SE458546B

SE458546B - Arrangement producing charging air for IC engine

Info

Publication number: SE458546B
Application number: SE8503331A
Authority: SE
Inventors: L Malmrup
Original assignee: Unitedturbine Ab & Co Kommandi
Priority date: 1985-07-04
Filing date: 1985-07-04
Publication date: 1989-04-10
Also published as: SE8503331L; SE8503331D0

Abstract

The compressor outlet (11) is connected to an accumulator (20) via a valve component (19) for distribution of compressed air between the engine and the accumulator or user point.

Description

458 546 'i IG. 458 546 'i IG.

Genom utnyttjande av turboöverladdaren, vilken vanligen har viss överkapacitet, för alstring av tryckluft tillvara- tas annars outnyttjad energi i avgaserna.By using the turbocharger, which usually has a certain overcapacity, for generating compressed air, unused energy is otherwise utilized in the exhaust gases.

Enligt ett utföringsexempel av uppfinningen är ackumula- torn ansluten till utloppet från en andra i serie med en första kopplad kompressor, vilka kompressorer är parallell- kopplade på turbindrivsidan.According to an embodiment of the invention, the accumulator is connected to the outlet of a second in series with a first compressor, which compressors are connected in parallel on the turbine drive side.

Vid detta utföringsexempel uppnås ett högre laddnings- tryck från dubbla, i tandem arbetande turboaggregat.In this exemplary embodiment, a higher charging pressure is achieved from dual, tandem turbochargers.

Enligt en annan variant av uppfinningen är två turbo- överladdare parallellkopplade på turbindrivsidan, medan den ena kompressorn på laddningssidan är förbunden med ackumula- torn och den andra med förbränningsmotorns insugningsrör.According to another variant of the invention, two turbochargers are connected in parallel on the turbine drive side, while one compressor on the charging side is connected to the accumulator and the other to the intake pipe of the internal combustion engine.

Vid denna variant erhålles större mängd tryckluft från de likaledes dubbla, i tandem arbetande turboaggregaten.In this variant, a larger amount of compressed air is obtained from the similarly double, tandem turbochargers.

Lämpligen uppvisar turbindrivsidan organ för variabel styrning av avgasflödet till resp. avgasturbin, vilket möj- liggör behovsanpassat uttag av lufttryck antingen till acku- mulatorn eller till drivmotorns överladdning. r Uppfinningen skall i det följande närmare förklaras med hänvisning till utföringsexempel, vilka visas på bifogad ritning, på vilken Pig. 1 schematiskt visar en förbränningsmotor med ett turboaggregat enligt en första variant av upp- finningen och Fig. 2, 3 samt 4 visar pâ samma sätt ytterligare tre varianter av uppfinningen.Suitably the turbine drive side has means for variable control of the exhaust flow to resp. exhaust turbine, which enables demand-adapted extraction of air pressure either to the accumulator or to the supercharger of the drive motor. The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, which are shown in the accompanying drawing, in which Pig. 1 schematically shows an internal combustion engine with a turbocharger according to a first variant of the invention and Figs. 2, 3 and 4 similarly show three further variants of the invention.

En förbränningsmotor 10 i Fig. 1 är försedd med en av- gasdriven turboöverladdare ll, som är ansluten vid turbinen 12 med förbränningsmotorns avgasgrenrör 13, och vid kom- pressorn 14 med motorns insugningsrör 15. Avgaserna mynnar i ett avgasrör vid 16 och renad insugningsluft tillförs vid 17. -' i Det i Fig. l visade turboarrangemanget förutsätter att den alstrade mängden laddningsluft är större än förbränn- 'i 458 546 ingsmotorns 10 behov. Turboöverladdare är ibland utrustade med överströmningsventil på drivsidan, för att skydda motorn från för hög överladdning på laddningssidan. Vid anordningen enligt uppfinningen tillåter man att trycket vid laddnings- rotorn 14 stiger över motorns behov. överskottet leds via en grenledning 18 och en ventilenhet 19 till en tryckackumula- tor 20. Ventilenheten är lämpligen försedd med elektroniska styrdon för detektering av trycket i ackumulatorn 20 och av- känning av laddningstrycket i grenledningen 18, så att över- strömningsventilen kan träda i funktion när ackumulatorn är fulladdad. .An internal combustion engine 10 in Fig. 1 is provided with an exhaust-driven turbocharger 11, which is connected to the turbine 12 with the combustion engine exhaust pipe 13, and to the compressor 14 with the engine intake pipe 15. The exhaust gases open in an exhaust pipe at 16 and purified intake air is supplied at 17. - 'The turbo arrangement shown in Fig. 1 assumes that the amount of charge air generated is greater than the needs of the internal combustion engine 10. Turbochargers are sometimes equipped with an overflow valve on the drive side, to protect the engine from excessive overcharging on the charge side. In the device according to the invention it is allowed that the pressure at the charging rotor 14 rises above the needs of the motor. the excess is led via a branch line 18 and a valve unit 19 to a pressure accumulator 20. The valve unit is suitably provided with electronic control means for detecting the pressure in the accumulator 20 and sensing the charging pressure in the branch line 18, so that the overflow valve can come into operation when the battery is fully charged. .

