SE457898B - Flercylindrisk foerbraenningsmotor - Google Patents

Description

10 40 457 898 2 hos ett insugsgrenrör är kort. Ett annat tidigare känt förslag använder endast tröghets-överladdare, varvid motorns cylindrar är uppdelade i tvâ grupper, vilka har insugsslag som inte är överlappande, och kopplade till respektive insugsgrenrör, vilka vardera har första insamlingsrör kopplade till ett enda andra insamlingsrör för att öka den volymetriska verkningsgraden. Det andra insamlíngsröret fungerar som en dämpningskammare för att möjliggöra att insugs- grenrören åstadkommer oberoende tröghets-överladdningar. Enligt en modifikation av detta arrangemenag är de första ínsamlingsrören kopplade bågformade till det andra insamlingsröret och det andra insamlingsröret och grenrören fungerar som respektive dämpningskammare för att välja tvâ matchningsområden på grund av tröghets-överladdning. Uvan tidigare kända arrangemang lyckas emellertid inte åstadkomma en analys av den önskade formen för kopplingen mellan det första och det andra insamlingsröret för att ge en tillfredsställande motorfunktion.

Således är det ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma en flercylindrig förbränningsmotor, som har en kombination av turboladdare och en tröghets-överladdare, vilken innefattar ett luftinsugsrör, som åstadkommer ökad volymetrisk verkningsgrad på grund av tröghets-överladdning.

Enligt föreliggande uppfinning har en flercylindrig förbränningsmotor ett flertal av motorcylindrar uppdelade i tvâ grupper i vilka insugningsslagen inte är överlappande, varvid ett par insugsgrenrör är kopplade till respektive grupp 1 av motorcylindrar och ett avgasgrenrör är kopplat till motorcylindrarna. En tröghets-överladdare kopplad till inaugsgrenrören för förbättrad volymetrisk verkningsgrad hos motorn över ett första område av motorvarvtal innefattar ett par av första insamlingakanaler kopplade respektive till utsugsgrenrören och en enda andra insamlingskanal kopplad till de första insamlingskanalerna. Trög- hets-överladdaranordningen innefattar en rörformad koppling för ett förbinda de första insamlingskanalerna med den andra insamlingskanalen, vilken rörformad koppling omfattar ett rörelement med en inre diameter D, och är krökt till en C-formad böjd utformning med respektive ben förbundna med ändarna hos nämnda första ínsamlingskanaler, böjen hos det C- C_ varvid den andra insamlingskanalen är förbunden med formade rörelementet huvudsakligen vid dess mitt, varjämte det formade rörelementet har en inre krökt vägg som sträcker sig mellan nämnda par av första insamlingskanaler och är definierad av en krökningsradie R, var- vid radien R och den ínre diametern D definieras enligt sambandet R/D är större än eller lika med 0,05 där ändarna hos de första insamlingskanalerna där de är förbundna med kopplingen är huvudsakligen parallella och är belägna på avstånd från varandra med ett avstånd som är huvudsakligen lika med två gånger krök- ningsradien, varvid nämnda första insamlingskanaler också har en inre diameter D och att den andra insamlíngskanalen är förbunden med böjen hos kopplingen intill den radiellt yttre krökta väggen av kopplingen; att en shuntkanal är 40 457 898 3 kopplad mellan nämnda par av första insamlingskanaler vid en placering ned- ströms om nämnda koppling, varvid en öppningsbar och stängbar ventilanordning är anordnad i samband med shuntkanalen; och att en turboladdaranordning är kopplad till den andra insamlingskanalen för att förbättra den volymetriska verkningsgraden hos motorn över ett andra område av motorvarvtal som skiljer sig från nämnda första område, varvid turboladdaranordningen innefattar en turbin kopplad till avgasgrenröret och en kompressor kopplad till den andra insamlingskanalen.

