SE446114B

SE446114B - DEVICE OF A COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: SE446114B
Application number: SE8006808A
Authority: SE
Inventors: S-O Kronogard; C-O Kronogard; N H Kronogard
Original assignee: Volvo Ab
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1980-09-29
Publication date: 1986-08-11
Also published as: SE8006808L; JPS5786524A; DE3133953A1

Description

8D068Û8-3 TO En anordning enligt uppfinningen vid en motor med minst en cylinder försedd med ventilstyrda in- och ut- loppsöppningar i ett cylindern tillslutande lock känneteck- nas av ett i locket utformat hålrum, med väsentligen cylin- drisk form, vilket står i förbindelse med in- och utlopps- öppningarna via kanaler, samt ett i hålrummet införbart aggregat omfattande en i ett hus innesluten rotor med ett turbinhjul och ett kompressorhjul på en gemensam axel var- vid åtminstone en av hålrummets ändgavlar utgörs av ett löstagbart element och huset i övrigt är inrättat att in- föras och hållas i driftläge med rotoraxeln väsentligen parallell med hålrummets längdsymmetriaxel. 8D068Û8-3 TO A device according to the invention for an engine with at least one cylinder fitted with valve-controlled inlet and outlet flue openings in a cylinder closing lid are characterized of a cavity formed in the lid, with substantially cylindrical risky form, which is related to the inlet and outlet the openings via channels, and one insertable into the cavity unit comprising a rotor enclosed in a housing with one turbine wheels and a compressor wheel on a common shaft at at least one of the end ends of the cavity consists of one detachable element and the house in general is set up to moved and held in operating position with the rotor shaft substantially parallel to the longitudinal axis of symmetry of the cavity.

Ytterligare kännetecken kommer att framgå av efterföljande beskrivning och patentkrav.Additional features will be apparent from subsequent description and claims.

Uppfinningen kommer att beskrivas i det föl- jande med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka Fig. 1 visar en tvärsektion genom övre partiet av en för- bränningsmotor, vars cylinderlock innesluter ett uppladdningsaggregat med tvärgående överliggande placering, Fig. 2 är en plansektion genom en del av cylinderlocket på samma_motor visande det cylínderpar, som aggre- gatet betjänar, ' Fig. 3 visar en plansektion genom en del av ett cylinder- lock med alternativt utförande, där aggregatet är orienterat vertikalt och placerat i lockets ena sidoparti, Fig. Ä visar en tvärsektion genom övre delen av ytterli- gare en motor med sidoplacerat aggregat oriente- rat i cylinderlockets längdriktning, Fig. 5 visar en plansektion genom cylinderlocket för en 4-cylindrig motor med två i locket inbyggda agg- regat och Fig. 6 visar ett vertikalsnitt genom motorn enligt Fig. 5.The invention will be described in the following with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a cross section through the upper part of a front combustion engine, the cylinder head of which encloses one charger with transverse overhead investment, Fig. 2 is a plan section through a part of the cylinder head on the same_engine showing the pair of cylinders which aggregate the street serves, ' Fig. 3 shows a plan section through a part of a cylinder lid with alternative design, where the unit is oriented vertically and placed in one of the lids sidoparti, Fig. Ä shows a cross section through the upper part of the outer part. an engine with a side-by-side unit oriented in the longitudinal direction of the cylinder head, Fig. 5 shows a plan section through the cylinder head for one 4-cylinder engine with two units built into the lid regat and Fig. 6 shows a vertical section through the motor according to Fig. 5.

Av Fig. 1, som visar en tvärsektion genom en förbränningsmotor, framgår övre partiet av ett cylinder- ”block 10 respektive en kolv 11, samt ett cylinderlock 52.Of Fig. 1, showing a cross section through a internal combustion engine, the upper part of a cylinder "Block 10 and a piston 11, respectively, and a cylinder head 52.

