SE456176B - Apparat for turbo-overladdning av en forbrenningsmotor - Google Patents

Description

456 176 Det är vidare känt att kombinera turbo-överladdning med överladdning genom ett resonanssystem. I det s.k resonansöver- laddningssystemet används färsk-gas oscillatorsystem vilka är avstämda till resonans och vilka innefattar resonansrör och, om nödvändigt, resonansboxar. Sådana system och deras element bildar ett oscillatorsystem som uppvisar ett noggrannt definierbart naturligt frekvenstal. Principen av resonansöver- laddning kan enbart användas som sådant eller enbart i kombination med ett turbo-överladdningssystem bestående av ett s.k kombinerat~överladdningssystem. Då oscillatoranordningen är kopplad mellan turbo-överladdaren eller luftinsugsröret och cylindrarna och då oscillatoranordningen exiteras av en frekvens vilken närmar sig det tidigare nämnda naturliga frekvenstalet genom rörelsen av kolvarna under på varandra följande insugsperioder under motorns arbete. kommer resonans att uppstå och därvid alstras.en förstärkt trycksvängning. med vars hjälp den volymetriska effektiviteten cylindrarna blir väsentligen förbättrad i ett önskat område av rotationshastighet under verkan av den momentana svângnings- orsakade överladdningen vid insugsventilens stängning i jämförelse med förbränningsmotorer utan sådan resonansöver- laddning. Mer detaljerade förklaringar av detta är publicerade i t.ex. 'MTZ Hotortechnische 2eitschrift'. volym 32 (1911). sidorna ass-an och volym se (1918). sidorna 447-451.

Förutom sådana anordningar vid insugssidan. som innefattar ett oscillatorsystem avstämt till resonans. är också känt en anordning med ett oscillatorsystem vid avgassidan såsom t.ex genom den tyska patentpublikationen nr. 2.914.891. Metoden som beskrivs i den tryckta publikationen föreslår. en frånkoppling av absorptions- resp. matningskaraktäristika för en fyrtaktsmotor och för en turbo-överladdare för att närma arbetsförhållandena för den senare till de för en ren gasturbinprocess. Avkopplingen påverkas genom att koppla in insugskollektorn nedströms från kompressorn till avgaskollek~ torn uppströms av turbinen genom en anslutning eller en “by-pass“ledning. Denna anslutningssledning år kopplad u' 456 176 parallellt relativt motorn. En ventil år placerad i anslutningsledningen och tillåter reglering av luftflödeg genom anslutningsledningen. Genom användning av pulserings- energin alstrad genom laddningsändringarna hos motorn och som utmynnar. å ena sidan, från fluktuationerna i trycket på laddningsluften på insugssidan och, å andra sidan. från ändringarna i trycket i avgassystemet på avgassidan. är det avsett att generera en tryckskillnad av sådan storlek vid anslutningsledningen att en stor mängd luft kan flöda genom anslutningsledningen i det partiella belastningsomrâdet. nämligen även då medeltrycket uppströms om anslutnings- ledningen är lägre ån medeltrycket nedströms. Förutom en ökning av överladdningsluftens tryck är det avsett att uppnå en förbättring i accelerationskaraktäristiken hos den sålunda utrustade motorn. företrädesvis i det partiella belastnings- området där den största bristen av luft kan väntas.

En liknande överladdningsteknik eller metod som beskrivs i tidskriften 'Entropie“ volym 48 (1972), sidorna 5-12. betraktar tilläggsarrangemanget av en förbrânningskammare i den ovannämnda anslutningsledningen.

I de kända resonanssystemen anordnade vid sidan om laddnings- luften exiterar de cykliskt återkommande insugskolvslagen en stående väg i insugssystemet i händelse av resonans. Sådana system har emellertid nackdelar vilka motverkar en bredare användning av dessa. Exitationsenergin konsumerar laddningsförändringskraft. så att bränsleförbrukningen ökas. I många applikationer (cylinderantal) är den producerbara tryckamplituden för liten för att säkerställa en effektiv återladdning. Bandbredden av de aktiva frekvenserna är relativt liten. Resonanssystemen anordnade vid avgassidan resulterar emellertid inte i någon förbättring. utan i själva verket förefaller sådana system att ha en negativ effekt.

Dessutom. måste man generellt överväga att utformningen av ett resonanssystem alltid innebär en kompromiss mellan optimal effektivitet. tillåten komponentsstorlek och acceptabla flödesförlustér i insugssystemet. De dimensionella övervågandena blir mer kritiska ju lägre spektrumet av 456 176 resonansfrekvenser år satt.

