SE528074C2 - Förbränningslufttillförselanordning - Google Patents

Description

25 30 35 528 074 att om en deplacementkompressor av skruvkompressortyp används bör ventilen å det bestämdaste vara placerad uppströms densam- ma eftersom skruvkompressorn till följd av sin styrka riskerar att överbelasta övriga komponenter om inte lufttillförseln till kompressorn begränsas. Härtill går en skruvkompressor dock tyngre när den arbetar i undertryck vilket medför en kraftig värmeutveckling i systemet. För en kompressor av exem- pelvis kolvkompressortyp eller centrifugalkompressortyp spelar det i stort sett ingen roll om ventilen är placerad uppströms eller nedströms densamma.

En besvärande nackdel med att placera ventilen ned- ströms kompressorn är att när accelerationsreglaget släpps fortsätter kompressorn att suga in luft och komprimera den- samma. Trycket ökar och dessutom ökar även luftens temperatur.

Det ökande lufttrycket nedströms kompressorn riskerar att skada andra delar och detaljer i systemet och för att minska lufttrycket är en bypassledning eller förbiledningskanal införd i systemet, vilken ledning sträcker sig från en posi- så att lufttrycket nedströms kompressorn inte bara fortsätter att öka tion nedströms till en position uppströms kompressorn, och öka. Trots att luften cirkulerar genom kompressorn, genom förbiledningskanalen och återigen genom kompressorn, kvarstår nackdelen att trycket successivt ökar om än i lägre takt.

Detta förhöjda tryck, ventilen öppnas kan vara skadligt för i motorn ingående delar. som skickas iväg med en stor kraft när Därtill uppstår ännu en olägenhet när ventilen är stängd, närmare bestämt att luften värms upp något varje gång densamma passerar kompressorn och således tillförs energi. Att tillföra varm luft till motorns cylindrar när ventilen ånyo tvärtom önskas kall luft som har högre densitet vilket ger en ökad fyllnadsgrad och förbättrad förbränning av bränsleluftblandningen i motorns cylindrar. öppnas är inte att föredra, För att sänka temperaturen på luften används enligt konventionella metoder en laddluftkylare eller intercooler, som är belägen nedströms kompressorn och uppströms förbiled- ningskanalen. Laddluftkylaren medför att temperaturen på luf- ten som passerat kompressorn sänks i densamma innan luften återcirkuleras genom förbiledningskanalen. På detta sätt 10 15 20 25 30 35 528 074 erhålls en mer fördelaktig temperatur, men laddluftkylaren ansträngs onödigt mycket varpå densammas egen temperatur sti- ger, vilket förkortar livslängden och vilket dessutom inverkar negativt på laddluftkylarens nedkylningsförmåga när ventilen öppnas vid nytt gaspådrag.

Om ventilen istället är placerad uppströms kompress- orn behövs à ena sidan ingen förbiledningskanal, men om syste- met å andra sidan dessutom innefattar en laddluftkylare upp- står andra besvärande problem. När ventilen stänger till följd av att accelerationsreglaget släpps uppstår snart ett under- tryck i systemet mellan ventilen och motorn, det vill säga i den del av systemet där kompressorn och laddluftkylaren är belägna. När ventilen öppnas vid nytt gaspådrag uteblir den önskade direkta responsen från motorn eftersom trycket först måste byggas upp i hela systemet innan önskad effekt erhålls.

Med andra ord verkar systemet i allmänhet och laddluftkylaren i synnerhet som en fördröjande bälg, vilket medför att en så liten laddluftkylare som möjligt efterfrågas men med den nack- delen att med minskande storlek på laddluftkylaren minskar även nedkylningsförmàgan vid normal drift.

Uppfinningens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att reducera eller undanröja ovannämnda nackdelar med tidigare kända för- bränningslufttillförselanordningar och presentera en förbätt- rad lösning. Ett grundläggande syfte är att presentera en luftinsugningskanal, som tillhandahåller ett effektivare och mer anpassat lufttryck när ventilen ånyo öppnas efter att ha varit stängd längre eller kortare tid. Ett andra syfte är att presentera en förbränningslufttillförselanordning, som medger att ett i förväg bestämt förtryck kan upparbetas då trotteln som är belägen nedströms kompressorn är stängd, utan att behöva recirkulera luften. Ytterligare ett syfte är att skapa en förbränningslufttillförselanordning som skapar mindre påfrestning på motorn och däri ingående delar. Det är därtill ett syfte att skapa en förbränningslufttillförselanordning som utan följdproblem kan ha en erforderligt stor laddluftkylare för att uppnå önskad temperatur på luften. Det är också ett 10 15 20 25 30 35 528 074 syfte att skapa en förbränningslufttillförselanordning som levererar luft med önskad temperatur till motorn oberoende av hur länge lufttillförseln till motorn varit avstängd.

Uppfinningen hänför sig till en förbränningslufttill- förselanordning av inledningsvis definierade typ, vilken är kännetecknad av att densamma dessutom innefattar en andra trottel, som är belägen uppströms kompressorn och som är anordnad att ändra genomloppsarean hos luftinsugningskanalen uppströms kompressorn. Åtminstone det grundläggande syftet uppnås med denna uppfinningsenliga förbränningslufttillförsel- anordning. Förbränningslufttillförselanordningen är i huvudsak anordnad på ovannämnda sätt för att styra mängden komprimerad luft som skapas vid exempelvis ändring av utväxling från motorn. Företrädesvis är förbränningslufttillförselanordningen anordnad på ett sådant sätt att den andra trotteln har ställ- bar stängningsgrad.

Fördelaktiga utföranden av den uppfinningsenliga förbränningslufttillförselanordningen framgår vidare av de osjälvständiga kraven 2 till 8.

