SE509028C2 - System för hantering av bränsle och avgavser vid en förbränningsmotor - Google Patents

Description

509 028 2 kunna skräddarsys och anpassas till var och en av de olika tillämpningar där en särskild småmotor skulle kunna er- fordras. I takt med att kommande emissionskrav fasas in för småmotorer har ett behov uppstått att utforma system för styrning av emissioner och bränslematning vid småmoto- rer, vilka system möter de förväntade standarderna men likväl minimerar emissionskomponenternas komplexitet och minimerar kostnader på ett sätt som endast marginellt ökar den totala kostnaden för en motor som använder dessa an- ordningar. Eftersom småmotorenïi allmänhet används på måttligt dyra varor, såsom gräsklippare, motorsågar, ogräsborttagare och generatorer, får ej kostnaden för emissionsstyrsystemet markant öka det rådande priset på motorn om inte konsumentens kostnad för anordningen skall stiga till en oacceptabel och möjligen icke konkurrens- mässig nivå på marknaden, varvid konsumenten kommer att tvingas finna ett alternativ.

För att uppnå de förväntade, av lagstiftning före- skrivna emissionsstandarderna utrustas ett system för bränsle och emissioner vid småmotorer med en förgasare försedd med en ventil för avgasrecirkulation (EGR) och/eller en pulsventil för friskluft. N0x-emissioner minskas genom avgasrecirkulation, och HC- och CO-emissio- ner reduceras genom inblandning av friskluft i avgaserna.

För att ytterligare reducera CO-emissioner doseras och styrs bränsle noggrant vid fullt öppet gasspjäll, vid tom- gång och vid mellanliggande tillstånd medelst en flottör- husförgasare, som har en bränslenål för styrning av bräns- lematningen till en bränslekälla, vilken matar både en tomgàngsemulsionsanordning för bränsle och luft och en huvudemulsionsanordning för bränsle och luft. Företrädes- vis har förgasaren en självmodulerande choke och en acce- lerationspump, som lösgörbart står i förbindelse med bränslenålen och som matas med bränsle medelst ett rörligt membran. Avgas recirkuleras endast när smàmotorn arbetar med betydande laster och varvtal samt företrädesvis endast när den är uppvärmd. Företrädesvis styrs EGR-ventilen av 509 028 3 en undertrycksportsignal och innefattar en termisk av- stängningsventil för att säkerställa att EGR-ventilen endast arbetar när motorn är uppvärmd. Företrädesvis stänger luftpulsventilen sig vid motortomgång eller nära tomgång beroende på-sin särskilda kalibrering. Vid högre motorvarvtal och lägen med öppet gasspjäll suger luftpuls- ventilen in friskluft i avgaserna i avgassystemet för_att tillhandahålla syre som reagerar med resterande HC och CO för att oxidera dem till C02 och H20. Luftpulsventilens friskluftsintag är företrädesvis beläget i luftströmmen inuti en motorluftrenare för att åstadkomma bullerminsk- ning och isolering av buller som härrör från luftpulsven- tilen och motoravgassystemet. Ändamål och fördelar med samt särdrag hos föreliggan- de uppfinning är att åstadkomma ett emissionsförgasarsys- tem vid småmotorer, vilket enkelt och snabbt kan utformas för en speciell småmotortillämpning och skräddarsys att uppnå önskade och statligt föreskrivna emissionsstandarder för avgaser, vilket vidare är kompakt och har flera vä- sentligen självständiga enheter, vilket vidare är effek- tivt och kostnadsanpassat för användning i relativt bil- liga småmotoranordningar, vilket vidare arbetar utan an- vändning av ett datorstyrsystem och elektroniska avkän- nare, varigenom behovet av ett ombordplacerat datorsystem för övervakning och avkänning upphävs, vilket vidare har lång livstid och är tåligt, hållbart, pålitligt och har förenklad utformning och relativt ekonomisk tillverkning och sammansättning. 7 Dessa och andra ändamål och fördelar med samt särdrag hos föreliggande uppfinning kommer att framgå av följande detaljerade beskrivning, bifogade patentkrav och åtföl- jande ritningar på vilka fig lfàr en schematisk vy av ett bränsledoserings- och avgasemissionssystem i en utföringsform av föreliggan- de uppfinning som är tillämpad på en småmotor, 509 028 4 fig 2 är en schematisk vy av en förgasare till systemet i fig 1, fig 3 är en ändvy i sektion av en förgasare enligt uppfinningen tillämpad pà en smàmotor, fig 4 är en sidovy tagen i sektion väsentligen längs linjen 4-4 i fig 3, fig 5 är en sidovy tagen i sektion väsentligen längs linjen 5-5 i fig 3, fig 6 är en tionsventil som används i fig 1, fig 7 är en schematisk sidovy i sektion av en för- sidovy i sektion av en avgasrecirkula- gasarkanal, pä vilken olika alternativa portade signaler visas, fig 8 är ett diagram över karakteristikor för de olika vakuumportsignalerna i fig 7 som funktion av motor- varvtalet, fig 9 är en sidovy i sektion av en modulerad luft- pulsventil som används 1 fig 1, fig 10 är en schematisk sidovy av en modifierad för- gasare, fig ll är en schematisk sidovy av en första modifi- kation av ett system för bränsledosering och avgasemis- sioner tillämpat pà föreliggande uppfinning, fig 12 är en sidovy i sektion av en alternativ modu- lerad luftpulsventil, som använder en vakuumportsignal frän det modifierade systemet i fig 11, fig 13 är en schematisk sidovy av en andra modifie- ring av ett system för bränsledosering och avgasemissioner tillämpat pà föreliggande uppfinning, fig 14 är en sidovy i sektion av en icke-modulerad luftpulsventil i systemet i fig 13, fig 15 är en schematisk sidovy av en tredje modifi- kation av ett system för bränsledosering och avgasemissio- ner tillämpat pà föreliggande uppfinning.

Med närmare hänvisning till ritningarna visar fig 1 schematiskt ett system 20 för bränsledosering och emis- sionsstyrning, varvid föreliggande uppfinning tillämpas på 509 028 en smàmotor 22. Motorn 22 har en eller tva cylindrar eller arbetskamrar med variabel volym, av vilka var och en via en inloppsventil står i förbindelse med en inloppskanal 24 och via en utloppsventil med en avgaskanal 26, som före- trädesvis är ansluten till en ljuddämpare 28. Systemet 20 har en flottörhusförgasare 30, en med förgasaren samver- kande ventil 32 för avgasrecirkulation (EGR), och företrä- desvis en med avgassystemet samverkande pulsventil 34 för friskluftsintag.

