SE442044B - Ledningssystem for friskgas till en forbrenningsmotor av kolvtyp - Google Patents

Description

?9fo4z2-9 45 BO 40 2 direkt från den omgivande atmosfären, utan ett luftfilter och i förekommande fall även en särskild laddningsanordning är ansluten till friskgasledningen. I dessa fall måste man insätta en dämpningsvolym mellan resonansröret och filtret eller mellan resonansröret och laddningsanordningen för dämpning av sväng- ningarna i friskgasen, dels för att strypningsverkan av frisk- 7 gassvängningarna ej skall dämpa de i det akustiska svängnings- systemet uppträdande gassvängningarna, och dels för att gas- svängningarna ej skall störa funktionen av laddningsanordningen eller luftfiltret. Dylika ledningssystem för friskgas är exem- pelvis beskrivna i den ungerska patentskriften 161 525 och US patentskriften 3 796 048. Vid dessa kända lösningar bildar cy- linder 4, 2 och 3 respektive cylinder 4, 5 och 6 av en 6-cylind- rig radmotor vardera en grupp, och inom dessa grupper överlag- ras ej insugningsperioderna för respektive cylindrar. Insugnings- öppningarna till cylindrarna i en grupp är förbundna med en ge- mensam resonansbehàllare, och till varje resonansbehàllare är ett resonansrör anslutet. Resonansrören är inbördes förbundna genom en gemensam dämpningsbehållare. Inloppsöppningen för frisk- gas till dämpningsbehâllaren står via ett förbindelserör i för- bindelse med laddningsanordningens trycksida.

På grund av den vanliga tändningsföljden 1-5-5-6-2-4 för 6-cylindermotorn och de kända tändningsavstànden följer insug- ningsperioderna i varje cylindergrupp på ett avstånd av 240° efter varandra (uttryckt som rotationsvinkel av motorns vev- axel). Samtidigt är insugningsperioderna för båda cylindergrup- perna förskjutna inbördes 1200,-det vill säga en halv arbets- period. I i Därigenom är även de friskgassvängningar som uppträder i de till respektive cylindergrupper hörande akustiska svängnings- systemen inbördes förskjutna en halv arbetstakt. När sålunda ett tryckmaximum uppträder i resonansbehállaren för en cylinder- grupp, uppträder ett tryckminimum i den andra gruppen. Liknan- de förhàllande uppträder även vid de på dämpningsbehâllarens sida belägna inloppsöppningarna till resonansrören: när den största hastigheten av friskgasen i riktning mot cylindergrup- pen uppträder vid insugningsöppningen till ett resonansrör, upp- träder den största motriktade, d v s i riktning mot dämpnings- behållaren riktade hastigheten vid inloppsöppningen till reso- nansröret för den andra cylindergruppen. De genom svängningarna 45 50 55 40 7910432-9 UJ av friskgasen orsakade icke-stationära masströmningarna utjämnas därför i dämpningsbehâllaren. Vid inloppsöppningen för friskgas till dämpningsbehållaren åstadkommes därigenom en mot motorns friskgasförbrukning svarande stationär hastighet av friskgasen, och i dämpníngsbehållaren uppstår en stationär trycknivå- Den- na stationära trycknivå skapar erforderliga gränsvillkor för friskgasens svängningar i det akustiska svängningssystemet, me- dan den stationära masströmningen vid inloppsöppningen till dämpningsbehâllaren tillförsäkrar stationär funktion av turbo- laddaren med god verkningsgrad. För den beskrivna utjämníngen, sålunda svängningsdämpningen, är redan en helt liten dämpnings- volym tillräcklig, då storleken av volymen vid utjämning ej spelar någon väsentlig roll. De konstruktiva fördelarna av an- ordningen inses lätt: anordningen av en liten dämpningsvolym bredvid motorn bereder inga svårigheter.

