1; FI20070481A; FI20070481A0; JP2008057526A

Description

Ahdettu polttomoottorikoneSupercharged internal combustion engine

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen ahdinpolttomoottorikoneeseen.The invention relates to a supercharging engine machine according to the preamble of claim 1.

Julkaisusta DE 10 2004 031 281 A1 on tunnettu pakokaasuturboah-timella varustettu polttomoottorikone, jolloin pakokaasuturboahtimessa on turbiini ja ilmanpuristin. Pakokaasuturboahtimen turbiinissa lasketaan painetta poltto-moottorikoneen pakokaasuvirrassa, jolloin pakokaasuturboahtimen turbiini käyttää pakokaasuturboahtimen ilmanpuristinta näin polttomoottorikoneeseen syötettävän palamisilmavirran tiivistämiseksi. Tiivistetty palamisilmavirta jäähdytetään ennen polttomoottorikoneen sylinteriin syöttämistä ahtoilman jäähdytti-messä. Tiivistettyä ja jäähdytettyä palamisilmavirtaa nimitetään myös ahtoilmavir-raksi.DE 10 2004 031 281 A1 discloses a combustion engine machine with an exhaust turbocharger, the turbocharger having a turbine and an air press. The exhaust turbocharger turbine is depressurized in the exhaust stream of the combustion engine, whereby the exhaust turbocharger turbine uses an exhaust turbocharger air press to seal the combustion air flow to the combustion engine. The compacted combustion air stream is cooled before being fed to the cylinder of the internal combustion engine in the charge air cooler. The compressed and cooled combustion air stream is also called the compressed air stream.

Julkaisun DE 10 2004 031 281 A1 mukaisessa polttomoottoriko-neessa käytetään lisäksi kaasupumppuna muodostettua laitetta kampikammion tuuletuskaasun tiivistämiseksi, jolloin polttomoottorikoneen kampikammion tuu-letuskaasu on johdettavissa takaisin ja vielä sillä tavalla, että tiivistetty kampi-kammion tuuletuskaasu sekoitetaan ahtoilmajäähdyttimen suhteen vastavirtaan tiivistettyyn, jäähdyttämättömään palamisilmavirtaan. Täten on olemassa vaara ahtoilmajäähdyttimen likaantumisesta. Tästä lähtien esillä oleva keksintö perustuu ongelmaan luoda uudenlainen ahdinpolttomoottorikone. Tämä keksintö ratkaistaan patenttivaatimuksen 1 mukaisella polttomoottorikoneella.The combustion engine machine of DE 10 2004 031 281 A1 further utilizes a gas pumped device for compressing the crankcase ventilation gas, wherein the combustion gas of the combustion engine crankcase can be recycled and the compressed venting of the compressed crankcase cooling air is mixed with the compressed air. Thus, there is a risk of contamination of the charge air cooler. Henceforth, the present invention is based on the problem of creating a new type of supercharging engine. This invention is solved by an internal combustion engine machine according to claim 1.

Keksinnön mukaan laite kampikammion tuuletusilman puristamiseksi on muodostettu erillisenä kompressorina, jota käyttää käyttölaite, jolle on järjestetty säätölaite, jota on järjestetty siten, että se säätää käyttölaitetta ja kompressoria siten, että mitattu kampikammiopaine syötetään mittaussignaalin välityksellä säätölaitteelle, niin että mittaussignaalista, se tosiarvona, ja kampikammio-paineen ohjearvon tai ohjekäyrän perusteella tuotetaan säätösignaali kompressorin käyttölaitteen ohjaamiseksi siten, että kuormituksesta riippuen kampikammiopaine voi vaihdella ympäristön painetta alempana ja ylempänä olevan paineen välillä.According to the invention, the device for compressing the air in the crankcase is formed as a separate compressor used by a drive device provided with a control device arranged to adjust the drive device and the compressor so that the measured crankcase pressure is supplied via a measuring signal to the control device. based on a pressure setpoint or reference curve, a control signal is generated to control the compressor actuator so that, depending on the load, the crankcase pressure may vary between lower and higher ambient pressures.

