SE512484C2 - Anordning för reglering av motorbromseffekten hos en förbränningsmotor - Google Patents

Description

10 40 512 484 2 och kopplingsläge.

Syftet med föreliggande uppfinning är generellt att åstad- komma en anordning av i inledningen angivet slag, som gör det möjligt att uppnå högre bromseffekt hos motorn än vad som kan uppnås med den beskrivna anordningen. I synnerhet är syftet att åstadkomma en anordning, vid vilken turbokompressoraggre- gatet på ett bättre sätt kan utnyttjas tillsammans med ven- tilorganen i avgasledningen för att variera bromseffekten hos motorn.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att ventilorganen är bildade av två strypventiler, som är anordnade i varsitt avgasgrenrör uppströms om kompressoraggregatets turbindel för att i ett strypläge skapa ett avgasmottryck i avgasgrenrören vid motorbromsning.

Genom att placera ventilorganen närmare cylindrarnas avgas- utlopp reduceras volymen hos avgasledningarna mellan avgas- ventilerna och ventilorganen i avgasledningen, vilket innebär att kolvarna inte behöver mata ut så mycket gas som tidigare för att skapa ett visst mottryck. Högt mottryck kan därför erhållas snabbare.

I en turbomotor med avgastryckregulator nedströms om turbinen kan det tryckfall, som erfordras över turbinen för att turbi- nen skall kunna driva kompressorn, inte erhållas i broms- drift. Genom att i stället anordna strypventilorgan före turbindelen och anpassa stryparean till turbinarean kan turbokompressoraggregatet ge överladdning även i bromsdrift.

Visserligen tillföres då kolvarna arbete från gasen under insugningstakten, men det arbete som kolvarna under kompres- sionstakten måste utföra mot gasen blir så mycket större, att nettoeffekten blir högre bromseffekt. En annan fördel av att cirkulera större gasvolymer genom motorn i bromsdrift är att större värmemängd bortföres genom gasen än vid installationer med avgastryckregulatorer, vid vilka värme huvudsakligen bortledes av kylvattnet. 512 484 3 Turbindelen i ett turbokompressoraggregat, som är dimensione- rat för att i motordrift arbeta inom motorns normala varv- talsomràde, blir för stor för att kunna överladda i broms- drift. Anordningen enligt uppfinningen är därför särskilt avsedd att utnyttjas i turbomotorer med turbiner, som har variabel geometri eller i s.k. turbocompoundmotorer, som har ett turbokompressoraggregat med ett första turbinsteg, vilket driver kompressordelen, och ett andra turbinsteg, som via en transmission är kopplad till motorns vevaxel. I sådana turbo- aggregat är det första turbinsteget en liten högtrycksturbin, medan det andra turbinsteget är en större làgtrycksturbin.

Det visar sig nämligen att det korrigerade massflödet till kompressorturbinen vid bromsdrift är ungefär lika stort som vid turbocompoundmotordrift. I en konventionell turbomotor däremot är kompressorturbinen betydligt större, vilket inne- bär att de korrigerade massflödena vid bromsdrift och motor- drift blir ungefär lika först vid motorvarvtal ovanför nor- mala motordriftvarvtal.

Uppfinningen beskrives närmare med hänvisning till pà bifo- gade ritning visade utföringsexempel, där fig. 1 visar ett schema över en turbocompoundmotor med en anordning enligt uppfinningen, fig. 2 ett förenklat schema över motorn i fig. l, fig. 3 ett förenklat schema över en turbomotor med en turbin med variabel geometri och med en anordning enligt uppfinningen, fig. 4 ett schema över en turbocompoundmotor med en anordning enligt uppfinningen i ett tredje utförande, fig. 5 ett förenklat schema över motorn i fig. 4, fig. 6 ett längdsnitt genom en avgasstrypventil enligt uppfinningen och fig. 7 ett längdsnitt genom en kombinerad stryp- och avluft- ningsventil pá insugningssidan.

