SE521795C2 - Ventilanordning - Google Patents

Description

'-30 - » » = « I 521 795 2 i samma riktning, blir styrtryckets reglertryckoniråde endast ca hälften av medietryckets tryckintervall, vilket medför ytterligare minskning av upplösning och noggrannhet.

I det andra exemplet är reglerfuriktionen omvänd, så att ventilen arbetar i motsatt riktning, dvs den stänger automatiskt vid medietryck i utrymmet, men måste öppnas med stymyck- et. Detta system är emellertid helt instabilt, eftersom exempelvis en störning, som leder till att medietrycket i utrymmet ökar, även ökar ventilens stängningskraft, vilken omedel- bart måste sänkas genom en ökning av styrtrycket. System med denna fimktion är mycket svåra att precisionsstyra.

Ett generellt syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en ventilanordning av i inledningen angivet slag, vilken hålles stängd under inverkan av fjäderkraft utan tillförsel av styrtryckmedium upp till ett förutbestämt medietryck och genom vilken, vid tillförsel av styrtryckmedium med tryck inom ett förutbestämt intervall, medietryck kan upprätt- hållas, som är lägre än nämnda förutbestämda medietryck, varvid ventilens uppbyggnad skall vara sådan, att reglernoggrannheten blir praktiskt taget oberoende av fjädertoleranser och inspänningskrafter, och medietrycket ökar med tillagande styrtryck inom nämnda in- tervall.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en ventilanordning av i inledningen angivet slag, som är särskilt avsedd att reglera laddlufttrycket i en insug- ningsledning från en turbokompressor på en överladdad fyrtakts förbränningsmotor av turbocompoundtyp, som i avgasledningen mellan motorns avgasutlopp och dess laddtur- bin är försedd med strypventilorgan.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att kolven och ventilkroppen är rörliga relativt varandra och belastade i riktning från varandra av styrtryckmediet, att första fiäderele- ment via kolven belastar ventilkroppen mot stängt läge, att andra tjäderelement belastar ventilkroppen mot öppet läge och att fiäderkraftema hos de första och andra fjäderele- menten samt kolvarean och ventilkroppens mot det gasformiga mediet exponerade area är | ~ « ~ .- 521 795 3 H 1.. .H Ü så valda, att det första fjäderelementet i frånvaro av styrtryckmedium håller ventilkroppen i stängt läge tills ett förutbestämt maximitryck uppnåtts i nämnda utrymme och att ventil- kroppen vid tillförsel av styrtryckmedium med tryck inom ett förutbestärnt tryckintervall öppnar ventilen för att upprätthålla ett av styrtrycket beroende gasmedietryck inom ett intervall, vars övre gräns är lägre än nämnda maximitryck.

Vid användning av en sådan ventil som laddluftnyckregleringsventil i en turboladdad för- bränningsmotor med avgasbromsfimktion har ventilen en första funktion i motordrift och en andra funktion i bromsdrift. I motordrift hålls ventilen stängd av fiäderkraft upp till maximalt tillåtet laddlufttryck och öppnar därefter under inverkan av laddlufttrycket och begränsar detta. Under motorbromsning tillföres styrtryckluft först upp till en trycknivå, som balanserar fjäderorganens stängningskraft. Genom att sedan öka stymycket under motorbromsning från balanseringstrycket och upp till en övre förutbestämd styrtryclcrrivå kan laddluftírycket under motorbromsning varieras inom ett för optimal motorbromsning avpassat intervall.

Genom att härvid välja fjäderkraftema och närrmda areor, så att styrtryckets tryckintervall får en övre gräns, som är flera gånger högre än det maximalt tillåtna laddtrycket, uppnås en hög upplösning och stor noggrannhet i regleringen av ventilen.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där figl visar ett schematiskt längdsnitt genom en utföringsform av en ventil enligt uppfinningen särskilt avsedd för reglering av laddlufttryck och i läge för motordrift, fig.2 ventilen i figl i läge för bromsdrift och fig.3 en schematisk framställ- ning av en fyrtakts turbocompoundmotor med en ventil enligt uppfinningen.

