SE510835C2 - Förbränningsmotor med kompressorfunktion - Google Patents

Description

lO 510 835 2 problem. Vibrationerna som uppstår när en cylinder helt kopplas bort kan bli så stora, att framför allt fordonets växellåda utsätts för ett oacceptabelt stort slitage, som reducerar dess livslängd till mindre än hälften av dess normala livslängd. Om motorn är turboladdad förloras inte bara en sjâttedel av normal effekt (i en sex- cylindrig motor med en cylinder bortkopplad) utan så mycket som halva effekten kan gå förlorad genom den förlust i laddlufttryck som uppträder, när gasflödet till turbokompressorns turbin reduceras. Ytterligare ett problem är att det höga luft- trycket i cylindern i kombination med strypningen i backventilen alstrar mycket höga temperaturer i backventileri, vilket ställer stora krav på dess utförande för att dess fimktion och livslängd skall bli acceptabel.

Syftet med föreliggande uppfmning är generellt att åstadkomma en förbrännings- motor av i inledningen angivet slag, i vilken kompressorftinlttionen kan utnyttjas även när motorn är belastad utan att problem med vibrationer och stora eiïektförlus- ter uppstår.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att kolv-cylinderanordningens kolv står under inverkan av trycket i en med bränsleinsprutningssystemet kommunicerande pumpkammare hos pumporgan, vilka är drivna av ett kamelement, som uppvisar en karnkurva, som inleder ett pumpslag i nämnda pumporgan innan kamorgan som dri- ver purnporgan i enhetsspridaren inleder ett pumpslag, och att ventilorganen innefat- tar en reglerventil, som i stängt läge blockerar förstnämnda pumporgans pumpkam- mares förbindelse med bränsleinsprutningssystemet, så att den vid pumpslaget inne- slutna bränslevolymen åstadkommer en förskjutning av kolv-cylinderanordningens kolv med åtföljande förflytming av tallriksventilen mot öppet läge.

Genom att i stället för motoroljan använda bränslet som hydrauliskt medium och styra detta på samma sätt som insprutningssystemet kan en mycket snabb in- och urkoppling av kompressorfunlctionen uppnås. Sålunda kan nämnda reglerventil vara en elektriskt manövrerad spillventil av samma typ som enhetsspiidarens spillventil och den kan även styras av samma styrenhet som styr bränsleinsprumingen. Den 10 15 20 3 i 510 835 snabba in- och urkopplingen av kompressorfunktionen, dvs den extra utblåsventilens öppning och stängning, kan godtyckligt bestämmas av mjukvaran i motorns styrda- tor på samma sätt som bränsleinsprutningen bestäms. Snabbheten medför att komp- ressorfunktionen inte behöver vara inkopplad under varje cykel under effektuttag på motorn utan endast med vissa intervall, t ex var femte cykel. Detta i sin tur medför dels att vibrationerna hos motom blir små och dels att laddtrycket kan hållas uppe, så att även eiïektfórlusterna blir små. Om exempelvis en cylinder i en sexcylindrig motor arbetar som kompressor var femte cykel blir förlusten 20% av dryg 16%, vil- ket är ca 3,5%. Denna förlust kan enkelt kompenseras med ett något förhöjd bränslemängd. Slutligen medger den snabba styrningen (inom millisekimder) av den extra utblåsventilen fullständig tvångsstyrning/tidsstyrning av ventilen, så att back- ventilen och därmed förknippade problem kan elimineras.

Uppfinningen beskrivs närmare med hänvisning till på bifogade ritningar visade ut- föringsexempel, där fig. 1 schematiskt visar ett tvärsnitt genom en första utförings- form av en del av en motor enligt uppfinningen, fig. 2 ett motsvarande tvärsnitt genom en andra utföringsforrn av en del av motor enligt uppfinningen och fig. 3 karnprofilen hos ett kamelemeent, som samverkar med enhetsspridaren.