Snittet har trappstegsform och linjen H1 - H1 markerar den horisontella snittytan. De vertikala snittytorna under, respektive över linjen H] - HI är lagda utefter linjerna V1 - V] rerspekuivm-s V2 - V2 i lfigy. .'., som visar ett, hori- sontellt snitt lagt genom linjen H2 - Hp i F13- 1- 8006808-3 På ritningarna i Fig. 2 och Fig. 3, där tvâ på varandra följande cylindrar i motorblocken antytts med streckade cirklar betecknade J, Il resp. Ill, IV, har motorkomponenter med samma funktion men tillhörande olika cylindrar givits samma grundbeteckning och särskiljs i stället genom indicering med respektive cylinderbeteck- ning; .The section has a stepped shape and the line H1 - H1 marks it horizontal cut surface. The vertical sections below, respectively over the line H] - HI are laid along the lines V1 - V] rerspekuivm-s V2 - V2 i lfigy. . '., which shows a, hori- sontal section laid through the line H2 - Hp in F13- 1- 8006808-3 In the drawings in Fig. 2 and Fig. 3, where two successive cylinders in the engine blocks are indicated with dashed circles denoted J, Il resp. Ill, IV, has engine components with the same function but associated with different cylinders have been given the same basic designation and are distinguished in instead by indication with the respective cylinder designation ning; .

Cylinderlocket 12 omfattar på vanligt sätt en inloppsventil 13 och en avgasventil Iä i anslutning till varje cylinder, Dessa reglerar i locket utformade in- resp. utströmningskanalers 15, 16 in- och utlopp i ett förbränningsrum 17. Kanalerna förbinder förbrännings- rummet med ett likaledes i cylinderlockets utformat hål- rum 18, som är inrättat att ínnesluta ett s k uppladd- nings- eller turboladdningsaggregat 19. Aggregatet,som är utformat som en i hålrummet införbar insats, kommer att beskrivas närmare nedan.The cylinder head 12 comprises in the usual manner an inlet valve 13 and an exhaust valve Iä in connection to each cylinder, These regulators in the lid designed in- resp. outflow channels 15, 16 inlet and outlet in a combustion chamber 17. The ducts connect the combustion the room with a hole similarly designed in the cylinder head room 18, which is set up to include a so-called charging charging or turbocharging unit 19. The unit, which is designed as an insert insertable into the cavity, will to be described in more detail below.

Vid den i Fig 1 och 2 visade utförandeformen är uggregatvt I9 anordnat för anslutning till två i motor- blocket angränsande cylindrar I, ll och hålrummet 18 ut- format tvärs cylinderlocket 12 ungefärligen mitt emellan de båda underliggande cylindrarna.In the embodiment shown in Figs. 1 and 2 Uggregatvt I9 is arranged for connection to two in the motor the block adjacent cylinders I, II and the cavity 18 formed across the cylinder head 12 approximately in the middle the two underlying cylinders.

Ventilerna 13, lä är anordnade i ett med hål- rummets centerlinje väsentligen parallellt vortikalplan.The valves 13, 1a are arranged in one with the center line of the room substantially parallel to the vertical plane.

Härigenom får kanalerna 15, 16 en enkel och ur strömnings- synpunkt fördelaktig sträckning samtidigt som ett till- räckligt utrymme (ﬂcylinderdiametern) för aggregatet skapas mellan ventilskaften med bibehållande av en tät cylinder- placering.This gives the channels 15, 16 a simple and out of flow advantageous stretching at the same time as a sufficient space (ﬂ cylinder diameter) for the unit is created between the valve stems while maintaining a tight cylindrical investment.

Ventilarrangemanget är av i och för sig känt slag och motorn förses lämplišen med en konventionell nåverkningsmekanism (ej visad) omfattande två överllggando kamaxlar, alternativt en central kamaxel och två vippställ.The valve arrangement is known per se stroke and the engine is suitably fitted with a conventional mechanism of action (not shown) comprising two overlays camshafts, alternatively a central camshaft and two rocker racks.

