SE441769B - Forfarande for reglering av gasinstromningen i en forbrenningsmotor - Google Patents

Description

ZS 40 7s12oos-2 i 2 loppspassagcn och en tíllsatsventil, som är anbragt i huvud- inloppspassagen och anordnad att i beroende av motorns belast- ning inställas mellan minsta och största öppningsläge, varvid förfarandet kännetecknas av att man under tomgång och låg be- lastning av motorn håller tillsatsventilen i minsta öppnings- läget och snabbt öppnar den så snart motorns belastning ökas över ett på förhand bestämt belopp och öppnar dem maximalt åtminstone vid mycket stor belastning av motorn.

Vid förfarandet enligt uppfinningen tillföres under tomgång och låg belastning samt eventuellt vid måttlig belast- ning gas till förbränningsrummet genom den relativt trånga öppningen i sidopassagen och alstrar i förbränningsrummet en intensiv vírvelbildning eller turbulens, så att bränslet blandas intimt med luft utan skiktning och förbränningsflamman fortplantas snabbt i ändamål att åstadkomma en väsentligt för- bättrad förbränning av bränslet. När förfarandet enligt uppfin- aningen tillämpas på en bilmotor, som arbetar inom vida gränser för belastning och varvtal, är det möjligt att uppnå en väsent- ligt förbättrad bränsleekonomi.

Tillsatsventílen styres företrädesvis medelst det i inloppsröret rådande undertrycket och kan exempelvis hållas i stängd vid ett undertryck större än -450 mmflg, som alstras , under tomgång eller vid låg belastning av motorn. Vid ett under- tryck i inloppsröret av mellan -130 och -450 mmHg kan öppningen av tíllsatsventilen styras i beroende av en ändring av under- trycket, men vid ett undertryck mindre än -130 mmflg, t.ex. vid 'mycket stor belastning, öppas tillsatsvontilen snabbt till maximalt öppet läge.

Uppfinningen beskrives närmare i det följande med hän- visning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 visar en vertikalsektion av en förbränningsmotor, vid vilken förfarandet enligt uppfinningen utövas; fig. 2 visar en sektion efter II~II i fig. 1; fíg. 3 visar i större skala tillsatsventilon och dess pâverkningsorgan; fíg. 4a och 4b visar i större skala delar *av fig. 2; fig. 5 visar en sektion efter V-V i fig. 1; fig.,6a och ób visar modifikationer av inloppsarrangemangen; fíg. 7 visar i sektion en annan typ av motor, vid vilken förfarandet enligt uppfinningen kan tillämpas; fig. 8 visar i sektion en annan motor, vid vilken förfarandet enligt uppfinningen kan tillämpas; fig. 9 visar i sektion ventilernas verkningssätt; l..

(FA JO 7812005~2 fin. 10 visar en sektion efter X-X i fig. 9; fig. 11 visar i en planvy av motorn i fig. 10; fig. 12 visar en partiell sidovy av motorn i fig. 10; fig. 13 och 14 visar diagram illustrerande motorns verkningssätt; fig. 15a och 15b visar i detalj påverkningsmekanismen för tillsatsventilen.

Fig. 1-S visar en förbränningsmotor 1 innefattande ett cylinderblock 2 och ett cylinderlock 3. “ “*nderblocket 2 innefattar ett flertal cylinderborrningar 2a, av vilka endast en visas i fig. 1. I vardera cylinderborrningen Za är anbragt en kolv 4, som är glidbar i borrningen Za och tillsammans med -cylinderblocket 2 och cylinderlocket 3 begränsar ett förbrän- ningsrum 5. Vartdera förbränningsrummet 5 är förbundet med en utloppspassage 6 via en utloppsport anordnad att styras medelst en utloppsventil 7, och även med en huvudinloppspassage 8 via en inloppsport anordnad att styras medelst en inloppsventil 9. Ventílpåverkningsmekanismerna är av konventionell typ och beskrives icke närmare här.