Vid drift matar förgasaren 30 varje motorkammare med en blandning av bränsle och luft via inloppskanalen 24 för antändning och förbränning, och de resulterande avgaserna släpps ut via avgaskanalen 26 till omgivningen. När motorn arbetar med betydande last, recirkuleras en del av avga- serna via inloppskanalen 24 nedströms förgasaren 30 me- delst EGR-ventilen 32 i avsikt att minska NOX-emissioner.

Omgivningsluft släpps också ut i flödet av heta avgaser medelst luftpulsventilen 34 i avsikt att minska HC- och CO-emissionerna. Emissionerna reduceras ytterligare me- delst förgasaren 30, som skräddarsyr sin matning av bräns- le till motorns bränslebehov över ett brett intervall av arbetsvarvtal och tillstånd för motorn.

Flottörhusförgasare Flottörhusförgasaren 30 matar ett reglerat flöde av finfördelat bränsle och dito luft till motorn 22 med en kvantitet och en kvalitet som styr CO-emissioner med liten eller ingen ökning av HC-emissioner. Såsom visas i fig 2-5 har förgasaren 30 en stomme 36 med en bränsle-luft-bland- ningskanal 38, i vilken finns en gasspjällsventil 40 och en chokeventil 42. Vid drift släpps en bränsleemulsion ut fràn en gemensam bränslekälla 48 in i kanalen via ett tom- gàngssystem 44 och ett huvudsystem 46. Mängden flytande bränsle som matas till källan 48 fràn ett flottörhusaggre- gat S0 varieras och styrs medelst ett doseraggregat 52 i beroende av graden av öppnande av gasspjällsventilen 40.

Efter inledande öppning av gasspjället 40 tillföras före- trädesvis extra bränsle medelst ett accelerationspump- aggregat 54 för acceleration av motorn. 509 028 6 En väsentligen konstant bränslenivå 56 upprätthålles i förgasarens 30 flottörhusaggregat 50 för att åstadkomma ett stabilt bränsleflöde till doseraggregatet 52 och acce- lerationspumpen 54. Ett flottörhushölje 58 är fastgjort vid förgasarens 30 stomme 36 och uppbär doseraggregatet 52 och accelerationspumpaggregatet 54 i huset nedanför bräns- lenivån 56. För att upprätthålla ett konstant bränsletryck eller dito nivå uppbäres i huset 58 en flottör 60, som öppnar och stänger en nålventil (ej visad), vilken styr vätsketillträdet till flottörhuset S8. Flottörhuset 58 är ventilerat med omgivningen via ett rör 62, en stängd ficka 64 och en kanal 66. -e Accelerationspumpaggregat Efter den snabba öppningen av gasspjället 40 matar accelerationspumpen 54 en doserad mängd eller dito skur av flytande bränsle till ett munstycke 68, som är anordnat i blandningskanalen 38 uppströms en stryphylsa 70. Såsom visas i fig 2-4 har pumpen 54 ett membran 72, som i flot- törhuset 58 är upptaget i ett hölje 74 och som i detta avgränsar övre och nedre kamrar 76, 78. En manöverstång 80 är glidbart upptagen i höljet 74 och förbunden med memb- ranet 72, som är eftergivligt förspänt till sitt tillbaka- förda läge medelst en tryckfjäder 82, vilken är upptagen i höljet 74. Flytande bränsle matas från huset 58 till den övre kammaren 76 via en inloppsbackventil 84 och en kanal 86 och släpps ut till munstycket 68 via en utloppsbackven- til 88 och förbindande kanaler 90, 92, 94, 96, 98, 100.

Företrädesvis nedströms utloppsbackventilen 88 har kanalen en liten läckport 102. För att underlätta membranets 72 rörelse är den nedre kammaren 78 luftad med omgivningen via en kanal 104 som öppnar in till blandningskanalen 38 uppströms gasspjällsventilen 40.

Vid användning manövreras pumpaggregatet 54 genom öppning av gasspjället via ett mekaniskt länksystem 106, i vilket gasspjällsventilen 40 är fastgjord vid en tväraxel 108, som är förbunden med en hävarms 110 ena ände. Armens 110 andra ände är via en trådlänk 112 svängbart förbunden 509 028 7 med ena änden av en vevarm 114, tapp 116 och svängbart förbunden invid sin andra ände med ena änden av en hållare 118. Hållaren 118 har en rätvink- lig tunga 120 med ett hål 122, genom vilket manöverstången 80 är glidbart upptagen. Hållaren 118 är förbunden med stången 80 via en dödgångskoppling ("1ost motion coupling“) 124, som har en fjäder 126 placerad över ett stången 80 tillhörande skaft 128 med reducerad diameter och xvarhallen aarpa medelst ett clips 130.

Vid drift, när gasspjället 40 inledningsvis öppnas från sitt helt stängda läge, förflyttar länksystemet 106 manöverstången 80 och dess membran 72 väsentligen verti- kalt uppåt för att släppa ut bränsle från den övre kamma- ren 76 och in i blandningskanalen 38 via munstycket 68.

Efter det att membranet har rört sig till sitt helt upp- lyfta läge medger dödgångsmekanismen 124 att gasspjället 40 öppnas ytterligare. När gasspjället 40 stängs åter- bördar tryckfjädern 82 membranet 72 till dess helt ned- sänkta läge, varvid extra flytande bränsle sugs in i pum- pens övre kammare 76, från vilken det släpps ut vid memb- ranets 72 nästa slag när gasspjället 40 åter öppnas från sitt stängda läge. Manövreringen av accelerationspumpen 54 för matning av en lämplig mängd bränsle i en önskad takt eller mängd kan varieras genom att man anpassar storleken av pumpmunstycket 68, pumpslaget, buffertfjädern 126 och/eller läckporten 102.

