SE514528C2 - Förfarande och anordning för energiöverföring i en fyrtaktsförbränningsmotor samt förbränningsmotor med minst en dylik anordning - Google Patents

Description

ïï 514 528; Detta ändamål uppnås vid ett förfarande och en anordning av inledningsvis nämnt slag genom särdragen i den kännetecknande delen av patentkravet 1 respektive 8.

Härigenom uppnås att den i en cylinder, vid slutet av expansionsfasen kvarvarande energin innehållen i gaser under tryck, tillvaratas på ett mycket effektivt sätt, genom att gaserna i en cylinder utnyttjas för trycköverladdning av en samverkande, med 360° fasförskjuten cylinder. Sålunda tillhandahålls en ekonomiskt fördelaktig lösning, eftersom det kostsamma turboaggregatet kan boitfalla och därmed installationen av densamma.

Vidare kan utnyttjas väl kända och enligt erfarenhet tillförlitliga komponenter. Därutöver innebär uppfinningen en effektivare och mer bränslebesparande lösning än turboaggregatet, eftersom en större del av bränslets totala energiinnehåll tillvaratas som nyttigt arbete.

Genom att friskluften i kanalen kyls erhålls möjlighet till mer effektiv överladdning, och uppriktning av gaserna genom en luftriktare medför att en väl definierad gräns etableras mellan friskluft och avgaser, så att oönskad blandning mellan friskluft och avgaser i kanalen undviks eller reduceras. En luftriktare medför även i sig möjlighet till bättre kylning. varför dessa funktioner lämpligen är integrerade.

Genom dimensionering av kanalen så att även EGR-gaser kan överföras med friskluften finns möjlighet att tillgodogöra sig fördelarna med EGR-överföring samt bestämmande av önskad EGR-inblandning för ifrågavarande applikation.

Genom att reglerventilerna är kamstyrda erhålls en ekonomisk och enkel ehuru ej fritt anpassningsbar lösning, under det att inrättande av variabelt styrbara ventiler medför möjlighet till reglering av öppningstider och därigenom anpassning av överladdning resp.

EGR-överföring till förevarande driftparametrar.

Inrättande av ett lågtryckspumporgan för friskluften tillförsäkrar spolning av såväl förevarande cylinder som kanalen under inloppsfasen.

Kortfattad ritningsbeskrivning Uppfinningen ska nu närmare beskrivas med ledning av utföringsexempel och med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: 10 15 20 25 514- 528 'VTI Fig la-lf schematiskt illustrerar uppfinningen i samband med två samverkande cylindrar i olika faslägen för dessa.

Beskrivning av utföringsexempel I fig la avser referens 1 del av en fyrtakts förbränningsmotor, varvid är visade två cylindrar A och B, i vilka på vanligt sätt kolvar 2 respektive 2' är rörliga med hjälp av vevarrangemang 3 respektive 3”. Till respektive cylinder A och B är dragna inloppsledningar 4 respektive 4' för inloppsluft (eller friskluft), varvid genom ett pumporgan P tillförsäkras ett rnindre övertryck av som exempel 0,2 bar.

Inloppsledningarna 4 respektive 4' är på vanligt sätt tíllslutna med hjälp av inloppsventiler 6 respektive 6”.

Mellan cylindrarna A och B är anordnad en förbindelsekanal 10, 5, 10' vilken åtminstone delvis uppvisar en kylmantel samt invändiga luftriktarelement. I detta fall sammanfaller kanalen 10,5,10' i närheten av respektive cylinder A och B med avgaskanalema 10 och 10' för cylindrarna A respektive B, varvid i respektive cylínderhuvud på konventionellt sätt är inrättade avgasventiler 7 respektive 7'. Vidare uppvisar respektive avgaskanal 10, 10' en förgrening på ett rnindre avstånd från respektive avgasventil 7 respektive 7', varvid de på figuren övre kanalerna 8 respektive 8' leder ut avgaserna till atmosfären via ett ej visat avgassystem. Idetta område är förbindelsekanalen 10, 5, 10' försedd med ventilarrangemang så att utloppskanalema 8 respektive 8' kan avstängas med hjälp av ventiler 9 respektive 9”.

Uppfinningen ska nu förklaras till sin funktion med ledning av figurema l a-1 f.

Cylindrama A och B är fasförskjutna 360°, vilket för figur 1 a innebär att cylinder A befinner sig ungefär mitt i inloppsfasen för friskluft, under det att cylinder B befinner sig ungefär mitt i expansionsfasen. I detta läge är ventilema 6 och 7 i cylinder A öppna liksom ventilen 9' i den, sett från cylinder A, bortre delen av förbindelsekanalen l0,5,l0'.

