SE521097C2

SE521097C2 - Arrangement for supercharged internal combustion engine with closed crankcase ventilation

Info

Publication number: SE521097C2
Application number: SE9801657A
Authority: SE
Inventors: Martin Berggren
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2003-09-30
Also published as: SE9801657L; SE9801657D0; WO1999061761A1

Abstract

Arrangement in supercharged combustion engine (2) with enclosed crankcase ventilation, whereby the arrangement serves to provide negative pressure in the engine's crankcase, while the engine's turbocompressor (16) driven by exhaust gases draws air in through an air filter (18) and feeds pressurized air to the engine's inlet pipe (8) via a charged air cooler (28). The feedback of crankcase gases to the inlet pipe (8) and the maintenance of negative pressure in the crankcase even during engine braking are catered for by a ventilation line (36) extending from the crankcase to a bifurcation point (40) in the air inlet duct (20) between the air filter and the compressor inlet (22). The ventilation line (36) incorporates in series a pressure regulator (44), provided with oil filter, and a two-way connection (42), one outlet (46) of which communicates with the bifurcation point (40) via the ventilation line (36), while the other outlet (48) communicates with the inlet pipe (8) via a check valve (52).

Description

25 521 097 I sin enklaste form åstadkommes motorbromsning (d.v.s. bromsverkan med hjälp av motorn) genom att föraren släpper upp gaspedalen, lämpligen i kombination med en nedväxling till lägre växel. Ännu effektivare motorbromsning kan emellertid uppnås genom användande av någon typ av avgasbroms (exempelvis en reglerbar trottelvertil) som åstadkommer strypning av avgasﬂödet under utblåsningsslaget, och därigenom ger upphov till ett mottryck (i avgassystemet) som respektive motorkolv har att övervinna under sitt utblåsningsslag. In its simplest form, engine braking (i.e. braking action by means of the engine) is effected by the driver releasing the accelerator pedal, suitably in combination with a downshift to a lower gear. However, even more efficient engine braking can be achieved by using some type of exhaust brake (eg an adjustable throttle) which restricts the exhaust during the exhaust stroke, thereby giving rise to a back pressure (in the exhaust system) which each engine piston has to overcome during its exhaust stroke.

Med dagens system kan man åstadkomma det ovannämnda upprätthållandet av undertryck i vevhuset genom att sätta vevhusets inre i förbindelse med det undertryck som råder i luftinsugningskanalen i området mellan luftñltret och kompressoms luftinlopp. En i denna förbindelse inkopplad tryckregulator används därvid till att åstadkomma väsentligen konstant undertryck i vevhuset.With the current system, the above-mentioned maintenance of negative pressure in the crankcase can be achieved by connecting the interior of the crankcase to the negative pressure prevailing in the air intake duct in the area between the air filter and the air inlet of the compressor. A pressure regulator connected in this connection is then used to produce substantially constant negative pressure in the crankcase.

Denna kända typ av system fungerar emellertid inte vid användande av ovannämnda slag av avgasbromsning, eftersom undertrycket mellan luftñltret och kompressoms luftinlopp då blir alltför litet (p. g.a. det strypta avgasﬂödet till turbokompressoms avgasturbin) samtidigt som gasﬂödet i vevhusventilationen blir stort (p. g.a. ökat blow-by-gasﬂöde förbi kolvringama, axeltätningar i turbon och avgasventilstymingarna).However, this known type of system does not work when using the above-mentioned type of exhaust braking, because the negative pressure between the air filter and the compressor air inlet then becomes too small (due to the throttled exhaust flow to the turbocharger exhaust turbine) while the gas flow in the crankcase ventilation becomes large (due to increased blow-by). gas ﬂ fate past the piston rings, turbo shaft seals and exhaust valve controls).

Uppﬁnningens ändamål Ett huvudändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett arrangemang som säkerställer undertryck i vevhuset också vid motorbromsning (avgasbromsning) hos en överladdad förbränningsmotor med sluten vevhusventilation.Object of the invention A main object of the present invention is to provide an arrangement which ensures negative pressure in the crankcase also during engine braking (exhaust braking) of a supercharged internal combustion engine with closed crankcase ventilation.