I fig. l betecknar 1 en del av ett cylinderblock och 2 ett cylinderhuvud. Detaljer som insugnings- och avgaskanaler med tillhörande ventiler samt övrigt, som inte direkt har med uppfinningen att göra, har utelämnats i förenklande syfte. Motorn är en direktinsprutad diesel och har en kolv 3 i ett cylinderlopp 4. Den har ett insprut- ningssystem med s k enhetsspridare 5 avi och för sig känt slag och innefattar en pumpdel 6 med en i en pumpkammare 7 upptagen pumpkolv 8 och en insprutardel 9 med en av bränsletrycket styrd ventilnâl 10. Pumpkammaren 7 står via en spillventil ll i förbindelse med en bränslekanal 12 på bränslesystemets lågtiyckssida, till vil- ken bränsle matas av en inte visad matarpump.

Spillventilen ll har en av en elektromagnet manövrerad ventilkropp 13 och styrs på känt sätt av motorns styrdator (inte visad). Med hjälp av spillvenfilen H bestäms 10 15 20 510 855 insprumingstidpunkt och bränslemängd. Insprutningspumpkolvens 8 pumpslag åstadkommes med hjälp av en vipparm 14 och med denna samverkande kamelement 15 på en kamaxel 16. En returljäder 17 återtör pumpkolven 8 till ett utgångsläge, när vipparmens 14 kamföljare 18 når kamelementets grundcirkel (se ñg. 3). I deti fig. 1 visade läget är spillvemílen 11 stängd, vilket innebär att en kanal 19 från pumpkammaren 7 är avskuren från en kanal 20 till bränslesystemets lågtryckssida.

När ett visst tryck (ca 300 bar) uppnåtts under kolvens 8 pumpslag öppnar bräns- lenålen 10 bränslemunstycket och insprutningen startar och upprätthålls tills spill- ventilen 11 öppnar och förbinder kanalen 19 med kanalen 20 till lågtryckssidan 12, då insprumingen avbryts även om pumpslaget inte är avslutat.

Den visade cylindern har en extra utblåsventil 21 förutom den inte visade avgas- ventilen. Ventilen 21 har en spindel 22 upptagen i en borrning 23 och en ventiltall- rik 24, som vilar mot ett säte 25 på ett vidgat parti 26 av borrningen 23. Från det vidgade partiet 26 leder en kanal 27 ut genom cylinderhuvudet till en ledning 28a, som myrmar i en trycktank 28b.

Ventiltallriken 24 är pressad mot sitt säte 25 av en skruvtjäder 29, vilken är inspänd mellan en avsats 30 i cylinderhuvudet 2 och en med spindeln 22 fast förbunden platta 31.

En pumpanordning 32 motsvarande spridarens 5 pumpdel 6 är anordnad i cylinder- huvudet 2 vid sidan om spridaren 5. Pumpanordnjngen 32 har en i en purnpkarnmare 33 upptagen pumpkolv 34, vars kolvrörelse åstadkommes med samma vipparm 14 och kamelement 15, som manövrerar kolven 8 i spridaren 5. En manöverkolv 35 i ett cylinderrum 36 har en ände 37 anliggande mot änden av ventilspindeln 22 och motsatt ände 38 inskjutande i purnpkammaren 33, som via en kanal 39, en regler- ventil 40 och kanaler 41, 42 kan forbindas med bränslesystemets lågtryckssida 12.

Ventilen 40 är av samma typ som spillventilen ll och har således en av en elektro- magiet manövrerad ventilkropp 43, vilken företrädesvis liksom spillventilen 11 styrs av motoms inte visade styrdator. I det i fig. 1 visade läget hos ventilkroppen 43 10 15 20 25 D) Ö 55 i 516 ”sas är ventilen stängd och pumpkammaren 33 följaktligen avskuren från bränslesyste- mets lågtryckssida 12, där normalt ett tryck i storleksordningen 4 bar råder. Retur- fjäderns 29 kraft är följaktligen så avpassad, att den håller utblåsventilen 21 stängd, när detta tryck råder i pumpkammaren. Med stängd ventil 40 sker en uyckökning i pumpkamrnaren 33 under ett purnpslag hos pumpkolven 34, som alstrar en kraft mot manöverkolven 35, vilken övervinner kraften från returfiädem 29, så att utblåsventi- len 21 öppnas.

