SE464774B - Anordning foer att minska gasvaexlingsfoerluster hos en foerbraenningsmotor - Google Patents

Description

464 774 2 ut ur cylindrarna och detta kallas gasväxlingsarbete eller pumpförluster.

I pV-diagrammet, se Fig l, representerar ytan mellan insug- ningslinjen och utblàsningslinjen pumparbetet. I det logaritmiska pV-diagrammet, Fig la, därför i fortsättningen. tionerna i det linjära diagrammet, Fig lb. framhävs pumpcykeln och detta används Som jämförelse ses de verkliga propor- Ottomotorns effekt regleras genom att den insugna gasmassan varieras. eftersom den insugna volymen hela tiden är konstant och lika med motorns slagvolym så måste densiteten på gasen varieras. detta åstadkoms genom att gasen stryps med ett gasspjäll eller trottel. Reglermetoden i sig innebär således att man måste minska trycket på den insugna gasen för att minska effekten. Vid full last är trotteln helt öppen och då fås mycket små tryckförluster vid insugningen. Vid låg last däremot har man mycket liten trottelöppning vilket ger en kraftig tryckförlust p.g.a. strypningen. Genom trottelregleringen får motorn alltså arbeta med lägre tryck än atmosfärstryck på insugningssidan. Då kolven skall suga in luft går det åt ett större arbete med lägre tryck. ju lägre last det är på motorn desto lägre blir insugningstrycket vilket gör att pumpförlusterna ökar. Av Fig 2 framgår att pumpförlusterna ökar kraftigt vid låg last. En jämförelse vid konstant varvtal visar att pumpförlusterna vid fullast kan vara ungefär 5% av indikerad effekt medan de vid låg last är ungefär 50%.

Dagens personbilsmotorer körs under större delen av tiden på låg last, körning har man alltså en mycket liten trottelöppning mycket i storleksordningen 20% av maxeffekten. vid normal vilket personbilsmotorer oftast körs i. 'gör att pumpförlusten blir störst i det driftsomráde som Det sätt på vilket pumpförlusterna skall minskas enligt förelig- gande uppfinning kan härledas ur allmänna gaslagen: pV = mRT medför p = mRT/V (1) 464 774 Vi låter här p vara insugningstrycket i ett valfritt läge av insugningsslaget. De övriga parametrarna är: m = massa (luft-bränsleblandning) R = gaskonstant T = blandningens temperatur V = sA + Vc = volymen s = slaglängd A = kolvarea Vc = kompressionsvolym Alla försök att minska pumpförlusterna vid låglast strävar efter att öka p. Utan att motorns toppeffekt påverkas ser vi från (1) att detta kan åstadkommas genom: * Minskning av V * ökning av m * ökning av T Volymen kan vid làglast fås att minska genom att på något sätt minska slaglängden: antingen den goemetriska, eller den effektiva insugsslaglängden. Med den effektiva insugningsslaglängden menas här den del av slaglängden då insugning sker. Dessutom kan volymen minskas genom att koppla bort ett antal cylindrar hos flercylindriga motorer vid låglast.

Metoder i känd teknik vilka tillämpar minskning av den effektiva insugsslaglängden finns i två varianter nämligen: Tidig stängning EIVC (Early Intake Valve Closing), LIVC (Late Valve Intake Closing). av insugsventilen, samt sen stängning av insugsventilen, Anordningar enligt dessa metoder reglerar motoreffekten genom att steglöst variera insugsventilens stängningstid och lyft.

Med EIVC menas att insugsventilen stänger innan nedre dödpunkt. I vissa utförande saknas trottel helt. metodens beteckning anger tidpunkt för ventilstängning i förhållande till nedre dödpunkt. EIVC 60 : stänger 60 före nedre dödpunkt.

Ett gradtal efter regler- T.ex. ventilen 464 774 Vid lastreglering genom EIVC öppnar insugsventilen som hos en konventionell motor strax innan insugsslaget. Då cylindervolymen ökar under insugsslaget sugs bränsle-luftblandningen in vid nästan atmosfärstryck, eftersom inget strypande spjäll finns. effekten regleras därefter genom att stänga ventilen då tillräck- lig mängd massa har strömmat in. Effekten regleras m.a.o genom tidpunkten för ventilstängning. Efter stängningen ex- panderar gasen samtidigt som kolven slutför insugsslaget.