Utefter huvudinloppspassagen 8 är anordnat en sídoin- loppspassage 11, vilken vid en ände är förbunden med huvud- inloppspassagen 8 i närheten av inloppsventilen 9 via en öppning riktad mot förbränningsrummet 5. Sidoinloppspassagen 11 är anordnad med en manuellt styrd trottelventíl 12. I huvudinloppspassagen är anbragt en tillsatsventil 13, vilken är anordnad att styras i beroende av motorns belastning. >Til1satsventilen 13 har en axel 13a, vilken är fästad vid en påverkningsarm 13b, som via en stång 14 är förbunden med en membrananordning 15. Såsom visas i fig. 3, innefattar membrananordningen 15 ett hus 15a och ett membran 15b, som delar det inre utrymmet av huset 15a i en undertryckskammare 15c och en atmosfärstryckskammare 15d. Undertryckskammaren 15c är via en passage 16 förbunden med sidoinloppspassagen 11 nedströms i förhållande till trottelventilen 12, så att det i inloppsröret rådande undertrycket fortplantas till kam- maren 15c. Atmosfärstryckskammaren 15d är via en ledning 17 förbunden med en för tryck reagerande ställventil 18, vilken har en enda port 22, till vilken det i inloppsröret rådande undertrycket tillföres genom en passage 16, och som förbinder ledningen 17 med en undertrycksport 18n, när motorn är s1111n- stående eller utsatt för mycket stor belastning, och med en atmosfärstrycksport 18b under liten och måttlig belastning av lfi IQ UI 40 7812095-2 motorn, däri inbegripet tomgång; Undertrycksporten 18a är via en backvcntil 19 förbunden med sidoinloppspassagen 11 i närheten av änden vid cylinder- blocket 2. Üet bör då observeras, att tillsatsventilen 13 hälles i stängt läge, när undertrycket är större än -450 mmHg, såsom visas i fig. 14. När undertrycket i inloppsröret sjunker som svar på en ökning av motorns belastning, bestämmes till- satsvcntilens 13 läge av undertrycket, <-h när trottelventilen 12 är öppnad till nästan eller fullt öppet läge, pâverkas ställ- ventilen 18 till följd av en minskning av undertrycket i in- loppsröret, så att ledningen 17, som leder till atmosfärstrycks- “kammaren 15d, avstängs från porten 18b och förbindes med under- trycksporten 18a. Undertrycket fortplantas sålunda nu till atmosfärstryckskammaren 15d, så att membranet 15b under inverkan :av en fjäder 1Sg förflyttas och därigenom öppnar tillsatsventilen 13 till fullt öppet läge. Det är givetvis möjligt att använda andra organ än de ovan beskrivna för att styra ventilen 13 så, som visas i fig. 14. Exempelvis kan en konventionell membran- anordníng såsom den i fig. 15a visade användas tillsammans med fjädern 15g, vilken har en icke-linjär fjäderkonstant. En sådan ~ícke-linjär fjäderkonstant kan åstadkommas på olika sätt, exempelvis genom att fjädern har en icke konstant stígning eller en icke konstant diameter. Pig. 15 visar on mekanism innefatt- ande en länkanordning, som åstadkommer en önskad verkan. Armen 13b är förbunden med en skruvfjäder 13c, som samverkar med fjädern 1Sg. En ände av fjädern 13c är förbunden med en stoppare , och den andra änden är förbunden med armen 1Sb och för- flyttas förbi armens 13b axel 13a, när armen 13b svängs. fjädern 13c strävar sålunda att vrida armen 13b moturs, när öden nämnda andra änden befinner sig till vänster om linjen L-L i fig. 15b, men medurs, när den andra änden befinner sig till höger om linjen L-L. När undertrycket nedströms i för- hållande till trottelventilen är mellan -130 och -450 mmflg i exemplet enligt fig. 14, är fjäderns 13c andra ände belägen till vänster om linjen L-L under inverkan av membranot 1Sb, så att verkan av fjädern 15g på ventilen 13 minskas genom fjäderns 13c verkan.

När motorns belastning ökas, så att undcrtrycket minskas till -130 mmflg, förflyttas skruvfjäderns andra ände frän vänstra sidan till högra sidan om linjen L-L, sä att verkan fd Un '_11 'Jï 7812Û05~2 av fjädern 13c adderas till verkan av fjädern 15g, varigenom tíllsatsventilen 13 snabbt öppnas med en mycket liten minsk- ning av undertrycket i inloppsröret. Armens 13b läge visas i fig. 15b medelst streckpunkterade linjer.

Beträffande förhållandet mellan passagerna 8 och 11, bör påpekas att sídoinloppspassagen 11 utgöres av ett mun- stycksparti 11a med liten tvärsektionsarea, vilket är anslutet till varje cylinderborrnlng Za, en pas.lge 11b, som är för- bunden med munstyckspartierna 11a och sträcker sig parallellt med raden cylínderborrningar, och ett inloppsparti 11c, som är förbundet med passagen 11b och mynnar i atmosfären via en flödesmätare 23, som mäter luftinloppsflödet. Säsom visas i fig. 1, är trottelventilen 12 anbragt i ett ventilhus 20, som är förbundet med flödesmätaren 25 via ett rör 24 av efter- givligt material, t.ex. gummi.