Aggregatet 19 inrättas företrädesvis för axiollt tilLopp respektive radío1IL avlopp vid kompressor- delen och radiellt tillopp respektive axiellt avlopp vid àoossos-3 turbindelen. En generellt föredragen utförandeform med driftklart aggregat framgår av Fig. 1. I Fig} 2 visas hålrummet öppnat med enbart turboinsatsen.The unit 19 is preferably set up for axial flow and radio1IL drain at compressor the part and radial inlet and axial drain at aossos-3 the turbine part. A generally preferred embodiment with ready-to-operate unit is shown in Fig. 1. Fig.} 2 shows the cavity opened with only the turbo insert.

Hålrummet 18 är vid detta utförande cylind- -riskt och helt öppet vid ändpartierna. Inströmmningska- nalerna 15 respektive utströmmningskanalerna 16 vid de båda cylindrarna I, II löper samman till en ut- respek- tive inloppssnäcka 20, 21 i hålrummets väggmantel.The cavity 18 in this embodiment is cylindrical. -risk and completely open at the end portions. Influx the channels 15 and the outflow channels 16 at the both cylinders I, II converge to an tive inlet screw 20, 21 in the cavity wall jacket.

Snäckorna står öppna mot hâlrummet genom varsin runtom löpande spalt 22,23. - Aggregaten 19 omfattar en rotor med ett kompressorhjul 2Ä och turbinhjul 25 på en_gemensam mel- lanliggande axel 26. Rotorn är lagrad i ett hus 27, som är format som en rotorn omslutande, central kropp med två runtomgående, mot spalterna 22, 23 inpassbara, ra- diellt utskjutande partier 28, 29, vilka är inrättade såsom ut- respektive inloppspassager. Inloppspassagen vid turbindelen är, som schematiskt antytts,försedd med ledskenor 30. Även utloppspassagen vid kompressordelen är, såsom visats på ritningen, försedd med ledskenur 31.The shells are open to the cavity through each around current column 22.23. - The units 19 comprise a rotor with one compressor wheel 2Ä and turbine wheel 25 on a common adjacent shaft 26. The rotor is mounted in a housing 27, which is shaped like a rotor enclosing, central body with two circumferential, which can be fitted to the slots 22, 23, partially projecting portions 28, 29, which are arranged such as outlet and inlet passages. Inlet passages at the turbine part is, as schematically indicated, provided with guide rails 30. Also the outlet passage at the compressor part is, as shown in the drawing, provided with guide rail 31.

Dessa är då inrättade för diffusorverkan. I vissa fall kan man av utrymmesskäl nöja sig med enbart spiralhus (snäcka) vid turbin respektive kompressor. Rotorn är lagrad vid axelpartiet 26. Lämpligen inrättas axeln och den omgivande husdelen för s.k. luftlagring, såsom sche- matiskt visats och betecknats 32.These are then set up for diffuser action. In some cases for reasons of space, one can be content with only spiral housings (worm) at turbine and compressor respectively. The rotor is mounted at the shaft portion 26. Suitably the shaft and the surrounding house part for so-called air storage, such as systematically shown and designated 32.

I Lämpligen görs det ovan beskrivna principut- förandet av huset 27 i form av ett rotationssymmetriskt skal, såsom framgår av Fig. 1 och 2. De utskjutande par- tierna 28, 29 utgörs vart och ett av två ringformade skivelement, vilka kommer att anligga mot hålrumsväggen på var sin sida om respektive spalt 22,23. Mellan skiv- elementen löper ledskenorna 30, 31 som således även sammanhåller de yttre husdelarna med den axeln 26 om- givande husdelen.In Appropriately, the above-described principle the movement of the housing 27 in the form of a rotationally symmetrical shell, as shown in Figs. 1 and 2. The projecting Ties 28, 29 are each two annular disc elements, which will abut against the cavity wall on each side of the respective column 22.23. Between disc- the elements run the guide rails 30, 31 as well as connects the outer housing parts to the shaft 26 about which rewarding housing part.

