SE520863C2 - Metod och anordning för ventilering av gaser i en förbränningsmotor - Google Patents

Description

20 25 30 520 863 tryckregulator mellan en till vevhuset ansluten oljeavskiljare och insugnings- röret, vilken tryckregulator tillåter flöde till insugningsröret.

Nackdelar med denna lösning är att den insugspipa som är belägen längst från anslutningen kommer att få en för liten del av gaserna, vilket gör det svårt att få rätt k-värde (bränsle/luftblandning) från alla pipor. Detta medför en försämrad funktion för en närkopplad katalysator i avgasgrenröret.

Liknande problem uppstår vid evakuering av fordonets kanister, vilken används för att absorbera bränsleångor från bensintanken varigenom man Särskilt vid bränslepåfyllning och vid hög yttertemperatur behöver kanistern absorbera undviker att bränsleàngorna ventileras till atmosfären. relativt stora mängder bränsleångor. Kanisterns funktion är allmänt känd och kommer ej att beskrivas närmare. För att inte kanistem skall bli mättad måste den förses med en evakueringsledning, som med hjälp av undertryck suger ångorna från kanistern till motorns insugningssystem via en avluftningsventil.

En annan känd lösning är att använda en separat gallerikanal för att fördela vevhusgaser och evaporerade bränsleångor (EVAP). Nackdelen med en sådan lösning är att kanalen kortsluter insugningsrörets pipor, varvid de av insugsventilerna alstrade pulserna och motorns prestanda försämras. Det är dessutom omöjligt att få en jämn fördelning av gaserna eftersom en viss utspädning med luft är oundviklig p.g.a. pulserna i insugningsröret, Ytterligare en känd lösning framgår ur EP-B2-489 238, där fördelningen av vevhusgaser sker via en gallerikanal som i sin tur är ansluten till motorns insprutningsventiler. l detta fall sker ventileringen oberoende av trycket i insugningsröret, men enbart varje gång insprutningsventilen aktiveras. Vid motorbromsning eller avstängning av en eller flera cylindrar finns därför risk för tryckuppbyggnad i vevhuset. På grund av insprutningsmunsyckets små dimensioner finns även risk för motorstörningar om föroreningar i gasen skulle bilda beläggningar som kan störa munstyckets funktion. 10 15 20 25 30 520 863 REDOGÖRELSE FÖR UPPFlNNlNGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en förbränningsmotor med ventilation av vevhusgaser och gaser från en evaporator eller liknande, genom vilken ovan beskrivna problem undanröjes.

Uppfinningen avser en metod och en anordning för fördelning av gaser som ventileras från exempelvis motorns vevhus eller en evaporator (kanister) i motorns bränslesystem, vilken motor innefattar ett cylinderhuvud och ett insugsgrenrör med en fläns för montering på cylinderhuvudet, varvid flänsen är försedd med en samlingskanal vilken sträcker sig tvärs insugsgrenrörets insugspipor, varvid gaserna sugs från samlingskanalen direkt in i varje insugspipa genom en i anslutning till varje insugspipa anordnad backventil.

Pà detta sätt styrs backventilerna av tryckpulser från kolvarnas insugsventiler i stället för att, enligt dagens lösningar, vara beroende av ett undertryck i insugningsröret i anslutning till trotteln. Lösningen kan således användas för bàde sugmotorer och överladdade motorer, vilket i det senare fallet kan eliminera en extra ledning ansluten uppströms överladdningsaggregatet..

Genom att samlingskanalen dit gaserna leds är ansluten till varje insugspipa i insugsgrenröret via utloppskanaler med separata backventiler, àstadkommes en jämn fördelning av gaserna till samtliga cylindrar i motorn.

Backventilerna kan antingen placeras i den fläns som är anordnad på insugsgrenröret för montering mot cylinderhuvudet alternativt direkt i den mot flänsen vända delen av cylinderhuvudet. Flänsen kan härvid utgöra en integrerad del av insugsgrenröret eller vara monterad som en separat enhet mellan insugsgrenröret och cylinderhuvudet. Backventilerna kan vara av standardtyp, tex. kulventiler eller ventiler av membrantyp.

Enligt en ytterligare utföringsform kan ventilerna utgöra en del av en packning mellan flänsen och cylinderhuvudet. l detta fall utgörs ventilerna av 10 15 20 25 30 520 863 reed-ventiler som anligger fjädrande mot i samlingskanalen mynnande öppningar eller borrningar. Varje reed-ventil kan härvid vara utformad i ett stycke med packningen, som lämpligen är tillverkad av stål, exv. fjäderstàl eller något annat lämpligt material, exv. ett fibermaterial.

