SE440254B - Utblasningsventil - Google Patents

Description

'780982¿+~1 är det känt att anordna en utblåsningsventil som avgrenar överskottsavgasmängden före avgasturbinen och leder denna direkt till avgasanläggningen. Styrningen av denna utblås- ningsventil äger vanligen rum medelst ett fjäderbelastat membran, vilken som reglerstorhet tillföres antingen in- sugningsrörtrycket eller avgastrycket.

Vid beräknandet och regleringen av avgasturbo- laddaren måste tillses att insugningsrörtrycket vid motorns högsta tillåtna varvtal och vid under belastning arbetande motor icke överskrider ett visst tryck, som är bestämt av motorns knackningsgräns. Om varvtalet hos den under belastning arbetande motorn sjunker, kan vid motorns drift med en optimerad tändomställningskarakteristik trycket i insugningsröret till att börja med öka utan att en knack- ning i motorn inträffar. Omfattande mätningar har visat att det med en i handeln förekommande, i förbränninge- motorns avgasledning anordnad utblåsningsventil, som öppnar vid ett på förhand bestämt tryck i insugningsröret eller avgastryck, icke är möjligt att vid en under belastning arbetande motor uppnå ett förlopp av trycket i insugnings- röret i beroende av varvtalet, som ger ett maximalt, varv- talsberoende vridmoment för motorn. Orsaken härtill ligger framför allt däri att utblåsningsventilens stängningsorgan med ett ökat öppnande av utblåsningsventílen vid tilltagande insugningsrör- eller avgastryck måste påverkas i överens- stämmelse med karakteristiken hos den stängningsorganet till stängningsläget tryckande fjädern. Denna karakteristik leder till ett med ökande motorvarvtal åtminstone lätt stigande insugningsrör- resp. inloppstryck. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att så vidareutveckla ett förfaringssätt av det inledningsvis angivna slaget att det i insugningsröret verksamma inlopps- trycket är så reglerbart att ett största möjliga vrid- moment hos motorn uppnås. Vidare skall med uppfinningen åstadkommas en förbränningsmotor av det inledningsvis an- givna slaget som avger största möjliga vridmoment.

Detta ändamål uppfylles genom att utbläsnings- ventilen erhållit de i patentkravet 1 angivna kännetecknen. 78098244 Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas i samband med ett å bifogade ritningar åskådlig- gjort utföringsexempel, varvid fig. la och lb visar en med tändstift arbetande fyrtaktförbränningsmotor med avgasturboladdare, varvid utblåsningsventilen i fig. la öppnas av det i avgasröret rådande trycket och i fig. lb av det i insugningsröret rådande trycket, V fig, 2 visar ett snitt genom en i anordningen enligt fig. l använd utblåsningsventil, fig. 3 visar olika förlopp av vridmomentet resp. insugningstrycket i beroende av motorns varvtal, fig. H visar olika kurvor för åskådliggörande av utblåsningsventilens arbetssätt och fig. 5 visar karakteristiken för en i utblåsnings- ventilen använd fjäder.

Enligt fig. la är förbränningsmotorn 6 försedd med fem cylindrar 8, i vilka icke visade kolvar rör sig. Varje cylinder 8 är via en insugningsledning 10 förbunden med ett insugningsrör 12 och via en utloppsledning ln med ett av- gasrör resp. avgaskrök 16.

Till avgaskröken 16 är ansluten en avgasturboladdare 18, som på en gemensam axel uppbär en avgasturbin 20 och en laddningsturbin 22. Från avgasturbinen 20 leder ett av- gasrör 24 till en ljuddämpare i förbränningsmotorns ut- lopp.

Laddningsturbinen 22 är via ett laddningsluftrör 28 förbunden med insugningsröret 12. Vid övergångsstället mellan laddningsluftröret 28 och insugningsröret l2 är anordnat ett med en gaspedal samverkande strypspjäll 30.

