SE514969C2 - Förbränningsmotor - Google Patents

Description

514 969 2 inmatade luften ”läcka ut” via den öppna avgasventilen och kommer således inte att förbrännas i cylindern. Resultatet blir en obalans i massflödet mellan kompressom och turbinen, vilket resulterar i att turbinen inte kan få kompressom att leverera till- räckligt laddtryck. Detta resulterar i sin tur i ett försämrat vridmoment. Om å andra sidan ventilöverlappet är för litet kommer det att finnas restgaser kvar i cylindern, med resultat att mängden förbränningsluft reduceras, med åtföljande effektniinsk- ning.

Unnfinnjnnens ändamål Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en turbomotor som har förbättrade egenskaper inom ett större varvtalsoniråde vid fullast.

Redogörelse för uppfmrtingen Syftet med uppfinningen uppnås genom att utföra en inledningsvis angiven förbrän- ningsmotor med de särdrag som anges i patentkrav 1.

Genom det valda utförandet blir det möjligt att styra gasflödet genom motom så att avgaser vädras ut utan att onödigt mycket inmatad luft hinner ”läcka ut” via en ännu öppen avgasventil. Detta leder till en effektivare fyllning av cylindern och därige- nom ett ökat massflöde av avgaser, vilket i sin tur ökar möjligheten att genom ett högre laddningstryck öka vridmomentet vid lågt varvtal.

Synkroniseringen mellan ventilerna kan med fördel vara sådan att vid ökande varvtal öppnar inmatningsventilen allt tidigare före kolvens övre dödläge medan den andra avgasventilen stänger allt senare efter kolvens övre dödläge. Härigenom kan det största öppningsläget nås då kolven befinner sig vid eller mycket nära det övre död- läget. 514 969 3 Sambandet mellan varvtalet och överlappsperiodens längd kan lämpligen vara expo- nentiellt.

Ytterligare särdrag och fördelar vid lösningen enligt uppfinningen framgår av be- skrivning och övriga patentkrav.

Uppfinningen kommer i det följ ande att beskrivas närmare med hänvisning till på ritningen visade utföringsexempel.

Figgbeskrivning På ritningen visar: fig.1 en förbränningsmotor enligt uppfinningen, fig.2 ventillyft såsom funktion av vevaxelvirilcel för olika ventiler, fig.3 ett avsnitt ur fig.2, visande ventilöverlapp, och fig.4 ventilöverlapp såsom funktion av motorvarvtal.

Beskrivning av utföringsexemnel Fig. 1 visar schematiskt en såsom Otto-motor utförd flercylindrig förbränningsmotor 1 enligt uppfinningen. Motoms cylindrar har vardera åtminstone två avgasventiler 2 och 3. Från cylindrarnas första avgasventiler 2 leds avgas ut till en för cylindrama gemensam, första avgassamlare 4. Från cylindrarnas andra avgasventiler 3 leds av- gas ut till en för cylindrarna gemensam andra avgassamlare 5. Den första avgas- samlaren 4 står i förbindelse med en katalysator 6 via en första avgasledning 7, och den andra avgassamlaren 5 är ansluten till katalysatom 6 via en andra avgasledning 8. Nedströms om katalysatom 6 finns på sedvanligt sätt en eller flera ljuddämpare (ej visade). 514 9:69 4 Motorn 1 är vidare utrustad för överladdning med hjälp av en avgasdriven turbo- kompressor 9 (eller ”turboladdare”) vars turbin 10 är inkopplad i den första avgas- ledningen 7 och således matas från den forsta avgassarnlaren 4 och de första avgas- venfilerna 2. En av tur-binen 10 driven kompressor 11 förser motorn med laddluft som eventuellt kyls i en kylare 12. Denna laddluft matas på konventionellt sätt in i varje cylinder via en eller flera inmatningsventiler 13 (ej visat i detalj).

Den här beskrivna motom 1 har således ett delat avgasflöde enligt den princip som beskrivits i den angivna patentskriften GB 2 185 286. Samverkan mellan avgasven- tiler och inmamingsventiler i en cylinder visas i diagramform i fig.2. Den horison- tella axehi representerar motoms vevaxelvinkel CA, medan den vertikala axeln re- presenterar storleken på ventillyftet VL. Under kolvens avgasslag mellan kolvens undre dödläge A och övre dödläge B är de båda avgasventilerna 2 och 3 i huvudsak öppna. Såsom framgår öppnar den första avgasventilen 2 innan kolven nått sitt und- re dödläge A och stänger innan kolven nått sitt övre dödläge B. Den andra avgas- ventilen 3 däremot öppnar inte förrän kolven är på väg ett stycke upp från sitt undre dödläge A och förblir öppen en period efter det att kolven passerat sitt övre dödläge B. Såsom framgår öppnar inmatningsventilen 13 innan kolven nått sitt övre dödläge B, medan den andra avgasventilen 3 fortfarande är öppen. Härigenom kommer den andra avgasventilen 3 och inmatningsventilen 13 att vara öppna samtidigt under en viss överlappsperiod C.

Normalt är vid en motor denna överlappsperiod konstant under olika driftförhållan- den, detta till följd av att ventilema öppnar och stänger alltid vid samma läge på vevaxeln och kolven. Enligt uppfinnjngen är det däremot möjligt att ändra storleken på överlappsperioden C såsom funktion av motorns arbetsförhållanden. Detta visas närmare i fig. 3 och 4.