Ovannämnda ändamål, särdrag och fördelar med föreliggande uppfinning fram- går närmare av nedanstående beskrivning tagen i samband med bifogade ritningar, vilka visar en föredragen utföringsform av uppfinningen i axemplifierande syfte. Därvid är fig 1 en planvy över en förbränningsmotor utrustad med en konventionell tröghets-överladdare. Fig 2 är en planvy över en förbränninge- motor utrustad med en annan tidigare känd tröghets-överladdare. Fig 3 är en planvy över en förbrënningsmotor, som har en konventionell kombination av turboladdare och tröghets-överladdare. Fig 4 är en planvy över en förbränninge- motor med en kombination av turboladdare och tröghets-överladdare enligt före- liggande uppfinning. Fig 5 är ett diagram som visar karakteristiska kurvor som motsvarar sambandet mellan volymetriak verkningsgrad och motorvarvtalet hos förbränníngsmotorn enligt fig 4. Fig 6 är en fragmentarisk planvy över en rör- koppling i motorn enligt fig 4. Fig 7 är ett diagram som visar en karakteris- tisk kurva motsvarande sambandet mellan förhållandet hos en diameter och en radie hos rörkopplingen enligt fig 6 och den volymetriska verkningsgraden.

Föreliggande uppfinning beskrives såsom införlivad i dieselmotorer.

Emellertid är kombinationen av turboladdare och tröghets-överladdare enligt föreliggande uppfinning likaväl tillämpbar på bensinmotorer.

Turboladdare innefattar en turbin som roterbart drives av avgaserna och en kompressor som drivas av turbinen för att tvinga luft in i motorcylindrarna vid ett tryck som är högre än atmosfärstrycket. Enbart turboladdaren kan inte öka den volymetriska verkningsgraden tillräckligt eftersom verkningsgraden tenderar att sänkas utanför matchningsområdet som tillhandahållas av turboladdaren. Å andra sidan kan tröghets-överladdning grovt sett klassificeras i två grupper.

Enligt en typ av tröghets-överladdare används luftinsugspulseringar för att utbreda en positiv tryckvâg in i en motorcylinder omedelbart före stängningen av insugsventilen. Vid den andra typen av tröghets-överladdning används trög- heten hos en luftmassa i insugningsröret för att producera en tröghetseffekt för att tvinga luften in i en motorcylinder. En sådan tröghetseffekt är ingen- ting annat än en tryckvåg som verkar i närheten av en luftinsugsport och kan betraktas såsom vibrationen av en luftkolumn i luftinsugsröret.

En konventionell tröghets-överladdare är konstruerad såsom visas i fig 1. ÅO 457 898 4 En sex-cylindrisk förbränningsmotor 1 har sina cylindrar grupperade i tvâ grup- per i vilka deras luftinsugsslag inte är överlappande, och ett par insugsgren- rör ZA, ZB leder till de två cylinderöppningarna. lnsugsgrenrören 2A, 2B är förbundna med en dämpningskammare 3, som är förbunden med ett.enda insamlinga- rör 4. Med detta tidigare kända arrangemang vibrerar en luftmassa i varje in- sugsgrenrör 2A, 2B och dämpningskammaren 3 fungerar såsom en öppen ände för bägge insugsgrenrören ZA, 28, varvid dämpningskammaren 3 har en stor volym.

Eftersom dämpningskammaren 3 är tung och tar upp ett stort utrymme, finns ett behov av en tröghets-överladdare som saknar sådan dämpningskammare.

För att uppfylla detta behov har det föreslagits ett arrangemang som visas i fig 2, som är sammansatt av två insugsgrenrör 12A, 12B, som vardera har ändar som sträcker sig parallellt med varandra och är förbundna med varandra till ett enda rör 13, som har en tvärsnittsyta som är huvudsakligen lika stor som den totala tvärsnittsytan för insugsgrenrören 12A, 128. Röret 13 antages fungera såsom en dämpningskammare såsom den vid 3 i fig 1 för att åstadkomma en till- räcklíg dämpningseffekt.

Med de kända arrangemangen som visas i fig 1 och 2 accelereras luftkolum- nerna i grenrören 2A, 2B, 12A , 128 upprepat vid öppningen av insugsventilerna och vibreras således, varvid varje luftkolumn har sin egen naturliga egen- -frekvens. En maximal luftmängd kan insugas i motorcylindrarna när egen- -frekvensen överensstämmer med frekvensen öppningar hos insugsventilerna, vilket beror på motorvarvtalet. Således är den volymetríska verkningsgraden maximal när motorvarvtalet når ett visst värde och blir sämre vid andra" motorvarvtal.