Keksinnön mukaisessa polttomoottorikoneessa tiivistetty kampikammion tuuletuskaasu on johdettavissa takaisin myötävirtaan ahtoilmajäähdyttimen suhteen polttomoottorikoneeseen päin olevassa suunnassa, mistä seuraa, että keksinnön mukaisessa polttomoottorikoneessa tiivistetty kampikammion tuule-tuskaasu sekoitetaan tiivistettyyn ja jo jäähdytettyyn palamisilmavirtaan. Täten saavutetaan se, että ei ole vaaraa ahtoilmajäähdyttimen likaantumisesta. Keksinnön mukaisen polttomoottorikoneen lisäetuna on nähtävissä, että mahdollisesti kampikammion tuuletuskaasuun sisältynyttä öljyä voidaan käyttää polttomootto-rikoneeseen sovitettujen ahtoilman imuventtiilien sylintereiden voitelemiseksi.In the internal combustion engine of the invention, the compressed crankcase ventilation gas can be recycled downstream of the charge air cooler in the direction of the internal combustion engine, whereby the compressed combustion gas compressed in the internal combustion engine of the invention is mixed with the compressed air. This ensures that there is no risk of contamination of the charge air cooler. A further advantage of the internal combustion engine machine according to the invention is that oil possibly contained in the crankcase ventilation gas can be used to lubricate the cylinders of the charge air intake valves fitted to the internal combustion engine.

Keksinnön edulliset edelleenkehitykset ilmenevät epäitsenäisistä patenttivaatimuksista ja seuraavasta selostuksesta. Keksinnön suoritusesimerk-kejä selitetään lähemmin rajoittumatta niihin piirustuksen avulla. Tällöin esittää kuvio 1 keksinnön mukaisen ahdinpolttomoottorikoneen kaavamaistettua kuvausta keksinnön ensimmäisen suoritusesimerkin mukaan, kuvio 2 keksinnön mukaisen ahdinpolttomoottorikoneen kaavamaistettua kuvausta keksinnön toisen suoritusesimerkin mukaan ja kuvio 3 keksinnön mukaisen ahdinpolttomoottorikoneen kaavamaistettua kuvausta keksinnön kolmannen suoritusesimerkin mukaan.Preferred further developments of the invention will be apparent from the dependent claims and the following description. Embodiments of the invention will be described in more detail without being limited to the drawings. Figure 1 is a schematic representation of a supercharging engine machine according to the invention according to a first embodiment of the invention;

Seuraavassa keksintöä selostetaan viittaamalla kuvioihin 1 - 3 yksinkertaisesti pakokaasuturboahdettujen polttomoottorikoneiden esimerkissä. Viitattakoon siihen, että keksintö ei ole rajoittunut tällaisiin yksinkertaisesti pako-kaasuturboahdettuihin polttomoottorikoneisiin. Päinvastoin keksintö voi tulla käyttöön myös moninkertaisesti pakokaasuturboahdetuissa polttomoottorikoneissa, kompressoriahdetuissa polttomoottorikoneissa tai muulla tyypillä ja tavalla ahdetuissa polttomoottorikoneissa. Polttomoottorikoneissa kysymyksessä voivat olla dieselmoottorit, kaasutinmoottorit, HCCL-moottorit tai muut polttomoottorit.In the following, the invention will be described with reference to Figures 1-3, simply in the example of exhaust turbocharged internal combustion engines. It should be noted that the invention is not limited to such simply exhaust gas turbocharged internal combustion engine machines. On the contrary, the invention may also be embodied in multiple-turbocharged internal combustion engine engines, compressor-supercharged internal combustion engines or other types and types of supercharged internal combustion engines. Internal combustion engines can be diesel engines, carburettors, HCCL engines or other internal combustion engines.

Kuvio 1 esittää keksinnön ensimmäisen suoritusesimerkin kaavamaistettua kuvausta, jolloin polttomoottorikoneesta 10 lähtevä pakokaasuvirta 11 johdetaan pakokaasuturboahtimen turbiiniin 12 ja sen painetta alennetaan tässä. Pakokaasuturboahtimen 13 turbiini 12 käyttää tämän ilmanpuristinta 14, jolloin pakokaasuturboahtimen 13 ilmanpuristin 14 tiivistää polttomoottorikoneeseen 10 johdettavaa palamisilmavirtaa 15.Figure 1 shows a schematic illustration of a first embodiment of the invention, wherein the exhaust stream 11 from the internal combustion engine 10 is conducted to the turbine 12 of the exhaust gas turbine and its pressure is reduced here. The turbine 12 of the exhaust turbocharger 13 drives this air press 14, whereby the air press 14 of the exhaust turbocharger 13 compresses the combustion air flow 15 to the internal combustion engine 10.