Ett därmed sammanhängande, ytterligare ändamål är att erbjuda en konstruktiv lösning som förhindrar att oljebemängd vevhusgas riskerar att dras in i stora delar av inloppssystemet, speciellt vid avgasbromsning då ju ﬂödet av vevhusgas i vevhus- 30 ventilationen är särskilt stort. 10 15 20 to Un 30 . , . . f s 521 097 Redogörelse för uppfinningen Ovannämnda ändamål uppnås, vid ett arrangemang av det inledningsvis angivna slaget, därigenom att arrangemanget uppvisar de i patentkravets l kännetecknande del angivna särdragen. Vidareutvecklingar av arrangemanget kan dessutom uppvisa de i kraven 2-7 angivna särdragen.A related, further object is to offer a constructive solution which prevents oil-laden crankcase gas from being drawn into large parts of the inlet system, especially during exhaust braking when the flow of crankcase gas in the crankcase ventilation is particularly large. 10 15 20 to Un 30. ,. . Description of the invention The above-mentioned object is achieved, in an arrangement of the kind stated in the introduction, in that the arrangement has the features stated in the characterizing part of claim 1. Furthermore, further developments of the arrangement may exhibit the features set forth in claims 2-7.

Utmärkande för uppfinningen är således att för säkerställande av undertryck i vevhuset också vid motorbromsning är för återledning av vevhusgaser från vevhuset till inloppsröret anordnad en ventilationsledning som sträcker sig från vevhusets inre till en anslutningspunkt i luftinsugningskanalen mellan luftfiltret och kompressorns luftinlopp. I denna ventilationsledning är i serie inkopplade en oljefälla, en tryckregulator och en tvåvägsförgrening eller tvåvägsventil vars ena utlopp/utloppsport står i förbindelse med nämnda anslutningspunkt via ventilationsledningen, medan dess andra utlopp/utloppsport via en backventil står i förbindelse med inloppsröret.Characteristic of the invention is thus that in order to ensure negative pressure in the crankcase also during engine braking, a return line is arranged for returning crankcase gases from the crankcase to the inlet pipe which extends from the interior of the crankcase to a connection point in the air intake duct between the air filter and the compressor air inlet. An oil trap, a pressure regulator and a two-way branch or two-way valve are connected in series in this ventilation line, one outlet / outlet port of which is connected to said connection point via the ventilation line, while its other outlet / outlet port is connected to the inlet pipe via a non-return valve.

Om tryckfallet i ledningen mellan ventil och luftinlopp till motorn har anpassat tryckfall torde det inte vara nödvändigt med en tvåvägsventil, utan man kan då nöja sig med en tvåvägsförgrening, exempelvis ett T-rörstycke. I ett dylikt fall är det lämpligt att anordna en backventil vid anslutningspunkten i luftinsugningskanalen.If the pressure drop in the line between the valve and the air inlet to the engine has adapted pressure drop, it should not be necessary to have a two-way valve, but one can then be satisfied with a two-way branch, for example a T-pipe section. In such a case, it is convenient to arrange a non-return valve at the connection point in the air intake duct.

