SE435414B

SE435414B - DEVICE FOR CHARGING A COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: SE435414B
Application number: SE7711878A
Authority: SE
Inventors: F-S Bhinder
Original assignee: Kuehnle Kopp Kausch Ag
Priority date: 1976-10-22
Filing date: 1977-10-21
Publication date: 1984-09-24
Also published as: FR2368608B1; GB1557388A; FR2368608A1; DE2647836A1; SE7711878L; DE2647836C3; DE2647836B2

Description

Zz- lífà21lá'iÉt.9 a-*f4 ' 2 _ H -, , mera laddningsluft, vilken som nämnts inte genast står till förfo- gande. Följden blir att motorn ökar sitt varvtal endast långsamt från det nedre varvtalsområdet, varvid tidvis brist på luft kan uppstå för förbränningsprocessen, vilket inte bara innebär ett då- ligt utnyttjande av bränslet utan även bidrar till ökad miljöför- störing. Bristen pâ luft yttrar sig vid dieselmotorer i oförbrända fastämnen i avgaserna och därmed svart avgasrök och vid Otto-motorer i ökaåe Co- och CH-halter i avgaserna. Således föreligger den allmänna problemställningen att förbättra accelerationsförhållandena i upp- laddade förbränningsmotorer, att undvika ofullständig förbränning vid accelerationer och att reducera den specifika bränsleförbruk- ningen vid accelerationer. Zz- lífà21lá'iÉt.9 a- * f4 '2 _ H -,, more charge air, which, as mentioned, is not immediately available gande. As a result, the engine increases its speed only slowly from the lower speed range, whereby occasional lack of air can arise for the combustion process, which does not only mean a utilization of the fuel but also contributes to increased environmental disturbance. The lack of air manifests itself in diesel engines in unburned solids in the exhaust gases and thus black exhaust fumes and in Otto engines in increase Co and CH levels in the exhaust gases. Thus, the general the problem of improving the acceleration conditions in charged internal combustion engines, to avoid incomplete combustion accelerations and to reduce the specific fuel consumption acceleration.

Vid en känd anordning av den i inledningen angivna typen med ställorgan respektive fyrvägsventil har denna redan en utblåsnings- öppning,(franska patentskriften 2 lll 502). Därmed finns det möj- lighet till utblåsning vid toppbelastning, som inte går över tur- binen. Utblåsningen vid toppbelastning skyddar motorn mot för höga tändtryck och turbinen mot för hög temperatur. För styrningen av ställorganet anges endast att lufttillförseln skall regleras efter motorns varvtal. Därmed finns ingen automatisk inställning av olika anslutningar. ' 7 I västtyska Offenlegungsschrift 22 12 960 utgår man likaså från problemet att för lite laddningsluft matas vid acceleration. För att lösa detta problem finns det i det kända fallet två ledningar, som sträcker sig till motorns inloppsledning, en sugledning, vilken tjänar till driften under fullastkurvan, och en tryckledning, som sträcker sig från kompressorn till motorn. Dessutom kräver den kända anordningen två turbiner. Grenledningen mellan shuntventilen och den första turbinen leder en del av laddningsluften till den första turbinens inlopp, dvs parallellt med motorn. Denna grenledníng manövreras medelst spjäll på sin inlopps- och utloppssida av gas- pedalen respektive bränsleregulatorn. I detta kända fallet finns det för denna tvångsstyrning ett mycket omfattande länksystem.In a known device of the type specified in the introduction with actuator and four-way valve, respectively, this already has an exhaust opening, (French patent specification 2 lll 502). Thus, there are capacity for exhaust at peak load, which does not exceed the binen. The exhaust at peak load protects the engine from overheating ignition pressure and the turbine against too high a temperature. For the control of the switching device only states that the air supply shall be regulated according to engine speed. Thus, there is no automatic setting of different connections. '7 The West German Offenlegungsschrift 22 12 960 is also based on the problem that too little charge air is supplied during acceleration. For to solve this problem there are in the known case two wires, extending to the engine inlet line, a suction line, which serves for operation under the full load curve, and a pressure line, which extends from the compressor to the engine. In addition, it requires known the device two turbines. The branch line between the shunt valve and the first turbine conducts some of the charge air to the first the turbine inlet, ie parallel to the engine. This branch line maneuvered by means of dampers on its inlet and outlet side of the gas the pedal and the fuel regulator respectively. In this known case there is there is a very comprehensive linkage system for this forced control.