Sammanfattning gg gggfjnnjnggn Med det föregående i minnet är ett primärt ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett nytt och förbättrat turbo-överladdningsaggregat för en förbrânnings- motor i vilken tryckamplituden vid insugssidan. och därigenom. återladdningseffekten ökas i jämförelse med tidigare kända överladdningssystem och detta har uppnåtts genom att insugssidans svängningssystem. avgassidans svångningssystem och bypass-förbindelsen tillsammans år avståmda för att bilda ett svängningssystem. som kan ge resonans lämplig för att ge överladdning, då avstängningsanordningen öppnas.

I l I _ _ . _ a Uppfinningen kommer att bättre förstås. och ändamål förutom de som framgått ovan. kommer att framgå då efterföljande detaljerade beskrivning studeras. Beskrivningen refererar till bifogade ritningar vari: Figur 1 år en schematisk illustration av en sexcylinders radmotor utrustad med en uppfinningsenlig kombinerad överladd- ningsapparat.

Figur 2 är en illustration. liknande den i figur 1. av en fyr- cylinders motor utrustad med en uppfinningsenlig kombinerad överladdningsapparat.

Figur 3 är en illustration. liknande den i figur 1. av en fem- cylindrig motor utrustad med en uppfinningsenlig kombinerad överladdningsapparat.

Figur ka och Ab visar en del av illustrationen i figur 1-3 och vardera avbildar ett möjligt arrangemang av en kylare för en överladdare i den kombinerade överladdningsapparaten enligt uppfinningen. och vf' 456 176 Figur 5 år en schematisk illustration. liknande den enligt figur 1. av en åtta-cylindrig V-motor utvisande användningen av den kombinerade överladdningsapparaten enligt uppfinningen för motorer med högre cylinderantal i ett dubbelarrangemang av en sådan överladdningsapparat.

El.. 5-! li-.

Vid beskrivningen av ritningarna. skall man vara medveten om att endast så mycket av konstruktionen av óverladdnings- apparaten och den därtill relaterade motorn som år nödvändig, visas så att fackmannen inom området klart skall förstå de principer och koncept den nuvarande utvecklingen grundar sig på vid de_ förenklat visade ritningarna. Hed hänvisning speciellt till figur 1 visas där schematiskt en sex-cylindrig motor. Motorcylindrarna 1a, 1b. 1c. 1d. ie. 1f är anordnade i ett konventionellt block, dock här ej visat närmare i detalj. och vardera innefattar en, inte närmare visade insugsventil och avgasventil av standardtyp. I motsvarighet till det vanliga arbetssättet hos en sådan motor år ordningen av arbetscyklerna sådan att cylindrarna 1a. 1b. 1c respektive 1d. 1e. 1f följer på varandra med en vevvinkel på 2L0 grader och att en vevvinkelskillnad på 120 grader år förhanden mellan de två tidigare nämnda grupperna av cylindrar. En sådan ordning resulterar i en delning i två grupper av insugsorganen eller elementen och avgasorganen eller elementen som visas i figur 1. Avgasventilen i gruppen av cylindrar 1a~1c är vardera öppna via en avgaspassage eller kanal 2 som leder till en vanlig avgasmottagare 3. Ett motsvarande arrangemang är anordnat för avgasventilerna i gruppen av cylindrarna 1d-1f vilka är öppna till- en avgasmottagare 3 sammankopplad därtill via passagerna 2. Avgaserna tillåts flöda till en avgasgasturbin 5 från de båda avgasgasmottagarna 3 via en avgaskanal eller ledning 4 innan den når atmosfären. Avgasturbinen 5 drivs av avgaserna och driver i sin tur en kompressor 7 med hjälp av någon lämplig drivkoppling 6 vilken därvid endast har visats schematiskt med en streckad linje. Avgasturbinen 5 och kompressorn 7 bildar tillsammans turbo-överladdaren i motorn 456 176 avbildad i Figur 1.

I analogi' med den ovan beskrivna anordningen på motorns avgassida kommunicerar vardera insugsventil i gruppen av cylindrarna Ia-1e med en gemensam resonansbox 9 med hjälp av en insugspassage resp. kanal 8 och, på motsvarande sätt. kommunicerar insugspassager eller kanaler 8 i den andra gruppen av cylindrar 1d-1f med en andra sådan resonansbox 9.