I fig.l och 2 visas en utföringsfonn av en generellt med l betecknad ventil enligt uppfm- ningen, vilken har ett ventilhus la med en öppning 2, som myimar i ett utrymme 3, vilket kan vara det inre av insugningsgrenröret 3 hos den i fig.3 generellt med 4 betecknade motom, som är en sexcylindrig fyrtakts dieselmotor av turbocompoundtyp. Öppningen 2 har ett koniskt ventilsäte 5, mot vilket en ventiltallrik 6 med motsvarande konisk kant 7 íïfi '30 @ . X . . v 521 795 4 .. ti; anligger i ventilens stängda läge, såsom visas i fig. 1. Ventiltallriken 6 är fast förbunden med en ventilspindel 8, vilken är förskjutbart lagrad i en central ventilkropp 9. Mellan en fläns Sa på spindeln 8 och en ändyta 10 på den centrala ventilkroppen 9 är en skruvfiäder 11 inspänd, vilken belastar spindeln 8 och därmed ventiltalhiken 6 i riktning från ventil- sätet 5, dvs i öppningsriktriingen. I ett cylindriskt utrymme 12 i den centrala ventilkrop- pen 9 är en kolv 13 förskjutbart lagrad, vilken i det visade exemplet är fast förbunden med en kolvspindel 14, som inskjuter i en borrning 15 i ventilspindeln 8. Mellan kolven 13 och en ändyta 16 på huset 1 är en skruvfiäder 17 inspänd, som via kolven 13 och kolv- spindelns 14 ändyta belastar ventilspindeln 8 och därmed ventiltalhiken 6 mot stängt lä- ge. Huset 1 uppvisar ett inlopp 20 för tryckrnedium, företrädesvis tryckluft, som myrmar i det cylindriska utrymmet 12 på den sida om kolven, som är motsatt tjädeml7. Huset 1 har ett utlopp 21 mot atmosfären, som via en öppning 22 i den centrala ventilkroppen 9 och ventilöppningen 2, kan förbindas med utrymmet 3.

I fig.3 visas turbocompoundmotom 4 med ventilen 1 enligt uppfinningen för reglering av laddtrycket fiån ett turbokompressoraggregat innefattande ett första turbinsteg 31 och ett andra turbinsteg 32 anslutna till motorns avgasgrenrör 33. Det första turbinsteget 31 är ett litet högtryckssteg, som driver en till motorns insugningsledning 34 ansluten kompressor , medan det andra turbinsteget 32 är ett större lågtryckssteg, som via en transmission 36 är kopplad till motorns vevaxel. Motorn har en schematiskt antydd kompressionsbroms- anordning 37, vilken kan vara av det slag, som visas och beskrivs i SE 466 320, och me- delst vilken motorns cylindrar under den senare delen av irisugriingstakten under den senare delen av kompressionstakten kan förbindas med motorns avgasgrenrör för att öka motorbromseffekten. Motorn har ett avgasgrenrör, som är uppdelat i två delgrenrör 38, vars utgående avgasledningar 39 är sammanförda före inloppet i det första turbinste- get 31. I vardera avgasledningen 39 är en strypventil 40 anordnad, som har ett helt öppet läge och ett strypläge, i vilket ledningens 39 genomströmningsarea är reducerad för att skapa ett mottryck i avgasgrenröret vid motorbromsning. Med strypventilorgan före tur- binsteget 31 och stryparean anpassad till turbinarean kan turbokompressoraggregatet ge överladdning även i bromsdrift. Visserligen tillföres då kolvama arbete från gasen under insugningstakten, men det arbete som kolvama måste utföra mot gasen under kompres- 9504542-3. 521 795 sionstakten blir så mycket högre, att nettoeffekten blir högre bromseffekt. Dessutom cir- kuleras större gasvolymer genom motorn vid överladdning i bromsdrift, vilket innebär att större värmemängder bortföres av gasen, vilket är en fördel jämfört med installationer där värmen huvudsakligen bortledes av kylvattnet.