För att förbättra accelerationsförhållandena hos uppladdade för- bränningsmotorer är det också känt att göra turbintvärsnittet mycket litet, så att man redan vid små avgasmängder uppnår ett högt laddar- varvtal (DT-OS 1 751 545). I detta kända fallet blir vid stor motor- belastning laddarvarvtalet för högt, laddningstrycken för stora och kan laddaren skadas. För förbättring inbyggs på kompressorsidan i laddningsluftledningen (DT-PS 2 328 494) eller på turbindsidan i 3 7?11e7s=i färskgasledningen (DT-OS 2 362 133) utblåsningsventiler. Bortsett från att även vid underdimensionering av turboladdaren denna acce- lererar först när mera avgaser står till förfogande - således brist på luft råder om än under korta perioder - slösas vid regleringen av utblåsningen energi och kan vad gäller färskgasutblåsningen även den av avgasernas halt av föroreningar, särskilt kemiskt aggresiva beståndsdelar, beroende driftsäkerheten hos avgasventilen ifråga- sättas.In order to improve the acceleration conditions of charged combustion engines, it is also known to make the turbine cross section a lot small, so that even at small exhaust volumes a high charge is achieved speed (DT-OS 1 751 545). In this known case, at large motor load the charging speed too high, the charging pressures too large and the charger may be damaged. For improvement built into the compressor side in the charging air line (DT-PS 2 328 494) or on the turbine side i 3 7? 11e7s = i the fresh gas line (DT-OS 2 362 133) exhaust valves. Except from the fact that even when the turbocharger is undersized, this clay only when more exhaust gases are available - thus shortage on air prevails even for short periods - wasted in regulation of the exhaust energy and can in terms of fresh gas exhaust as well the content of pollutants in the exhaust gases, in particular chemically aggressive components, depending on the operational reliability of the exhaust valve in question. put.

Med utgångspunkt från en anordning av den i inledningen angivna typen och på basis av den tidigare beskrivna allmänna problemställ- ningen är den till grund för uppfinningen liggande uppgiften att förbättra driftsförhållandena, särskilt vid plötsliga belastnings- ökningar eller accelerationer, medelst en automatisk och fördröj- ningsfri anpassning av laddningsluftmängden medelst en enkelt upp- byggd, lätt anordning.Based on a device of the one specified in the introduction type and on the basis of the previously described general problems The object underlying the invention is to: improve operating conditions, especially in the event of sudden load increases or accelerations, by means of an automatic and delay unadjusted adjustment of the charge air volume by means of a simple built, light device.

Lösningen på denna uppgift ligger vid en anordning med fyrvägs- ventil och tvâ grenledningar i att fyrvägsventilen är ansluten till motorns regulator för bränsletillförseln via en tvångsstyrning.The solution to this task lies in a device with four-way valve and two branch lines in that the four-way valve is connected to engine regulator for fuel supply via a forced control.

Fördelaktigt krävs endast en turbin, och tvångsstyrningen kan ut- formas mycket enkelt. Därvid är på enkelt sätt samtliga tre drift- områdena, liten respektive normal belastning, belastningsökning res- pektive acceleration och toppbelastning styrbara under automatisk, fördröjningsfri anpassning av laddningsluftmängden till det rådande behovet. Vid liten eller ringa belastning är den första grenled- ningen till turbinens inlopp öppen, så att endast en del av ladd- ningsluftmängden när motorns inloppsventiler. Vid acceleration spär- ras den första grenledningen, så att hela laddningsluftmängden matas till motorn. Vid toppbelastning öppnas vid överskridande av en rela- tivt hög belastningströskel den andra grenledningen till turbinens utlopp för att förhindra överbelastningar.Advantageously, only one turbine is required, and the forced steering can be formed very easily. In this way, in a simple way, all three operating areas, small and normal load, load increase respective acceleration and peak load controllable during automatic, delay-free adjustment of the charge air volume to the prevailing the need. At low or low load, the first branch joint is open to the turbine inlet, so that only part of the charge the amount of air when the engine inlet valves. When accelerating, the first branch line, so that the entire amount of charge air is supplied to the engine. At peak load, when exceeding a relay high load threshold the second branch line to the turbine outlet to prevent congestion.

I motsats till den inledningsvis beskrivna, kända anordningen med fyrvägsventil finns det således en tvångsstyrning för denna, vilken tvångsstyrning sker omedelbart under inverkan av motorns bränsleregulator, så att fyrvägsventilen omkopplas synkront för ändring av driftområdet.In contrast to the known device initially described with a four-way valve, there is thus a forced control for this, which forced steering takes place immediately under the influence of the engine fuel regulator, so that the four-way valve is switched synchronously for change of operating area.