Fig 3 visar ytterligare en annan känd apparat som beskrives i den japanska patentskriften nr S7-2892. Den visade apparaten har resonansrör 21 och reso- nansbehållare 22, varvid arrangemanget är sådant att lufttrycket i resonans- behållaren 22 ökas för att tvinga en ökad mängd luft in i motorcylindrarna 23.

Enligt beskrivningen i patentskriften nr 57-2892 vibrerar luftkolumnerna i resonansrören 21 och har en enda naturlig egen-frekvens eftersom resonans- behâllarna 22 har en relativt stor volym och tryckvågorna återvänder till resonansbehållarna 22 vid alla tidspunkter vid motorvarvtal större än match- ningsomrâdet, med resultatet att den volymetriska verkningsgraden förhindras att sänkas lägre än den skulle vara om luften insögs på normalt sätt, varvid även tröghetseffekten blir mer eller mindre reducerad. Apparaten enligt fig 3 använder tröghets-överladdníng vid låga varvtal och en turboladdare vid höga motorvarvtal, vilken kombination av tröghets-överladdare och turboladdare är mest önskvärd. Emellertid medför resonansbehållarna 22 och en erfordrad behål- lare 24 att det totala systemet blir tungt och stort och tar upp ett stort utrymme. Detta medför begränsningar vid anpassningen till motorrummet. 40 457 898 Med ovan angivna tidigare kända problem i sikte har uppfinnarna till föreliggande uppfinning utvecklat en tröghets-överladdare försedd med en turboladdare såsom visas i fig 4.

I fig 4 har förbränningsmotorn 31 de sex oylindrarna uppdelade i två grup- per, i vilka luftinsugsslagen inte är överlappande. Cylindergrupperna är kopp- lade till respektive två grenrör 32A, 328, vilka har insamlingsrör 33A, 33B, vilka är förbundna med varandra till ett enda insamlingsrör 34. Insamlingsröret 34 är via en mellankylare 41 kopplad till en kompressor 36 hos en turboladdare , vilken har en turbin 37, till vilken avgaserna tillföres från ett avgas- grenrör 38.

Insamlingsrören 33A, 33B är också sammankopplade med ett shuntrör 39, vilket kan öppnas och stängas medelst en ventil 40 belägen däri.

Förbränningsmotorn 31 har följande överladdningseffekter. När motorn 31 roterar vid högt varvtal blir turboladdaren 35 effektiv och dess funktion tvingar luft in i motorcylindrarna. När motorn 31 roterar vid låga varvtal och medium varvtal blir tröghets-överladdningen effektiv för att tvinga luft in i motorcylindrarna. Mera speciellt kommer tröghets-överladdningen att fungera vid låga varvtal när ventilen 40 är stängd, eftersom frekvensen hos vibrationerna i rörsystemet nedströms om insamlingsröret 34 är låg. När ventilen 40 är öppen kommer rörsystemet nedströms om shuntventilen 39 att vibrere vilket resulterar i en högre egen-frekvens, vilket möjliggör att tröghets-överladdningen blir effektiv vid medium motorvarvtal. Mellankylaren 41 fungerar för att sänka temperaturen hos insugsluften, som trycksatts av kompressorn 36 för ökad volymetrisk verkningsgrad. Emellertid kan mellankylaren 41 utelämnas.

Fig 5 visar karakteristiska kurvor som visar ovannämnda motorfunktion varvid diagrammet har en vertikal axel som anger den volymetriska verknings- graden nv och en horisontell axel som anger motorvarvtalet. Kurvan A anger en motorfunktion där turboladdaren 35 är aktiverad, kurvan B en motorfunktion vid vilken ventilen 40 i shuntröret 39 är öppen och kurvan C en motorfunktion vid vilken ventilen 40 är stängd.

Arrangemanget enligt fig 4 är fördelaktigt därigenom att det inte finns någon kammare med stor volym i insugsluftrörsystemet så att den totala konstruktionen är relativt lätt och tar upp ett relativt litet utrymme.

Shuntröret 39 med ventilen 40 däri möjliggör att insugsrören selektivt kan ha två olika egen-frekvenser för förbättrad volymetrisk verkningsgrad hos motorn.