I de fall motorn är försedd med ett delat insugsgrenrör, kan gallerikanalen och backventilerna anordnas i en av flänsarna i skarven mellan grenrörets två halvor.

Förutom rent mekaniska ventiler är det även möjligt att använda solenoid- ventiler som styrs av tryoksensorer i respektive insugspipa, varvid respektive ventil öppnar så snart trycket i motsvarande insugspipa är lägre än ett uppmätt tryck i samlingskanalen, eller av motorns elektroniska styrsystem.

Samlingskanalen kan vara utförd som en genomgående borrning i flänsen.

Borrningen kan vara tätad i båda ändar, alternativt vara tätad i den ena änden med en anslutning för tillförsel av gaser i den andra Enligt en ytterligare utföringsform kan samlingskanalen vara utförd som ett fräst urtag försedd med ett täckande lock, varvid urtaget kan fräsas i flänsens kant, framsida eller baksida. I det fall urtaget är placerat på den mot cyllnderblocket vända framsidan, är det täckande locket även försett med utloppskanaler I det fall flänsen utgör en gjuten detalj är det givetvis även möjligt att forma samlingskanalen i samband med gjutningen av flänsen eller insugsgrenröret.

Utloppskanalerna kan härvid antingen formas i samma process, eller borras i efterhand.

Finns inte utrymme i flänsen för en genomgående samlingskanal, kan denna placeras i en separat enhet som ansluts till insugsgrenröret. 10 15 20 25 30 520 863 .. n» FIGURBESKRIVNING Figur 1 Figur 2A-F Figur 3 Figur 4 Figur 5 Figur 6A-C Figur 7A-B Figur 8A-B Figur 9A-B Figur 10A Figur 10B Visar ett tvärsnitt av ett insugsgrenrör med en schematiskt markerad gallerikanal enligt uppfinningen; Visar schematiskt olika möjliga placeringar av en backventil i flänsen, cylinderhuvudet eller grenröret; Visar den mot cylinder vända delen av ett insugsgrenrör, med alternativa utlopp för gallerikanalen; Visar ett tvärsnitt genom en s.k. reed-ventil placerad mellan insugsgrenröret och cylinderhuvudet; Visar alternativa anslutningar för tillförsel av ventilerade gaser till gallerikanalen; Visar alternativa utföringsformer av gallerikanaler utformade i insugsgrenrörets fläns; Visar en utföringsform med dubbla gallerikanaler med en reed- ventil för båda utloppskanalerna; Visar en utföringsform med dubbla gallerikanaler med en reed- ventil för varje utloppskanal; Visar en utföringsform med dubbla, separerade gallerikanaler med en reed-ventil för varje utloppskanalerna; Visar en utföringsform med en reed-ventil integrerad med en s.k. dubbelstålspackning; Visar en utföringsform med en innesluten reed-ventil.

FÖREDRAGNA UTFÖRlNGSFORM/-ER Figur 1 visar hur uppfinningen är tänkt att fungera i princip. Ett insugningsrör 1 med en trottel 2 övergår i ett insugsgrenrör 3 med en pipa 4, 5, 6, 7 för varje cylinder.

Grenröret monteras på ett inte närmare beskrivet cylinderhuvud 8 med hjälp av en fläns 9. Gaser som skall ventileras från motorns vevhus (PCV) och eller gasabsorberande utrustning (ej visade), exv. en kanister, leds genom en ventileringsledning 10 till en s.k. gallerikanal 11 i anslutning till grenröret 3. Exemplet visar en fyrcylindrig motor, men uppfinningen är helt oberoende av antalet cylindrar. 10 15 20 25 30 520 863 Det är även möjligt att recirkulera avgaser (EGR) på detta sätt, men för att undvika de tjärliknande beläggningar som uppstår när avgaser och vevhusgaser blandas bör dessa separeras så långt som möjligt. Exempel på hur detta kan åstadkommas är beskrivet nedan.

De ventilerade gaserna leds från gallerikanalen 11 genom separata ledningar 12-15 med respektive backventiler 16-19 och ansluts direkt till respektive pipor 4-7 i insugsgrenröret 3 via ett motsvarande antal öppningar 20-23. På detta sätt kommer de ventilerade gaserna att fördelas jämnt mellan alla piporna, vilket underlättar motorstyrningen och medför bättre avgasrening.