I detta läge inmatas friskluft av pumpen P genom inloppsledningen 4 och via ventilen 6 till cylinderrummet A och, på grund av att friskluften inmatas under ett visst tryck, även vidare via ventilen 7 genom förbindelsekanalen 10,5 och ut genom ventilen 9' till utloppskanalen 8”. Ventilema 6, 7 och 9' är således öppna i detta läge, under det att Lfpt 514 "S281 cylindems B ventiler 6” och 7' samt den längst bort belägna ventilen 9 i förbindelsekanalen sett från cylindern B även är stängd.

I fig 1 b visas cylindrarna efter avslutad inloppsfas för cylinder A respektive efter avslutad expansionsfas för cylinder B. I detta läge förefinns sålunda i cylinder A väsentligen friskluft med ett tryck nära atmosfärstrycket, under det att det i cylinder B föreligger ett resttryck efter expansionsfasen, vilket typiskt är i storleksordningen av 8 bar. I detta läge är inloppsventilema 6 respektive 6' för båda cylindrarna stängda liksom ventilema 9 respektive 9” i förbindelsekanalen l0,5,10'. N är nu ventilen 7 i cylinder A hålls öppen samtidigt som avgasventilen 7” i cylinder B öppnas kommer de sålunda 10 förevarande gaserna under tryck i cylinder B, de så kallade blown-down-gasema, att rusa 15 20 25 30 i riktning från cylinder B genom förbindelsekanalen 10,5,10' och mot cylinder A. Härvid kommer dessa strömmande gaser att driva den i förbindelsekanalen lO,5,lO' förevarande, kylda och uppriktade friskluften in i cylinder A tills i huvudsak samma tryck råder i cylinder A som i cylinder B.

I figur 1 c framgår följ ande fas, där cylinder A befinner sig väsentligen mitt under kompressionsfasen, under det att cylinder B således befinner sig ungefär mitt under utblåsningsfasen. Strax efter den i fig 1 b visade tryckutj ärnningen har avgasventilen 7 till cylinder A stängts. under det att avgasventilen 7' till cylinder B hålls öppen, samtidigt som åtminstone ventilen 9 i förbindelsekanalen 10,5,l0 hålls öppen så att kvarvarande avgaser i cylinder B tillåts avgå till atmosfären. Det är även möjligt att öppna ventilen 9' i detta läge, vilket skulle medföra reducerat mottryck i cylinder B. Det kan noteras att enligt uppfinningen mottrycket i denna fas väsentligen reduceras i jäinförelse med vad fallet är för en turboaggregatförsedd motor, vilket bidrar till bättre verkningsgrad för en motor enligt uppfinningen.

Fig ld - lf visar fortsättningen av sekvensen, varvid i fig ld cylinder B befinner sig i inloppsfasen, under det att cylinder A befinner sig i expansionsfasen (motsvarar fig la).

Det inses att genom uppfinningen ett väsentligt överladdningstryck av, som exempel, 4 - 5 bar för en normal dieselmotor för ett tungt fordon, kan erhållas vid en normal diiftpunkt, vilket medför en motsvarande effekthöjning i jämförelse med en ej överladdad IIIOIOI". 10 15 20 25 30 “fjol 514 528! I fig le befinner sig cylinder B i slutet av inloppsfasen under det att cylinder A befinner sig i slutet av expansionsfasen (motsvarar fig lb). I fig lf befinner sig slutligen cylinder B i kompressionsfasen, under det att cylinder A befinner sig i utblåsningsfasen (motsvarar fig lc).

Uppfinningen kan modifieras inom rarnen för de bifogade kraven, och sålunda är det möjligt att arrangera förbindelsekanalen annorlunda, t. ex. separerad från cylindrarnas avgasventiler, dvs. med separata styrda ventiler. Vidare kan ventilerna 9 och 9' ersättas av en centralt på förbindelsekanalen belägen enda ventil, varvid emellertid en relativt mindre mängd friskluft är inmatningsbar i den mottagande cylindem.

Det föredras att förbindelsekanalen är väl kyld och att gaserna som strömmar däri är uppriktade genom en luftriktare för erhållande av en skarp gräns mellan friskluft och avgaser, men det utesluts inte att kylluft tillförs förbindelsekanalen liksom att denna kanal är i avsaknad av en luftriktare.

Det föredras även att friskluft inmatas under ett visst ringa tryck men det utesluts inte att motom bygger helt på insugningsprincipen, varvid i så fall under inloppsfasen det tillses att förbindelsekanalen får en friskluftförbindelse för insugning av friskluft via denna kanal och in i förevarande cylinder. Det är även möjligt att arrangera en separat friskluftspolning av endast denna kanal.

Genom val av dimensioner för kanalen l0,5,l0' kan överladdningen optimeras och även, om önskemål finns, tillförsäkras en viss EGR-överföring mellan cylindrama.

Det är möjligt att styra de förevarande ventilerna med kamstyrmekanismer, vilket medför väsentligen opåverkbara öppnings- respektive stängningsperioder, men det är även möjligt att reglera åtminstone vissa av de i anordningen ingående ventilerna med variabla system, såsom elektriska, mekaniska eller hydrauliska system, vilket medger anpassning av trycköverladdningen såväl som eventuell EGR-överföring till respektive driftfall.