Såväl hela rotorn som hus kan med fördel fill- verkas i keramiskt material. Huset utformas lämpligen i två halvor med en i axialplanet Löpande sammanfogningsytn 8006808-3 »T varvid rotorn tillverkas i ett stycke. Husdelarna monte- ras samman med lämplig känd teknik, t.ex. medelst klammer eller genom en limfog.Both the entire rotor and the housing can advantageously fill made of ceramic material. The house is suitably designed in two halves with one in the axial plane Continuous joining surface 8006808-3 »T wherein the rotor is manufactured in one piece. The housing parts are together with suitable prior art, e.g. by means of staples or through an adhesive joint.

Aggregatet 19 är í beskrivningsexemplet in- rättat så att det hålls i driftläge , när anslutninge- flänsar 33, Bh vid ett avgasrör, respektive en förgasare eller luftrenare vid direktinsprutad motor (alternativt mellanliggande grenrör) monteras fast vid hålrummets öppna ändpartier. Om hålrummet utformas väsentligt längre än aggregatet används en avgasdiffusor 35, respektive en ínloppsdysa 36 i form av i hålrummet införpara insatser, såsom dístanselement mellan aggregatet och anslutnings- flänsarna. Hâlrummet kan även ges en mot aggregatet sva- rande längd, varvid ovannämnda anslutningselement 33, Bh formas med dys- respektive diffusorgeometri.The unit 19 is included in the description example. corrected so that it is kept in operating mode, when the flanges 33, bra at an exhaust pipe, respectively a carburettor or air purifier for direct injection engine (alternatively intermediate manifolds) are mounted to the openings of the cavity end portions. If the cavity is designed significantly longer than the unit uses an exhaust diffuser 35 and a inlet nozzle 36 in the form of inserting inserts in the cavity, as a distance element between the unit and the connection the flanges. The cavity can also be given a response to the unit. length, wherein the above-mentioned connecting element 33, Bh formed with nozzle or diffuser geometry.

I Fig. 3 och Ä visas två alternativa utföran- Vdeformer av Cylinderlock enligt uppfinningen samtidigt som en kompletterande bild av uppladdningsaggregatet fås.Fig. 3 and Ä show two alternative embodiments. Molds of Cylinder Caps according to the invention simultaneously as a complementary image of the charger is obtained.

Båda cylinderlocken ärïidetta fall inrättade för ovan be- skrivna typ av turboinsats, vars utformning här framgår genom snitt i radialplanet vid kompressordelen i Fíg. 3, respektive turbindelen i Fíg. Å. Ovan använda beteckningar på aggregatets komponenter har bibehållits.Both cylinder heads are in this case arranged for the above written type of turbo insert, the design of which is shown here by section in the radial plane at the compressor part in Fig. 3, respectively the turbine part in Fig. Å. Designations used above on the components of the unit has been maintained.