Det i ackumulatorn lagrade trycket kan användas för man- övrering av tryckluftdriven utrustning på ett av förbränn- ingsmotorn 10 drivet fordon. Som några exempel på sådan ut- rustning kan nämnas bromsar, passagerardörrar, nivàreglerbar fjädring och olika lasthanteringssystem.The pressure stored in the accumulator can be used to operate compressed air driven equipment on a vehicle driven by the internal combustion engine 10. Examples of such equipment include brakes, passenger doors, level-adjustable suspension and various load handling systems.

Fig. 2 visar en andra applikation av uppfinningen där ett högre laddningstryck är nödvändigt för att tillgodose tryckackumulatorns och drivmotorns behov. Härvid är två turboöverladdare lla resp. llb anordnade att arbeta i tandem med parallellkoppling på turbindrivsidan via ett styrorgan 21 för variabel styrning av avgasflödet till resp. turbin- drivrotor l2a, l2b. Renad insugningsluft tillförs laddnings- rotorn l4a vid 17. Grenledningen 18 från laddluftledningen l5a mynnar vid den andra laddluftrotorn l4b, varmed trycket höjs ytterligare innan tryckluften når ventilenheten 19 och tryckackumulatorn 20. Det med ventilenheten samverkande elektriska styrdonet är lämpligen förbundet med styrdonet 21 för proportionell styrning av drivgas till turbokompressor- erna lla, llb i förhållande till det aktuella tryckbehovet vid drivmotorn ll och ackumulatorn 20.Fig. 2 shows a second application of the invention where a higher charge pressure is necessary to meet the needs of the pressure accumulator and the drive motor. In this case, two turbochargers are lla resp. 11b arranged to work in tandem with parallel connection on the turbine drive side via a control means 21 for variable control of the exhaust gas flow to resp. turbine drive rotor l2a, l2b. Purified intake air is supplied to the charge rotor 14a at 17. The branch line 18 from the charge air line 15a opens at the second charge air rotor 14b, whereby the pressure is further increased before the compressed air reaches the valve unit 19 and the pressure accumulator 20. The electrical control co-operating with the valve unit is suitably connected of propellant gas to the turbochargers 11a, 11b in relation to the current pressure demand at the propulsion engine II and the accumulator 20.

Fig. 3 visar en tredje variant av uppfinningen där man erhåller en större kvantitet av luft med ett visst tryck.Fig. 3 shows a third variant of the invention where a larger quantity of air with a certain pressure is obtained.

Detta uppnås genom att man, liksom vid det föregående utför- ingsexemplet låter två turboöverladdare arbeta i tandem med parallellkoppling på drivsidan via, i detta fall, organ 22 för variabel inloppsgeometri. Emellertid är de båda kom- pressorerna lla, llb kopplade på insugningssidan till var 458 546' sitt tillflöde l7a resp. l7b av renad insugningsluft. De båda kompressorerna arbeta helt separat på laddningsrotor- sidan, vavid den ena kompressorn lla matar ackumulatorn 20 med tryckluft via ventilenheten 19 och den andra kompressorn llb förser drivmotorn 10 med laddningsluft. Även i detta- "- fall styrs styrorganet 21 medelst tryckavkännande organ, _ .....-, vilka reglerar de båda kompressorerna i förhållande till det rådande behovet.This is achieved by, as in the previous embodiment, allowing two turbochargers to operate in tandem with parallel connection on the drive side via, in this case, means 22 for variable inlet geometry. However, the two compressors 11a, 11b are connected on the suction side to each 458 546 'their supply 17a resp. l7b of purified intake air. The two compressors operate completely separately on the charge rotor side, with one compressor 11a supplying the accumulator 20 with compressed air via the valve unit 19 and the other compressor 11b supplying the drive motor 10 with charge air. Also in this case the control means 21 is controlled by means of pressure sensing means, which control the two compressors in relation to the prevailing need.