Utblåsning av laddningsluft sker endast som en säkerhetsåtgârd vid toppbelastning, dvs i förhållande till de inledningsvis likaså omnämnda kända fallen med utblâsningsreglering arbetar man inom driftområdena liten belastning och acceleration med optimalt energi- utnyttjande. 7v1 1 s1e-4 Om en speciellt hög temperaturbelastning av motorn önskas, exempelvis vid tävlingsbilar, ligger en alternativ lösning på den ovan angivna uppgiften i att shuntventilen är utformad som trevägs- ventil, varvid den första grenledningen är direkt ansluten till turbinens inlopp och trevägsventilen är ansluten till motorns bräns- leregulator via en tvångsstyrning.Exhaust of exhaust air takes place only as a safety measure at peak load, ie in relation to the initial ones as well In the above-mentioned known cases of exhaust control, one works within operating areas low load and acceleration with optimal energy exploitation. 7v1 1 s1e-4 If a particularly high temperature load on the motor is desired, for example in racing cars, there is an alternative solution to it the above information that the shunt valve is designed as a three-way valve, the first branch line being directly connected to the turbine inlet and the three-way valve are connected to the engine fuel clay regulator via a forced control.

Vid liten belastning och acceleration uppstår vid denna alterna- tiva utföringsform ingen skillnad gentemot utföringsformen med fyr- vägsventil. Som ett alternativ till den ovan beskrivna lösningen kan dock vid hög belastning den återstående laddningsluftdelen le- das till turbinens inlopp via den första grenledningen för att bi- dra till kylningen av turbinen. _ I Lämpligen kan fyr- respektive trevägsventilen vid hög motorbe- lastning valfritt styras av bränsleregulatorn eller av laddnings- trycket.= Vid båda utföringsfcrmerna skyddas trots ögonblicklig anpass- ning av laddningsluftmängden till bränsletillförseln såväl vid stor motorbelastning motorn mot för höga tändtryck som även turbinen mot för höga temperaturer med en och samma shuntventil. Såväl mängden skadliga beståndsdelar i avgaserna som den specifika bränsleförbruk- ningen vid acceleration av motorn minskas.At low load and acceleration occurs at this alternative active embodiment no difference from the embodiment with four road valve. As an alternative to the solution described above however, at high load, the remaining charge air portion can be to the inlet of the turbine via the first branch line to pull to the cooling of the turbine. _ I Conveniently, the four-way and three-way valves at high engine loading is optionally controlled by the fuel regulator or by the charging pressure. = In both embodiments, despite immediate adaptation, of the amount of charge air to the fuel supply both at large engine load the engine against excessive ignition pressures as well as the turbine against too high temperatures with one and the same shunt valve. Both the amount harmful constituents of the exhaust gases as the specific fuel consumption the acceleration of the engine is reduced.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till de bifogade ritningarna,som visar tvâ utföringsformer. Fig l-visar en förbränningsmotor med avgasturboladdare och fyrvägsventil, medan ï fig 2 visar en förbränningsmotor med avgasturboladdare och trevägs- ventil. H" Enligt fig 1 är en förbränningsmotor, exempelvis en dieselmotor, försedd med en kompressor 2 och en turbin 3, som sitter på en gemen- sam axel. Från kompressorn 2 leder en laddningsluftledning 4 till en fyrvägs shuntventil 5, från vilken en ledning 6 leder till motorn l, en första grenledning 7 leder till turbinen 3 respektive till det från motorn l till turbinen 3 sig sträckande avgasröret 8 och en andra grenledning 9 leder till turbinens utlopp 10. Fyrvägsventilen är via en medelst en förbindningslinje ll antydd tvångsstyrning ansluten till regulatorn 12 för motorns bränsletillförsel.The invention is described in more detail in the following with reference to the accompanying drawings, which show two embodiments. Fig. 1 shows an internal combustion engine with exhaust turbocharger and four-way valve, while ï Fig. 2 shows an internal combustion engine with exhaust turbocharger and three-way valve. HRS" According to Fig. 1, an internal combustion engine, for example a diesel engine, equipped with a compressor 2 and a turbine 3, which is located on a common sam axel. From the compressor 2 a charging air line 4 leads to a four-way shunt valve 5, from which a line 6 leads to the motor 1, a first branch line 7 leads to the turbine 3 and to it, respectively extending from the engine 1 to the turbine 3 the exhaust pipe 8 and a second branch line 9 leads to the turbine outlet 10. The four-way valve is via a forced control indicated by means of a connecting line II connected to the regulator 12 for the engine fuel supply.