Därefter följer kompression, expansion och utblåsslag som hos en konventionell motor.

Teknikens ståndpunkt De tekniska lösningar genom vilka EIVC och LIVC ástadkommes är relativt komplicerade.

I Fig 3 visas ett mekaniskt system enligt Porsche med två kamaxlar som kan fasförskjutas i förhållande till varandra och ger EIVC. sköter lyftet. Den andra avgör hur länge ventilen skall vara En kamaxel fungerar som konventionell kamaxel och öppen.

I Fig 4 visas ett system enligt Volkswagen, där det konven- tionella ventilsystemet är bibehállet. En roterande slidventil har istället placerats framför den vanliga insugsventilen.

Genom att koppla den roterande slidventilen till kamaxeln samt göra den fasförskjutningsbar i förhållande till nämnda axel åstadkommas tidig ventilstängning, EIVC. ' I Fig 5 visas ett alternativt sätt .att styra ventilerna, vid vilket 'man förser ventilsystemet med reglerbara hydraauliska ventillyftare och på så sätt åstadkommer både EIVC och LIVC.

Uppfinningens ändamål Syftet med föreliggande uppfinning är att med en okomplicerad F... 464 774 anordning i motorns insugsdel åstadkomma EIVC funktionen varvid nackdelarna i. ovan relaterade teknik i. allt väsentligt undan- röjes.

Problemet som enligt ovan ligger till grund för uppfinningen löses genom en anordning enligt bifogade patentkrav.

Beskrivning av ritningarna Med hänvisning till bifogade ritning kommer föredragna ut- föringsformer av uppfinningen i det följande att beskrivas.

I ritningen visar Fig 1 ett pV - diagram över en Ottomotor i vilken föreliggande uppfinning utnyttjas; 0 Fig 2 ett diagram över specifik bränsleförbrukning g/kwh som funktion av andel av uteffekt i procent, F= friktionsförluster, P= pumpförluster; Fig 3 - 5 teknikens ståndpunkt avseende anordningar för att åstadkomma EIVC; Fig 6 en sidovy av ett insugningsrör i vilket ingår en första utföringsform av uppfinningen; Fig 7 en röntgenvy över ett system av gasspjäll innefattande den första utföringsformen av uppfinningen; Fig 8 en central snittvy av ett insugningsrör i vilket ingår en andra utföringsform av uppfinningen; Fig 9 ett diagram över funktionen hos en ventil enligt uppfinningen varur framgår massflöde hos gasen som funktion av tryckskillnad över ventilen; Fig 10 är ett Tryck-volymdiagram i vilket är upptaget dels *rottel uppfinningen (streckad linje). normal (heldragen linje) och dels en ventil enligt Beskrivning av utföringsexempel Med hänvisning till fig 6 visas ett snitt av ett insugningsrör 200 innefattande ett gasspjäll eller trottel 1 på vilken anordnats en. bladformig *ventiltallrik 210 vilken är fjädrande 464 774 6 upphängd genom det inskurna fjädrande partiet 31 med fästpunkt i trottelskivan 100 medelst nitarna 121. I trottelskivan 100 finns en öppning 230, vars rand bildar ett ventilsäte 220 för ventil- tallriken 210. Trotteln manövreras med en första arm 40 till vilken är kopplad en länk 140. Ventiltallriken 210 är i viloläget åtskild från ventilsätet 220 på trottelskivan 100 genom en förbockning i partiet 31.