Till laddníngsturbinens 22 inlopp är medelst en krök 32 ansluten en luftgenomströmningsmätare SH, t.ex. en Boch-K-Jetronic, som mäter genomströmningen av den av laddningsturbinen 22 genom ett luftfilter insugna Frisk- fllï G03 Quffl: so_ jvaueaza-1 luften. Mätanordningen 34 samverkar med en insprutningsapparat medelst vilken i varje insugningsledning 10 insprutas en mot luftgenomgången svarande bränslemängd.

Till avgaskröken 16 är ansluten en utblåsningsventil 38 genom vilken förbränningsmotorns 6 avgaser under förbi- gång av avgasturbinen 20 kan bortgå direkt till avgasröret 24.

Denna utblåsningsventil 38 är försedd med ett stängningsorgan - 40 som är fäst på en rörlig vägg 42 och av en fjäder HU tryckes mot stängningsläget. Den rörliga väggen är vid sin från fjädern H4 vända sida via en tryckledning H6 påverkbar med det i av- gaskröken 16 rådande trycket.

Anordningen enligt fig. 1b skiljer sig från anord- ningen enligt fig. 1a endast däri att vid anordningen enligt fig. 1b tryckledningen 46 är ansluten till insugningsröret 12.

Tryckledningen H6 kan vara ansluten till insugningsröret 12, såsom visats nedströms strypstället 30 eller uppströms detta.

Den hittills beskrivna anordningen är uppbyggd på i och för sig känt sätt, varför någon ingående beskrivning av anordningens olika delar icke göres.

Den mot fjädern 44 vända sidan av den rörliga väggen 42 är medelst en undertrycksledning H8 påverkbar av det under- tryck som råder i kröken 32 när genom denna friskluft insuges av laddningsturbinen.

Utblâsningsventilens 38 utförande framgår mera i detalj av fig. 2.

Utblåsningsventilen har ett tvådelat hus 50 vars första husdel 52, som är framställd av en högvärmebeständig metall, är avsedd att medelst en fläns SH anslutas till en från avgaskröken 16 kommande ledning 56 (se fig. 1a och lb).

Med den första husdelen 52 är hopskruvad en andra husdel 60 under mellanlägg av en värmeisolerande asbestskiva 62. Den andra husdelen 60 är försedd med ett inlopp EH för anslut- ning av tryckledningen 46 (fig. 1a) och ett ytterligare in- lopp 86 för anslutning av undertrycksledningen H6 (fig. 1b).

I en i den första husdelen 52 insatt bussning 68 är lagrat stängningsorganets 40 skaft 70, som slutar i en skiv- formíg tallrik 72. Tallriken 72 samverkar med en i den första 1809824-1 husdelen 52 inskruvad sätesdel 7U som är utförd med en i stängningsorganets H0 öppningsriktning koniskt sig vidgande, invändig yta 75. Tallriken 72 är så dímensionerad att dess främre ändyta 76 är klart större än den av sätesdelens 7u säte 77 avgränsade ringytan (cza 2:1) och så att dess främre omkretskant 78 vid stängd utblåsningsventil 38 i det närmaste anligger mot den invändiga ytan 75.

Den bakre änden av skaftet 70 är hopskruvad med en bägarformig del 79 mellan vilken och en motplatta 80 är inspänd en membran 82 vars yttre omkretskant är fastspänd mellan två hälfter av den andra husdelen 60. Membranen 82 bildar till- sammans med den bägarformiga delen 78 och plattan 80 den rörliga vä gen 42, som uppdelar den andra husdelen 60 i en undertrycks- kammare SH och en tryckkammare 86.

Den första husdelen 52 är i riktning mot tallriken 72 utbildad i form av en klocka 90 som utgör ett anslag för ' stängningsorganets H0 öppningsrörelse och avskärmar buss- ningen 68 från de heta avgaserna.

Mellan den bägarformiga delen 79 och den andra hus- delen 40 sträcker sig i undertryckskammaren 8U den skruv- fjäder H4 som påverkar stängningsorganet H0 i riktning mot stängningsläget.

Funktionen av den beskrivna anordningen enligt fig. 1a med framdragen tryokledning 46 förklaras först vid avsaknad av undertrycksledning 48.