Speciellt när motorbromsningen sker medelst aktivering av en särskild avgasbroms nedströms avgasventilerna kan det vara svårt och i vissa fall omöjligt att erhålla tillräckligt undertryck i inloppsröret. Detta problem kan emellertid effektivt lösas medelst ett omställbart spjäll som är inkopplat i laddluftmatarförbindelsen mellan laddluftkylarens luftutlopp och inloppsröret. Detta spjäll är då inrättat att kunna stängas vid släpning och avgasbromsning. Genom aktivering av detta spjäll kan man i inloppsröret säkerställa ett undertryck som är tillräckligt för att vevhusgasema (blow-by-gasema) via tvåvägsventilen skall kunna ledas direkt till inloppsröret. En väsentlig fördel med att på detta sätt leda vevhusgasema direkt in till cylindrama är att man då effektivt undviker att olja som förs med av de oljebemängda vevhusgaserna medföljer dessa och avsätts i kompressorn samt i den efterföljande laddluftkylaren. Den i ventilationsledningen uppströms tvåvägsventilen 521 097 ïi§f;{¿¿¿}ß inkopplade oljefällan är företrädesvis ett oljeavskiljningsfilter, som lämpligen är hopbyggt med tryckregulatom till en enhet.Especially when the engine braking takes place by activating a special exhaust brake downstream of the exhaust valves, it can be difficult and in some cases impossible to obtain sufficient negative pressure in the inlet pipe. However, this problem can be effectively solved by means of an adjustable damper which is connected in the charge air supply connection between the air outlet of the charge air cooler and the inlet pipe. This damper is then designed to be able to be closed during towing and exhaust braking. By activating this damper, a negative pressure can be ensured in the inlet pipe which is sufficient for the crankcase gases (blow-by-gases) to be able to be led directly to the inlet pipe via the two-way valve. A significant advantage of directing the crankcase gases directly into the cylinders in this way is that it is then effectively avoided that oil carried by the oil-laden crankcase gases accompanies them and is deposited in the compressor and in the subsequent charge air cooler. The oil trap connected in the ventilation duct upstream of the two-way valve 521 097 ïi§f; {¿¿¿} ß is preferably an oil separation filter, which is suitably assembled with the pressure regulator into a unit.

Den närrmda backventilen i förbindelsen mellan tvåvägsventilens andra utloppsport och 5 inloppsröret kan lämpligen omfatta en eller ﬂera fjädrande bladventiler av reed- ventiltypen. Denna eller dessa backventiler har till uppgift att säkerställa att ingen laddluft läcker ut från inloppsröret till ventilationsledningen vid normal drift av motom, d.v.s. när någon avgasbromsning inte förekommer. 10 Arrangemanget enligt uppfinningen är användbart vid såväl överladdade dieselmotorer som överladdade ottomotorer.The proximal non-return valve in the connection between the second outlet port of the two-way valve and the inlet pipe may suitably comprise one or more resilient blade valves of the reed valve type. This or these non-return valves have the task of ensuring that no charge air leaks out of the inlet pipe to the ventilation line during normal operation of the motor, i.e. when no exhaust braking occurs. The arrangement according to the invention is useful with both supercharged diesel engines and supercharged otto engines.