Pakokaasuturboahtimen 13 ilmanpuristimessa 14 tiivistetty palamisil-mavirta 15 johdetaan ahtoilmajäähdyttimeen 16, joka jäähdyttää tiivistetyn pala-misilmavirran, niin että myötävirtaan ahtoilmajäähdyttimen 16 suhteen on tiivistetty ja jäähdytetty palamisilmavirta, jota nimitetään myös ahtoilmavirraksi 17.In the air compressor 14 of the exhaust turbocharger 13, the compressed combustion air stream 15 is led to a charge air cooler 16 which cools the compacted combustion air flow so that downstream of the charge air cooler 16, there is a compressed and cooled combustion air flow, also called a charge air flow.

Kuvion 1 mukaan keksinnön mukaisessa polttomoottorikoneessa 10 käytetään lisäilmanpuristinta 18, jota käytetään käyttölaitteella 19 ja joka toimii polttomoottorikoneen 10 kampikammiosta poistetun kampikammion tuuletuskaa-sun 20 tiivistämiseksi. Ilmanpuristimen 18 tiivistämä kampikammion tuuletus-kaasu 20 on tässä esillä olevan keksinnön mielessä sillä tavoin polttomoottori-koneeseen 10 päin olevassa suunnassa takaisin johdettavissa, että se johdetaan takaisin ahtoiImajäähdyttimen 16 suhteen myötävirtaan polttomoottorikonee-seen päin olevassa suunnassa ja tämän jälkeen johdetaan tiivistettyyn ja jäähdytettyyn palamisilmavirtaan 17.According to Figure 1, the internal combustion engine machine 10 according to the invention employs an additional air press 18 which is actuated by the actuator 19 and acts to seal the crankcase ventilation gas 20 removed from the crankcase of the internal combustion engine 10. The crankcase ventilation gas 20 compressed by the air press 18 is recirculated in the direction of the internal combustion engine 10 in the sense of the present invention in that it is recycled downstream of the supercharger cooler 16 and subsequently discharged to the combustion engine.

Kuvion 1 mukaan käyttölaitteeseen 19 on sovitettu säätölaite 21. Säätölaite 21 säätää käyttölaitetta 19 ja siten ilmanpuristinta 18 kampikammion tuu-letuskaasun 20 tiivistämiseksi sillä tavoin, että kuormituksesta riippuva kampikam-miopaine on edullisesti suunnilleen vakio ja edullisesti määritellyn määrän pienempi kuin polttomoottorikoneen ympäristön paine. Tämän lisäksi mitataan kampikammiopaine ja vastaava mittaussignaali 22 syötetään säätölaitteeseen 21, joka synnyttää kampikammiopaineen tästä mittasignaalista, joka vastaa paineen tosiarvoa, ja kampikammiopainetta varten olevan talletetun ohjearvon perusteella säätösignaalin 23 ilmanpuristimen 18 käyttölaitteen 19 ohjaamiseksi. Edullisesti ilmanpuristinta 18 käytetään kampikammion tuuletuskaasun 20 tiivistämiseksi sillä tavoin käyttölaitteella 19, että kampikammiopaine on suunnilleen 1 millibarin polttomoottorikoneen 10 ympäristön paineen alapuolella.According to Fig. 1, the actuator 19 is fitted with a regulator 21. The actuator 21 adjusts the actuator 19 and thereby the air press 18 to seal the crankcase breather gas 20 such that the load-dependent crankcase pressure is preferably approximately constant and preferably a predetermined amount. In addition, the crankcase pressure is measured and the corresponding measurement signal 22 is supplied to the control device 21 which generates the crankcase pressure from this measurement signal corresponding to the actual pressure and a control signal 23 for controlling the actuator drive actuator 19 based on the crankcase pressure. Preferably, the air press 18 is used to compress the crankcase ventilation gas 20 by the actuator 19 such that the crankcase pressure is approximately 1 millibar below the ambient pressure of the internal combustion engine machine 10.

