SE521615C2 - Förbränningsmotor - Google Patents

Description

lO l5 20 25 30 35 . , . . . , Genom att under en vald driftsperiod kunna hälla bestämda avgasventiler stängda blir det möjligt att styra ett annars uppdelat avgasflöde så att det åtminstone periodiskt leds en annan väg än den normala. Detta kan med fördel utnyttjas i samband med start, medan motorn ännu är kall. Härigenom kan en liten katalysator matas med alla avgaser vid start och därigenom snabbt värmas upp och bli effektiv. Vid varm motor öppnas de tidigare stängda ventilerna, så att en normal uppdelning av avgasflödet erhålls.

För att de avgasventiler som kan öppna medan de andra hålls stängda skall kunna hantera avgasflödet kan de under denna driftperiod ha en större öppningsgrad än under övrig drift, och dessutom kan de under denna driftperiod öppna tidigare än under övrig drift.

Ytterligare särdrag och fördelar vid lösningen enligt uppfinningen framgår av beskrivning och övriga patentkrav.

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

Figurbeskrivning På ritningen visar: fig. l schematiskt en förbränningsmotor enligt uppfinning- en, fig. 2 visar en för turboladdning utförd motor, fig. 3 visar ett ventildiagram för avgasventilerna vid en motor enligt fig. l och 2, i kallt tillstànd, fig. 4 motsvarar fig. 3, men visar i stället en varm motor, och fig. 5 och 6 visar olika arrangemang för ventilmanövrering.

Beskrivning av utförinqsexempel Fig. l visar schematiskt en flercylindrig förbränningsmotor 1 enligt uppfinningen. Motorns cylindrar har vardera åt- lO 15 20 25 30 35 LN ßâ ....\ k; _; _51 minstone två avgasventiler 2 och 3. Från cylindrarnas första avgasventiler 2 leds avgas ut till en för cylindrar- na gemensam, första avgassamlare 4. Från cylindrarnas andra avgasventiler 3 leds avgas ut till en för cylindrarna gemensam andra avgassamlare 5. Den första avgassamlaren 4 står i förbindelse med en första katalysator 10 via en första avgasledning 11, och den andra avgassamlaren 5 är ansluten till den första katalysatorn 10 via en andra avgasledning 12 i vilken det finns en andra katalyastor 13.

Nedströms om den första katalysatorn 1O finns på sedvanligt sätt en eller flera ljuddämpare (ej visade).

Fig. 2 visar motorn i fig. 1 utrustad för överladdning med hjälp av en via en avgasdriven turbin driven kompressor.

Avgasturbinen 14 är i detta fall inkopplad i avgasledningen 11 och matas således från den första avgassamlaren 4 och de första avgasventilerna 2. En av avgasturbinen 14 driven kompressor 15 förser motorn med laddluft, som kyls i en mellankylare 16 innan den matas in i motorn på konventio- nellt sätt (ej närmare visat).

Vid start av motorn 1, och så länge denna ännu är kall, hålls de första ventilerna 2 stängda och all avgasutmatning sker via de andra ventilerna 3, som via den andra avgassam- laren 5 matar alla avgaser till den andra katalysatorn 13.

I samband med start erfordras inte toppeffekt från motorn, varför den andra katalysatorn 13 kan dimensioneras för ett relativt litet avgasflöde och placeras nära eller mycket nära motorn. Härigenom kan den snabbt värmas upp och få god funktion, så att en effektiv avgasrening uppnås mycket snabbt vid start. Under tiden som den andra katalysatorn 13 arbetar värms den första katalysatorn lO upp. Efter en tidrymd av ca 30 s från start är den normalt funktions- duglig. Då den första katalysatorn 10 sålunda blivit varm, sätts de första avgasventilerna 2 i drift, så att de kan mata ut avgaser till den första avgassamlaren 4 och däri- lO l5 20 25 30 35 .= I... 1' 7"! Fx) -à O\ »à .fl frän vidare till den första katalysatorn 10. En viss andel av avgasflödet kan även i fortsättningen passera den andra katalysatorn 13 på väg till den första katalysatorn 10.

I exemplet enligt fig. 2 utnyttjas avgasenergin för drift av en avgasturbin 14, men i övrigt är funktionen densamma som för motorn i fig. 1.

Styrningen av avgasventilerna i varje cylinder kan ske på flera olika sätt för att uppnå önskad funktion och önskad proportion mellan olika avgasflöden. En nackdel med att under en period hälla de första avgasventilerna stängda är att motoreffekten begränsas under denna period. Denna nackdel är dock normalt liten i jämförelse med vinsten i fråga om bättre renade avgaser.