De två resonansboxarna 9 är vardera anslutna till en balanserande eller kompenserande behållare 11 yia ett resonansrör eller ledning 10. Den balanserande eller kompenserande behållaren 11 år i sin tur. ansluten med hjälp av en lufttillförselledning 12 till utblâssidan av kompressorn 7 i turbo-överladdaren. De två resonansboxarna Q vid insugssidan är korsvis anslutna. som framgår av figur 1, till avgasmottagarna 3 placerade vid avgassidan med hjälp av anslutningsledningar 13. I dessa anslutningsledningar 13 mellan insugssidan och avgassidan. är anordnade avstängnings- organ vilka i detta fall vardera består av, t.ex en backventil eller envâgsventil vilken blockerar gasens genomflöde från avgassidan till insugssidan.

Arbetssättet och effekten av den hittills beskrivna turbo-överladdaren 5, 7 antas vara välkänd inom detta teknik- omrâde.

Oscillatorsystemet. kapabelt till resonans och avsett för ytterligare resonansöverladdningsarbete. är utformat av två resonansrör eller ledningar 10. den balanserande eller kompenserande behållaren 11. resonansboxar 9 och insugs~ passagerna 8 vid insugssidan liksom även av anslutningsl- edningarna 13 och av elementen eller komponenterna placerade vid avgassidan. nämligen avgaspassagerna eller kanalerna 2, avgasmottagarna 3 och avgasrören 4. Oscillatorsystemet innefattar därvid element placerade vid insugssidan liksom även element placerade vid avgassidan och anslutningselementen placerade däremellan. Oscillatorsystemet är avstämt eller matchat så att dess naturliga Frekvens ligger inom området för önskad rotationshastighet hos motorn då anslutningsorganen 13 'r - -_¿_ 456 176 är öppna. Under motorns arbete exiteras gasens svängningar av den cykliska sekvensen hos avgaspulserna som utmynnar från gruppen av cylindrar 1a-1c resp. 1d-1f. och alstrar laddnings- eller återladdningsarbetet vid slutet av insugsförloppet eller cykeln vid insugssidan av gruppen av cylindrar 1d-1f resp. 1a-1c. varvid dessa insugssidor år anslutna genom anslutninge- ledningarna 13 till motorns avgassida.

Figurerna 2 och 3 visar en fyr-cylindrig radmotor resp. en fem~cylindrig radmotor. i en vy vilken är densamma som är visad i figur 1. Såsom framgår år oscillatorsystemets komponenter anpassade till arbetssättet hos sådana motorer. särskilt med avseende på tåndningsförloppet. ventilkontrollen och överlappet av insugs- och avgascyklerna varför identiska eller likvärdiga komponenter eller delar för bekvåmlighets skull har benâmnts med samma hånvisningsbeteckningar.

Oscillatorsystemet omfattar i detta fallet. nedströms från kompressorn 7 och lufttillförselledningen 12 som leder till resonansboxen 9. resonansboxen 9 samt även. i utföringsexemplet i figur 2. fyra insugspassager 8 och i utföringsexemplet i figur 3. fem sådana insugspassager 8 för anslutning av resonansboxen 9 till cylindrarna 1a-1d (figur 2) och 1a-1e (figur 3). på insugssidan och på avgassidan. en avgasmottagare 3. de fyra resp. fem avgaspassagerna eller kanalerna 2 från cylindrarna 1a-1d (figur 2) resp. 1a-1e (figur 3) öppning mot avgasmottagaren 3, såväl som även avgas- ledningen 4 och kopplingsledningen 13 vilka ansluter resonans- boxen 9 till avgasmottagaren 3 och i vilken åter- är anordnat ett avstângningsorgan 14 såsom t.ex en backventil eller envågsventil.

I detta aktuella fallet år även oscillatorsystemet anpassat eller matchat så att dess naturliga frekvens ligger vid en önskad rotationshastighet hos motorn då anslutnings- arrangemanget eller ledningsorganen 13 år i sitt öppna läge.

Gassvängningarna exiteras genom det cykliska förloppet hos avgaspulserna. Lufttilledningen 12 måste utformas så att dess naturliga frekvens ligger utanför motorns exitationsfrekvens. 456 176 I Anordningen som beskrivits ovan kan kompletteras när som helst med en kylare För överladdaren. I fallet med en sex-cylindrig motor, enligt utföringsexemplet som visas i figur 1. ansluts med fördel en sådan överladdningskylare eller mellan kylare 15 omedelbart före eller uppströms balansbehållare 11 och följer efter lufttillförselledningen 12 som visas i figur ka. I utföringsexemplet som visas i figurerna 2 och 3 ansluts på liknande sätt överladdningskylaren 15 i lufttillförsel- ledningen 12 som visas i figur Ab.