Bränsledoseraggregat Mängden och takten med vilken flytande bränsle matas till källan 48 hos tomgångs- och huvudsystemen 44, 46 varieras och styrs av doseraggregatet 52, som har en do- som är svängbar runt en serventil 132 med variabel area, vilken har en axiellt rörlig doserstång 136, som är upptagen i en ringformig öppning 138, genom vilken det flytande bränslet strömmar från flottörhuset 58 in i källan 48. Av fig 3 framgår att öppningen 138 är upptagen i en försänkning 140 i flottör- huset 58 och har ett avsmalnande inloppsparti 142, som övergår i en halsöppning 144 och via en utvidgning 146 in 509 028 8 i källan 48. I fig 2 har doserstången 136 ett stympat koniskt ventilparti 148, som är upptaget i öppningen 138, och en spets 150 med reducerad diameter, vilken skjuter ut genom öppningen 138 och kan anligga mot källans 48 botten för att begränsa den utsträckning i vilken ventilen kan röras axiellt in i öppningen 138.

Doserstången 136 uppbäres inställbart medelst hålla- ren 118 för axiell rörelse genom öppning och stängning av gasspjället 40. Stången 136 är glidbart upptagen i ett hål i en styrplatta 152, som är upptagen på hållartungan 120 och medelst en tapp 154 svängbart förbunden med en bärhål- lare 156, vilken är glidbart upptagen mellan två på av- stånd från varandra belägna, upprättstående styrtungor 158 hos hållaren. Bärhållaren 156 har en bockad skänkel 160 med ett genomgående hål 162, som är glidbart upptaget över stångskaftet 128, och en nedåtvänd ände 164, vilken sväng- bart anligger mot styrplattan 152. Bärhållarens 156 läge kan ställas in medelst en genom denna skruvad maskinskruv 166, vilken anligger mot styrplattan 152. Mängden bränsle som strömmar genom öppningen 138 kan ställas in eller trimmas medelst ställskruven 166. Denna inställning för- bättrar förgasarens 30 prestanda genom att den begränsar de delstrypningsflödesband eller -flödeshastigheter som kan uppnås med förgasaren. För att minska doserstångens 136 tendens att vibrera i den ringformiga öppningen 138 är denna företrädesvis eftergivligt förspänd i ingrepp med öppningens ena sida medelst en fjäder 168, som är upptagen på bärhållarens 156 svängtapp 154. Detta förhindrar bräns- leflödesfluktuationer genom öppningen 138 och minimerar tendensen att någon vibration skadar stången 136 och/eller öppningen 138.

Tomgångsemulgeringssystem För att säkerställa reducerade motoremissioner vid tomgångs- och låglastförhållanden matar tomgångssystemet 44 en blandning av emulgerat bränsle och luft till bland- ningskanalen 38. Systemet har ett emulgerrör 170, som är mottaget i en försänkning i stommen 36, som avgränsar en 509 028 9 ringformig kammare 172, till vilken luft matas via en kanal 174, som står i förbindelse med luftkammaren 64 via en läcköppning 176. Röret 170 har ett strypinlopp 178, som mottager flytande bränsle från källan 48 via en kanal 180, och ett flertal periferiellt och axiellt på avstånd från varandra belägna portar 182, genom vilka luft passerar för emulgering av bränsle i röret 170.

Det emulgerade bränslet matas både till en tomgångs- fortskridningsslits 184 och en trimport 186, som öppnar in i blandningskanalen 38 via en kanal 188, en kalibrerings- strypning 189, en reservoarkammare 190 och en genomgång 192. Fortskridningsslitsen 184 är företrädesvis axiellt långsträckt och överlappar gasspjällsplattan 40 i dess stängda läge så att den har partier 194, 196 uppströms och nedströms denna. Mängden bränsleemulsion som släpps ut genom trimporten 186 kan varieras och ställas in medelst en nålventil 198, som är skruvad in i stommen och har en avsmalnande, stympat koniskt spets 200, vilken kan flyttas fram in i trimporten 186 för att minska dess effektiva tvärsnittsarea.

När motorn vevas och inledningsvis startar, är de flesta av portarna 182 i emulgeringsröret 170 översvämmade av flytande bränsle till en nivå som indikeras av den streckade linjen 202, varigenom tomgångsfortskridnings- slitsen 184 och trimporten 186 inledningsvis tillhanda- hålles en relativt sett fetare bränsleemu1sion.När motorn inledningsvis startar och accelererar till ett arbetstill- stånd med hög tomgång och utan belastning faller nivån av flytande bränsle i kammaren 172 (såsom indikeras av den streckade linjen 204) så att luft passerar genom fler av rörets 170 portar, varigenom tomgångsslitsen 184 och trim- porten 186 tillhandahållas en något magrare och mer emul- gerad blandning av luft och bränsle. När motorn går på tomgång med stängt gasspjäll suger det partiella under- tryck som alstras av motorn nedströms gasspjällsventilen 40 bränsleemulsion från röret 170 genom fortskridnings- slitsens 184 nedströmsparti 196 och trimporten 186. Luft 509 028 strömmar också genom slitsens 184 uppströmsparti 194 för att ytterligare emulgera bränslet som släpps ut genom ned- strömspartiet 196. När gasspjället inledningsvis öppnas, sveper dess övre kant över fortskridningsslitsen 184, vilket förändrar förhållandet mellan uppströmspartiets 194 och nedströmspartiets 196 effektiva storlek och därigenom ökar mängden emulgerat bränsle som matas till motorn när gasspjället 40 inledningsvis öppnas. När i motsats härtill gasspjället 40 inledningsvis närmar sig sitt helt stängda läge, ger ändringen av detta förhållande mellan uppströms- partiet och nedströmspartiet upphov till en minskning av mängden bränsle som matas till motorn vid tomgångstill- ståndet utan belastning. När gasspjället inledningsvis öppnas manövrerar detta via det mekaniska länksystemet 106 både bränsledosersystemet 52 att mata mer bränsle till källan 48 och således till tomgångsemulgeringssystemet 44 och accelerationspumpen 54 att direkt mata extra bränsle till blandningskanalen 38 för att accelerera motorn 22.

Normalt ställs nålventilen 198 och trimporten 186 in för att uppnå en jämt arbetande motor 22 vid tomgångstillstånd utan belastning. En typisk småmotor med en eller två cy- lindrar arbetar med ca 800-1 800 varv/min vid lågtomgångs- tillstånd och ca 3 000-3 600 varv/min vid högtomgångstill- stånd.