En för utförandet enligt fig. 2 lämpad styrning av avgas- ventilerna 2 och 3 visas i fig. 3, kall motor, och fig. 4, varm motor. I vardera figuren representerar det vänstra diagrammet a) den första avgasventilen 2, medan det högra diagrammet b) representerar den andra avgasventilen 3. I varje diagram anger A kolvens övre dödläge, B kolvens undre dödläge, C öppningsläge för avgasventilen, D stängningsläge för avgasventilen och E öppethållande för avgasventilen.

Såsom framgår hålls vid kall motor enligt fig. 3 den första avgasventilen 2 (fig. 3a) stängd, medan den andra avgasven- tilen 3 (fig. 3b) öppnar vid C, ca 30° före det undre dödläget B och hålls öppen till D, ca 15° efter det övre dödläget A. All avgasutmatning sker således via den andra avgasventilen 3 under ett långt öppethållande E, ca 225°. enligt fig. 4, träder den första avgasven- tilen 2 (fig. 4a) i funktion och öppnar vid C, ca 45° före det undre dödläget B, och hålls öppen till D, ca 30° före 15 20 25 30 521615 det övre dödläget A. Öppethållandet E är således i detta fall ca l95°, men är beroende av det antal cylindrar som är anslutna till avgassamlaren. De angivna vinkelvärdena är endast ett exempel vid en fyrcylindrig motor. Den andra avgasventilen 3 (fig. 4b) öppnar nu något senare än tidigare, nämligen vid C, ca 30° efter det undre dödläget B, och hålls öppen lika länge som tidigare nämligen till D, ca l5° efter det övre dödläget A. Genom denna uppdelning av öppethållandet mellan ventilerna 2 och 3 erhålls en effektiv tryckmatning till turbinen 14, samtidigt som avgaser med lågt tryck leds förbi turbinen till atmosfären via en eller flera katalysatorer och ljuddämpare.

En speciell fördel vid utförandet enligt fig. 2 är att vid start undviks den stora värmesänka som den kalla turbinen 14 utgör, och en snabbt aktiverad andra katalysator 13 kan utnyttjas initialt medan den ordinarie, första katalysatorn 10 värms upp. Uppdelningen av avgasperioden medför även andra fördelar, såsom t.ex. förbättrad tömning av cylin- dern.

För att vid kall motor kunna hantera ett tillräckligt stort avgasflöde är det ändamålsenligt om den andra avgasventilen vid kall motor kan öppna mer, dvs. ha en större lyftrörel- se, än vid varm motor.

Eftersom den största delen av avgasmängden vid höga effekter passerar genom huvudkatalysatorn, kan den andra katalysatorn 13 kan lämpligen utformas för att kunna hantera ca 20-25% av det maximala avgasflödet vid fullast för motorn. Den bör ändå placeras så nära motorn som möjligt för att få snabb uppvärmning.

Vid en konventionell motor utnyttjas normalt separata, enkla kammar på en gemensam kamaxel för att manövrera de lO l5 20 25 30 35 521 615 båda avgasventilerna 2 och 3 via en ventillyftare för vardera ventilen. Dessa ventiler har då fasta ventiltider.

Omställbarhet för avgasventilerna 2 och 3 kan uppnås på ett anta olika sätt med hjälp av känd utrustning för ända- målet. Exempel på möjliga utföranden för omställbarhet visas i fig. 5 och 6.

I fig. 5 visas ett arrangemang där en omställbar ventillyf- tare 30 påverkas av ett kamorgan 35 på en kamaxel 38.

Ventillyftaren 30 har en inre del 31 och en yttre del 32, som kan vara lästa inbördes i axiell led (fig. 5a och 5c) eller vara inbördes rörliga i axiell led (fig. 5b). Kamor- ganet 35 utgörs av en central kam 36 och två på vardera sidan om denna belägna yttre kammar 37, Funktionen är följande: I fig. 5a hålls avgasventilen 2 i stängt läge genom att topparna på samtliga kammar 36, 37 är vända uppåt, bort frän ventillyftaren 30. I fig. Sb har kamaxeln 38 roterat ett halvt varv, så att topparna på kammarna 36, 37 är vända nedåt för att påverka ventillyftaren 30. Denna befinner sig här i ett inställningsläge där den yttre delen 32 är för- skjutbar relativt den inre delen 31 som är ansluten till ventilen 3. Resultatet blir att de yttre kammarna 37 kan förskjuta den yttre delen 32 relativt den inre delen 31, som endast påverkas av den centrala kammaren 36 och här öppnar ventilen 2 något.