Tröghets-överladdaren erfordrar mormalt en analys av vibrationerna hos rörsystemet och korrigering av den genom experiment. Ingen tillförlitlig och fullständig rörkonstruktion skulle kunne uppnås endast genom beräkningar.

Vid utformningen av kopplingen mellan insamlingsrören 33A, 338 och insam- lingsröret 34 i arrangemanget enligt fig 4 har följande egenskaper funnits: 40 457 898 6 Såsom visas i fig 6 är ändarna hos de parallella insamlingsrören 33A, 338 förbundna med änden av det parallella insamlingsröret 34 medelst en rörformad koppling 42. Denna koppling 42 har en C-formad böjd utformning med sina ben förbundna med insamlingsrören 33A, 338, medan insamlingsröret 34 är förbundet med mittpunkten hos höjningen av det C-formade kopplingsröret 42. Detta rör 42 har samma diameter D som insamlingsrören 33A och 338. Den inre krökta väggen hos kopplingen 35 definieras av en krökníngsradíe R. Vi har funnit att om krök- ningsradien R varieras, förbättras den volymetriska verkningsgraden. Den voly- metriska verkningsgraden ökar i området där tröghets-överladdningen är effektiv medan i det närmaste ingen ökning i den volymetriska verkningsgraden erhålles i matchningsområdet inom vilket turboladdaren fungerar. Uttryckt på ett annat sätt har krökningsradien R en viss inverkan på tröghets-överladdningseffekten, men har huvudsakligen ingen inverkan på funktionen hos turboladdaren.

Fig 7 är ett diagram som visar en karakteristisk kurva E med en vertikal axel som anger den volymetriska verkningsgraden nv och en horisontell axel som anger förhållandet R/D där R är krökningsradien hos en inre vägg i den krökta utformnningen där ínsamlingsrören är sammankopplade och D är den inre diametern hos vart och ett av insamlingsrören 33A, 338 utmed den-krökta konstruktionen.

Den karakteristiska kurvan E stiger brant från R/D = 0 och blir mindre brant vid R/D = 0,05 och börjar bli utplanad vid R/D = 8,1. Den volymetríska verk- ningsgraden nv förblir huvudsakligen oförändrad vid förhållanden R/D som är större än 0,1.

Skälet till att ovannämnda egenskaper kan uppnås kommer nu att beaktas.

Tröghets-överladdníngen är nära relaterad till egen-frekvensen hos insugs- rörsystemet och varierar beroende på hur långt rörsystemet kan betraktas såsom en luftmassa. För R/D = 0,05 eller mer blir insamlingsrören 33A, 338 förbundna med varandra till ett enda rörsystem, varvid volymen luft som införes i ett av insamlingsrören 33A eller 338 är den totala volymen luft som tillföres från in- samlingsröret 34 och det andra av insamlíngsrören 33A och 338. Exempelvis till- föras luft in i röret 33A från rören 338 och 34 och på liknande sätt införes luft i röret 338 från rören 33A och 34. Således tillföres enligt föreliggande uppfinning en större volym luft än vid tidigare kända system, nämligen införes en större luftmassa, varigenom en högre volymetrisk verkningsgrad uppnås.

Faktorer för ökning av verkningsgraden hos tröghets-överladdningen har be- traktats baserat på antaganden med utgångspunkt från experimentella resultat, men en teoretisk analys kvarstår att utföras.

De faktorer som påverkar tröghets-överladdningen i relation till luft- insugsrören innefattar längden (L) hos luftinsugsrören, tvärsnittsytan (f) hos luftinsugsrören och motståndet (p) mot luftströmningen i luftinsugsrören.

Antag att kopplingskonstruktionen mellan insamlingsrören 33A, 338 och in- 40 457 898 7 samlingsröret 34 har en inverkan på tröghetseffekten. I så fall antages mot- ståndet (p) mot luftströmningen i luftinsugsrören att vara den styrande faktorn och varierar med förhållandet R/D och styr den volymetriska verkningsgraden.

Strömningsmotståndet (p) fungerar för att öka den volymetriska verkningsgraden över hela området av motorvarvtal. I allmänhet gäller att ju mindre luftström- ningshastighet desto mindre strömningsmotstånd.