Ett fördelaktigt sätt att styra EGR-inblandningen går ut på att reglera pumporganet P, vilket givetvis kan vara ett enda pumporgan för motom även om två är visade på fig 1 a, Hfllv, 514 528 med avseende på flöde för att göra spolningen av kanalen 10, 5, 10' mer eller mindre fullständig. På detta sätt kommer den till den møttagande cylindern överförda gasrnängden att innehålla en vald EGR-mängd. Variation av EGR-halten såsom är i och för sig känt för fackmannen, en betydelsefull parameter för förbränningsprocessen.

Claims (16)

10 15 20 25 lfltv, 5141528 Patentkrav

1. Förfarande för energiöverföring i en fyrtakts förbränningsmotor (1) med minst två cylindrar (A;B), varvid i en första cylinder, vid slutet av expansionsfasen kvarvarande gastryck, utnyttjas för överladdning av en andra cylinder, kännetecknat av -att nämnda första och andra cylindrar (A;B), vilka är 360° förskjutna i fas, bringas att växelverka, genom att en mellan den första och den andra cylindern inrättad kanal ( 10, 5, l0') spolas under inloppsfasen för den första cylindern och åtminstone delvis fylls med friskluft, och -att en förbindelse mellan den andra cylindern och kanalen öppnas vid expansionsfasens slut, så att de förevarande avgaserna trycker friskluften i kanalen (10,5,10') in i den första cylindern i ândainål av överladdning.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att friskluften kyls och/eller riktas i kanalen (l0,5,l0').

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att även EGR-gaser överföres tillsammans med friskluften.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att ventiler (9,9'), som reglerar flödet i kanalen (10,5,10') och cylindramas (A;B) avgasventiler (7,7 ') styrs med karnstyrrnekanismer.

5. Förfarande enligt något av kraven 1 - 3, kännetecknat av att ventiler (9,9 '), som reglerar flödet i kanalen (10,5,l0') och cylindramas (A;B) avgasventiler (7,7') styrs variabelt.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att under inloppsfasen 30 tillförd frískluft matas med ett lågt övertryck till förevarande cylinder (A;B) och via denna till kanalen (10,5, l0'). lO 15 20 25 Û, viil 514 528

7. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att flödet av under inloppsfasen tillförd friskluft regleras för reglering av mängden EGR- gaser som överförs till den andra cylindern.

8. Anordning för energiöverföring i en fyitakts förbränningsmotor (l) med minst två cylindrar (A;B), varvid organ är anordnade för att utnyttja i en första cylinder, vid slutet av expansionsfasen, kvarvarande gastryck, för överladdning av en andra cylinder, kännetecknad av -att nämnda första och andra cylindrar (A;B), är 360° förskjutna i fas och anordnade att växelverka, genom en mellan den första och den andra cylindern inrättad kanal ( l0,5,lO”), vilken är anordnad att spolas under inloppsfasen för den första cylindern och åtminstone delvis fyllas med friskluft, och -att en förbindelse mellan den andra cylindern och kanalen (10,5,l0') är anordnad att öppnas vid expansionsfasens slut, så att de förevarande avgaserna kan trycka friskluften in i, och därmed överladda, den första cylindern.

9. Anordning enligt krav 8, kännetecknad av att kanalen (lO,5,lO") inkluderar ett kylorgan och/eller en luftriktare.

10. Anordning enligt krav 8 eller 9, kännetecknad av att kanalen (_ l0,5,l0') är så dimensionerad att även EGR-gaser är anordnade att överföras tillsammans med friskluften.

11. ll. Anordning enligt något av kraven 8 - lO, kännetecknad av att ventiler (9,9'), som reglerar flödet i kanalen (10,5,l0') och/eller cylindrarnas (A;B) avgasventiler (7,7'), är styrbara med kamstyrrnekanismer.

12. Anordning enligt något av kraven 8 - lO, kännetecknad av att ventiler (9,9'), som reglerar flödet i kanalen (lO,5,lO') och cylindrarnas (A;B) avgasventiler (7,7'), är 30 variabelt styrbara. 514 528

13. Anordning enligt något av kraven 8 - 12, kännetecknad av ett pumporgan (P) för att under inloppsfasen mata till förevarande cylinder (A;B) och via denna till kanalen ( 10,5 ,lO') tillförd friskluft med ett lågt övertryck. 5

14. Anordning enligt kravet 13, kännetecknad av att pumporganet (P) är reglerbart för reglering av mängden EGR-gaser som ska överföras till den andra cylindem.

15. Anordning enligt något av kraven 8 - 14, kännetecknad av att kanalen (10,5,10') utgörs av en förbindelse mellan cylindramas (A;B) avgaskanaler. 10

16. Förbränningsrnotor, kännetecknad av att den inkluderar minst en anordning enligt något av kraven 8 - 15 .