Kuormituksesta riippuva kampikammiopaine voi olla myös suurempi kuin polttomoottorikoneen ympäristön paine. Lisäksi kuormituksesta riippuvan kampikammiopaineen ei ole pakko olla vakio. Päinvastoin tämä voi olla muuttuva ja sitä voidaan säätää esim. ohjekäyrällä.The load-dependent crankcase pressure may also be higher than the ambient pressure of the internal combustion engine. In addition, the load-dependent crankcase pressure need not be constant. On the contrary, this can be variable and can be adjusted eg with a reference curve.

Kuvion 1 mukaan ilmanpuristimen 18 tiivistämä kampikammion tuule-tuskaasu 20 on johdettavissa takaiskuventtiilinä muodostetun sulkulaitteen 24 kautta polttomoottorikoneeseen 10 päin olevassa suunnassa. Takaiskuventtiilinä 24 muodostettu sulkulaite estää ahtoilman ylivirtaamisen ilmanpuristimeen 18 päin olevassa suunnassa, kuitenkin mahdollistaa tiivistetyn kammionkammion tuuletuskaasun virtaamisen ahtoilmaan 17.According to Figure 1, the crankcase venting gas 20 compressed by the air press 18 is conveyed through a shut-off valve 24 formed in the form of a non-return valve in the direction facing the combustion engine machine 10. The shut-off device formed as a non-return valve 24 prevents overflow of charge air in the direction facing the air press 18, however, allowing the sealed chamber chamber ventilation gas to flow into the charge air 17.

Erillinen ilmanpuristin 18 kampikammion tuuletuskaasun tiivistämiseksi voi olla toteutettu ruuvikompressorina tai myös mäntäkompressorina tai pumppuna ja on likaantumisen sekä koksaantumisen suhteen selvästi vastustuskykyi-sempi kuin pakokaasuturboahtimen 13 ilmanpuristin 14. Tässä esillä olevan keksinnön edullisen edelleenkehityksen mukaan keksinnön mukainen polttomoottorikone käsittää lisäksi öljynerottimen kampikam-mion tuuletuskaasusta öljyn tai öljysumun erottamiseksi. Tätä esittävät kuviot 2 ja 3, jolloin kuvioissa 2 ja 3 käytetään tarpeettomien toistamisten välttämiseksi samoille osarakenteille samoja viitenumerolta kuin kuviossa 1. Seuraavassa käsitellään kuvioiden 2 ja 3 suhteen vain sellaisia yksityiskohtia, joilla kuvioiden 2 ja 3 suoritusesimerkit eroavat kuvion 1 suoritusesi-merkistä. Kaikkien muiden yksityiskohtien suhteen viitataan kuvion 1 suoritus-esimerkin rakenteisiin.A separate air press 18 for compressing the vent gas of the crankcase may be implemented as a screw compressor or also as a piston compressor or pump and is more resistant to contamination and coking than the air press 14 of the exhaust turbocharger 13. to remove oil mist. This is illustrated in Figures 2 and 3, in which Figures 2 and 3 use the same reference numerals as Fig. 1 for the same sub-structures, to avoid unnecessary repetitions, with reference to Figures 2 and 3 only where the embodiments of Figures 2 and 3 differ from For all other details, reference is made to the structures of the embodiment of Figure 1.

Niinpä kuvion 2 suoritusesimerkissä polttomoottorikoneeseen 10 on sovitettu öljynerotin 25, joka on sovitettu vastavirtaan kampikammion tuuletuskaa-sun 20 tiivistämiseksi olevan ilmanpuristimen 18 suhteen. Kuvion 2 mukaan kampikammion tuuletuskaasu 20 johdetaan siis ennen ilmanpuristimessa 18 tiivistämistä öljynerottimen 25 läpi, jolloin öljynerottimessa 25 erotettu öljy 26 joko hävitetään tai johdetaan takaisin polttomoottorikoneen öljykiertoon.Thus, in the exemplary embodiment of Figure 2, an oil separator 25 is provided on the internal combustion engine machine 10 which is arranged upstream of the air press 18 for sealing the crankcase ventilation gas 20. Thus, according to Figure 2, the crankcase ventilation gas 20 is passed through an oil separator 25 before being sealed in an air press 18, whereby the oil 26 separated in the oil separator 25 is either discarded or recycled to the oil circuit of the internal combustion engine.