Huvudemulgeringssystem För att reducera motoremissioner och förbättra bräns- leekonomin vid motorarbetstillstånd med belastning matar huvudbränslesystemet 46 en emulgerad blandning av bränsle och luft till blandningskanalen 38. Systemet har ett emul- geringsrör 206, vilket är upptaget i en försänkning i stommen, som avgränsar en ringformig kammare 208, från vilken luft sugs genom ett flertal periferiellt och axiellt på avstånd från varandra belägna portar 210 för att emulgera flytande bränsle, som matats till rörets 206 nedre ände från källan 48 via en kanal 212. Bränsleemul- sionen matas till ett munstycke 214, som är upptaget i blandningskanalen invid stryphylsan 70, via en sammanbin- 509 028 11 dande kanal 216 i stommen. Luft matas till kammaren 208 från utrymmet 64 via ett luftläckmunstycke 218 och en sam- manbindande kanal 222.

Vid uppstartning av motorn, varvid choken 42 är öp- pen, alstrar stryphylsan 70 typiskt ej något markant un- dertryck eftersom gasspjället 40 är stängt och således relativt lite, om något, bränsle matas till blandnings- kanalen 38 av huvudbränslesystemet 46. Vid uppstartning är vanligtvis de flesta av emulgeringsrörets 206 portar över- svämmade av flytande bränsle till den nivå som anges medelst den streckade linjen 202, och när gasspjället 40 inledningsvis öppnas, suger således det medelst stryphyl- san alstrade undertrycket en relativt sett fetare initial laddning bränsleemulsion genom munstycket 214 och in i blandningskanalen 38. När motorn 22 arbetar med öppet gasspjäll sugs bränslet från kammaren 208 så att luft matas via alla portarna 210 för att i röret 206 emulgera bränsle som sugits från källan 48 och för att mata bräns- leemulsionen till blandningskammaren 38 via munstycket 214. När gasspjället 40 är väsentligt öppet matas relativt lite, om något, bränsle till blandningskammaren 38 av tomgångssystemet 44.

Den inledningsvisa öppningen av gasspjället 40 verk- samgör också accelerationspumpen 54 så att den matar extra bränsle via munstycket 68 för att accelerera motorn 22 till ett högre driftsvarvtal. Öppningen av gasspjället 40 verksamgör också bränsledosersystemet 52 genom att doser- stången 136 förflyttas axiellt bort från den ringformiga öppningen 138 för att mata mer bränsle till källan 48 för emulgering och utmatning in i blandningskanalen 38 medelst huvudbränslesystemet 46. När bränsle sugs från källan 48 öppnar och stänger flottören 60 nålventilen (ej visad), som står i förbindelse med bränslekällan, för att bibehål- la en väsentligen konstant bränslenivå, såsom indikeras medelst de streckade linjerna 56, och sålunda ett relativt konstant bränsletryck i huset 58. 509 028 12 èggasrecirkulationsventil För att styra N0x-emissioner vid motordriftstillstànd med belastning öppnar, inför och doserar avgasrecirkula- tionsventilen 32 en mängd avgaser från avgaskanalen 26 in i inloppskanalen 24, såsom visas i fig 1. Vid kallstarts- och tomgángsförhällanden är EGR-ventilen 32 företrädesvis stängd för att undvika försämring av motorprestanda vid låga motorvarvtal och -laster och kalla driftstillstánd.

Såsom visas i fig 6 har ventilen 32 en stomme 230 med en inloppskanal 232, som stár i förbindelse med en ut- loppskanal 234 via ett ventilaggregat 236. Ventilen har ett säte 238 i en ring 240, som är presspassad och förslu- ten i en borrning 242 i stommen 230, vars öppna ände är stängd och försluten medelst en i denna presspassad kapa 244. En komplementär, stympat konisk ventil 246 är utfor- mad vid den fria änden hos en manöverstáng 248, som är glidbart upptagen för fram- och âtergáende rörelse i en borrning 250 genom stommen 230. Ventilen 32 manövreras till öppna och stängda lägen medelst ett membranaggregat 252 med ett eftergivligt membran 254, som har en perife- risk fläns 256, vilken är upptagen och försluten mellan en ficka 258 i stommen 230 och ett överliggande lock 260 för att bilda övre och nedre kamrar 262, 264 pá motsatta sidor om membranet 254. Membranets 254 centrala parti är motta- get mellan en fästplatta 266 och en fjäderhàllarplatta 268, vilka är upptagna över ett hos manöverstángen gängat skaft 270 med reducerad diameter och är fästa vid detta medelst en mutter 272. Ventilen 32 är eftergivligt för- spänd till sitt stängda läge medelst en tryckfjäder 274, som är upptagen mellan locket 260 och hàllarplattan 268, och är eftergivligt anpressad i riktning mot sitt öppna läge genom att undertryck anbringas till den övre kammaren 262 via en port 276. För att minska den kraft som krävs för att öppna ventilen släpps företrädesvis de trycksatta avgaserna in i kammaren 264 via en kanal 278 för att verka pà membranets 254 undersida. Om så önskas kan en förstorad borrning 250 användas i samband med eller istället för ka- 509 028 13 nalen 278 för att bringa avgaserna i förbindelse med memb- ranets 254 undersida.

EGR-ventilen 32 installeras i systemet i fig l med sitt inlopp 232 i förbindelse med motorns avgaskanal 26 via en ledning 280 och sitt utlopp 234 i förbindelse med motorns inloppskanal 24 nedströms förgasarens gasspjälls- ventil 40. öppningen och stängningen av EGR-ventilen 32 styrs av ett partiellt undertryck, som alstrats medelst förgasarens stryphylsa 70. öppningen av EGR-ventilen 32 förhindras vid laga omgivande motortemperaturer medelst en tempera- turkänslig styrventil 282, som endast öppnar vid tempera- turer över en förutbestämd temperatur, vilken vanligtvis ligger i intervallet 13-24°C. (55-75°F). Ett stryphalsut- tag 284 är förbundet med EGR-membranaggregatet via den temperaturkänsliga ventilen 282 medelst lämpliga ledningar eller rör 286, 288, 290.