Förinställningen av ventiltallriken 210 i förhållande till ventilsätet 220 sker med en inställningsklack 60 vilken är anordnad pà en röraxel som är koncentrisk med den axel som uppbär trottelskivan 100. är kopplad till en fördelningsarm 51 via en medbringare 190 och lagrad vid insugningsröret i centralaxeln 101. Armen 51 påverkar Trotteln manövreras med en hävarm 102 vilken dels trottelns hävarm 40 och dels ventilens hävarm 130 via länkar 140 resp 112 och 110. I fördelningsarmen 51 är en av skänklarna försedd med ett sektorformat spår i vilket löper medbringaren 190. Det sektorformade spåret är utformat med sådan vinkelöppning att ventilen 2l0,220 öppnar helt innan trotteln öppnar.

Funktionen hos ventilen 2l0,220 enligt föreliggande uppfinning är följande.

I Fig 6 visas trotteln stängd och ventilen 210, 220 helt öppen. I början av insugningstakten hålles ventilen öppen av ventilfjädern 31 och tillåter en viss volym gasblandning' att strömma in i cylindern. Pà grund av' strömningen uppkommer en viss tryck- skillnad över ventiltallriken och när denna tryckskillnad övervinner fjäderkraften stänger ventilen 2l0,220. Denna stängning sker innan motorns insugningsventil stänger och ger därmed EIVC - funktion.

Ett diagram över strypningsfunktionen 'hos ventilen framgår av ~Iïg 9.' Z 0 I ; helt öppen trottel helt stängd Lägena A och B ger ej Extremlägen för gasreglaget i systemet är: A ; vilket ger helt stängd ventil 2l0,220 och B = trottel och helt stängd ventil 2l0,220.

EIVC. 464 774 7 Med hänvisning till Fig' 8 visas i en andra utföringsform av ventilen enligt föreliggande uppfinning ett centralt snitt av insugningsröret 20 hos ena insprutningsmotor innefattande insprutningsmunstycket 25 och ett gasspjäll eller trottel l. Pà insugningsrörets làgtryckssida mynnar en dellastluftkanal 12 vilken tillför motorcylindern en förvärmd gasblandning ex.vis luft från atmosfären via luftrenare, av högre tryck än làgtrycks- sidans tryck via en cirkulär öppning 10. Mot öppningen 10 är anordnat ett cylindriskt hus 22 i vilket löper en ventiltallrik eller kolv 2 vilken är öppen i ena änden och mottar en ventil- fjäder 21 vilken pressar kolven 2 mot husets 22 bottenparti 23.

Vid kolvens slutna ände är fästad en manöverstáng 24 i vars fria ände är anordnad ett spàr vilket medger rörelse hos kolven 2 mot röret 20 varvid vinkelläget hos länken 11 bestämmer slaglängden hos kolven 2. Länken ll är via hävarmssystemet 16, 15 är mekaniskt förbunden med gasvajern 18.

Extremlägen för gasreglaget i systemet är: A= Helt öppen trottel vilket ger stängd ventil 2,20 och B= stängd trottel och helt stängd ventil 2,20. Lägena A och B ger ej EIVC. partiet 23 finns ett hål 29 mot vilket är anslutet en överled- ning 30 fràn dellastluftkanalen 12. Gasspjället 1 är via hävarmen 13, länken 14 och hävarmen 15 förbundet till gasvajern 18.

Genom botten- I den skänkel av hävarmen 15 som är ansluten till hävarmen 13 är anordnad ett spår 17 som làter gasspjället vara stängt tills att ventilen 2,20 har öppnats helt med rörelse hos gasreglaget frán extremläget B. Pig 8 visar helt öppen ventil och stängt gasspjäll 1. ' På samma sätt som i första utföringsformen ovan betraktar vi en separat insugningstakt. I början av insugningstakten hálles ventilen, 2,20 öppen av' ventilfjädern 21 och tillåter' en 'viss_ volym att strömma in i cylindern via dellastluftkanalen 12 genom insugningsventilen. Pà grund av strömningen uppkommer* en viss tryckskillnad över kolven 2 och när denna tryckskillnad över- vinner fjäderkraften stänger ventilen 2,20 före motorns insug- ningsventil och ger därmed EIVC - funktion. 464 774 I extremläget A är trotteln helt öppen och ventilen 2,20 helt stängd genom inverkan av rörelsen hos armen 16 och länken ll.