Kort beskrivning av ritningsﬁguren 15 Ett arrangemang enligt uppfinningen kommer nu nedan att beskrivas närmare och förklaras ytterligare under hänvisning till den bifogade ritningen. Därvid visar: Fig. 1 den enda ritningsfiguren mycket schematiskt hur de i arrangemanget ingående komponenterna och enhetema är anordnade och inbördes hopkopplade och anslutna till en ﬂercylindrig förbränningsmotor. 20 Beskrivning av utföringsexempel I Fig. 1 är en med 2 allmänt betecknad överladdad förbränningsmotor schematiskt visad i planvy. I ena änden av motorn 2 finns en kylfläkt 4, och i motorns motsatta, andra ände en 25 svänghjulskåpa 6. På motorns ena sida finns ett inloppsgrenrör 8 genom vilket luft tillförs motorns cylindrar, och på motoms motsatta sida finns ett avgasgrenrör 10 som tar emot avgaserna från cylindrarna och leder dessa vidare till motorns här icke visade avgassystem. En större eller rnindre del av energin hos avgasema från avgasgrenröret 10 tas till vara genom att de tvingas strömma genom turbindelen 12 hos en avgasdriven 30 turbokompressor 14, vars kompressordel är betecknad 16. 521 097 Lufttillförselsystemet vid den visade, överladdade motorn 2 omfattar en med ett luftfilter försedd luftrenare 18 genom vilken luft från den omgivande atmosfären insuges i lufttillförselsystemets rörformiga luftinsugningskanal 20, som är ansluten till kompressoms luftinlopp 22. Från kompressorns 14 luftutlopp 24 leds den trycksatta luften 5 vidare genom en rörledning 26 ansluten till en laddluftkylare 28 från vilkens luftutlopp 30 den komprimerade och kylda laddluften sedan genom ett tillförselrör 32 leds till motorns inloppsgrenrör 8 via ett i tillförselröret inkopplat strypspjäll 34. Detta spjäll är företrädesvis ett tryckluftservomanövrerat vridspjäll av trottel-typ, vilket kan stängas vid släpning och avgasbromsning för att i inloppsröret säkerställa ett undertryck som är 10 tillräckligt för att de i motorns vevhus från cylindrarna utläckande blow-by-gasema skall kunna återledas direkt till inloppsgrenröret 8. Strypspjället 34 säkerställer med andra ord att trycket i inloppsgrenröret 8 kommer att svänga kring atmosfärstrycket. Vid avgasbromsning är trycket i inloppsgrenröret 8 nära noll, och när cylindramas inloppsventiler öppnar uppkommer ett undertryck som utbreder sig i inloppsröret. Det är 15 just detta undertryck som vid avgasbromsning kan användas för att "suga ut" vevhusavgaserna från vevhuset genom den ventilationsledning 36 som nu kommer att beskrivas nedan.Brief Description of the Drawing Figure An arrangement according to the invention will now be described in more detail below and further explained with reference to the accompanying drawing. In this case: Fig. 1 shows the only drawing figure very schematically how the components and units included in the arrangement are arranged and interconnected and connected to a four-cylinder internal combustion engine. Description of exemplary embodiments In Fig. 1, an overcharged internal combustion engine generally designated 2 is schematically shown in plan view. At one end of the engine 2 there is a cooling fan 4, and at the opposite end of the engine a flywheel housing 6. On one side of the engine there is an inlet manifold 8 through which air is supplied to the engine cylinders, and on the opposite side of the engine there is an exhaust manifold 10 which receives the exhaust gases from the cylinders and leads these on to the exhaust system of the engine not shown here. A larger or smaller part of the energy of the exhaust gases from the exhaust manifold 10 is utilized by forcing them to flow through the turbine part 12 of an exhaust-driven turbocharger 14, the compressor part of which is designated 16. The air supply system of the shown supercharged engine 2 comprises a air filter equipped with air purifier 18 through which air from the ambient atmosphere is sucked into the tubular air intake duct 20 of the air supply system, which is connected to the air inlet 22 of the compressor. the compressed and cooled charge air is then led through a supply pipe 32 to the inlet manifold 8 of the engine via a throttle damper 34 connected in the supply pipe. which is sufficient for the blow-by gases leaking in the engine crankcase from the cylinders to be able to be returned directly to the inlet manifold 8. In other words, the throttle damper 34 ensures that the pressure in the inlet manifold 8 will fluctuate around the atmospheric pressure. During exhaust braking, the pressure in the inlet manifold 8 is close to zero, and when the inlet valves of the cylinders open, a negative pressure arises which propagates in the inlet pipe. It is precisely this negative pressure which during exhaust braking can be used to "suck out" the crankcase exhaust gases from the crankcase through the ventilation line 36 which will now be described below.

För att möjliggöra återledning av vevhusgaser från vevhuset till inloppsgrenröret 8 samt 20 för att säkerställa undertryck i vevhuset också vid avgasbromsning (motorbromsning) är det anordnat en ventilationsledning 36 som sträcker sig från ett vevhusgasutlopp 38 till en anslutningspunkt 40 i luftinsugningskanalen 20 mellan luftrenaren 18 och kompressorns 14 luftinlopp 22. I denna ventilationsrörledning 36 ingår, sett i strömningsriktningen, en med en oljefälla samordnad tryckregulator samt en omställbar tvåvägsventil 42. Den 25 såsom ett oljeavskiljningsñlter lämpligen utförda oljefällan är företrädesvis hopbyggd med nämnda tryckregulator till en kontrollenhet 44.To enable crankcase gases to be returned from the crankcase to the inlet manifold 8 and 20 to ensure negative pressure in the crankcase also during exhaust braking (engine braking), a ventilation duct 36 is provided extending from a crankcase outlet 38 to a connection point 40 in the air intake duct 20 between the air cleaner 14 ventilation inlet 22. This ventilation pipeline 36 includes, seen in the direction of flow, a pressure regulator coordinated with an oil trap and an adjustable two-way valve 42. The oil trap suitably designed as an oil separating filter is preferably assembled with said pressure regulator to a control unit 44.