Det antages att förbränningsmotorn drives med tydligt öppnat strypspjäll, dvs. under belastning och med en på för- hand bestämd tändningskarakteristika.

Vid varvtal över 1000 min_1 (fig. 3) tillföres av- gasturbinen 20 från avgaskröken 16 ett ökande avgastryck p svarande mot den med heldragen linje visade kurvan Ia enligt fig. 3. och genomströmningsmängder och har ett förhållandevis litet tröghetsmoment, utvecklar redan vid dessa låga varvtal en betydande effekt, med vilken laddningsturbinen 22 drives vilket i insugningsröret 12 leder till ett tryckförlopp en- Avgasturbinen 20 som är dimensionerad för små tryck ligt den med heldragen linje visade kurvan IIa i fig. 3. 780982l+~1 Detta insugningsrörtryck leder vidare till att förbränninge- motorn i beroende av varvtalet utvecklar ett vridmoment svarande mot den med heldragen linje visade kurvan IIIa i fig. 3. A Om förbränningsmotorn under de skildrade förhållandena skulle drivas med höga varvtal, erhålles vid det högsta till- låtna varvtalet, som vid det visade exemplet ligger vid unge- fär 5300 min-1, ett insugningsrörtryck som avsevärt skulle överbelasta förbränningsmotorn och leda till alltför kraftig vibrering eller till och med till förstöring av förbrännings- motorn. Det vid det maximala varvtalet tillåtna insugnings- rörtrycket är i fig. 3 betecknat med a. Utblåsningsventilen 38 måste nu vara så dimensionerad att man vid det tillåtna maximala varvtalet av 5300 min_1 erhåller just det högsta tillåtna insugningsrörtrycket a. För dimensioneringen av ut- blåsningsventilen 38 tjänar därvid i huvudsak fjäderns 44 förspänningskraft Ks med vilken stängningsorganet H0 är för- spänt i stängningsläget och fjäderns HH fjäderkonstant som bestämmer den på stängningsorganet 40 verkande kraften i be- roende av öppnandet resp. slaglängden h av stängníngsorganet.

I fig. 5 är skruvfjäderns #4 kraft K visad i beroende av slag- längden h.

En skruvfjäder H4 har med nödvändighet en positiv karakteristika, dvs. för ett ökat öppnande av stängnings~ organet 40 erfordras en ökande kraft på fjädern H4 och därmed i avgaskröken 16 ett ökande tryck som tillföres tryckkammaren 86. Detta ökande tryck i avgaskröken 16 leder vanligen till en motsvarande tryckökning i insugningsröret 12 med ökande varvtal till följd.

Under det maximala varvtalet är emellertid klart högre insugningsrörtryck tillåtna än vid det maximala varvtalet.

Vid en uteslutande medelst en skruvfjäder H4 styrd utblås- ningsventil kan vid sjunkande varvtal ökande insugningsrör- tryck endast uppnås därigenom att stängningsorganets öpp- níngskarakteristika förlöper möjligast flackt, dvs. den av fjädern HU mot ventilens öppnande verkande kraften ökar möjligast litet, såsom visas i fig. 5. Med en på detta sätt 7809824-1 7 dimensionerad skruvfjäder HU kan man uppnå det enligt fig. 3 genom kurvan Ib angivna avgastryoket i beroende av varvtalet. vid anno min” 5000 min_1 i avgaskröken 16 upprätthålla ett avgastryck som leder till trycket a i insugningsröret 12. Det genom kurvan Ib angivna förloppet hos avgastrycket leder till ett tryck- öppnas utblåsningsventilen för att sedan vid förlopp i insugningsröret enligt kurvan IIb. Totalt stiger insugningsrörtrycket II tydligt fram till omkring 3300 min_1, dvs. fram till öppnandet av utblåsningsventilen 38 och sjunker sedan till följd av den extremt flacka karakteristikan hos skruvfjädern HU svagt till värdet a.