Huvudinloppspassagen 8 är vid sin ände uppströms i förhållande till tillsatsventilen 13 förbunden med sidoin- loppspassagen 11 vid ett parti nedströms i förhållande till trottelventilen 12. Tíllsatsventilen 13 har icke någon väsent- lig inverkan på mängden inloppsluft, utan dess främsta upp- gift är att reglera luftflödet genom sidoinloppspassagen 11. 7 Tillsatsventílen 13 är anbragt i ett ventilhus 43, vilket har en port 16a för uttag av inloppsundertrycket nedströms i förhållande till trottelventílen 12, och en passage 51 för tillförsel av âtercirkulerade förbränningsgaser från utloppspassagen 6.

Huvudinloppspassagen 8 har en expansionskammare 8a, vilken även verkar såsom inloppsrör och är belägen nedströms i förhållande till tillsatsventilen 13. Expansíonskammaren Sa är förbunden med ett kanalblock 8b, vilket har ínvändiga passager, som leder till förbränníngsrummen S, och vilket är utfört i ett stycke med sídoínloppspassagens 11 parti 11b.

Pâ blocket 8b är anbragt bränsleinsprutningsmunstycken 25, ett för vartdera förbränningsrummet 5, fastän endast ett munstycke visas í fig. 1.

Såsom visas i fig. 1 och 2, har förbränningsrummet 5 tvålobig konfiguration, som på känt sätt åstadkommer intensi- fierad turbulens i förbränníngsrummet. Såsom visas i fíg. 4a och 4b, kan emellertid den virvclbíldande arean delvis ute- lämnas i det område, som är beläget i utloppsriktningen från "ZiF/Ülïíf QUALITY "”"""""""' 40 g78120~05~2 munstyckspartiet 11a, så att den från munstyckspartiet 11a inströmmande gasens hastighet icke minskas genom anslag mot den virvelbildande arean. När tändstiftet 26 är beläget såsom visas i fig. 4b, kommer den genom inloppsporten till förbrän- ningsrummet 5 inströmmande bränsleblandningen att cirkuleras moturs, såsom visas medelst en pil, utefter ytan av utlopps- ventilen, vilken nu har hög temperatur, varigenom bränsle- partiklarna i blandningen upphettas och rinfördelas medelst utloppsventilen 7, innan bränsleblandningen når tändstiftet 26. Därigenom kan bränsleblandningen med säkerhet antändas, och dessutom åstadkommes en homogen blandning av bränsle och luft inom hela förbränningsrummet.

Uppfinningens användning är icke begränsad till den ovan beskrivna motorn med bränsleinsprutning, utan kan även användas vid en motor med vanlig förgasare. Pig. 7 visar en motor 1, vilken är identiskt lika utförd som den ovan beskrivna motorn med undantag för inloppssystemet. Motorn 1 har ett inlopps- rör 41 och en förgasare 42, mellan vilka är anbragt ett ventil- -hus 43 för tillsatsventilen 13.

Förgasaren 42 är av tvåportstyp, som har en övre hus- del 42a och en nedre husdel 42b, vilka är utbildade med en primärpassage 44, i vilken är anbragt en manuellt styrd - primär trottelventil 12, samt en sekundärpassage 45, i vilken är anbragt en sekundär trottelventil 12s. I primärpassagen 44 är anbragt en strypventil 46, och passagerna 44 och 45 är försedda med bränslemunstycken 47. Ventilhuset 43 är utbildat med en passage 51 anordnad att upptaga förbränningsgaser, som återcirkuleras från utloppspassagen 6, varvid återcirkulationen regleras medelst en ventil 52. Reglerventilon 52 innefattar ett 7 ventilhus 53 och en påverkningssektion 54, som via en passage 55 är förbunden med en undertryckskälla 56, till vilken ett undertryck fortplantas genom en backventil 56a. I passagen _ 55 är anbragt en styrventil 57, vilken kan vara av en känd typ, som vanligen benämnes "EGR-förstärkare" och är anordnad att påverkas medelst trycksignaler, som överföres genom passager- na 58 och 59. Styrvcntilen 57 är anordnad att öppna passagen 55 som svar pá trycksignal från passagen 58, så att regler- 'ventilcn 52 står öppen utom vid tomgång och stor belastning _på motorn. Ventílen 57 är vidare anordnad att styra öppnandet av passagen S5 och sålunda även öppnandet av roglorventilen S2 i POÛR 7812005-2 som svar på trycksignalen genom passagen 59 och därigenom reglera mängden av âtercirkulerade förbränningsgaser. Åter- cirkulationen av förbränníngsgaser är icke ny, men det bör observeras, att mängden återcirkulerade förbränningsgaser s regleras medelst tillsatsventilen 13.