I fig. l betecknar l en sexcylindrig motor med en ansluten växellåda 2. Ett generellt med 3 betecknat turbokompressor- aggregat har ett första turbinsteg 4 och ett andra turbinsteg anslutna till motorns avgasgrenrör 6. Det första turbinste- get 4 är ett litet högtryckssteg, som driver en till motorns insugningsledning 7 ansluten kompressor 8, medan det andra 'mv HI HFII HH' 'IH l HH HIH HT H H H ll VH I 'VH \ Hill H HHH 1 \ v 'v W I IH! 512 484 4 turbinsteget 5 är ett större làgtryckssteg, som via en trans- mission 9 är kopplad till motorns vevaxel 10. Transmissionen 9 innefattar ett kugghjul ll på turbinstegets 5 utgående axel 12, som via ett par kugghjul 13, 14 pà en mellanaxel 15 driver ett kugghjul 16 på vevaxeln 10 (se fig. 2). Via en första steglöst reglerbar shuntventil 17 (waste-gate-ventil) kan större eller mindre mängd avgaser ledas förbi högtrycks- turbinen;för att variera uppladdñïí§š§ÉšdenÉš) Via en andra shuntventil 18 kan avgaserna ledas förbi làgtrycksturbinen S.

Motorn 1 har en schematiskt antydd kompressionsbromsanordning 19, vilken kan vara av det slag, som visas och beskrivs i SE 466320, och medelst vilken motorns cylindrar under den senare delen av insugningstakten liksom under den senare delen av kompressionstakten kan förbindas med motorns avgas- grenrör för att öka motorbromseffekten. För närmare beskriv- ning av uppbyggnad och funktion hos en tänkbar utföringsform av kompressionsbromsanordningen 19 hänvisas till SE 466320.

I fig. 2 visas schematiskt några detaljer, som inte är åskåd- liggjorda i fig. 1, nämligen ett luftfilter 20, en laddluft- kylare 21, ett insugningsgrenrör 22, insugningsventiler 23, cylindrar 24, avgasventiler 25 och en ljuddämpare 27.

I fig. 3 visas en motorinstallation, som skiljer sig frán den ovan beskrivna genom att turbocompoundaggregatet ersatts med ett turbokompressoraggregat med en turbindel 30, som har steglöst variabel geometri. Detaljer med motsvarighet i fig. 2 har i fig. 3 erhållit samma hänvisningsbeteckningar som i fig. 2.

I fig. 4 och 5 visas en motorinstallation, som skiljer sig fràn den i fig. 1 och 2 genom att waste-gateventilen 17 pà avgassidan utgått och ersatts med en kombinerad stryp- och avluftningsventil 80 i insugningsledningen 7 pà kompressorns 8 trycksida. Ventilen 80 visas närmare i fig. 7. Detaljer med motsvarighet i fig. 1 och 2 har i fig. 4 och 5 erhållit samma hänvisningsbeteckningar som i fig. 1 och 2. 512 484 Ventilen 80 har ett i ett stycke med motorns insugningsled- ning 7 utformat hus 81 med ett cylinderlopp 82, i vilket en kolv 83 är axiellt förskjutbar. Kolven har en genomgående borrning 84 och är belastad av en fjäder 85 mot det i fig. 7 visade öppna läget, i vilket luft i insugningsledningen kan strömma genom borrningen 84 till motorns cylindrar. När kom- pressorns 8 laddningsgrad skall reduceras, tillförs tryck- medium till cylinderrummet 86 till vänster om kolven 83, varvid kolven förskjuts åt höger i fig. 7, så att kolvpartiet 87 till vänster om borrningen 84 skjuts in i insugningsled- ningen 7 och reducerar dess genomströmningsarea. Samtidigt frilägger kolvpartiet 88 till höger om borrningen 84 inloppet 89 till en avluftningsledning 90 för avtappning av insug- ningsluft från insugningsledningen, när ventilkolven ligger i strypläget. En ventil 80 på insugningssidan arbetar i en renare miljö än en waste-gateventil på avgassidan och utsätts dessutom för väsentligt lägre termisk belastning än den senare. Ventilen 80 är synnerligen enkelt uppbyggd genom att den har en enda rörlig del, dvs kolven 83, som fungerar både som strypning i insugningsledningen och som ventilkropp för avluftningsöppningen 89.

Grenröret 6 är, såsom tydligast framgår av fig. 2 och 3, uppdelat i två delgrenrör 40, vars utgående avgasledningar 41 är sammanförda före inloppet i turbokompressoraggregatet 3 respektive 30. I vardera avgasledningen 41 är enligt uppfin- ningen en strypventil 42 anordnad, som har ett helt öppet läge och ett strypläge, i vilket ledningens 41 genomström- ningsarea är reducerad för att skapa ett avgasmottryck i avgasgrenröret 6 vid motorbromsning.