Kuvion 3 suoritusesimerkissä öljynerotin 25 on sijoitettu myötävirtaan kampikammion tuuletuskaasun 20 tiivistämiseksi olevan ilmanpuristimen 18 suhteen, mistä seuraa, että kampikammion tuuletuskaasu 20 syötetään vasta ilmanpuristimessa 18 tiivistämisen jälkeen öljynerottimen 25 läpi. Myös kuvion 3 suoritusesimerkissä öljynerottimessa 25 erotettu öljy 26 on joko johdettavissa takaisin polttomoottorikoneen öljykiertoon tai vaihtoehtoisesti erotettu öljy 26 hävitetään.In the exemplary embodiment of Figure 3, the oil separator 25 is disposed downstream of the air press 18 for compressing the crankcase venting gas 20, whereby the crankcase venting gas 20 is only introduced into the air press 18 after being sealed through the oil separator 25. Also, in the embodiment of Figure 3, the oil 26 extracted in the oil separator 25 can either be recycled to the oil circuit of the internal combustion engine or alternatively the separated oil 26 is discarded.

Kuvioiden 2 ja 3 suoritusesimerkkien öljynerottimet 25 voi olla toteutettu keskipakoerottimena tai sähköerottimena tai diffuusioerottimena. Keskipa-koerottimina voi tulla käyttöön linko, yhdensuuntaiserotin, lautaserotin tai sykloni. Diffuusioerottimena voi tulla käyttöön pakkasuodatin, kuitusuodatin, virtaussuo-datin tai lankasuodatin. Sähköerottimena voi tulla käyttöön sähkösuodatin. Samoin voidaan käyttää öljynerottimia, jotka yhdistävät keskipakoerottamisen, säh-köerottamisen ja diffuusioerottamisen keskenään.The oil separators 25 of the embodiments of Figures 2 and 3 may be implemented as a centrifugal separator or an electric separator or a diffusion separator. Centrifugal separators may include a centrifuge, a parallel separator, a disc separator, or a cyclone. An anti-freeze filter, a fiber filter, a flow filter or a wire filter can be used as the diffusion separator. An electric filter can be used as an electrical separator. Similarly, oil separators can be used which combine centrifugal separation, electrical separation and diffusion separation.

Claims

An internal combustion engine comprising a device for compressing the combustion air stream supplied to the cylinders of the internal combustion engine and thereby charging it, a charge air cooler which cools the compressed combustion air stream, and a compressed air combustion gas combustion engine, after the charge air cooler (16) it is led to the compressed and cooled combustion air stream, ie. the charge air stream (17), characterized in that the device for compressing the crankcase air's air has been formed as a separate compressor (18), which is driven by a drive (19) for which a control device (21) is arranged, which is arranged on such a means that it controls the drive (19) and compressor (18) in such a way that the measured crankcase pressure is supplied via a measuring signal (22) to the control device (21) so that from the measurement signal (22), with it as the real value, and from the crankcase pressure. guideline value or norm curve, a control signal (23) is produced for controlling the compressor (19) of the compressor (18) so that, depending on the load, the crankcase pressure can vary between a pressure lower or higher than the ambient pressure.

An internal combustion engine as claimed in claim 1, characterized by a locking device (24) which prevents overflow of charge air (17) in the direction of the compressor (18) for compressing the crankcase's gas, but which allows flow of compressed air gas from crankcase ( 17).

An internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that an oil separator (25) for separating oil from the air gas before compression has been arranged before the compressor (18) for compressing the crankcase's gas.

An internal combustion engine according to claim 1 or 3, characterized in that an oil separator (25) for separating oil from the air gas after compression has been arranged in relation to the compressor (18) for compressing the crankcase's gas.

An internal combustion engine according to any one of claims 1-4, characterized in that the device for compressing or charging the combustion air stream which is fed to the cylinders of the internal combustion engine is formed as an exhaust turbocharger comprising a turbine or compressor, where and wherein the exhaust turbocharger compressor is powered by the turbine and the compressor compresses the combustion air stream.

An internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the device for compressing or loading the combustion air stream which is fed to the cylinders of the internal combustion engine is formed as a compressor.