Pig. óa och 6b visar arrangemang, där avståndet mellan trottelventilen 12 och tillsatsventilen 13 är minskat i ända- mål att förhindra ökning av inloppssysx mets längd. I dessa arrangemang täcker ventilerna 12 och 13 delvis varandra, när båda ventilerna befinner sig i fullt öppet läge. I arrange- manget enligt fig. óa är ventilernas 12 och 13 axlar trans- versellt förskjutna från varandra, men i arrangemanget enligt fig. 6b är de icke förskjutna i förhållande till varandra.

Pig. 8 visar en annan utföringsform av uppfinningen, varvid motorn skiljer sig från den i fig. 1 visade motorn genom att huvudinloppspassagen 8 har en uppströmsände, som är fullständigt skiljd från sidoinloppspassagen 11. I den illustrerade utföringsformen påverkar sålunda tillsatsventilen 13 den totala mängden inströmmande luft. Motorn är därför försedd med organ, som begränsar tillsatsventilens 13 verkan, så att den icke öppnas alltför mycket i förhållande till trottelventilen 12. I Begränsningsorganet utgöres av en stäng 61, som för- binder armen 12b på trottelventilens 12 axel 1Za och armen 13c på tillsatsventilens 13 axel 13a. Stången 61 är förbunden med armen 13c via ett spår 13d i armen 13c i ändamål att åstadkomma en frigångssträcka. Tillsatsventilen 13 kan sålunda vridas fritt inom trottelventílens 12 öppningsomräde men icke utanför detta omrâde.

Beträffande ovan beskrivna motorers verkningssütt bör påpekas, att tillsatsventilen hålles i öppet läge, när motorn är stillastående, emedan membranet 15b påverkas enbart av fjädern 15g och undertryck icke fortplantas till membranet.

Tillsatsventilen 13 hindrar sålunda icke bränsle att strömma 55 utefter passagens 8 väggyta, när motorn startas.

Så snart motorn har startats, alstras ett undertryck Ii sidoínloppspassngen 11 nedströms i förhållande till trottel- ventilen 12, och undertrycket fortplantas genom passagen 16 till membrananordningens 15 undertryckskammare 15c. Under- 40 trycket fortplantas även till ställventilen 18, så att atmos- §wñiiFÜOÉ¥iiii i' QUALITY [(1 Kv» 'Jl 40 7812005-2 färstryck tillföres till kammaren 15d. Membranet 15b avböjes sålunda mot verkan av fjädern 15g och åstadkommer stängning av tíllsatsventilen 13, vars läge upprätthâlles så länge motorn är lågt belastad. 7 I I detta läge passerar en väsentlig del av den inström- mande gasen genom sidopassagen 11 och munstycket 11a in i huvudpassagen 8 och därifrån in i förbränningsrummet 5 med hög hastighet. Tillsatsventílens 13 min '; öppning bestämmes i detta fall företrädesvis i förhållande till munstycket 11a, 'sä att den därvid nlfifrnde Flödeshnslighvtvn är större än flödeshastigheten hos turbulensen, som alstras i förbrännings- rummet S vid mycket stor belastning, varvid tillsatsventilen befinner sig i vidöppet läge. Tillsatsventilens 13 minsta öppning bör närmare bestämt vara mindre än 200 vridnings~ gvinkel hos ventilen 13. Det har befunnits att den höga hastig- heten av den inströmmande gasen åstadkommer en intensiv vírvel- bildning och turbulens i förbränningsrummet 5, så att en stabil förbränning åstadkommes samtidigt som möjligheten av feltänd- ning och ofullständig förbränning minskas. Det är därför _möjligt att i väsentlig grad förbättra bränsleekonomin.

När trottelventilen 12 öppnas för att åstadkomma ökad? emotoreffekt, ökas i motsvarande grad gasinströmningen genom sidopassagen 11, så att virvelbildningen och turbulensen ytterligare intensifieras. Det bör emellertid observeras, att munstycket 11a har en tvärsektionsarea, som är så liten, att en virvelbildníng med väsentlig hastighet alstras även under tomgång, så att flödesmotståndet vid munstyckspartiet 11a ökas som svar på en ökning av mängden inströmmande gas genom sidopassagen 11 i sådan utsträckning, att förbättringen av bränsleekonomin icke längre kan uppnås.