En ventil 42, som skall fungera i den miljö som ett avgas- grenrör utgör, måste tåla höga mekaniska och termiska pà- känningar. Den får i öppet läge inte utgöra något strömnings- hinder eller alstra turbulens i avgasledningen. En ventil 42 som uppfyller dessa villkor visas i fig. 4, där 50 betecknar en cylindrisk ventilhusdel som företrädesvis är gjuten i ett stycke med avgasgrenröret 6. Husdelens 50 inre cylinderlopp 512 484 51 mynnar i avgasledningens 41 inre. Själva öppningen 52 är omgiven av ett koniskt säte 53, mot vilket ett motsvarande säte 54 vid en ände av en hylsa 55 av rostfritt stål anlig- ger. Hylsan 55 hålls på plats av ett vid husdelen 50 fast- skruvat lock 56, vilket med en konisk yta 57 pressar mot en motsvarande konisk yta vid hylsans 55 motstående ände. Hylsan 55 har ett parti 58 med reducerad diameter, så att en cylind- risk luftspalt 59 bildas, vilken kommmunicerar med omgiv- ningen via en ringspalt 66 mellan husdelen 50 och locket 56.

Inuti hylsan 55 är en ventilkropp i form av en ihålig kolv 60 upptagen. Såsom framgår av fig. 6 råder ett litet spel "S" mellan kolvens 60 yttre mantelyta och hylsans 55 inre mantel- yta. Kolvens 60 cylinderparti består av ett rör 60a av rost- fritt stål och är hårdförkromat. Vid ändarna är gavlar 61, 62 fixerade vid röret 60a. Dessa bildar ventiltallrikar med koniska kantpartier 6la, 62a och är företrädesvis sintrade.

Hylsan 55 är vid sin yttre ände utformad med ett säte 55a, mot vilket tallrikens 61 kantparti 6la anligger tätande i ventilens öppna läge (som visas i fig. 4). När tryckluft med ett tryck i storleksordningen 8 bar tillföres cylinderrummet 63 via ett inlopp 64 förskjuts kolven 60 åt vänster i fig. 4 samtidigt som läckande luft i spalten "S" blåser rent från eventuellt sot. Kolven 60 förskjuts vinkelrätt mot avgasled- ningen 4l och stannar med sin tallrik 61 på litet avstånd från en yta 65 i ett motstående väggparti hos ledningen 41, när tallrikens 62 koniska kantparti 62a träffar ett inre koniskt säte 55b hos hylsan 55, så att avgaser inte kan läcka in i cylinderrummet. Så länge tryck råder i cylinderrummet hålls kolven 60 i sitt strypläge. Kolvens 60 diameter och ledningens 41 tvärsnitt är så avpassade till varandra, att en strypt passage för avgaser erhålles mellan ledningens in- nervägg och kolven. När kolven 60 skall återföras till ut- gångsläget i fig. 6, dräneras cylinderrummet 63, varvid av- gastrycket som fortplantas genom spalten "S" och verkar mot tallrikskanten 62a medför att kolven skjuts in i hylsan 55.

Inga returfjädrar erfordras och ventilens enda rörliga del är kolven 60, vilket resulterar i hög driftsäkerhet. 512 484 7 Kompressionsbromsanordningen 19 är elmanövrerad medan venti- lerna 17, 18, 42 och 70 är tryckluftmanövrerade. De styrs av en till en icke visad tryckkälla ansluten styrventilenhet 70 och en styrenhet 71, som företrädesvis är en mikroprocessor, vilken ger utsignaler för till- och frånslag av kompressions- bromsanordningen respektive inställning av ventilerna 17, 18 och 42 i beroende av ett antal i styrenheten inmatade motor- och fordonsdata frán i och för sig kända inte närmare visade sensorer. Såsom indikeras i fig. 1 inmatas i styrenheten 71 signaler som representerar insugningslufttryck (laddtryck) och motorvarvtal, d.v.s. motordata, samt signaler som repre- senterar ABS till/frán, fordonshastighet, kopplingspedalläge, gaspedalläge, farthállare (cruising control) till/från och retardationsnivà, d.v.s. fordonsdata.