Ett principiellt annat förhållande uppträder vid motorer där varje särskild cylindergrupp har en egen dämpningsbehålla- re, d v s där endast ett resonansrör för matning till en cy- lindergrupp är anslutet till en dämpningsbehållare. Dylika för- bränningsmotorer är 4-, 2-, 5- och 4-cylindriska motorer, vida- re alla flercylindriska motorer, vid vilka anslutningen av mer än ett resonansrör till en dämpningsbehållare av konstruktiva skäl ej är möjlig eller lämplig. Vid dessa motorer uppstår en pulserande masström (icke stationär sugverkan) i den till res- pektive cylindergrupp hörande dämpningsbehållaren på grund av svängningar i friskgasen som uppträder i den cylindergruppen matande resonansbehållaren och resonansröret, d v s i det akus- tiska svängningssystemet. För att en relativt stationär tryck- nivà skall kunna inställas i dämpningsbehållaren trots den icke- stationära sugverkan och en relativt stationär hastighet av friskgasen skall kunna inställas vid insugningsöppningen för friskgas till dämpningsbehållaren, måste volymen av dämpnings- behållaren göras mycket stor. Denna volym utgör 50-50 gånger motorns totala slagvolym och kan därför i förekommande fall överskrida 100 liter. Dylika stora dämpningsbehållare är givet- vis svåra att installera och därför kan ledningssystem för frisk- gas av angivet slag ej användas vid nämnda motorer.

Uppfinningen har till syfte att eliminera nämnda nack- delar och åstadkomma en förbränningsmotor av kolvtyp, vid vilken en tillräckligt stationär trycknivå uppstår i varäe till respek- 29fo432-9 45 EO 55 40. 4 tive cylindergrupper av motorn hörande dämpningsbehållare, även när dämpningsbehâllarens volym är liten.

Uppfinningen avser sålunda en förbränningsmotor av kolv- typ med ett ledningssystem för friskgas till förbättring av cylinderladdningen under utnyttjande av gassvängningar, varvid insugningsöppningarna till en av högst fyra cylindrar med obetyd- ligt överlagrade insugningsperioder bildad cylindergrupp är för- bundna med den gemensamma matnings-resonansbehållare som lämnar friskgas till cylindergruppen och denna resonansbehållare via ett matnings-resonansrör står i förbindelse med en till cylin- dergruppen hörande och med en insugningsöppning för friskgas försedd dämpningsbehâllare¿ 0 Uppfinningen innebär väsentligen att en sluten resonans- behållare är ansluten till dämpningsbehållaren via ett utjäm- nande resonansrör och att resonansbehállaren tillsammans med resonansröret bildar ett akustiskt svängningssystem som drives av gassvängningarna i det av matnings-resonansbehållaren och matnings-resonansröret bestående akustiska svängningssystemet.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen är egen- svängningstalet för det av den slutna resonansbehållaren och det utjämnande resonansröret bestående akustiska svängninga- systemet tíllnärmelsevis lika med egensvängningstalet för det av matníngs-resonansbehållaren och matnings-resonansröret be- stående akustiska svängningssystemet.

I en ytterligare utföringsform befinner sig de i dämp- ningsbehållaren mynnande tvärsnitten av det utjämnande resonans- röret och av matnings-resonansröret mitt för varandra och de- ras axlar sammanfaller lämpligen utmed en gemensam linje. Det är vidare lämpligt att dämpningsbehållaren är utformad gemen- samt med en redan befintlig behållare för en annan funktion,. exempelvis luftfilterhuset. " I en ytterligare utföringsform är inloppsöppningen för friskgas i dämpningsbehållaren ansluten till trycksidan av en laddningsanordning. I detta fall är det lämpligt att laddnings- anordningen är en avgasturboladdare. Vidare är det fördelaktigt att anordna laddningsluftkylaren i dämpningsbehållaren. I en ¿ ytterligare föredragen utföringsform är dämpningsbehållaren an- ordnad som laddningsluftrum för laddningsluftkylaren.