Tvåvägsventilen 42 har en första utloppsport 46 och en andra utloppsport 48. Vid normal drift (d.v.s. vid icke aktiverad avgasbromsning eller motorbromsning) leds vevhusgaserna 30 via kontrollenheten 44 och den efterföljande tvåvägsventilen 42 från dennas utlopp 46 till anslutningspunkten 40 via den nedströms ventilen 42 belägna delen av ventilationsrörledningen 36. 10 15 20 521 097 Via ventilens 42 andra utloppsport 48 kan de från vevhusgasutloppet 38 kommande vevhusgasema i stället återföras direkt till inloppsgrenröret 8 via en slang eller röriedning 50 vars nedströmsände är ansluten till inloppsgrenröret 8 genom en backventil 52. Denna backventil förhindrar att laddluft i inloppsgrenröret 8 läcker ut via rörledningen 50 vid normal drift av motorn 2 då avgasbromsning inte sker och trycket i inloppsgrenröret 8 är betydligt högre än vevhusgasernas tryck inuti vevhuset och därmed i ventilationsrörledningen 36. Backventilen 52, som således endast tillåter strömming i riktning från ventilen 42 till det inre av inloppsgrenröret 8, ornfattar lämpligen en eller ﬂera förspända, fjädrande bladventilelement av reed-ventiltyp.The two-way valve 42 has a first outlet port 46 and a second outlet port 48. During normal operation (ie in case of inactivated exhaust braking or engine braking) the crankcase gases 30 are led via the control unit 44 and the subsequent two-way valve 42 from its outlet 46 to the connection point 40 of the ventilation pipeline 36. Via the second outlet port 48 of the valve 42, the crankcase gases coming from the crankcase gas outlet 38 can instead be returned directly to the inlet manifold 8 via a hose or pipe 50 whose downstream end is connected to the inlet manifold 8 through a non-return valve 52. that charge air in the inlet manifold 8 leaks out via the pipeline 50 during normal operation of the engine 2 when exhaust braking does not take place and the pressure in the inlet manifold 8 is significantly higher than the pressure of the crankcase gases inside the crankcase and thus in the ventilation pipeline 36. venti 42 to the interior of the inlet manifold 8, suitably comprises one or more prestressed spring valve type spring valve elements.

När strypspjället 34 stängs omställs tvåvägsventilen 42 så att vevhusgasema återförs till inloppsgrenröret 8 via ledningen 50 och backventilen 52. Samma signal som används till att styra/omställa spjället 34 kan exempelvis användas till att styra/omställa tvåvägsventilen 42. När strypspjället 34 är öppet leds vevhusgaserna via ventilens 42 utlopp 46 till anslutningspunkten 40 i kompressorns 16 insugningskanal 20.When the throttle 34 is closed, the two-way valve 42 is switched so that the crankcase gases are returned to the inlet manifold 8 via the line 50 and the non-return valve 52. via the valve 46 outlet 46 to the connection point 40 in the intake duct 20 of the compressor 16.

Uppñnningen kan inom ramen av bifogade patentkrav modifieras och utformas på andra sätt än vad som angivits i beskrivningsexemplet. Exempelvis kan strypspjället 34 i stället för att placeras efter laddluftkylaren 28 placeras före laddluftkylaren, vilket i figuren är antytt med ett streckat strypspjäll 34b.The invention can be modified and designed in other ways than those specified in the description example within the scope of the appended claims. For example, instead of being placed after the charge air cooler 28, the throttle damper 34 can be placed before the charge air cooler, which in the figure is indicated by a dashed throttle damper 34b.