Backventilerna 16-19 öppnas och stängs av tryckpulser från respektive pipas insugsventill-er. Genom att utnyttja undertryckspulser från insugsventilerna för att öppna respektive backventil blir man delvis oberoende av trycket i insugningsröret 1, varför tekniken kan utnyttjas för bàde sugmotorer och motorer med överladdning.

Figur 2A-C visar schematiskt hur backventilerna 16-19 kan placeras. Många av de efterföljande vyerna är snittade, varför hänvisningsbeteckningarna i figurerna för enkelhets skull hänför sig till en av piporna. I en första utföringsform (Fig.2A) är backventilerna placerade i delningsplanet A-A mellan cylinderhuvud 8 och fläns 9. Enligt en föredragen utföringsform är ventilerna i detta fall utförda som en del av packningen mellan cylinderhuvud och fläns. Backventilernas rörliga delar kan vara utformade som tungor (s.k. reed-ventiler) vilka är utstansade i ett stycke med packningen. Ett exempel på en sådan lösning framgår ur Figur 3, vilken uppvisar en packning 30 försedd med reed-ventiler 36-39. Placeringen av en av gallerikanalens 11 utloppsöppningar 20 antyds för ventilen 36. Den s.k. reed-ventilens funktion framgår ur Fig.4, som visar hur gallerikanalens 11 utlopp 12 normalt stängs av packningens 30 reed-ventil 36. Vid en undertryckspuls i pipan 4 kommer ventilen 36 att inta det läge som antyds med streckade linjer i Fig.4. 10 15 20 25 30 520 863 Som framgår ur Figur 2B och 2C kan backventilerna 16-19 även placeras i flänsen (Fig. 2B) elleri cylinderhuvudet (Fig. 2C). I dessa fall är andra typer av ventiler lämpligare, exv, kulventiler, eftersom dessa måste placeras i kanalerna 12-15. Kanalerna kan antingen utformas vid gjutningen av flänsen/ eller eller bearbetning genom fräsning eller borrning. grenröret cylinderhuvudet, åstadkommas vid efterföljande Flänsen kan även utformas som en separat del av insugsgrenröret, vilket framgår ur Figur 2D. Av produktionstekniska skäl kan det vara motiverat att tillverka insugsgrenröret 3a separat, exv. för att gjutningen inte skall bli allt för komplicerad. Härvid kan en separat fläns 9a försedd med en gallerikanal 11 monteras mellan insugsgrenrör Sa och cylinderhuvud 8. Placeringen av backventilerna kan ske på motsvarande sätt som beskrivits för Fig. 2A-2C , varvid nämnda ventiler ansluts till den mot cylinderhuvudet 8 vända delen av insugsgrenröret 3a via utloppskanalerna 12-15.

Av motsvarande skäl som angivits ovan, kan det ibland även vara nödvändigt att dela insugsgrenröret, vilket visas i Figur 2E. I detta fall är det möjligt att, pà samma sätt som beskrivits ovan, placera gallerikanalen 11b med dess tillhörande backventiler 16b-19b (endast 16b är visad) i skarven mellan grenrörets 3b, 3c halvor.

Som framgår ur Figur 2F är det även möjligt att ansluta en separat enhet 25 till insugsgrenröret 3, vilken enhet sträcker sig tvärs grenröret och innefattar en gallerikanal 11c med tillhörande backventiler 16c-19c anslutna till respektive pipa 4-7 via utloppskanalerna 12c-15c (endast 12c är visad).

Gallerikanalen 11 kan utgöras av en genomgående borrning, som visas i Figur 5, där en eller båda ändar är avtätade. Anslutningen för ventilerade gaser kan ledas in i gallerikanalen 11 via en ledning som ansluter till en ej avtätad öppning, eller anslutas till en separat borrad öppning 52. Alternativen visas med streckade linjer i Figur 5. Enligt en ytterligare utföringsform, som 10 15 20 25 30 520 863 framgår ur Figur 6A kan gallerikanalen 11 utgöras av en hålighet som åstadkommes vid gjutningen av flänsen 9, 9a, 9b, antingen som en separat komponent eller som en del av insugsgrenröret. Alternativt kan gallerikanalen fräsas som ett spår i en del av flånsen 9, 9a, 9b. Figur 6B visar ett spår fräst i flänsens undre del, vilket försetts med ett täcklock 61 för att bilda kanalen 11.