I en motor 22 med en eller tvâ cylindrar och liten cylindervolym är vanligtvis undertryckssignalen vid ut- taget 284 ej tillräckligt stor för att nöjaktigt styra driften av EGR-ventilen. Således används också kanalunder- tryck genom att man förbinder ett uttag eller en port 292 i blandningskanalen 38 uppströms gasspjällsplattan 40 via en backventil 294 seriellt med stryphalsuttaget 284 via lämpliga ledningar 296, 298. Backventilen 294 stänger vid positiva kanaltryckpulser och öppnar endast vid negativa kanaltryckpulser så att endast de negativa kanaltryckpul- serna anbringas på EGR-ventilens 32 membranaggregat 252 för att öppna detta. För att förhindra att backventilen 294 innestänger undertryck i ledningen 298 avtappaf den via en mycket liten stryphalsbegränsare 300 i venturiut- tagets 284 undertrycksledning 286. Vid högre luftflödes- hastigheter i förgasaren, såsom vid tillstànd med fullt öppet gasspjäll, ökar detta stryphalsuttag 284 även stor- leken av det undertryck som appliceras på EGR-ventilen 32.

Eftersom avgastrycket också ökar med motorvarvtal och belastning ökar dess medverkan till öppning av EGR-venti- len med ökande motorvarvtal och belastning. 509 028 14 Motordriftsvarvtalet vid vilket undertryckssignalen börjar att öppna EGR-ventilen och den utsträckning till vilken den öppnar, kan varieras och ställas in inom vissa gränser genom att man ändrar, läget för uttaget i förga- sarens blandningskanal 38, från vilket undertryckssignalen erhålles. Fig 8 visar schematiskt undertryckssignalen som funktion av ökande motorvarvtal hos en typisk motor med en eller två cylindrar för de fyra portlägena (fig 7) i blandningskammaren för stryphalsporten 284, uppströms gasspjällsportar 302, 304 och en nedströms gasspjälls- eller kanalport 306. Genom att använda en av eller en kom- bination av dessa portar kan en lämplig undertryckssvars- signal erhållas till EGR-ventilen 32 för att pà lämpligt sätt anpassa tidsinställningen och graden av avgasrecirku- lation till motordriftsförhållanden som accepterar av- gasrecirkulation utan väsentlig försämring av motorns prestanda och uteffekt. För en typisk motor med en eller två cylindrar och liten cylindervolym borde någon avgas- recirkulation ej ske under uppstartning, tomgång utan belastning och kalla driftsförhållanden och ökande avgas- recirkulation vid driftsförhållanden med varm motor, höga varvtal och full belastning.

Luftpulsventil För att reducera emissioner inmatar luftpulsventilen 34 friskluft i motorns avgaskanal 26, varigenom syre till- handahålles, som reagerar med HC- och CO-avgaser för att oxidera dem till C02 och H20. Företrädesvis inmatas frisk- luft i avgaskanalens 26 uppströmsände för att öka den uppehållstid som friskluften är i kontakt med de heta av- gaserna (varmare än 677°C (l250°F)) för att maximera reak- tionstiden. För att minimera baktändning av motorn, stängs företrädesvis ventilen 34 under snabb fartminskning, tom- gång och driftsförhållanden med lågt varvtal.

Såsom visas i fig 9 har ventilen 34 en stomme 310 med en friskluftsintagskanal 312, som står i förbindelse med en friskluftsutloppskanal 314 via en styrventil 316, vilken manövreras medelst ett membranaggregat 318, och ett 509 028 backventilaggregat 320. Backventilen 320 medger under- trycksavgaspulser (negativa) att suga friskluft genom agg- regatet och in i avgaskanalen 26, och övertrycksavgaspul- ser (positiva) att stänga backventilen 320 för att för- hindra áterflöde av avgaser genom pulsventilen 34. Back- ventilen 320 har en bärplatta 322 med genomgående hal 324, som omges av ett periferiellt, kontinuerligt ventilsäte 326 och en motliggande ventilskiva 328 med en fästplatta 330, varvid bada är glidbart upptagna pà ett styrskaft 332 och eftergivligt anpressade i riktning mot ventilsätet 326 medelst en spiralformig tryckfjäder 334. En fjäderhàllar- bricka och flänsplatta 336 är uppburen pà skaftets 332 ena ände och dess andra ände är fäst vid bärplattan 322. Bär- plattan 322 är mottagen i en försänkning 338 i stommen 310 och kvarhàllen däri medelst en överliggande kapa 340, som har en gängad nippel 342, genom vilken utloppskanalen 314 sträcker sig.

Styrventilaggregatet 316 har ett ventilsäte 344 i stommen och en komplementärt passande skivventil 346, som är uppburen av en manöverstang 348, vilken medelst memb- ranaggregatet 318 är lagrad för axiellt fram och àtergà- ende rörelse i en borrning 350 i stommen. Ventilskivan 346 är glidbart upptagen pá ett reducerat skaftparti 352 hos manöverstàngen 348 och eftergivligt anpressad i ingrepp med en ansats 354 medelst en tryckfjäder 356, som är upp- tagen över skaftet och kvarhàllen pà detta medelst en las- bricka 358. Manöveraggregatet har ett eftergivligt membran 360, som är upptaget mellan en fästskiva 362 och en fjä- derhállare 364, vilken vid 366 är fastgjord medelst fast- kilning vid manöverstàngens 348 andra ände för rörelse med denna. Membranets 360 yttre kant 368 är upptagen och för- sluten mellan ett spår 370 i stommen och ett lock 372, varigenom en undertryckskammare 374, som står i :;r- bindelse med en port 376, avgränsas. ventilen är efter- givligt anpressad till sitt öppna läge medelst en tryck- fjäder 378, som är upptagen i kammaren 374 mellan hàllaren 364 och locket 372. Membranets 360 andra sida står i för- 509 028 16 bindelse med omgivningen via en läckport 380. För att und- vika trycklásning av ventilen 316 under vissa driftsför- hàllanden är även en läckport 382 anordnad mellan luft- intagskanalen 312 och backventilen 320. Denna läckport 382 kan också kalibreras att släppa in en viss luftmängd i avgaserna när ventilen 316 är stängd, men ej en tillräck- lig mängd för att motorn skall baktända.

När luftpulsventilen 34 är installerad i systemet är friskluftutloppet 314 förbundet med avgaskanalen 26 före- trädesvis invid dess uppströmsände. För att företrädesvis reducera driftsbuller är luftintagskanalen 312 via en led- ning 388 förbunden med ett inloppsmunstycke 384, som är anordnat i en luftrenare 386 hos förgasaren. Inloppsmun- stycket 384 har företrädesvis en fasad ände 390, vilken är anordnad i luftströmmen som flödar genom luftrenaren 386 för att åstadkomma en tryckverkan som tvingar mer frisk- luft in i luftpulsventilen 34. Porten 376 hos membranmanö- veraggregatet 318 är via en ledning 394 förbunden med ett intagkanalsuttag 392 nedströms gasspjällsventilen 40 och har företrädesvis en backventil 396 däri för att reducera pulsationer.