I fig.3 visas närmare hur ventillyftet ändras för den andra avgasventilen 3 och in- matningsventilen 13 kring kolvens övre dödläge B. De med heldragen linje ritade kurvoma representerar en driftsituation med fullgas och ett varvtal på ca 2000 rpm. 514 969 Överlappsperioden C uppgår i detta fall till ca 30°. De med streckad linje ritade kur- vorna 3 ° och 13 ” representerar även de en driftsituation med fullgas, men nu med ett dubbelt så högt varvtal, ca 4000 rpm. Överlappsperioden C' är nu betydligt större, ca 42°. I det här visade exemplet är kurvoma väsentligen symmeuiska kring kolvens övre dödläge B, men även andra kurvformer är naturligtvis möjliga, beroende på de egenskaper som den aktuella motorn har.

Sambandet mellan storleken på varvtalet n (rpm) och storleken på överlappsperio- den D visas närmare med en kurva E i fig.4. Såsom fiamgår är sambandet inte linjärt utan exponentiellt. En fördubbling av varvtalet medför att storleken på överlappspe- rioden inte fördubblas, utan ökar med ca kvadradroten ur varvtalskvoten, dvs med ca 4 1%.

De ovan angivna värdena för överlappsperiod och varvtal har inritats.

Sambandet mellan varvtalet och storleken på ventilöverlappsperioden D har här valts så att ett så stort vridmoment som möjligt skall erhållas vid fullgas inom ett visst varvtalsområde. Detta innebär att storleken på ventilöverlappsperioden D är lagom stor vid varje specifikt varvtal. En för kort ventilöverlappsperiod medför att det lämnas restgaser kvar i cylindern, vilket medför en sämre cylinderfyllning och därmed efiektförlust. Om å andra sidan ventilöverlappsperioden görs för lång hinner för mycket av den via kompressorn inmatade luften att läcka ut via den öppna av- gasventilen och kan således inte användas för förbränning i cylindern, även i detta fall med efiektförlust såsom resultat. I detta senare fall fångas inte all luft i cylin- dern som levereras av kompressom. Detta kan även uttryckas så att inloppstrycket blir för lågt för att ge fullt vridmoment vid det aktuella varvtalet.

Styming av ventilema kan ske på ett antal olika sätt , t. ex. med hjälp av kontinuer- ligt variabel kaminställning för såväl ínlopps- som avgaskarnaxeln. Även ett antal andra metoder är dock tänkbara, såsom t.ex. med hjälp av elektrohydrauliska venti- ler som kan ges variabla egenskaper alltefter behov och önskemål. 514 9-69 6 Konventionella tallriksventiler kräver relativt lång tid för att öppna och stänga, då en förflytming i deras axíella led är nödvändig och inte kan göras alltför våldsam.

Ventiler som manövreras på annat sätt skulle därför kunna ge ökad precision i gas- växlingen i en cylinder genom att öppna och stänga snabbare.

Inom uppfinningens ram kan naturligtvis sambandet mellan varvtalet och storleken på överlappsperioden vara ett annat än vad som angivits ovan. Så kan tex. storleken på exponenten i sambandsfunktionen väljas armorlunda.

Enligt uppfinningen eftersträvas således att tömma cylindem så väl som möjligt på restgaser utan att tillåta onödig genomströnming av luft. Eftersom gasspjällets läge kan ställas om snabbt via ett föraringripande är det önskvärt att ventilstymjngen är så utformad att en ändring av överlappsperiodens storlek kan ske väsentligen lika snabbt som ändringen i gasspjällets läge.

Claims (6)

10 15 20 25 30 514 969 7 Patentkrav:

1. Förbränningsmotor med flera cylindrar och med delat avgasflöde, försedd med åtminstone två avgasventiler (2,3) och en inmatningsventil (13) per cylinder, nämli- gen en första avgasventil (2) som via en första avgasssarnlare (4) är förbunden med inloppet på en avgasdriven turbin (10) i en turbokompressor (9) för överladdnjng av motorn, och en andra avgasventil (3) som via en andra avgassamlare (5) är förbun- den med mötoms avgassystem nedströms om avgasturbinen (10), där en inmat- ningsvenfil (13) och den andra avgasventilen (3) under en period (C) är öppna sam- tidigt då kolven är vid sitt övre dödläge (B), kännetecknad av att inmatningsventi- len (13) och den andra avgasventilen (3) är så synkroniserade att längden på perio- den (C) för deras samtidiga öppethållande ökar med varvtalet då motom drivs med hög last.

2. Förbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att synlconiseringen är sådan att vid ökande varvtal öppnar inmatningsventilen (13) allt tidigare före kolvens övre dödläge (B) medan den andra avgasventilen (3) stänger allt senare efter kolvens övre dödläge.

3. Förbränningsmotor enligt lcrav 2, kännetecknad av att längden på perioden (C ) för ventilemas samtidiga öppethållande är ca 30 vevaxelgrader vid ett varvtal på ca 2000 rpm.

4. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att synkronise- ringen är sådan att vid en varvtalsökning från ett visst varvtal ökar längden på perio- den (C ) för ventilemas samtidiga öppethållande exponentiellt med kvoten mellan det högre och det lägre varvtalet.

5. Förbränningsmotor enligt krav 4, kännetecknad av att exponentens värde före- trädesvis är 1/2. 514 969 8

6. F örbränningsmotor enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att den andra avgasventílen (3) och inmamingsventilen (13) har ett gemensamt öppethållande som är väsentligen synxmetxískt kring kolvens övre dödläge.