Såväl enhetsspridarens 5 som pumpanordningens 32 pumprörelse åstadkommes med hjälp av kamelementet 15, vars kamprofil framgår tydligast av fig. 3. Genom att helt enkelt slipa ned grundcirkeln ”a” hos en ”vanlig” kam i ett bränsleinsprutningssys- tem med enhetsspridare, erhålls en mindre grundcirkel ”b”, som gör det möjligt att forma en extra kamkurva ”c” för pumpslaget hos utblåsventilens 21 pumpkolv 34 fiamför den ordinarie kamkurvan ”d” för pumpslaget hos enhetsspridarens 5 pump- kolv 8. Karnkurvoma ”c” och ”d” är så anordnade i förhållande till varandra., att den extra utblåsventilen öppnas efter en inledande del av kolvens kompressionsslag. I fig. 3 betecknar a karnvinkeln för utblåsventilens 21 pumpslag och ß kamvinkeln för spridarens 5 purnpslag. Under motorns drifi kommer enhetsspridarens och utblå- sventilens pumpkolvar 8 resp 34 att utföra ett pumpslag per arbetscykel, varvid ut- blåsventilens 21 öppnande och stängande regleras enbart med hjälp av ventilen 40, som styrs av motoms styrenhet. Utblåsventilen 21 kan därför styras lika snabbt som bränsleinspnmingen, dvs inom rnillísekrmder. I ett praktiskt utförande kan kolvslaget för att öppna utblåsventilen vara ca 4 mm, vilket skall jämföras med brånsleinsprut- ningspumpens kolvslag på ca 17 mm. Genom snabbheten i styrningen av utblås- ventilen är det möjligt att i beroende av driftsförhållandena (låglast resp höglast) med hjälp av motoms styrenhet öppna och stänga utblåsventilen varje arbetscykel eller med godtyckligt intervall, t ex var femte arbetscykel. Det är även möjligt, åt- minstone teoretiskt, att endast använda en inledande del av kompressionsslaget för luftpumpning och sedan förbränna resterande luft efter den avslutande delen av kompressionsslaget och därigenom minska motoms effektförlust ytterligare om detta skulle behövas. 10 15 20 25 510 835 76 Vid det ovan beskrivna utförandet är styrningen av utblåsventilen 21 i princip obe- roende av inställningen av enhetsspridarens 6 spillventil 11 även om det givetvis i praktiken är så, att om hela kompressionsslaget skall utnyttjas för luftpumpning, skall spillventilen 11 vara öppen för att ingen bränsleinsprutning skall ske.

I fig. 2 visas en andra utföringsfonn av en motor enligt uppfinnjngen. Detaljer med direkt motsvarighet i fig. 1 har erhållit samma hänvisningsbeteckningar som i fig. l och här skall endast de konstruktiva och funktionella skillnaderna mellan de bägge utföringsfonnerna beskrivas.

Hos utföringsformen i fig. 2 saknas en separat pumpanordníng 32 för utblåsventilen 21. I stället inskjuter utblåsventilens 21 manöverkolv 35 i en kammare 50, som via en kanal 51 kommunicerar med pumpkammaren 7 i enhetsspridarens 5 pumpdel 6, vilken här utnyttjas både för att pumpa bränsle och for att öppna utblåsventilen 21. Öppnings- och stängningsfimktionen är densamma som beskrivits ovan. Skillnaden ligger i att den konstruktiva förenklingen, dvs elirnineringen av en extra pump och iritegreringen av bägge pumpfunktionerna i bränslepumpen 6, kräver att enhetsspri- darens 5 spillventil involveras i styrningen av utblåsventilen 21, eftersom även spill- ventilen måste vara stängd för att ett högt tryck initialt skall kunna alstras i pump- kammaren 7 och därmed även i kammaren 50. Kolvareoma väljs så att när trycket vid det inledande pumpslaget uppgår till ca 150 bar (dvs ca hälften av insprutarens öppningstryck på ca 300), öppnar utblåsventilen 21. Pumpkolven 8 har här även en ventilfunktion genom att den när den täcker utloppet genom kanalen 51 bryter för- bindelsen mellan pumpkammaren 7 och manöverkolvens 35 kammare 50. Spillventi- len ll kan nu öppnas för att hindra bränsleinsprutning utan att för den skull trycket i kammaren 50 reduceras. Efterföljande stängning av utblåsventilen efter fullbordat kompressions-slag åstadkommes enbart genom att öppna reglen/entilen 40 och för- binda kammaren 50 med bränslesystemets lågtryckssida. 5 1 0 sz 5 Genom uppfinnjngen uppnås med enkla och till stor del befintliga medel en inte tidigare uppnådd snabbhet och exakthet vid öppnandet och stängandct av en extra utblåsvenfil under kompressordrift av en dieselmotor.