Under fartminskning, tomgång och driftstillstànd nära tomgång alstras ett relativt högt motorkanalsundertryck eftersom gasspjället 40 är nästan eller helt stängt, vilket påverkar manövermembranet 360 att stänga luftpuls- ventilen 34 så att ingen friskluft släpps in genom venti- len 34. Om friskluft skulle släppas in under dessa drifts- förhållanden skulle den ge upphov till baktändning för motorn 22. När gasspjället 40 öppnas och motorn 22 arbetar med belastning minskar kanalundertrycket vid uttaget 392 väsentligt, vilket förorsakar fjädern 378 att flytta memb- ranet 360 och öppna styrventilen 316 sä att friskluft släpps in till backventilen 320. Avgasernas negativa och positiva tryckpulser manövrerar backventilen 320 att suga friskluft genom backventilen och in i avgaskanalen 26 vid negativa pulser och att stänga pulsventilen 320 och för- hindra àterflöde av avgaser vid positiva pulser. När avga- 509 028 17 serna har en temperatur som är större än 67700 (12500F) reagerar syre i friskluften med CO och HC för att bilda C02 och H20, varigenom CO- och HC-avgasemissionerna minskas.

Modifierad accelerationspump och dito doseraggregat Fig 10 visar en förgasare 30', i vilken doseraggre- gatet 52 och accelerationspumpen 54 också är undertrycks- manövrerade. Denna modifierade förgasare 30' används före- trädesvis vid flercylindriga motorer med större cylinder- volymer, i vilka förgasarens undertrycksportsignaler är jämnare och fastare. För motorer med en eller två cylind- rar och mindre cylindervolymer, vilka alstrar snabbt va- rierande portsignaler p g a cylinderpulsationer, ventil- tidsinställning, tryckavlastning föredras det enbart fullständigt mekaniskt manövrerade systemet hos förgasaren .

Såsom visas i fig 10 är accelerationspumpens 54' membran 72 eftergivligt förspänt till sitt upphöjda läge medelst en tryckfjäder 400, som är upptagen i den nedre kammaren 78, vilken medelst en kanal 402 via en backventil 403 är förbunden med en port 404 i blandningskanalen 38 omedelbart nedströms gasspjällsventilen 40, när denna är stängd. För att reducera pulsationernas amplitud hos motorkanalundertrycket och därigenom åstadkomma en stabilare undertryckssignal till accelerationspumpens membran 72 står en strypt läckport 406 omedelbart upp- ströms den stängda gasspjällsventilen 40 via en kanal 408 i förbindelse med kanalen 402 uppströms backventilen 403.

När motorn stoppas avlastar denna läckport även under- trycket i kammaren 78.

Vid användning, när motorn :2 ej arbetar och gas- spjället 40 är stängt, är accelerationspumpen 54 och do- serstångsaggregatet 52 i det läge som visas i fig 10, i vilket doseraggregatet 52 är öppet, och bränsle har släppts ut från accelerationspumpens övre kammare 76. Med stängt gasspjäll efter vevning av motorn, start av denna och med denna arbetande vid tomgángstillstånd kommer det 509 028 18 relativt höga kanalundertryck som alstrats vid uttaget 404 att förorsaka membranet 72 att röra sig till sitt ned- sänkta läge mot fjäderns 400 förspänning, varigenom fly- tande bränsle sugs in den övre kammaren 76 för att flöda accelerationspumpen 54. Efter det att gasspjället inled- ningsvis öppnats (för att accelera motorn), när dess nedre kant passerar förbi uttaget 404, kommer ske en väsentlig minskning av det undertryck som verkar på membranet 72, och fjädern 400 kommer att flytta detta uppåt till ett läge som visas i fig 10, varigenom bränsle släpps ut från den övre kammaren 76 genom munstycket 68 och in i bland- ningskanalen 38 för att accelerera motorn 22.

När gasspjället 40 är öppet bortom läget nära tomgång kommer doserstångsaggregatet 52 att manövreras medelst det mekaniska länksystemet 106 som svar på gasspjällsrörelser.

Närhelst gaspjället stängs med arbetande motor kommer undertrycket vid uttaget 404 äter att bringa membranet 72 att röra sig nedåt mot fjäderns 400 förspänning och suga extra bränsle in i den övre kammaren 76, varigenom acce- lerationspumpen 54 flödas. Om motorn 22 startas med stängd choke 42 så kommer kanalundertrycket vid uttaget 404 obe- roende av gasspjällsläget att manövrera membranet 72 att suga bränsle in i den övre kammaren 76 för att flöda acce- lerationspumpen 54.

Med denna kombinerade mekaniska och undertrycksstyrda manövrering kan driften och det periodiska förloppet hos både doserventilen 52 och accelerationspumpen 54 styras bättre och ställas in eller skräddarsys att tillgodose motorns bränslekrav under uppstart, tomgång och accele- rationstillstånd.

Modifierat system Fig ll visar ett modiferat system 418 för en flercy- lindrig motor med större cylindervolym med en förgasare ', en modifierad luftpulsventil 420 och en undertrycks- signal för manövrering av EGR-ventilen 32. Flercylindriga motorer med större cylindervolym alstrar vanligtvis en starkare och stabilare undertryckssignal från förgasarens 509 028 19 blandningskanal, vilken signal medger användning av ett förenklat undertrycksportarrangemang för manövrering av EGR-ventilen 32. Såsom visas i fig 11 kan en lämplig undertryckssignal för manövrering av EGR-ventilen 32 er- hållas direkt från ett uttag 422 uppströms den stängda gasspjällsventilen 40, vilket är direkt förbundet med den temperaturkänsliga ventilen 282 via en ledning 424. Detta eliminerar backventilen 294, den strypta öppningen 300, stryphylsuttaget 284 och tillhörande rörledningar hos systemet 20 i fig 1.