Den i fig 1 visade anordningens funktion är den följande. Den av kompressorn 2 och turbinen 3 bestående avgasturboladdaren för- sörjer motorn l med laddningsluft. För detta ändamål insugs ytter- luft via ett kompressorinlopp 2', vilken ytterluft komprimeras i kompressorn och via ledningen 4 matas till fyrvägsventilen 5. Turbo- 7711e7e-4 laddaren är så utformad att den vid liten belastning av motorn ma- tar mer laddningsluft än vad som behövs. I detta fallet släpper fyrvägsventilen 5 den av motorn l krävda luftmängden via ledningen 6 till motorn, varvid restluften via den första grenledningen 7 strömmar till turbinens inlopp 3”. Styrningen av fyrvägsventilens öppningstvärsnitt sker mekaniskt eller hydrauliskt via tvångsstyr- ningen ll.The function of the device shown in Fig. 1 is as follows. The of the compressor 2 and the turbine 3 consisting of the exhaust gas turbocharger provides the engine l with charge air. For this purpose, the outer air via a compressor inlet 2 ', in which external air is compressed the compressor and via line 4 is fed to the four-way valve 5. Turbo- 7711e7e-4 the charger is designed so that at low load on the engine it is takes more charge air than needed. In this case, release the four-way valve 5 the amount of air required by the engine 1 via the line 6 to the engine, the residual air via the first branch line 7 flows to the turbine inlet 3 ”. The control of the four-way valve opening cross-section is done mechanically or hydraulically via forced ningen ll.

Vid plötslig ökning av bränslemängden (exempelvis när föraren av ett fordon trycker ned gaspedalen) stänger regulatorn 12 den första grenledningen 7, så att med den större bränslemängden genast också en större laddningsluftmängd via ledningen 6 och lämpliga in-' loppsventiler står till förfogande i motorns 1 cylindrar.In the event of a sudden increase in the amount of fuel (for example when the driver of a vehicle depresses the accelerator pedal) the regulator 12 closes it first branch line 7, so that with the larger amount of fuel immediately also a larger amount of charge air via the line 6 and suitable in- race valves are available in the engine 1 cylinders.

Vid mycket hög motorbelastning respektive överskridande av en bestämd bränslematning genom regulatorn 12 öppnas via regulatorn den andra grenledningen 9 1 fyrvägsventilen 5 så mycket att över- skottsladdningsluften kan strömma direkt till turbinens utlopp 10.At very high engine load or exceeding one certain fuel supply through the regulator 12 is opened via the regulator the second branch line 9 in the four-way valve 5 so much as to the bulkhead air can flow directly to the turbine outlet 10.

De från motorn l kommande avgaserna matas på känt sätt via av- gasröret 8 till turbinens inlopp 3' och driver turbinen, eventuellt såsom beskrivits uppblandade med överskottsladdningsluft.The exhaust gases coming from the engine 1 are fed in a known manner via exhaust the gas pipe 8 to the turbine inlet 3 'and drives the turbine, if necessary as described mixed with excess charge air.

Enligt fig 2 består anordningen av en hårt belastad förbrän- ningsmotor 20, exempelvis en tävlingsmotor, i övrigt av elementen enligt fig l med den skillnaden att det mellan kompressorn 2 och motorn 20 finns en trevägsventil 21.According to Fig. 2, the device consists of a heavily loaded combustion engine 20, for example a racing engine, otherwise of the elements according to Fig. 1 with the difference that between the compressor 2 and the motor 20 has a three-way valve 21.

För driftområdena "liten belastning" och "acceleration" före- ligger ingen skillnad gentemot funktionen hos anordningen enligt fig l. Styrningen av öppningstvärsnittet sker även här mekaniskt eller hydrauliskt via tvângsstyrningen ll av motorns 20 bränsle- regulator 12. Vid mycket hög belastning matas däremot den över- flödiga laddningsluftmängden via den första grenledningen 7 till turbinens 3 inlopp 3' för att bidra till denna turbins kylning.For the "low load" and "acceleration" operating areas, is no difference to the function of the device according to fig. 1. The control of the opening cross-section here also takes place mechanically or hydraulically via the forced control 11 of the engine fuel regulator 12. At very high loads, on the other hand, the the flow of charge air via the first branch line 7 to the inlet 3 'of the turbine 3 to contribute to the cooling of this turbine.

Claims

771 1f ~ iš7tda-'4 obtain a PATENT CLAIM 'Device for charging an internal combustion engine (1) by means of a turbine charger assembled by turbine (3) and compressor (2), which is designed so that the compressor (2) supplies - the amount of charge air at full engine load in the lower speed range, whereby between the outlet of the compressor (2) and the engine (1) there is a four-way valve (S) for setting the amount of charge air in the line extending to the engine_ (4, 6) and for opening and closing, respectively, of a first branch line (7), which in parallel with the engine (1) extends to the inlet (Ef) of the turbine (3), Ék and a second branch line (9) for blowing out charge air, This is indicated by the fact that the path valve (5) is connected to the fuel regulator (12) of the engine (1) via a forced control (11). '# 7 "T - - -: - .u-.ww-