Vid förbränníngsmotorn enligt uppfinningen försättes den till respektive grupp med dess matnings-resonansbehållare 45 50 40 7910432-9 och matnings-resonansrör strömmande friskgasen i svängningar genom den periodiska sugverkan av de till gruppen hörande cy- lindrarna. Dessa svängningar av friskgasen förbättrar motorns laddning på ett fördelaktigt sätt och framkallar samtidigt en diskontinuerlig avsugning i den till cylindergruppen höran- de dämpningsbehållaren. Därigenom uppstår trycksvängningar i dämpningsbehàllaren. Redan genom trycksvängningar med mycket liten amplitud i dämpningsbehâllaren försattes det till dämp- ningsbehållaren anslutna akustiska svängningssystemet med re- sonansrör och anslutande resonansbehàllare i svängning, pà så sätt att systemet fylles med friskgas och trycket i denna gas stiger i den slutna resonansbehàllaren genom verkan av en i dämpningsbehållaren inträdande ögonblicklig tryckstegring. I den andra hälften av svängningsförloppet, när en plötslig tryck- sänkning just skulle inträda, strömmar frisk gas från den slut- ' na resonansbehållaren genom det utjämnande resonansröret åter till dämpningsbehàllaren. I det ögonblick då matnings-resonans- röret suger frisk gas med den största hastigheten från dämpnings- behållaren, inströmmar frisk gas via det utjämnande resonans- röret med den största hastigheten in i dämpningsbehàllaren, ut- jämnar därigenom den diskontinuerliga avsugningen och håller de i dämpningsbehållaren uppträdande trycksvängningarna inom acceptabla gränser. Därigenom tillförsäkras samtidigt även re- lativt jämn inströmning i inloppsöppningen för frisk gas till dämp- ningsbehàllaren. Den utjämnande verkan av det av den slutna resonansbehållaren och det utjämnande resonansröret bildade akustiska svängningssystemetkan utnyttjas över motorns hela varvtalsområde, när egensvängningstalet för detta akustiska svängningssystem är tillnärmelsevis lika med egensvängnings- talet för det akustiska svängningssystem som bildas av matnings- resonansbehàllaren och matnings-resonansröret. Den utjämnande verkan är särskilt god då de i utjämningsbehållaren mynnande tvärsnitten av matnings-resonansröret och det utjämnande reso- nansröret ligger mitt för varandra så att deras axlar samman- faller utmed en linje. I detta fall utnyttjas den kinetiska energin av den från matnings-resonansröret kommande friskgasen direkt för att försätta det av nämnda resonansrör och den slut- na resonansbehàllaren bestående akustiska svängningssystemet i svängning, varigenom strömningsförlusterna i systemet i betydan- de grad kan nedbringas. En liknande fördel uppträder i det ögon- 7910432-9 55 40 blick, då matnings-resonansröret just suger friskgas med den största hastigheten från dämpningsbehâllaren, då den kinetiska energin av den från det utjämnande resonansröret med den störs- ta hastigheten just utströmmande friskgasen vid motsatt beläg- na mynningar av resonansrören kan utnyttjas direkt i matnings- resonansröret.

Så-som framgår av ovanstående uppträder knappast några trycksvängningar i dämpningsbehállaren genom verkan av den icke-stationära strömningen. Friskgasen svänger mellan de båda akustiska svängningssystemen, d v s me1lan-matnings- och utjäm- ningssystemet. _ 8 Uppfinningen beskrives nedan i form av utföringsexempel och med hänvisning till åtföljande ritningar.

Fig 1 visar uppfinningen tillämpad vid en fyrcylindrisk motor, i längdsnitt.

Fig 2, 5, 4 ooh_5 visar ytterligare utföringsformer i liknande framställning.