De fördelaktiga effekterna av valet av Förhållandet R/D enligt föreliggan- de uppfinning antages härröra från de två resonanspunkterna, det låga ström- ningsmotståndet och andra okända orsaker.

Föreliggande uppfinning är därför konstruerad på basis av experimentella resultat och den teoretiska analysen kvarstår att fulländas.

' Enligt föreliggande uppfinning såsom beskrivits ovan kombineras tröghets- -överladdaren och turboladdaren och tröghets-överladdaren göres effektiv i två eller flera matchningsområden för att därigenom öka den volymetriska verknings- graden såsom en helhet, vilket arrangemang är högst fördelaktigt.

Med turboladdaren fungerande i ett högt motorvarvsområde och tröghets~ -överladdningen fungerande i ett lägre motorvarvsomrâde kan avgaserna och trög- hetseffekten effektivt användas.

För R/D = 0,1 eller högre förblir den volymetriska verkningsgraden huvud- sakligen oförändrad och kan därför fritt bestämmas för att uppfylla ett speci- ellt konstruktíonskrav. Även om en viss föredragen utföringsform har visats och beskrivits inses att många ändringar och modifikationer därav kan utföras utan att frångå omfånget för bifogade patentkrav.

Claims (1)

10 15 20 25 30 35 40 457 898 ' 3 PATENTKRAV Flercylindrig förbränningsmotor (31) innefattande ett flertal motor- cylindrar uppdelade i tvâ grupper, i vilka insugsslagen inte är överlappande; ett avgasgrenrör (38) kopplat till cylindrarna; ett par insugsgrenrör (32A, 32B) kopplade till respektive grupp av cylindrar; en tröghetsöverladdaranord- ning kopplad till insugsgrenrören (32A, 32B) för förbättrad volymetrisk verkningsgrad hos motorn (31) över ett första område av motorvarvtal, varvid överladdaranordningen innefattar ett par första insamlingskanaler (33A, 338) som vardera är förbundna med nämnda insugsgrenrör (32A, 328) och en enda andra insamlingskanal (34) kopplad till nämnda par första insamlingskanaler; k ä n n e t e c k n a d av att tröghets-överladdaranordningen innefattar en rörformad koppling (42) för att förbinda de första insamlingskanalerna (33A, 338) med den andra insamlingskanalen (34), vilken rörformad koppling (42) omfattar ett rörelement med en inre diameter D, och är krökt till en C-formad böjd utformning med respektive ben förbundna med ändarna hos nämnda första insamlingskanaler (33A, 33B), varvid den andra insamlingskanalen (34) är förbunden med böjen hos det C-formade rörelementet huvudsakligen vid dess mitt, varjämte det C-formade rörelementet har en inre krökt vägg som sträcker sig mellan nämnda par av första insamlingskanaler (33A, 338) och är definierad av en krökningsradie R, varvid radien R och den inre diametern D definieras enligt sambandet R/D är större än eller lika med 0,05 där ändarna hos de första insamlingskanalerna (33A, 338) där de är förbundna med kopp- lingen (42) är huvudsakligen parallella och är belägna på avstånd från varandra med ett avstånd som är huvudsakligen lika med två gånger kröknings- radien, varvid nämnda första insamlingskanaler (33A, 33B) också har en inre diameter D och att den andra insamlingskanalen (34) är förbunden med böjen hos kopplingen (42) intill den radiellt yttre krökta vä ggen av kopplingen (az) ; att en shuntkanal (39) är kopplad mellan nämnda par av första insam- lingskanaler (33A, 33B) vid en placering nedströms om nämnda koppling (42), varvid en öppningsbar och stängbar ventilanordning (40) är anordnad i samband med shuntkanalen (39); och att en turboladdaranordning (35) är kopplad till den andra insamlingskanalen (34) för att förbättra den volymetriska verkningsgraden hos motorn (31) över ett andra omrâde av motorvarvtal som skiljer sig från nämnda första område, varvid turboladdaranordningen (35) innefattar en turbin (37) kopplad till avgasgrenröret (38) och en kompressor (36) kopplad till den andra insamlingskanalen (34).