Strypventilema 40 är on/off ventiler, medan ventilen 1 företrädesvis är en PWM ventil, vilka tillföres tryckluft från en styrventilenhet 41, som styrs av en styrdator 42, i vilken inmatas signaler bl a från en laddtryckgivare 43. För närmare beskrivning av strypventi- lernas uppbyggnad, fimktion och styrning vid olika driftstillstånd hänvisas till SE Nedan beskrives närmare ventilens 1 uppbyggnad, funktion och styrning i anslutning till fig. 1 och 2, där fig.1 visar komponentemas läge vid motordrift och fig. 2 motsvarande vid bromsdrifi. Vid motordrift tillföres ingen tryckluft till inloppet 20, vilket innebär att det inte råder något styrtryck i cylinderrurnmet 12 på kolvens mot ventilspindeln 8 vända sida. Fjädern 17 trycker då via kolven 13, kolvspindeln 14 och ventilspindeln 8 ventiltall- riken 6 mot sitt säte 5. Den enda kraft som belastar ventilen mot stängt läge är således kraften från fjädern 17. I motsatt riktning verkar en kraft som är produkten av ventiltallri- kens 6 area och laddlufttrycket i insugningsgrenröret 3 plus fjädern 11 kraft. F jädrarnas kraft och ventiltallrikens area anpassas härvid till varandra, så att ventilen börjar öppna när ett förutbestämt maximalt tillåtet laddtryck tenderar att överskridas. För den beskrivna motorinstallationen kan ett typisk värde på detta tryck vara ca 2,3 bar övertryck.

Vid övergång till bromsdrift måste laddlufttrycket sänkas. För den beskrivna motorin- stallationen är ett typiskt tryckintervall, inom vilket laddlufttrycket regleras vid broms- drift, ca 0,3-1,l bar övertryck beroende på önskad bromseffekt. Vid övergång till broms- drift tillföres tryckluft till cylinderrummet 12 genom inloppet 20. För att avlasta ventil- spindeln 8 från fjäderns 17 kraft har för den beskrivna motorinstallationen valts kolv-och spindelareor samt fjäderkrafter, så att ett styrtryck på ca 3 bar övemyck ger ett laddtryck på ca 0,3 bar överuyck. Eftersom styrtrycket även verkar på spindeln 8 i ventilens stäng- ningsriktmng med en kraft, som är lika med produkten av styrtrycket och spindelns tvär- 521 795 6 .. .U snittsarea ökar ventilens stängningskrafi och därmed laddtrycket med ökande styrtryck. I det här beskriva exemplet med ett laddluftuyck på 0,3 bar vid ett styrtryck på 3 bar er- hållet det ovan angivna övre gränsvärdet 1,1 bar på laddlufttrycket vid motorbromsning vid ett styrtryck på ca 7,8 bar övertryck.

Med denna direktverkan i bromsdrift blir motorbromssystemet självstabilt, dvs en stör- ning, som exempelvis medför att laddlufttrycket ökar, leder till att ventilen öppnar mer, så att trycket sjunker. Eftersom styrtrycket verkar via ett geometriskt areaförhållande direkt mot laddluftlrycket, blir noggrannheten oberoende av fjädertoleranser med undantag för balanseringsfiädem 1 1, som parallellförskjuter nollpunkten för styrtrycket till 3 bar.

Ventilen enligt uppfinningen är givetvis inte begränsad till den ovan beskrivna använd- ningen som reglerventil för reglering av laddlufttrycket hos en överladdad förbrännings- motor även om dess egenskaper medför särskilda fördelar just för detta ändamål. Den kan givetvis även användas i andra sammanhang, där dess speciella uppbyggnad och fimktion kan komma till nytta.