I fig. 5c befinner sig kamaxeln 38 och kamorganet 35 i samma vridningsläge som i fig. Sb, men den inre delen 31 och den yttre delen 32 i ventillyftaren 30 är här låsta inbördes. Resultatet blir att kamorganet 35 via de yttre kammarna 37 och den yttre delen 32 i ventillyftaren 30 trycker ned ventillyftaren 30 så att ventilen 2 öppnas.

(Il 10 F' U 1 20 30 35 i. «,-.. 5:21 615 §:.- 1 Den inbördes läsningen mellan den inre delen 31 och den yttre delen 32 i ventillyftaren 30 regleras på hydraulisk väg i ventillyftaren, via oljekanaler (ej visade) i anslut- ning till ventillyftaren. Genom val av kamform och inbördes förskjutning mellan olika kammar kan ventilen styras efter önskemål.

I fig. 6 visas ett arrangemang av en annan typ där en kam 40 på en ej närmare visad kamaxel påverkar en avgasventil 2 via en kontaktarm 41 vars ena ände 42 kan ställas in i olika höjdlägen medelst ett ställdon 43 placerat i cylin- derhuvudet.

I fig. 6a befinner sig änden 42 på kontaktarmen 41 i sitt lägsta läge, som är så valt att ventilen 2 förblir stängd då toppen pà kammen 40 ligger an mot kontaktarmen 41. I fig. 6b däremot har med hjälp av ställdonet 43 änden 42 höjts till ett läge där ventilen 2 öppnar då toppen på kammen 40 ligger an mot kontaktarmen 41. Öppningsgraden på ventilen 2 kan varieras genom att pä hydraulisk väg ställa in änden 42 i olika höjdlägen. Genom att ändra form och läge pà kammen 40 är det möjligt att också ändra tidpunkten för öppnande och stängande av ventilen 2 enligt behov och önskemål.

De i fig. 5 och 6 visade utrustningarna tillhandahålls på marknaden av det tyska företaget INA Motorenelemente Schaeffler KG och har därför endast beskrivits schematiskt. Även andra utföranden är möjliga för att uppnå den enligt uppfinningen eftersträvade ventilfunktionen.

I stället för att hålla avgasventilerna 22 stängda en tid efter start vore det också möjligt att kunna stänga deras utlopp, d v s den första avgasledningen 11, medelst en ventil, som kan öppnas och stängas för att uppnå den önskade fördelningen av avgasflödet. Exempel pä ett sådant 5-21 615 arrangemang visas i Fig. 1 och 2, där en ventil 30 har monterats i den första avgasledningen ll. Vid arrangemanget i Fig. 2 kan ventilen 30 lämpligen vara monterad uppströms om avgasturbinen 14, men även en placering 30' nedströms om avgasturbinen 14 är möjligt. Den visade ventilen 30 kan med fördel vara elektriskt styrd och skall naturligtvis under huvuddelen av motorns drift stå i öppet läge.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 Patentkrav

1. Förbränningsmotor med åtminstone två avgasventiler (2, 3) per cylinder, där åtminstone en första avgasventil (2) i varje cylinder är förbunden med en första katalysator (10), och där åtminstone en andra avgasventil (3) i varje cylin- der är förbunden med den första katalysatorn (10) via en uppströms om denna anordnad andra katalysator (13), varvid de första avgasventilerna (2) eller deras utlopp är anord- nade att kunna hållas stängda under en vald driftperiod för motorn i samband med start, medan motorn ännu är kall, var- vid all avgasutmatning under denna driftperiod sker via de andra avgasventilerna (3), kännetecknad av att de andra avgasventilerna (3) är anordnade att under den valda driftperioden ha en större öppningsgrad än under övrig drift.

2. Förbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att de andra avgasventilerna (3) är anordnade att under den valda driftperioden öppna tidigare än under övrig drift.

3. Förbränningsmotor enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att de första avgasventilerna (2) är anordnade att under -övrig drift öppna tidigare och stänga tidigare än de andra avgasventilerna (3).

4. Förbränningsmotor enligt krav 3, kännetecknad av att de första avgasventilerna (2) är anordnade att under övrig drift öppna innan kolven når sitt undre dödläge.

5. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-4, känneteck- nad av att de första avgasventilerna (2) via en första avgassamlare (4) är anslutna till en avgasturbin (14) i en turbokompressor för överladdning av motorn.