Under detta läge är ventilen stängd under hela insugningstakten och därmed är EIVC - funktionen bortkopplad.

I en tredje utföringsform av uppfinningen är den andra ut- föringsformen. kompletterad med en avgasturbindriven. kompressor vilken matar delastluftkanalen 12, varvid genom denna utförings- form ett gynnsammare tryck -temperaturförlopp erhålles under insugnings- och kompressionsfasen.

I;

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 PATENTKRAV

1. Anordning för att minska gasväxlings-eller pumpförluster hos en förbränningsmotor innefattande gasspjäll (1) för reglering av trycket i insugningsröret för förbrännings- luften med eller utan bränsle till motorns cylindrar k ä n n e t e c k n a d att i insugningsröret (20) till varje cylinder är anordnat aV ett separat (1) gasspjäll varvid insugningsrörets lågtrycks- cylindersida relativt nämnda gasspjäll tillföres luft eller bränsle-luftblandning av högre tryck än lågtrycksidans tryck via en ventil som vid början av varje insugningstakt hàlles öppen och som stänger innan motorns insugningsventil stänger varvid ventilens stängningsfunktion är påverkad genom läget av nämnda gasspjäll.

2. Anordning enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda ventil innefattar en ventilkropp, ventilfjäder och. ventilsäte varvid ventilkroppen är anordnad inspänd medelst ventilfjädern mot ett inställbart stopp (1l;60) vilket påverkas genom läget av gasspjället så att ventil- kroppen intar ett viss slaglängd från ventilsätet i början av ia ugningstakten och erhåller en stängningsfunktion när gasströmningen ökar och ger ett differensyttryck på nämnda ventilkropp motsvarande nämnda slaglängd inställd medelst nämnda stopp (11:60) mellan ventilkropp och ventilsäte vilket differensyttryck verkar mot kraften orsakad av ven- tilfjädern.

3. Ancfdning enligt krav 1 eller 2 k ä n att nämnda ventil är anordnad på gasspjället (1). 1 e t e c k n a d a v 464 10 15 20 25 30 35 774 /Û

4. Anordning enligt krav l k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda ventil är anordnad med öppning (10) mot insug- ningsrörets lågtryckssida och lufttillförsel sker via en dellastluftkanal (12)

5. Anordning enligt krav 2 och 3 k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda ventilkropp är utformad som en klaff (210) vilket tätar mot en öppning (230) i trottelskivan (100) varvid klaffen (210) hàlles mot stoppet (60) genom en förbockning i ett fjädrande parti (31) vilket stopp bestämmer öppningen hos ventilklaffen (210). .

6. Anordning enligt krav 2 och 4 k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda ventilkropp är utformad som en i ena änden öppen cylindrisk kolv (2) vilken är förskjutbar i ett hus (22) på nämnda dellastluftkanal, den öppna änden av cylindern tätar i sitt ändläge mot ett ventilsäte på insugningsröret (20) och mottar en ventilfjäder (21), vilken håller kolven (2) mot länken (ll) vilken bestämmer slaglängden hos kolven 2.

7. Anordning enligt krav 1 - 6 k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda ventils genomströmningsarea i viloläget påverkas av gasreglaget via mekaniska länksystem (15,16;- 102,51) så att vid strypt trottel (läge B) en ökning av gaspádraget endast ökar nämnda ventils genomströmningsarea till ett maximum och vid ytterligare ökning av gaspådrag öppna trotteln och gradvis minska ventilens genomströmnings- area till stängd ventil vid full trottelöppning (läge A).

8. ; Anordning enligt krav 1 - 7 k ä n n e t e c k n a d a v att ett insprutningsmunstycke för bränsle (25) är placerat nedströms gasspjället (1). *r -šu \J \J Åšn 'f 46

9. Anordning enligt krav 1 - 7 k ä n n e t e c k n a d a v att ett insprutningsmunstycke för bränsle (25) är placerat uppströms gasspjället (1).

10. Anordning enligt krav 6 - 9 k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda dellastluftkanal (12) matas med luft från en avgasturbindriven kompressor.