Båda utföringsformerna enligt Figur 6A och 6B måste förses med en borrad eller på annat sätt upptagen utloppskanal 12. Figur 6C visar ett spår fräst eller gjutet i den mot cylinderhuvudet 8 vända sidan av flänsen 9. Spàret avtätas med en packning 62, i vilket ett hål för utloppskanalen 12 är upptaget, för att bilda en gallerikanal 11. Denna packning 62 kan även utformas i kombination med den grenrörspackning (ej visad) som normalt en s.k. placeras mellan insugsgrenröret och cylinderhuvudet bildar dubbelstålpackning (se Figur 10A).

Figurerna 7-9 visar olika sätt att ventilera dels vevhusgaser och diverse evaporerade gaser, dels recirkulerade avgaser (EGR). För att undvika de problem med beläggningar som uppstår om vevhusgaser och EGR blandas, är det en fördel att tillföra dessa nära insugsventilen. Som visat i Figur 7A och 7B kan detta åstadkommas med hjälp av separata gallerikanaler 71, 72 och utloppskanaler 73a, 73b anordnade i flänsen. Varje kanal kan förses med backventiler (ej visade) som beskrivits ovan; antingen en ventil per kanal eller en reed-ventil 74 (Figur 7A, streckade linjer) som täcker båda öppningarna (jfr. Figur 3). Alternativt kan utloppskanalerna 75a, 75b placeras på avstånd från varandra, enligt Figur 8A och 8B, för att ytterligare minska möjligheten för blandning av gaserna. Vill man även i detta fall använda reed- ventiler behövs en ventil 76a, 76b (Figur 8A, streckade linjer) för varje öppning. En tredje utföringsform framgår ur Figur 9A och 9B, där ett par gallerikanaler 77 resp. 78 placerats ovanför respektive nedanför pipan 4 och försetts med övre och nedre utloppskanaler 79a resp. 79b. Som angivits ovan kan både vanliga backventiler och reed-ventiler användas. För reed- ventiler måste packningen i så fall förses med motsvarande tungor 80a resp. 10 15 20 25 30 520 863 80b (Figur 9A, streckade linjer) i anslutning till de båda utloppskanalernas 79a resp. 79b mynningar.

Utföringsformerna enligt Fig. 7-9 är visade med flänsen 9 i ett stycke med insugsgrenröret 3. Det är givetvis möjligt att utforma flänsen som en separat del, enligt utföringsformen som beskrivs i anslutning till Figur 2D ovan.

Det är även möjligt att tillföra både vevhusgaser, m.m. och EGR vid skilda positioner med hjälp av dubbla uppsättningar av komponenter försedda med gallerikanaler. Genom att tillföra EGR till ett delat insugsgrenrör enligt Figur 2E, alternativt till en enhet enligt Figur 2E, samtidigt som vevhusgaser tillförs vid grenrörets anslutning till cylinderhuvudet, kan gaserna hållas åtskilda så länge som möjligt. Andra variationer är givetvis också möjliga, så länge EGR tillförs grenröret före eller tidigast samtidigt som vevhusgaserna. l annat fall riskerar man att vissa i systemet ingående komponenter, såsom pipor och backventiler, får en bitumen-liknande beläggning.

Figur 10A visar en gallerikanal 11 utformad som ett spår i flänsen 9, vilket spår är avtätat med en första packning 71 som sträcker sig över hela flänsens ändyta och är försedd med en utloppskanal 12. En andra packning 72 med samma utsträckning relativt flänsen är fastnitad eller på annat sätt fäst vid den första packningen 71, samt försedd med en reed-ventil som öppnar mot insugningsröret. Detta paket av packningar 71, 72 bildar en som härvid utgör mellan dubbelstålspackning, grenrörspackningen insugsgrenröret och cylinderhuvudet.

En alternativ utföringsform av uppfinningen som beskrivits med hänvisning till Figur 10A framgår ur Figur 1OB. Denna utföringsform beskriver en innesluten reed-ventil, som ansluts till insugningsröret 4 via en kammare 75 och en utloppskanal 76 som mynnar ett stycke nedströms grenrörets infästning vid cylinderhuvudet. Kammaren 75 utgörs av ett urtag i cylinderhuvudet, som avgränsas av dubbelstålspackningen 71, 72 och medger utfjädring av reed- 10 520 863 10 ventilens 74 fjädrande tunga (streckad linje). På detta sätt undviker man att bränsle rinner ned i ventilen och stör dess funktion. Detta problem kan uppstå i samband med vätning av insugningskanalens väggar under vissa driftsförhållanden.