Claims (8)

10 20 25 fw r , . . .» ~521 795 7 Patentkrav

1. Ventilanordning för evakuering av ett gasformigt medium med ett tryck över atmos- färstryck från ett utrymme (3), innefattande ett med atmosfären kommunicerande ventil- hus (la) med en ventilöppning (2) mot nämnda utrymme, en ventilkropp (6), som är be- lastad mot stängt läge anliggande mot ett ventilsäte (5) kring ventilöppningen av fjäder- element ( 17) och mot öppet läge av trycket hos det gasformiga mediet, samt en i en cylin- der (12) upptagen reglerkolv (13), som vid tillförsel av ett styrnyckmedium till ett cylin- derrurn på sin ena sida belastas av en kraft, vilken motverkar fiäderkraften, kännetecknad av att kolven ( 13) och ventilkroppen (6) är rörliga relativt varandra och belastade i rikt- ning från varandra av styrtryckmediet, att första fiäderelement (17) via kolven belastar ventilkroppen mot stängt läge, att andra fjäderelement (1 1) belastar ventilkroppen mot öppet läge, och att tjäderlcraftema hos de första och andra fjäderelementen samt kolvare- an och ventilkroppens mot det gasformiga mediet exponerade area är så valda, att det första fiäderelementet i frånvaro av styrtryckmediurn håller ventilkroppen i stängt läge tills ett förutbestämt maximitryck uppnåtts i nämnda utrymme och att ventilkroppen vid tillförsel av styrtryckmedium med tryck inom ett förutbestämt tryckintervall öppnar ven- tilen för att upprätthålla ett av styrtrycket beroende gasmedietryck inom ett intervall, vars övre gräns är lägre än nämnda maximitryck.

2. Ventilanordning enligt krav 1, kännetecknad av att fjäderkrafterna och nämnda areor är så valda, att styrtryckmediets tryckintervall får en nedre gräns, som är högre än nämnda maximitryck.

3. Ventilanordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att fiäderkraftema och nämnda areor är så valda, att styrtryckmediets tryckintervall får en övre gräns, som är flera gånger högre än maximitrycket.

4. Ventilanordning enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att kolvarean och det första tjäderelementets (17) tjäderkraft är så avpassade till varandra, att styrtryckkraften på kolven (13) överskrider tjäderkraften, när styrtrycket når ca 3 bar övertryck. 10 15 20 sn ut» S21 795 8 .s »-.

5. Ventilanordning enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att ventilkroppens (6) area och den andra fiäderns (11) íjäderkraft är så avpassade till varandra, att gasmedie- trycket hålles på ca 0,3 bar övertryck vid ett styrtryck av ca 3 bar övertlyck och på ca 1,1 bar övertryck vid ett stymyck på ca 7,8 bar övertryck..

6. Ventilanordning enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att ventilkroppen inne- fattar en ventiltallrik (6) och en med denna förbunden ventilspindel (8), att det andra fjä- derelementet innefattar minst en skruvtjäder (1 1), som är inspänd mellan en ansats (8a) på spindeln och en yta (10) på ventilhuset (1) och belastar ventiltallriken i riktning från ventilsätet, att det första fiäderelementet innefattar minst en skmvfjäder (17), som är in- spänd mellan en yta (16) på huset och en yta på kolven (13), så att i frånvaro av styrtryck kolven mekaniskt belastar ventiltallriken mot ventilsätet, och att styrtrycket verkar mot kolvens och spindeln mot varandra vända ändytor, så att de genom styrtrycket på kolven och spindeln verkande krafterna är motriktad krafterna från fiäderelementen.

7. Ventilanordning enligt något av kraven l-6, kännetecknad av att ventilhusets (la) öppning (2) mynnar i en laddluftledning (3) från en turbokompressor (31) på en överlad- dad fyrtakts förbränningsmotor (4).

8. Ventilanordning enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att ventilhusets (la) öppning (2) mynnar i en laddluftledning (3) från en turbokompressor (31) på en överlad- dad fyrtakts förbränningsmotor (4) av turbocompoundtyp, som i avgasledningen (39) mellan motorns avgasutlopp och dess laddturbin (31) år försedd med strypventilorgan (40).