Den på fíg 1 visade fyrtakt-fyrcylinder-förbränningsmotorn 1 har ett tändningsavstánd av 180°, d v s insugningsperioderna för motorns cylindrar 2 överlagras ej väsentligt.Därför kan insug- ningsöppningarna 4 i den av cylindrarna 2 bildade cylindergrup- pen anslutas till en gemensam matnings-resonansbehâllare 6. I det visade utförandet är insugningsöppningarna 4 till cylindrar- na 2 ej direkt förbundna med den gemensamma matnings-resonans- behållaren 6, utan.förbundna med denna via en mellankopplad sug- ledning 5. Givietvis kan insugningsöppningarna 4 även vara di- rekt förbundna med matnings-resonansbehàllaren 6. Till matnings- resonansbehållaren 6 är ett matnings-resonansrör 7 anslutet, vilket i sin tur är förbundet med den till cylindergruppen hö- rande dämpningsbehållaren 8. Dämpningsbehàllaren 8 har en in- loppsöppning 9 för friskgas. Matnings-resonansröret 7 står i förbindelse med dämpningshållren 8 via tvärsnittet 10. Till dämpningsbehållaren 8 är anslutet ett utjämnande resonansrör 11, i det visade utförandet på så sätt att det i dämpningsbehàl- laren 8 mynnande tvärsnittet 15 av det utjämnande resonansröret 11 och det likaledes i dämpningsbehàllaren 8 mynnande tvärsnittet av matnings-resonansröret 7 ligger mitt för varandra med sam- manfallande axlar. En sluten resonansbehållare 12 är ansluten till det utjämnande resonansröret 11. Det av resonansröret 11 och resonansbehållaren 12 bestående akustiska svängningssystemet 40 'l5 šO 55 40 7910452-9 har tillnärmelsevis samma egensvängningstal som det av matnings- resonansbehållaren 6 och matnings-resonansröret 7 bestående akustiska svängningssystemet. šistnämnda system försättes i svängning av de periodiskt sugande kolvarna 3 i motorcylindrar- na 2. De därigenom uppstående svängningarna av friskgasen ut- nyttjas av motorn 4 för förbättring av laddningen till cylind- rarna 2. Genom verkan av friskgasens svängningar uppstår en strömning av friskgas med alternerande riktningar i matnings- resonansröret 7, vilket har till följd att friskgas med hög has- tighet avsuges i ett bestämt svängningsavsnitt från dämpníngs- behållaren 8 genom inloppsöppningen 40 till matnings-resonans- röret 7, medan frískgas med stor hastighet återströmmar under den andra halvperioden av svängningen. Vid denna äterströmning strömmarden från öppningen 40 av matnings-resonansröret 7 kom- mande friskgasstràlen in i den koaxiellt belägna öppningen 45 in i det utjämnande resonansröret 44. Genom att rörtvärsnitten 40 och 45 ligger mitt för varandra och deras axlar sammanfaller utmed en linje utnyttjas den kinetíska energin av friskgasen direkt för att försätta det av resonansröret 44 och den slutna resonansbehàllaren 42 bestående akustiska svängningssystemet i svängning. Därvid fylles den slutna resonansbehållaren 42 med frisk gas av högt tryck. I följande avsnitt av friskgassväng- ningen, när friskgasen strömmar med allt större hastighet genom öppningen 40 till matnings-resonansröret 7 i riktning mot reso- nansbehàllaren 6, börjar den i den slutna resonansbehâllaren 42 ansamlade friskgasen att inströmma i dämpningsbehållaren S genom verkan av sitt eget tryck under allt större hastighet ge- nom det utjämnande resonansrörets 44 öppning 45. Även här ut- nyttjas den kinetiska energin av den genom tvärsnittet 43 ut- strömmande friskgasen direkt för att åstadkomma strömming in i matnings-resonansröret 7. Därigenom flyter den genom svängningar av friskgasen föranledde icke-stationära strömningen väsentligen mellan de båda akustiska svängningssystemen, d v s mellan det av matníngs-resonansbehållaren 6 och matnings-resonansröret 7 bildade systemet och det av det utjämnande resonansröret 44 och den slutna resonansbehállaren 42 bildade systemet. Genom in- loppsöppningen 9 till dämpningsbehållaren 8 inkommer friskgasen därför med tillnärmelsevis stationär hastighet, d v s vid öpp- ningen 9 råder stationär hastighet och i dämpningshehàllaren 8 tillnärmelsevis konstant tryck. Sistnämnda konstanta tryck till- 7910432-9 e 8 40 45 50 v: V1 40 försäkrar de för svängningen av friskgasen i matningssystemet nödvändiga villkoren, medan den tillnärmelsevis konstanta has- tigheten av friskgasen vid ínloppsöppningen 9 är ett villkor för avsedd funktion av de till inloppsöppningen 9 anslutna övri- ga anordningarna, såsom exempelvis ett på fig 4 ej visat luft- filter. Dà volymen av dämpningsbehâllaren 8 ej spelar någon vä- sentlig roll vid den beskrivna ntjämningen av friskgasens sväng- ningar, kan dämpningsbehållaren 8 inom de av strömningstekniska skäl bestämda gränserna utföras med godtyckligt små dimensioner.

Därigenom bortfaller konstruktionsproblem vid anordnandet av dämpningsbehållaren 8, då en mindre dämpningsbehållare enkelt kan placeras i ett utrymme bredvid motorn. Vidare är det möjligt att sammanbygga dämpningsbehàllaren 8 med en annan behållare som redan har sin bestämda funktion. På fig 2 visas ett utförande där dämpningsbehållaren 8a är sammanbyggd med huset 4? för luft- fiitret. ' På fig 5 visas en fyrcylindrig motor enligt uppfinningen, där inloppsöppningen 9 för friskgas till dämpningsbehållaren 8 är ansluten till trycksidan 45 av en laddningsanordning 44. En- ligt.fig 3 är laddningsanordningen en avgasturboladdare, och anslutningen är utförd via ett förbindelserör 46 alternativt kan inloppsöppningen 9 till dämpningsbehållaren 6 givetvis även vara förbunden med trycksidan 45 av en annan laddningsanordning 44. I varje fall utgör den vid inloppsöppningen 9 rådande till- närmelsevis konstanta hastigheten av friskgasen en gynnsam förut- sättning för funktionen av laddningsanordningen 44.