Förutom backventiler av standardtyp eller reed-ventiler, är det även möjligt att använda elektriskt manövrerade ventiler, exv. soleniodventiler. Ventilerna styrs av den elektroniska motorstyrningen och bringas att öppna vid bestämda eller mappade tidpunkter för varje solenoid. Vid de aktuella tidpunkterna är trycket lägre vid solenoidventilens mynning än vid övriga delar av insugningsröret. Tidpunkterna kan mappas genom mätning och/eller beräkning av tryckvariationerna i insugningsröret vid olika driftsförhållanden.

Claims (17)

10 15 20 25 30 520 863 11 PATENTKRAV

1. Metod för fördelning av avgaser eller gaser som ventileras från ett vevhus eller en evaporator i en förbränningsmotor, vilken motor innefattar ett cylinderhuvud med insugsventiler och ett insugsgrenrör (3) med en fläns (9) för montering på cylinderhuvudet (8), varvid insugsgrenröret är försett med minst en samlingskanal (11) vilken sträcker sig tvärs insugsgrenrörets insugspipor (4, 5, 6, 7), k ä n n e t e c k n a d a v att gaserna sugs från samlingskanalen (11 ) direkt in i varje insugspipa (4, 5, 6, 7) genom en i anslutning till varje insugspipa anordnad backventil (16, 17, 18, 19), vilken backventil styrs av tryckpulser från insugsventilerna.

2. Anordning för fördelning av avgaser eller gaser som ventileras från ett vevhus eller en evaporator i en förbränningsmotor, vilken motor innefattar ett cylinderhuvud (8) och ett insugsgrenrör (3) försedd med en fläns (9) för montering på cylinderhuvudet (8), varvid insugsgrenröret är försett med minst en samlingskanal (11) vilken sträcker sig tvärs insugsgrenrörets (3) insugspipor (4, 5, 6, 7), k ä n n e t e c k n a d a v att samlingskanalen (11) är ansluten till varje insugspipa i insugsgrenröret via utloppskanaler med separata backventiler (16, 17, 18, 19).

3. Anordning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att backventilerna (16, 17, 18, 19) är placerade i flänsen (9).

4. Anordning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att backventilerna (16, 17, 18, 19) är placerade i cylinderhuvudet (8).

5. Anordning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att backventilerna ( 16, 17, 18, 19) utgör en del av en packning (81, 82) mellan flänsen (9) och cylinderhuvudet (8). -~ h. 10 15 20 25 30 520 863 12

6. Anordning enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a d a v att backventilerna (16, 17, 18, 19) utgörs av membran (74; 76a, 76b; 80a, 80b; 84) som anligger fjädrande mot och avtätar en eller flera från samlingskanalen (11; 71, 72; 77,78) mynnande utloppskanaler (12; 73a, 73b; 75a, 75b; 79a, 79b).

7. Anordning enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a d a v att varje membran (74; 76a, 76b; 80a, 80b; 84) är utfört i ett stycke med packningen (81, 82).

8. , Anordning enligt kravet 7, k ä n n e t e c k n a d a v att packningen utgörs av en dubbelstålspackning, innefattande en första packning (81) med membran som anligger mot cylinderhuvudet (8), samt en vid den första packningen fäst andra packning (82) som anligger mot insugsgrenröret.

9. Anordning enligt kravet 6 eller 7, k ä n n e te c k n a d a v att packningen är tillverkad av stål eller fibermaterial.

10. Anordning enligt kravet 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d a v att back- ventilerna (16, 17, 18, 19) utgörs av kulventiler.

11. Anordning enligt kravet 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d a v att back- ventilerna (16, 17, 18, 19) utgörs av solenoidventiler som styrs av motorns elektroniska styrsystem .

12. Anordning enligt något av kraven 2-11, k ä n n e t e c k n a d a v att samlingskanalen (11) är utförd som en genomgående borrning i flänsen.

13. Anordning enligt något av kraven 2-11, k ä n n e t e c k n a d a v att samlingskanalen (11) är utförd som ett i flänsen (9) fräst urtag försedd med ett täckande lock (61, 62).

14. Anordning enligt något av kraven 2-11, k ä n n e t e c k n a d a v att samlingskanalen (11) är utförd som en ingjuten hålighet i flänsen. V... 10 520 863 13

15. Anordning enligt något av kraven 2-14, k ä n n e t e c k n a d a v att flänsen (9) är integrerad med insugsgrenröret (3).

16. Anordning enligt något av kraven 2-14, k à n n e t e c k n a d a v att flänsen är monterad som en separat enhet (9a) mellan insugsgrenröret (3) och cylinderhuvudet (8).

17. Anordning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att samlingskanalen (11c) är monterad som en separat enhet (25) på insugsgrenröret (3).