Claims (8)

10 15 20 25 510 sas i 8 Patentkrav

1. Förbränningsmotor med kompressorfunktion, innefattande insugnings- och avgas- ventiler för varje cylinder, ett bränsleinsprutningssystem med en enhetsspridare och en elektriskt manövrerad spillventil för varje cylinder, en extra utblåsventil hos minst en cylinder, vilken ventil är en tallriksventil med en ventiltallnk och en spin- del, som är upptagen i en borrning och samverkar med fjäderorgari, vilka belastar tallriksventilen mot stängt läge, samt en hydraulisk kolv-cylinderanordning, medelst vilken tallriksventilen är öppningsbar, kännetecknad av att kolv-cylinder- anordningens (3536) kolv (35) står under inverkan av trycket i en med bränslein- sprutningssystemet kommunicerande pumpkammare (7;33) hos pumporgan (7,8; 33,34), vilka är drivna av ett kamelement (15), som uppvisar en kamkurva (c), som inleder ett pumpslag i nämnda pumporgan innan kamorgan (15) som driver pumpor- gan (7,8) i enhetsspridaren (5) inleder ett pumpslag, och att ventilorganen innefattar en reglerventil (40), som i stängt läge blockerar förstnämnda pumporgans pump- kammares förbindelse med brânsleinsprumingssystemet (12), så att den vid pump- slaget inneslutna bränslevolymen åstadkommer en förskjutning av kolv-cy1inderan- ordningens kolv (35) med åtföljande förflyttning av tallriksventilen (2) mot öppet läge.

2. Förbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att kamelementet (15) även driver enhetsspridarens (5) pumporgan (7,8) och har en kamkurva (c,d), som först inleder ett pumpslag i förstnämnda pumporgan (33,34) och sedan ett pumpslag i de andra pumporganen (7 ,8).

3. Förbränningsmotor enligt krav 2, kännetecknad av att kamelementet (15) sam- verkar med en karnföljare (18) på en vipparm (14), vars vipprörelse åstadkommer både pumpslaget för att inspruta bränsle och pumpslaget för att öppna tallriksventi- len (2 1). 10 15 20 516 :ass

4. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att tallriksven- tilens (21) spindelände anlígger mot ena änden av kolv-cylinderanordningens kolv (35), vars motsatta ände är utsatt for trycket i de förstnämnda pumporganens pump- kammare (7;33).

5. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att nämnda reglerventil är en elektriskt manövrerad spíllventil (40), som är styrd av en styren- het, vilken även styr enhetsspridarens spillventil.

6. Förbränningsmotor enligt något av lcraven 1-5, kännetecknad av att nämnda pumporgan är bildade av två individuella kolvpurnpar (7,8;3 3,34), av vilka den ena (7,8) är den i enhetsspridaren integrerade bränslepumpen.

7. Förbränníngsmotor enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att bägge närrmda pumporgan är bildade av den i enhetsspridaren integrerade bränslepumpen (7,8), vars pumpkammare (7) kommunicerar med en kammare (50), i vilken kolven (3 5) inskjuter.

8. F örbränningsmotor enligt krav 7, kânnetecknad av att bränslepumpens (7,8) pumpkammare (7 ) kommunicerar med kammaren (50) i vilken kolven (35) inskjuter, via en förbindelse (51), som bryts av bränslcpumpens pumpkolv (8) efter ett visst inledande pumpslag.