Av Fig. 3 framgår en del av ett cylinderlock 40. Två närliggande cylindrar är betecknade III, IV. Ett hålrum Ä1 är här utformat i lockets ena längsgående sido- parti på sådant sätt, att aggregatet 19 i infört läge har 'rotoraxeln 26 parallell med cylíndrarnas längdsymmetri- axel. Aggregatet betjänar även i detta fall två cylindrar och hålrummet är ungefärligen symmetriskt placerat med avseende på dessa. Vid denna utförandeform arrangeras inlopps- ÄB och avgasventi] ÅS vid respektive cylinder lämpligen í ett gemensamt längsgående vertikalplan. In- 'respektive utströmningskanaler ÄH, 45 med tillhörande snäckor H0, R? är ntformadu på att sätt motsvarande det ovan beskrivna. 8006808-3 I Fig. H är ett cylinderlock 50 visat~ Locket är även här utformat med ett hålrum 51 i dess ena lång- sida, men liggande, dvs. aggregatet har 1 infört läge ro- toraxeln 26 riktad i motorns längdriktning. Cylinder- locket är här visat mer komplettooh tillsammans med en avgasventil 52 med tillhörande utströmningskanal 53 och lnloppssnäcka 5ü framgår även en överliggande kamaxel 55 och ett tändstift 56 vid en cylinder V. _ Fíg. 5 och 6 visar horisontal- resp. verti- kalsnítt genom en Ä-cylindrig motor, där två turboaggre- gat 60 är inmonterade i horisontella, tvärgående passager i det för samtliga cylindrar gemensamma locket 61. Aggre- gatens kompressorer är anslutna till en lufttillförsel- låda 2 försedd med insprutare 63 för bränsle. Inspruta- rens placering före inloppet till kompressorerna säker- ställer en god inblandning av bränslet i den tillström- mande luften. Detta är speciellt värdefullt då man använ- der andra bränslen än dem som hittils använts i förgasar- motnrer, t.ex. metanol eller kolpulvor i uppslammad eller gel-form.Fig. 3 shows a part of a cylinder head 40. Two adjacent cylinders are designated III, IV. One cavity Ä1 is here formed in one longitudinal lateral side of the lid. portion in such a way that the assembly 19 in the inserted position has rotor shaft 26 parallel to the longitudinal symmetry of the cylinders shoulder. The unit also serves two cylinders in this case and the cavity is approximately symmetrically located with with respect to these. In this embodiment is arranged inlet ÄB and exhaust valve] ÅS at each cylinder preferably in a common longitudinal vertical plane. In- 'and outflow channels ÄH, 45 with associated shells H0, R? is ntformadu in that way corresponding to it described above. 8006808-3 In Fig. H, a cylinder cover 50 is shown ~ The cover is also here formed with a cavity 51 in one of its longitudinal side, but horizontal, ie. the unit has 1 inserted position ro- torso shaft 26 directed in the longitudinal direction of the engine. Cylinder- the lid is shown here more completelyooh along with one exhaust valve 52 with associated outflow duct 53 and Inlet screw 5ü also shows an overlying camshaft 55 and a spark plug 56 at a cylinder V. Fig. 5 and 6 show horizontal and vertical calcium cut through an Ä-cylinder engine, where two turboag- gate 60 are mounted in horizontal, transverse passages in the cover common to all cylinders 61. Aggregate the street compressors are connected to an air supply box 2 equipped with injector 63 for fuel. Inject- the location of the compressor before the inlet to the compressors provides a good mix of the fuel in the inflow men the air. This is especially valuable when using fuels other than those hitherto used in carburettors motnrer, e.g. methanol or carbon powders in slurry or gel form.

Avgaserna från aggregatens turbínsidor sam- las i en låda óü, i vilken en brännkammare 65 med inspru- tare 66 och tändanordning 67 är inmonterad. I avloppet från brännkammaren är en andra gastprbin 68 inmonterad.The exhaust gases from the turbine sides of the in a box óü, in which a combustion chamber 65 with injection tare 66 and igniter 67 are mounted. In the drain from the combustion chamber a second gas turbine 68 is mounted.

Denna kan genom icke visad transmission och frihjul sam- mankopplas med motorns vevaxel, eller inrättas att driva en elgenerator eller svänghjulsackumulator.This can be combined with the transmission and freewheel (not shown). is engaged with the engine crankshaft, or set up to drive an electric generator or flywheel accumulator.

Under körning då lågt effektuttag behövs kan man lagra energi i batterier eller i svänghjulet, för uttag vid tillfällen då större effektuttag blir erfor- derligt.While driving when low power consumption is needed can to store energy in batteries or in the flywheel, for outlets at times when larger power outlets are required derligt.