När motoreffekten ökas till ett visst belopp, öppnas därför tillsatsventilen 13 medelst membrananordningen 15.

När trottelventilen 12 öppnas, försvagas undertrycket i passagen 11 nedströms i förhållande till trottelventilen 12, så att membranet 15b under inverkan av fjädern 15g förflyttas till dess att minskningen av undertrycket är kompenserad. Till- satsventilen 13 öppnas sålunda i motsvarande grad För att minska flödet genom munstycket 11a. Om öppningen av tillsats- ventilen 13 är otillräcklig, uppstår ett ökat flödesmotstånd i munstycket 11a, så att en motsatt verkan ástadkommes ifråga lo :fu 7812005-2 om bränsleekonomin. Om däremot öppningen är alltför stor, erhålles en mindre förbättring av blandningcns förbränning.

I fig. 13 visar kurvan A det förhållande mellan motorns belastning och öppningen av tillsatsventílen 13, vid vilket problemen beträffande bränsleekonomin och blandníngens för- bränning samtidigt kan lösas. Vid en belastning motsvarande körning med 40 km/h på landsväg kan bränsleekonomin förbättras om tillsatsventilens 13 öppning ökas, men vid en öppning större än 90 uppstår en negativ verkan på förbränningens stabilitet.

Vid en öppning av mindre än 90 ökas bränsleförbrukningen fastän förbränningen kan hållas stabil. Det bör vidare observeras, att när tillsatsventilens 13 öppning är större än 350, har virvelbildningen och turbulensen till följd av sidopassagen 11 icke någon inverkan på bränsleekonomin och på förbränníngens stabilitet. Kurvans A beskaffenhet beror givetvis på motorernas speciella utförande.

När motorn utsättes för en väsentlig belastning, t.ex. när bilen kör upp för en backe, öppnas trottelventilen 12 helt, så att undertrycket i passagen 11 nedströms i förhållande till trottelventilen 12 minskar och insugningstrycket närmar sig atmosfärstrycket. Ställventilen 18 åstadkommer då att tillsatsventilen 13 öppnas, varvid en väsentlig del av in- loppsgasen tillåtes strömma genom huvudinloppspassagen 8.

Tack vare tillsatsventilen 13 är det sålunda möjligt att för- hindra alla förluster och sålunda förhindra ökning av bränsle- förbrukningen.

Uppfinningen är givetvis icke begränsad till de beskrivna utföringsformerna och förfarandena, utan allehanda modifika- tioner är möjliga inom uppfinningens ram. i“iFÜfOH iiii”* i QUALITY

Claims (5)

'\É a. :J\ I\'s CQ C| Uï I FJ 10 Patentkrav

1. Förfarande för reglering av gasínströmningen i en förbränníngsmotor (1), vilken innefattar en huvudínlopps- passage (8), som sträcker sig till ett förbränningsrum (5) via en inloppsport (9), en sidoinloppspassage (11), som in- till inloppsporten (9) är förbunden med huvudinloppspassagen via en öppning riktad mot förbränning zammet, en manuellt styrd trottelventil (12) anbragt í huvudinloppspassagen, samt en tillsatsventil (13), som är anbragt í huvudinlopps- passagen nedströms trottelventílen och anordnad att i be- roende av motorns belastning omställas mellan minsta och största öppningslägen, k ä n n e t e c k n a t av att man under tomgång och låg belastning på motorn håller till- satsventílen (13) i minsta öppningsläget och snabbt öppnar den så snart motorns belastning ökats utöver ett på förhand bestämt belopp till det största öppníngsläget.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att man styr tillsatsventilen (13) i ändamål att ändra dess öppning i överensstämmelse med motorbelastningen inom ett belastningsområde mellan det nämnda på förhand bestämda beloppet och ett andra på förhand bestämt belopp, som är mindre_än det förstnämnda beloppet.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, _ k ä n n e- t e c k nya t av att man styr tillsatsventilen (13) i överensstämmelse med undertrycket i inloppspassagen.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att man uttager inloppsundertrycket från sidoinloppspassagen nedströms i förhållande till trottelventilen (12).

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att man styr tíllsatsventilen (13) i ändamål att ändra dess öppning i överensstämmelse med en måttlig belastning av 1110120131.