Fig. 4 visar en fjärde variant av uppfinningen där man erhåller både högre tryck och större kvantitet av tryckluft.Fig. 4 shows a fourth variant of the invention where both higher pressure and larger quantity of compressed air are obtained.

Detta uppnås genom att man låter tvâ turboöverladdare llc resp. lld arbeta i tandem med seriekoppling på drivsidan via en tillsatsbrännkammare 23, i vilken restsyre i avgaserna förbränns med ett tillfört bränsle för ökning av turbin- effekten. Overladdaren llc är försedd med dubbla hjul på laddningssidan och erhåller insugningsluft vid l7a. Trycket höjs via rotorn l4c, varefter luften förgrenas dels till det andra på samma drivna axel monterade rotorhjulet l4d, vilket ytterligare höjer lufttrycket innan denna del av luften når ventilenheten 19 och tryckackumulatorn 20, och dels till motorns insugningsrör 15. Insugningsluften späds på via den andra överladdarens rotor l4e, vilken erhåller insugnings- luft vid l7b.This is achieved by letting two turbochargers llc resp. lld work in tandem with series connection on the drive side via an auxiliary combustion chamber 23, in which residual oxygen in the exhaust gases is combusted with a supplied fuel to increase the turbine power. The supercharger 11c is equipped with double wheels on the charging side and receives intake air at 17a. The pressure is raised via the rotor 14c, after which the air branches partly to the second rotor wheel 14d mounted on the same driven shaft, which further raises the air pressure before this part of the air reaches the valve unit 19 and the pressure accumulator 20, and partly to the engine intake pipe 15. The intake air is diluted via the other the supercharger rotor 14e, which receives intake air at 17b.

Sålunda erhålles enligt uppfinningen en till olika driftsförhållanden anpassningsbar anordning för alstring av tryckluft till olika hjälpaggregat.í Uppfinningen är ej begränsad till de ovan beskrivna ut- föringsexemplen, utan flera varianter är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav. Exempelvis kan ett flertal olika, inom teknikomrâdet väl kända reglerorgan användas för optimal styrning av gasenergin för alstring av överladd- ningsluft resp. tryckluft. Vidare kan överskottsenergi från turboaxlarna uttagas mekaniskt och överföras direkt eller indirekt till motorn 10, s.k. turbocompounddrift.Thus, according to the invention, a device is adapted which adapts to different operating conditions for generating compressed air for different auxiliary units. The invention is not limited to the exemplary embodiments described above, but several variants are conceivable within the scope of the appended claims. For example, a number of different control means well known in the art can be used for optimal control of the gas energy for generating supercharging air resp. compressed air. Furthermore, excess energy from the turbo shafts can be extracted mechanically and transferred directly or indirectly to the engine 10, so-called turbocompounddrift.

Claims

458 546 PATENT REQUIREMENTS

Device for internal combustion engine (10) with at least one exhaust gas turbine charge air compressor (11: 11a, 11b), characterized by an accumulator (20) connected to the outlet of the compressor (11, 11a) and valve means (19) for distributing compressed air between engine and accumulator / consumer.

Device according to claim 1, characterized in that the accumulator (20) is connected to the outlet of a second in series with a first connected compressor (11a and 11b, respectively), which compressors are connected in parallel on the turbine drive side.

Device according to claim 1, characterized in that two compressors (11a, 11b) connected in parallel on the turbine drive side, of which one compressor (11a) on the charging side is connected to the accumulator (20) and the other (11b) to the internal combustion engine. Intake manifold (15).

4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the turbine drive side has means (21) for variable control of the exhaust gas flow to resp. exhaust turbine (lla, llb).