Om andra apparater, exempelvis en pâ fig 5 ej visad ladd- ningsluftkylare, monteras mellan laddningsanordningen 44 och inloppsöppningen 9 för friskgas till dämpningsbehàllaren 8, på- verkas även dessas funktion i gynnsam riktning genom den statio- nära hastigheten av friskgasen. I ledningssystemet för friskga- sen kan givetvis även ytterligare för motorns funktion nödvändi- ga delar insättas, vid Otto-motorer exempelvis bensininsprut- nings- eller förgasningsanordningar, och för reglering av den insugna friskgasmängden erforderlig spjällventil.

På fig 4 visas en utföríngsform av uppfinningen, där ladd- ningsluftkylaren 48 är anordnad i dämpningsbehållaren Sb. Detta är särskilt fördelaktigt vid användning av luft-vatten-värme- 1 växlare.

Fig 5 visar en utföringsform där dämpningsbehàllaren 80 7910432-9 är utförd som laddningsluftrum för laddníngsluftkylaren 18a.

Denna lösning möjliggör ett kompakt utförande framför allt vid luft~luft~värmeväxlare.

De på fig 2-5 visade utföríngsformerna arbetar på samma sätt som utföringsformen enligt fig 1.

Claims (8)

7910432-9 1o 40 45 20 25 50 55 40

1. Patentkrav 4. Förbränningsmotorav kolvtyp med ett ledningssystem för friskgas till förbättring av cylinderladdningen under utnyttjan- de av gassvängningar, varvid insugningsöppningarna till en av högst fyra cylindrar med obetydligt överlagrade insugningsperio- der bildad cylindergrupp är förbundna med den gemensamma mat- nings-resonansbehàllare som lämnar friskgas till cylindergrup- pen cch denna resonansbehållare via ett matnings-resonansrör står i förbindelse med en till cylindergruppen hörande och med en insugningsöppning för friskgas försedd dämpningsbehàllare, k ä n n e_t e c k n a d - av att en sluten resonansbehållare (42) är ansluten till dämpningsbehållaren (3, 8a, 8b, 80) via ett utjämnings-resonansrör (44) och att denna resonansbehàllare till- sammans med utjämnings-resonansröret bildar ett akustiskt sväng- ningssystem som försättes i svängníng av gassvängningarna i det av matnings-resonansbehàllaren (6) och matnings-resonansröret (7) bestående akustiska svängningssystemet.

2. Förbränningsmotor; enligt krav 4, n a d av att egensvängningstalet för det av den slutna reso- nansbehållaren (42) och utjämnings-resonansröret (44) bestående akustiska svängningssystemet är tillnärmelsevis lika med egen- svängningstalet för det av matnings-resonansbehållaren (6) och matnings-resonansröret (7) bestående akustiska svängningssyste- met. k ä n n e t e c k-

3. 5. Förbränningsmotor enligt krav 4, k ä n n e t e c k- n a d' av att de i dämpningsbehàllaren (8) mynnande tvärsnit- ten (45,40) av utjämnings-resonansröret (44) och matnings-reso- nansröret (7) ligger mitt för varandra och lämpligen med samman- fallande axlar.

4. Förbränningsmotor enligt krav 4, k ä n n e t e c k- n a d av att dämpningsbehållaren (8a) är sammanbyggd med en behållare för annat ändamål, exempelvis med ett hus (47) för ett luftfilter.

5. Förbränningsmotor enligt krav 4, k ä n n e t e c k- n a d _av att inloppsöppningen (9) för friskgas till dämp- níngsbehâllaren (8) är ansluten till trycksidan (45) av en ladd- ningsanordníng (44). ä

6. Förbränningsmotor enligt krav 4 och 5, k ä n n e- t e o k n a d av att laddningsanordningen (44) är en avgas- turboladdare.

7. Förbränningsmotor' enligt krav 4 och 5, k ä n n e- 11 7910432-9 t e c k n a d .av att en laddningsluftkylare (18) är insatt i dämpningsbehállaren (Bb).

8. Förbränningsmotor enligt krav 'l och 5, k ä n n e- t e c k n a d av att dämpningsbehållaren (êc) är utförd som laddningsluftrum för en laddningsluftkylare (flßa).