Utföringsexemplet som visas i figur 5 visar ett exempel på en fördelaktig konstruktion av en förbrânningsmotor som har ett större antal av cylindrar än motorerna visade i figur 1-3 och som har en- kombinerad överladdningsapparat enligt uppfinningen. Denna konstruktion har erhållits som ett mångfaldigande, mer specifikt en dubblettering av anordningen visad i de sist nämnda figurerna 1-3, vari emellertid vanligtvis endast en turbo-överladdare t.ex bara en kompressor och bara en turbin 5, år anordnade för varje motor med motsvarande grenledningar. I detalj framgår en sådan anordning vid den åtta-cylindriga motorn visad i figur 5 och anordningen utgör en dubblering av anordningen visad i figur 2 för en fyr-cylindrig motor. Även här är identiska eller likvärdiga delar benâmnda med samma hänvisningsbeteckningar. På motsvarande sätt 'och i enlighet med uppfinningen, kan tio- cylindriga motorer utformas med det dubbla arrangemanget som visas i figur 3 för fem-cylindriga motorer, och på samma sätt kan tolv-cylindriga motorer utformas med det dubbla arrangemanget visat i figur 1 För sex-cylindriga motorer.

I samtliga Fall kan avstângningsorganet eller elementen 14 vara enkla backventiler eller envågsventiler vilka, som redan nämnts, år anordnade i anslutningsledningen eller kopplings- arrangemanget mellan insugssidan och avgassidan så att ett genomflöde endast tillåts från insugssidan till avgassidan.

Vad gäller den tekniska utformningen skall särskilt observeras att flödesförlusterna i avstângningsorganen 14'hâlls mycket låga. 456 176 I de fall en cirkulation av avgaserna år önskvärd p.g.a sammansättningen av avgaserna vid mycket låg belastning och/eller för förbättring av motorns uppförande vid kallstart kan varje avstängningsorgan eller element 14 utformas som ett kontrollerbart klafforgan eller klaffventil enligt en ytterligare utveckling av uppfinningen. Reglering av sådana stängningsorgan. kan därvid påverkas beroende på diverse motorparametrar såsom t.ex insprutningspumpar, läget av reglerstänger och/eller motorns rotationshastighet, avgasernas temperatur osv.

De visade och beskrivna föredragna utföringsexemplen enligt uppfinningen begränsar naturligtvis inte uppfinningen utan uppfinningen sätt kan varieras och användas på ett flertal olika sätt inom följande kravs skyddsomfång.

Claims (5)

456 176 to PAT§NT§ß¿V

1. Överladdningsaggregat för en flercylindrig kolv- förbränningsmotor med en kompressor på insugssidan och en turbin på avgassidan. och med ett på insugssidan anordnat svängningssystem innefattande oscillerbara insugsorgan och med ett på avgassidan anordnat svängningssystem innefattande oscillerbara avgasorgan. och med en mellan insugs- ocn avgas- organen anordnad bypass-förbindelse innefattande en av- stângningsanordning. k ä n n e t e c k n a t d å r a v. att insugssidans svângningssystem (11,10.9,8). avgassidans svângningssystem (2,3.4) och bypass-förbindelsen (13) till- sammans är avstämda för att bilda ett.svängningssystem. som kan ge resonans lämplig för att ge överladdning, då av- stängningsanordningen (14) öppnas.

2. Överladdningsaggregat enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v. att avstângningsanordningen (14) är en backventil. som oppnar bypass-förbindelsen (13). då trycket på insugssídan ar högre ån på avgassidan.

3. Överladdningsaggregat enligt patentkravet 1. k å n n e t e c k n a t d ä r a v, att avstängningsanordningen är konstruerad, som ett inställ- bart spjäll vars position är instållbar i beroende av för- brânningsmotorns belastning. uteffekt och varvtal.

4. , Överladdningsaggregat enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t d å r a v. att spjâllet,styres så att en bestämd mängd avgas recirkulerar i dellastområdet.

5. Överladdningsaggregat enligt något av patentkraven 1 - 4. med en laddningsluftsmellankylare och ett antal över en utjâmningsbehållare anslutna insugsrör. IQ t) 456 176 k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att laddningsluftsmellankylaren (15) är anordnad utanför in- sugssidans svångningssystem mellan kompressorn (7) och ut- jämningsbehållaren (11). direkt uppströms om den senare.