Cylinderlocken i de beskrivna ulförandolor- merna kan utföras vätske- eller luftkylda. Vid sistnämn- da teknik kan lämpligen keramik användas även för looken. _Konstruktionen med inbyggda turboaggregat ger stor frihet att på känt sätt stänga av delar av ventil- och/eller bränsleinsprutningsmekanismerna för förbättring av del- lastekonomin. 8006808-3 \3 Den visade aggregattypen anses vara den mest lämpade, men man kan även använda enheter av deplace- mentstyp, t.ex. med Ving-rotorer. .-......,-...-.._...... w ........ -......_----m~_._--v----- > -^ - ~The cylinder heads in the described ulforandolor- The liquids can be liquid- or air-cooled. In the latter In this technique, ceramics can also be used for the look. The design with built-in turbochargers gives great freedom to switch off parts of the valve and / or in a known manner fuel injection mechanisms to improve partial cargo economy. 8006808-3 \ 3 The type of unit shown is considered to be the most suitable, but you can also use units of displacement ment type, e.g. with Wing rotors. .-......, -...-.._...... w ........ -......_---- m ~ _._- -v -----> - ^ - ~

Claims

8006808-3 8 PATENT REQUIREMENTS J. Device for an internal combustion engine with at least one cylinder (I - V) provided with inlet and outlet openings controlled by valves (13,14; 42,43; 52) in a cylinder-closing lid and with an exhaust turbine-driven purge air compressor , characterized by a cavity (18, 41, 51) formed in the lid (12, # 0, 50), with a substantially cylindrical shape, which is connected to the inlet and outlet openings via channels (15, 16; 1411 , 1: 5; 1373), and. In a unit (19) insertable into the cavity comprising a rotor enclosed in a housing (27) with a turbulent wheel (25) and a compressor wheel (ZH) on a common shaft (26), at least one of the end ends of the cavity being constituted by a detachable element ( 33, 3A) and the housing 1 is otherwise arranged to be inserted and kept in operating position with the F0 tor axis substantially parallel to the longitudinal axis of symmetry of the cavity. The device according to claim 1, can be characterized in that the cavity (18) is designed so that the assembly (19) in the inserted position has the rotor shaft (26) directed perpendicular to the connected cylinder (1, 11) and a longitudinal axis of symmetry. , and in the transverse direction of the engine. Device according to claim 1, characterized in that the cavity (M1) is designed so that the assembly (19) in the inserted position has the rotor shaft (26) directed parallel to, or offset laterally, laterally connected cylinders (III, IV). ) longitudinal axis of symmetry. Device according to one of Claims 2 or 3, characterized in that the cavity (18; 41) is designed so that the assembly (19) in the inserted position has the rotor shaft (26) located symmetrically with respect to * two adjacent cylinders (I , JT; III, IV). Device according to claim 1, characterized in that the cavity (51) is designed so that the assembly (19) in the inserted position has the rotor shaft (26) directed perpendicular to the longitudinal symmetry of connected cylinders (V). shaft, and in the longitudinal direction of the engine. Device according to one of the preceding claims, wherein the compressor wheel (2ü) resp. the turbine wheel (25) is arranged for axial and radial influx and radial and axial outflow, respectively, characterized in that the outlet and inlet sleeves (20, 21) formed in the wall jacket of the cavity (18) are open to the cavity by means of its respective circumferential gap (22, 23), the housing (27) being formed as a central body with two radially projecting, radially projecting, circumferential portions (28, 29) which can be fitted towards the columns as arranged inlet passages, of which at least the inlet passage is provided with guide rails (30). Device according to claim 6, characterized in that the outlet passage is provided with diffuser-acting guide rails (31). Device according to claim 6 or 7, characterized in that the rotor (QÄ-26) is formed in one piece and that the housing (27) is formed by two halves which can be joined in the axial plane, and that both housing and rotor are formed of ceramic material. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder head is formed of ceramic material.