Såsom visas i fig 12 har den modifierade luftpulsven- tilen 420 en stomme 424 med ett flertal periferiellt på avstånd från varandra belägna friskluftsintagskanaler 426, som står i förbindelse direkt med omgivningen och backven- tilaggregatet 320 via ett styrventilaggregat 428. Styr- ventilaggregatet har en ventilskiva 430, som medelst en tryckfjäder 378 är eftergivligt anpressad i förslutande ingrepp med ett säte 432 och medelst ett undertrycksmanöv- rerat membran 360 hos manöveraggregatet 318 är flyttad till sitt öppna läge. Kanalen 376 hos membranmanöveraggre- gatet är medelst en lämplig ledning 438 förbunden med en inloppskanalport 434 via en backventil 436. För att åstad- komma en avtappning för att avlasta undertryck i membran- aggregatet 318 när motorn stängs av, är ledningen 438 också via en strypt kanal 439 förbunden med porten 406 i förgasarens blandningskanal.

För att undvika baktändning hos motorn 22 under start, tomgång, nära tomgång och under fartminsknings- driftförhållanden släpps ingen friskluft in genom luft- pulsventilen 420 till avgaskanalen 26, vilken luft om den släpps in skulle förorsaka baktändning under dessa till- stånd. Under dessa tillstånd är styrventilen 428 stängd med hjälp av fjäderns 378 förspänning, och det undertryck som verkar på membranet och som alstrats medelst negativa kanaltryckpulser är ej tillräckligt för att överbrygga fjäderns förspänning. När motorn arbetar under belastning alstrar de negativa inloppskanaltryckspulserna ett till- 509 028 råckligt undertryck verkande på membranet 360 för att överbrygga fjäderns 378 förspänning och öppna styrventilen 428 för att släppa in friskluft i avgaskanalen 26 för re- duktion av CO- och HC-avgasemissioner. Vid drift stänger backventilen 436 för att förhindra att de positiva in- loppskanaltryckpulserna appliceras på membranmanöveraggre- gatet 318 och öppnar för att anbringa endast de negativa kanaltryckpulserna på detta. När motorn stängs av avtappas undertycksmanöveraggregatet 318 till omgivningen genom den strypta kanalen 439 och porten 406 i förgasarens bland- ningskanal. §ystem med modifierad luftpulsventil Fig 13 visar ett system 440 med en modifierad luft- pulsventil 442, vilket är lämpligt för motorer som under fartminskningstillståndet ej baktänder när friskluft av- tappas in i avgaskanalen för att minska CO- och HC-emis- sioner. Luftpulsventilen 442 har ej någon styrventil eller undertrycksmanöveraggregat och ger således ett enklare system med färre delar, vilket är mer ekonomiskt att till- verka och sätta samman och enklare att underhålla och serva.

Såsom visas i fig 14 har luftpulsventilen 442 en plåtstomme 444, på vilken det övre höljet 340 och backven- tilaggregatets 320 bärplatta 322 är upptagna och fast- gjorda medelst en periferiell, kontinuerlig fals 446.

Stommen 444 har ett intag 448, genom vilket friskluft matas till backventilen 320.

När luftpulsventilen 442 installeras i systemet 440 förbinds dess utlopp 450 med avgaskanalen 26 och dess intag 448 via en lämplig ledning 452 med frisklufts- intagsmunstycket 384, som är anordnat i luftrenaren 386, såsom visas i fig 13.

Under alla motordriftsförhållanden matar luftpulsven- tilen 442 friskluft till avgaskanalen 26 som svar på ma- növrering av backventilaggregatet 320 medelst negativa av- gastryckpulser, vilka öppnar backventilen 320 för att suga friskluft in i kanalen 26, och positiva avgastryckpulser, E; _: 509 028 21 vilka stänger backventilen 320 för att förhindra áterflöde av avgaser genom luftpulsventilen 442.

System med modifierad luftpulsventil och dito EGR-styrning Pig 15 visar ett modifierat system 460 för flercylin- dermotorer med relativt stor cylindervolym, vilka använder friskluftspulsventilen 442 i fig 14 och undertrycksport- styrarrangemanget hos systemet i fig ll för EGR-ventilen.

Luftpulsventilen 442 är förbunden mellan luftrenaren 386 och avgaskanalen 26 och arbetar pá samma sätt som i syste- met 440 i fig 13. EGR-ventilen 32 manövreras av det under- tryck som alstras vid uttaget 422 i blandningskanalen 38 invid och uppströms det stängda gasspjället 40 och arbetar pá samma sätt som i förgasaren och i systemet i fig 11.

Detta åstadkommer ett enklare system med färre delar, vilket är relativt ekonomiskt att tillverka och sätta samman och enkelt att underhålla och upprätthålla för flercylindermotorer med relativt stor cylindervolym.

Claims (12)

10 15 20 25 30 509 028 22 PATENTKRAV

1. System (20) för bränsle och avgaser vid en för- bränningsmotor (22), omfattande en inloppskanal (24), en avgaskanal (26), en förgasare (30) med en stomme (36), en genom stommen sig sträckande blandningskanal (38) för bränsle och luft, vilken är konstruerad att mata en bland- ning av bränsle och luft till inloppskanalen (24), en gas- spjällsventil (40), som är uppburen av stommen (36) och upptagen i blandningskanalen (38) och som är förflyttbar till öppna och stängda lägen i denna, ett huvudsystem (46) med ett luftintag (218), ett tomgángssystem (44) med ett luftintag (176), och en bränslekälla (48), vilken är an- sluten till både tomgàngssystemet (44) och huvudsystemet (46) för mat-ning av flytande bränsle till dessa, k ä n n e t e c k - av att systemet (20) är avsett för en smàförbrän-ningsmotor med minst en och högst fyra cylind- n a t rar; att huvudsystemet (46) är anordnat att släppa ut en emulsion av bränsle och luft i blandningskanalen (38) uppströms gasspjällsventilen (40): och att tomgàngs- systemet (44) är anordnat att släppa ut en emulsion av bränsle och luft i blandningskanalen (38) invid gas- spjällsventilen (40): varvid systemet vidare omfattar en doserventil (52), som är konstruerad och mekaniskt, verk- samt förbunden med gasspjällsventilen (40) för variation av flödestakten av flytande bränsle till bränslekällan (48) och till både huvud- och tomgàngssystemet (46, 44) som svar på öppning av gasspjällsventilen (40) så att flytande bränsle strömmar till bränslekällan (48) i högre takt när gasspjällsventilen (40) är väsentligen helt öppen än när denna är väsentligen stängd; och en avgasrecirkula- tionsanordning (32), vilken har ett hölje, en i höljet utformad strömningskanal, som står i förbindelse med av- gaskanalen (26) och inlopps-kanalen (24) nedströms för- gasarens (30) gasspjällsventil (40) för matning av avgaser till inloppskanalen (24), en styrventil (236), vilken är 10 15 20 25 30 35 509 028 23 anordnad i strömningskanalen i höljet och förflyttbar till öppna och stängda lägen för styrning av avgasflödet genom strömningskanalen i höljet, en undertryckskänslig manöver- anordning (252), som är mekaniskt och verksamt förbunden med styrventilen (236) för öppning och stängning av denna, varvid manöveranordningen (252) är ansluten till åtmin- stone en port, vilken öppnar in i förgasarens (30) bland- ningskanal (38) för bränsle och luft uppströms gasspjälls- ventilen (40), och är konstruerad att öppna styrventilen (236) för recirkulation av avgaser när gasspjällsventilen (40) är väsentligt öppen och motorn (22) arbetar med be- lastning som direkt svar pà undertryckstillstánden vid nämnda åtminstone ena port; och varvid systemet (20) för bränsle och avgaser saknar elektroniska avgasavkännare och elektroniska styrorgan för avkänning av varierande motor- driftsförhàllanden.