Den beskrivna backventilen 52, eller ledningen mellan backventilen 52 och ventilen 42, kan i en vidareutvecklad utföringsform vara försedd med en säkerhetsventil, med syfte att förhindra att laddluft inleds bakvägen från luftinloppet 8 till ventilationsledningen 26 i det fall att backventilens 52 funktion upphör. Denna säkerhetsventil kan lämpligen vara utformad som en backventil.The described non-return valve 52, or the line between the non-return valve 52 and the valve 42, may in a further developed embodiment be provided with a safety valve, in order to prevent charging air from entering the back path from the air inlet 8 to the ventilation line 26 in the event that the non-return valve 52 ceases. This safety valve can suitably be designed as a non-return valve.

Om tryckfallet i ledningen 36 mellan ventilen 42 och luftinloppet 20 har anpassat tryckfall torde det inte vara nödvändigt med en tvåvägsventil, utan man kan då nöja sig med en 30 tvåvägsförgrening, exempelvis ett T-rörstycke. lett dylikt fall är det 521 097 lämpligt att anordna en backventil vid anslutningspunkten 40 i luftinsugningskanalen 20, vilken backventil med fördel integreras med övriga delar ingående i anslutningspunkten 40.If the pressure drop in the line 36 between the valve 42 and the air inlet 20 has adapted pressure drop, it should not be necessary to have a two-way valve, but one can then be satisfied with a two-way branch, for example a T-pipe section. In such a case, it is convenient to arrange a non-return valve at the connection point 40 in the air intake duct 20, which non-return valve is advantageously integrated with other parts included in the connection point 40.

Claims

5 10 15 20 25 30 521 097 Patent claims

An arrangement for a supercharged internal combustion engine (2) with closed crankcase ventilation, which arrangement serves to create a negative pressure in the engine crankcase, wherein a turbocharger (16) driven by the engine exhaust sucks air through an air filter (18) via an air inlet duct (20) and thus supplying pressurized air to the engine inlet pipe (8) via a charge air cooler (28), and that for returning crankcase gases from the crankcase to the inlet pipe (8) a ventilation duct (36) is provided extending from the interior of the crankcase (38) to a connection point ( 40) in the air intake duct (20) between the air filter (18) and the compressor air inlet (22), characterized in that to ensure negative pressure in the crankcase also during engine braking, an adjustable damper (34) is connected in a charge air supply connection (32) and in the ventilation line (36) an oil trap (44), a pressure regulator (44) and a two-way branch or two-way valve (42) are connected in series, one of which outlet ports (46) is connected lse with said connection point (40) via the ventilation line (36), while its second outlet port (48) is connected to the inlet pipe (8) via a non-return valve (52).

Arrangement according to Claim 1, characterized in that the adjustable damper (34) is connected in a charge air supply connection (32) between the air outlet (30) of the charge air cooler (28) and the inlet pipe (8).

Arrangement according to Claim 1, characterized in that the adjustable damper (34b) is connected in a pipeline (26) between the air outlet (24) of the compressor and the air inlet of the charge air cooler (28).

Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the non-return valve in the connection (50) between the second outlet port (48) of the two-way valve (42) and the inlet pipe (8) consists of a valve unit (52) preferably comprising at least one resilient reed leaf valve valve type, which prevents charge air outflow from the inlet pipe (8) to the two-way valve (42). 521 097

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the oil trap in the ventilation line (36) from the crankcase consists of an oil separating filter, which is preferably assembled with the pressure regulator into a unit (44). 5

Arrangement according to Claim 2 or 3, characterized in that the damper is a servo-operated throttle valve (34, 34b) of the rotary damper type.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the two-way branch with two outlets (46, 48) used instead of the two-way valve (42) consists of a constantly open two-way connection in the form of a T-pipe section.

Arrangement according to Claim 7, characterized in that a non-return valve is arranged in the connection between the two-way branch and the air intake duct (20), advantageously at the connection point (40). 15

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (2) is a four-stroke engine, preferably a diesel engine.