Insugningsrörtryckets förlopp enligt kurvorna IIa och IIb leder till ett vridmomentförlopp enligt kurvorna IIIa och IIIb.

Såsom är allmänt känt kan det tillåtna insugningsrör- trycket under det maximala varvtalet öka relativt kraftigt vid sjunkande varvtal utan att det uppträder olägenheter såsom antydes genom den i fig. 3 med streckad linje inritade kurvdelen IVb. Ett insugningsrörtryckförlopp enligt den teo- retiskt möjliga kurvan IVb leder till ett vridmomentförlopp enligt den i fig. 3 med en heldragen linje visade kurvan Ib.

Såsom utan vidare framgår av fig. 3 uppkommer vid den hittills till sin funktion beskrivna anordningen en i fig. 3 streckat angiven vridmomentförlust, som i området av medelvarvtalen, dvs. mellan 3000 min_1 och 4000 min_1, alltså just vid motorns vid normal körning uppträdande varvtal, är betydande.

I enlighet med föreliggande uppfinning måste nu för att insugningsrörtrycket vid sjunkande varvtal under det maximala varvtalet skall kunna öka enligt kurvan IVb, ladd- ningsturbinen 22 via avgasturbinen 20 tillföras mer effekt i jämförelse med kurvan IIb. Därför är det nödvändigt att under det maximala varvtalet tillföra avgasturbinen 20 ett avgastryck svarande mot den i fig. 3 med IV betecknade kurvan, dvs. att så styra utblåsníngsventilen 38 att det i kurvan VIb angivna tryckförloppet erhålles. Detta förlopp hos avgastrycket i beroende av varvtalet skiljer sig från det genom lurvnn Th angivna förloppet därigenom, att avgastrycket som driver ()cïEk<2¶šF§LÄEF¶ 9 . »en i 7809821491 - 2D 8 avgasturbinen 20, ökar betydligt mindre kraftigt med ökande varvtal vid öppnande av utblåsningsventilen 38 än enligt kurvan Ib resp. i det visade exemplet till och med minskar.

I fig. H anger kurvan VII idealiserat kraften k som vid ökande varvtal verkar på stängningsorganet 40 i öppnande riktning mot inverkan av skruvfjädern 4H. Kurvan VIII anger idealiserat den kraft k som framkallas på den mot skruvfjädern H4 vända sidan av den rörliga väggen 42 genom det via under- trycksledningen 48 i undertryckskammaren 84 framkallade under- trycket. Denna kraft k är proportionell med undertrycket på insidan av den till laddningsturbinen 22 gående kröken 32 genom vilken en tilltagande luftström framföres med ökande varvtal§ Den genom undertrycket i kröken 32 framkallade kraf- ten på den rörliga väggen H2 motverkar skruvfjäderns 44 kraft, varför genom subtraktion av kurvan VIII från kurvan.VII erhålles en kurva IX som anger den avgastrycket i tryckkam- maren 86 motverkande kraften på den rörliga väggen 42.

Kurvan IX faller med ökande varvtal och den avgastrycket motverkande stängningskraften på utblåsningsventilen sjunker även när öppnandet av utblåsningsventilen ökar.