2. System enligt krav 1, vid vilket förgasarens (30) doserventil (52) omfattar en öppning (138) och en doser- stàng (136), som har en spets (150), vilken samverkar med öppningen (138) som svar på förflyttning av doserstàngen (136) i förhållande till öppningen (138) för variation och styrning av flödestakten av flytande bränsle genom doser- ventilen (52).

3. System enligt krav 1, vid vilket förgasaren (30) också omfattar en eftergivligt förspänd dödgàngskoppling (124), som verksamt förbinder doserventilen (52) med gas- spjällsventilen (40) för variation av flödestakten av fly- tande bränsle till bränslekällan (48) som svar på gas- spjällsventilens (40) öppning och stängning.

4. System enligt krav 2, vid vilket förgasaren (30) också omfattar en accelerationspump (54), som har ett membran (72) och en eftergivligt förspänd dödgàngskoppling (124), vilken verksamt förbinder membranet (72) med gas- spjällsventilen (40) för förflyttning av membranet (72) och matning av bränsle till blandningskanalen (38) som svar på öppning av gasspjällsventilen (40) från dess vä- sentligen stängda läge. 10 15 20 25 30 35 509 028 24

5. System enligt krav 1, vilket också omfattar en termiskt manövrerad avstängningsventil (282), som är för- bunden mellan nämnda port i förgasarens (30) blandningska- nal (38) och den undertryckskänsliga manöveranordningen (252) och som är konstruerad att öppna när motorn (22) är varm och att stänga när motorn (22) är kall för att däri- genom förhindra öppning av avgasrecirkulationsstyrventilen (236) när motorn (22) är kall.

6. System enligt krav 1 eller 4, vilket också tar en stryphylsa (70), omfat- som är anordnad i förgasarens (30) blandningskanal (38) och har en begränsad hals uppströms gasspjällsventilen (40) och en port (284) i stryphylsans (70) hals i blandningskanalen (38) och som är ansluten till den undertryckskänsliga manöveranordningen (252) för att samverka med nämnda port uppströms gasspjällsventilen (40) vid manövrering av avgasrecirkulationsstyrventilen (236).

7. System enligt krav backventil (294), (284) uppströms gasspjällsventilen (40) och som är 6, vilket också omfattar en som står i förbindelse med nämnda port ansluten nedströms porten (284) i stryphylsans (70) hals, för att samverka med nämnda portpar och öka fràn dessa avgivna undertrycksportsignal, vilka verkar pà den undertryckskänsliga manöveranordningen (252) i små en- och tvàcylindermotorer (22).

8. System enligt krav 7, vilket också omfattar en flödesbegränsare (300), (284) i stryphylsans (70) hals för att samverka med porten (284) i avsikt att reducera undertrycksläckande effekter som står i förbindelse med porten pà från nämnda port uppströms gasspjällsventilen (40) mot- tagna portsignaler styrventilen (236).

9. System enligt krav 1, vilket också omfattar en vid manövrering av avgasrecirkulations- luftpulsventilanordning (34), som har en stomme (310), en i stommen (310) utformad luftkanal, vilken i en första ände står i förbindelse med friskluftkälla för matning av friskluft avgaskanalen (26) och i en andra ände med en 10 15 20 25 30 35 509 028 25 in i avgaskanalen (26), och en luftpulsventil (316), som är anordnad i luftkanalen och förflyttbar till öppna och stängda lägen för att styra friskluftflödet och åstadkomma ett envägsflöde in i avgaskanalen (26), varvid luftpuls- ventilen (316) är förflyttbar dels till ett öppet läge som svar pà en negativ tryckpuls i avgaskanalen (26), vilken puls verksamt öppnar luftpulsventilen (316) och suger in friskluft däri, dels till ett stängt läge som svar på en positiv tryckpuls i avgaskanalen (26), vilken puls verk- samt stänger luftpulsventilen (316) för att förhindra ut- strömning av avgaser därigenom.

10. System enligt krav 9, vilket också omfattar en stryphylsa (70), som är anordnad i förgasarens (30) bland- ningskanal (38) och som har en begränsad hals uppströms gasströmsventilen (40), och en port (392) i förgasarens (30) blandningskanal (38) nedströms stryphylsan (70) för matning av ett undertryck, som stàr i förbindelse med luftpulsventilen (316) och som är manövrerbart för öppning av luftpulsventilen (316) och intag av friskluft i avgas- kanalen (26) när gasspjällsventilen (40) är väsentligt öppnad och motorn (22) arbetar med belastning.

11. ll. System enligt krav 10, vid vilket luftpulsventi- lanordningen (34) vidare omfattar ett fjäderbelastat memb- ran (360), som verksamt är förflyttbart till öppna och stängda lägen medelst ett fràn nämnda port matat under- tryck.

12. System enligt krav 10, vid vilket friskluftkällan vidare omfattar en matarledning (388) för friskluft, som i en första ände är ansluten till luftpulsventilen (316) och i en andra ände är så ansluten inuti en luftfilterbehàlla- re (386) för matning av filtrerad luft till förgasaren (30) att friskluft sugs från behållaren (386) in i luft- pulsventilen (316) pà ett sätt som dämpar överföring av buller fràn avgassystemet och luftpulsventilen genom nämnda ledning.