Funktionen hos anordningen kan vara följande: Föraren inställer med ett icke visat handgrepp retardationen pà en viss nivà och aktiverar farthàllaren, sà att en signal representerande vald retardation inmatas i styrenheten 71, vilken jämför det inmatade börvärdet pà retardationen med det via ärvärdet pà hastigheten framräknade ärvärdet pá retarda- tionen. När föraren släpper gaspedalen och under förutsätt- ning att kopplingspedalen inte är nedtryckt, kommer styr- enheten 71 att via styrventilenheten 70 ställa strypventi- lerna 42 i strypläget, öppna shuntventilen 18 för att för- bikoppla det andra turbinsteget 5 och i beroende av skill- naden mellan ärvärdet och börvärdet via waste-gate-ventilen 17 reglera in lämplig uppladdningsgrad hos det första turbin- steget 4 samt aktivera kompressionsbromsanordningen 19. Vid utförandet i fig. 3 regleras i stället uppladdningsgraden genom att variera turbingeometrin i turbindelen 30. Skulle den valda retardationsniván vara för hög med hänsyn till vägbanan, sà att drivhjulen slirar, ger ABS till/fràn signal att reducera motorbromseffekten genom att slå ifrån kompres- sionsbromsen 19 och sedan koppla in den igen vid en lägre retardationsnivà eller alternativt ge föraren möjlighet att välja en lägre retardationsnivà. Frånkoppling av kompres- sionsbromsen 19 sker också om föraren skulle trampa med ' IHIIIH I” ' kopplingspedalen, vilket är viktigt för att förhindra motor- stopp med åtföljande bortfall av servoassistans till styrning och bromsar.

Claims (9)

10 15 20 25 512 484 Patentkrav

1. Anordning för reglering av motorbromseffekten hos en sexcylindrig förbrän- ningsmotor med två avgasgrenrör för vardera tre cylindrar i ett motorfordon, som är utrustad med en kompressionsbromsanordning, organ för variering av uppladd- ningsgraden under bromstillstånd, innefattande dels ett avgasdrivet turbokompres- soraggregat med en turbindel och en kompressordel och dels i motorns avgasled- ning anordnade ventilorgan, samt av fordonets förare påverkbara organ för aktivering av kompressionsbromsanordningen och organen för variering av uppladdningsgraden, kännetecknad av att ventilorganen är bildade av två stryp- ventiler (42), som är anordnade i varsitt avgasgrenrör (40) uppströms om kompressoraggregatets turbindel (4; 30) för att i ett strypläge skapa ett avgasmot- tryck i avgasgrenrören vid motorbromsning.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att turbokompressoraggregatet (3) är samordnat med en första shuntventil (17), som är inställbar för olika laddtryck- nivåer.

3. Anordning enligt krav 2, kånnetecknad av att turbokompressoraggregatet (3) innefattar ett första turbinsteg (4), som driver kompressordelen (8) och är samord- nat med den första shuntventilen (17), och ett andra turbinsteg (5), som via en transmission (9) är kopplat till motorns vevaxel (10) och är samordnad med en andra shuntventil (18), vilken i ett läge leder avgaserna förbi det andra turbin- steget.

4. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att turbokompressoraggregatet (3) har en turbindel (30) med variabel geometri. l ll' l'l'l ll l' ll' l l'l 10 15 20 25 512 484 10

5. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att en kombinerad stryp- och avlufmingsventil (80) är anordnad i motoms insugningsledning på kompressordelens trycksida.

6. Anordning enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att ventilorganen (42) är av tvålägestyp med ett strypläge och ett helt öppet läge.

7. Anordning enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att ventilorganen (42) innefattar minst en ventil, som uppvisar en med en avgasledning (41) kommuni- cerande och vinkelrätt mot avgasledníngen anordnad cylinder (55), som med radiellt spel (S) upptar en ventilkropp i form av en under inverkan av ett tryckmedium i avgasledníngen inskjutbar kolv (60), vilken i anslutning till sina yttre och inre ändytor uppvisar ventiltallrikar (61, 62), av vilka den inre i ett utskjutet läge hos kolven anligger mot ett inre i cylindern utformat säte (55b) för att bilda en strypt avgaspassage förbi kolven och av vilka den yttre i ett inskjutet läge hos kolven anligger mot ett yttre i cylindem utformat säte (55a).

8. Anordning enligt krav 7, kännetecknad av att cylindern är en hylsa av rostfritt stål (55), som är upptagen med spel i ett cylindriskt utrymme (59) i ett i ett stycke med grenröret gjutet ventilhus (50).

9. Anordning enligt krav 7 eller 8, kännetecknad av att ventilens kolv (60) består av ett rör (60a) av rostfritt hårdförkromat stål och en vid vardera änden av röret fixerad sintrad ventiltallrik (61,62) med konisk kantyta (61a,62a).