En stängningskraft på stängníngsorganet 40 enligt kurvan IX i fig. 4 leder till ett motsvarande tryckförlopp i tryckkammaren 86 som motverkar stängningsorganets H0 stäng- ningskraft. Genom motsvarande val av skruvfjäderns HR för- spänning och av fjäderkonstanten såväl som av krökens 32 dimensionering och av undertrycksledningens H8 avgrening kan kurvan IX ändras såväl beträffande sitt höjdläge som beträffande sin lutning. Genom lämpligt val av de nämnda parametrarna kan därmed i avgaskröken 16 uppnås ett tryckför- lopp enligt kurvan VIb i fig. 3, dvs. som speciellt vid höga varvtal av 5300 min_1 har ett värde b och med sjunk- ande varvtal stiger i enlighet med kurvan VIb. För att kurvan Ia (stängd utblåsningsventil) skall övergå mjukt i kurvan VIb (öppen utblåsningsventil), förblir den med undertrycks- ledningen UB försedda utblåsningsventilen i motsats till vad fallet är vid det konventionella utförandet stängd fram till högre varvtal, nämligen till omkring 3300 min_1. 3Û 7809824-1 Det varvtal vid vilket utblåsningsventilen 38 öppnar, och därmed det maximala avgastrycket i avgaskröken 16 kan, så- som visas i fig. U, inställas genom skruvfjäderns H4 för- spänningskraft. Man erhåller därmed ett förlopp hos avgas- trycket i avgaskröken 16 och därmed hos det för avgasturbinen verksamma avgastrycket svarande mot kurvan Ia över den streckade kurvlinjen Vla längs kurvan VIb. Detta förlopp hos avgastrycket leder till det genom avgasturboladdarens 22 dimensionering bestämda, motsvarande tryckförloppet i insugningsröret från kurvan IIa över den streckade kurvdelen IVa längs den streckade, teoretiskt möjliga kurvdelen IVb.

Detta tryckförlopp i insugningsröret leder i sin tur till ett vridmomentförlopp enligt kurvorna IIIa, Va och Vb. Såsom framgår av dessa kurvor vinnes i förhållande till konven- tionella förbränningsmotorer, vilkas utblåsningsventil arbetar utan undertrycksledning 48, i det streckade om- rådet ett betydande vridmoment.

Funktionen av anordningen enligt fig. 1b är den- samma som den enligt fig. 1a med den enda skillnaden att utblåsningsventilen H0 i detta fall pâverkas direkt av trycket i insugningsröret.

I det följande förklaras en ytterligare fördel som uppnås genom speciell utbildning av utblåsningsventilen 38.

Såsom framgår av fig. 2 bryter det vid ventiltallrikens 72 ändyta 76 verksamma avgastrycket samman vid ventiltallrikens 72 upplyftníng från sätet 77, enär detta tryck därvid plötsligt kan försvinna i avgasröret 24 (fig. 1). För att denna plötsliga trycksänkning icke skall leda till en förnyad stängning av utblåsningsventilen resp. till en fladdring av denna, är storleken av ändytan 76 märkbart större än den av sätet 77 avgränsade ytan och anligger ventiltallrikens omkretskant 78 vid stängd utblåsningsventil i det närmaste mot sätesdelens 77 invändiga koniska yta 75. Därmed uppnås att vid litet öppnande av utblåsningsventilen, dvs. när ventiltallriken 72 blott upplyftes något från sätet 77, endast en mycket smal ringformig kanal friges mellan om- kretskanten 78 och den koniska ytan 75, varigenom det uppstår 780982lr1 en dynamisk uppdämningseffekt som pressar tallriken 72 i öppningsriktníngen och utjämnar det vid ventilens öppnande uppträdande tryckfallet.

Claims (2)

10 15 78098244 11 PATENTKRAV

1. Utblâsningsventil för en med avgasturboladdare arbe- tande förbränningsmotor och med ett fjäderbelastat stängnings- organ (40), som är försett med en tallrik (72), vilken i stäng- ningsläge anligger mot en sätesdel (74) och har en mot sätet (77) vänd ändyta (76), som är tydligt större än den i stäng- ningsläget av sätet (77) avgränsade ytan, k ä n n e ~ t e c k n a d av att sätesdelen (74) är utformad med en till sätet (77) anslutande konisk inneryta (75), som i det närmaste beröres av tallrikens (72) omkretskant (78) i dess stängnings- läge och som med ökat öppnande av stängningsorganet (40) friger ett sig vidgande genomlopp.

2. Utblåsningsventil enligt patentkravet 1, i vilken den i stängningsläget av sätet (77) avgränsade ytan av tallriken (72) påverkas av motorns avgastryck och stängningsorganet (40) är förbundet med en rörlig vägg (42), som avgränsar en kammare (84), k ä n n e t e c k n a d av att kammaren (84) via en undertrycksledning (48) är ansluten till insidan av en rörkrök (32) på turboladdarens (18) friskluftsinloppssida.