Ytterligare fördelar med och särdrag hos uppfinningen framgår av den följande, detaljerade beskrivningen av före- dragna utföranden.

Kortfattad beskrivning av bifogade ritningar Härefter ska uppfinningen, i exemplifierande syfte, beskrivas med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: Fig. 1 är en schematisk illustration av en förbränningsluft- tillförselanordning enligt uppfinningen tillsammans med en samverkande förbränningsmotor, och Fig. 2 är ett schematisk illustration av ett alternativt utförande av förbränningslufttillförselanordningen enligt uppfinningen tillsammans med en samverkande förbränningsmotor. 10 15 20 25 30 35 '528 074 Detaljerad beskrivning av föredragna utföranden I figur l visas på ett schematiskt och avskalat sätt en förbränningslufttillförselanordning innefattande en luftin~ sugningskanal, generellt betecknad l, förbunden med en samver- kande motor 2, som genom nämnda luftinsugningskanal l erhåller luft till förbränning av bränsle i densammas cylindrar. Motorn 2 är således en förbränningsmotor och företrädesvis en bensin- driven sådan. Det skall påpekas att med förbränningslufttill- förselanordning avses häri gemensamt alla de komponenter, som samverkar med varandra, som är belägna uppströms motorns 2 cylindrar och som tillsammans förser motorn 2 med luft, som är ämnad för förbränning av bränsle. Med andra ord kan uppfin- ningen sägas avse en förbränningslufttillförselanordning som innefattar en luftinsugningskanal 1 till en förbränningsmotors 2 förbränningskammare samt ett flertal komponenter anordnade i eller i anslutning till luftinsugningskanalen 1. Den kan även sägas avse en förbränningsmotor 2 med tillhörande luftinsug- ningskanal l och nämnda komponenter. I nämnda luftinsugnings- kanal 1, eller luftinsugningssystem, är på sedvanligt sätt anordnad en kompressor 3, för att bygga upp ett övertryck så att motorns cylindrar fylls på ett snabbt och effektivt sätt.

Kompressorns 3 varvtal är i ett föredraget utförande styrt av motorns 2 varvtal och allra helst mekaniskt via en rem 4 eller dylikt, vilken löper mellan en första skiva 5 förbunden med motorns 2 vevaxel (inte visad) och en andra skiva 6, som i sin tur på lämpligt sätt är förbunden med i kompressorn 3 innefat- tade skovlar (inte visade). Kompressorn 3 är företrädesvis en deplacementkompressor av kolvkompressortyp eller centrifugal- kompressortyp. Vidare är det brukligt att förse förbrännings- lufttillförselanordningen med ett luftfilter 7 för att från den luft som sugs in filtrera bort partiklar som kan vara skadliga för övriga i systemet ingående komponenter.

Luftinsugningskanalen l enligt den föreliggande upp- finningen innefattar en första trottel 8, ströms kompressorn 3, som är belägen ned- samt en andra trottel 9, som i sin tur är belägen uppströms nämnda kompressor 3. Trottlarnas 8, 9 uppgift är att på sedvanligt sätt ändra genomloppsarean hos luftinsugningskanalen 1. Med genomloppsarea avses häri den 10 15 20 25 30 35 528 074 delarea, av nämnda luftinsugningskanal, genom vilken luft kan tillåtas passera. Trottlarna 8, 9 kan således ändra genom- loppsarean från att vara 100 % av luftinsugningskanalen till att vara 0 %, dvs. att luftinsugningskanalen 1 är helt öppen eller helt stängd. Den första trotteln 8 är operativt förbun- den med ett med motorn 2 samverkande accelerationsreglage (inte visat), exempelvis och härefter hänvisat till såsom en gaspedal i ett fordon. I ett föredraget utförande är den för- _sta trotteln 8 mekaniskt förbunden med gaspedalen via en vajer (inte visad), närmare bestämt på ett sådant sätt att när gas- pedalen avbelastas stänger den första trotteln 8 luftinsug- ningskanalen 1 mellan kompressorn 3 och motorn 2. Till följd av att den första trotteln 8 stängt luftinsugningskanalen 1 uppströms motorn 2 uppstår ett undertryck mellan nämnda första trottel 8 och motorns 2 inloppsventiler. Nämnda undertryck påverkar en trycksensibel anordning 10 som är operativt för- bunden med nämnda andra trottel 9. Företrädesvis är nämnda trycksensibla anordning 10 mekaniskt förbunden med den andra trotteln 9. Exempelvis kan den trycksensibla anordningen 10 utgöras av en nippel, på vilken en tunn luftslang (inte visad) är anordnad, som i sin tur sträcker sig till den andra trott- eln 9, varpå ett undertryck i slangen medger att den exempel- vis fjäderförspända andra trotteln 9 stänger luftinsugningska- nalen 1 uppströms kompressorn 3. Nämnda trycksensibla anord- ning 10 kan även utgöras av en trycksensor, som är elektriskt förbunden med den andra trotteln 9, närmare bestämt pà ett sådant sätt att när en i förväg bestämd trycknivâ understigs i luftinsugningskanalen 1 vid trycksensorn, skickas en signal, direkt eller via en elektronisk styrenhet (inte visad), till den andra trotteln 9 att stänga luftinsugningskanalen 1 upp- ströms kompressorn 3.

Då den andra trotteln 9 stängt luftinsugningskanalen 1 uppströms kompressorn 3 hålls det tryck som förefanns mellan trottlarna 8, 9 kvar. Under det extremt korta tidsfönster som uppstår från det att den första trotteln 8 stängts till det att den andra trotteln 9 stängs, hinner ett litet övertryck skapas i den del av luftinsugningskanalen 1 som kompressorn 3 befinner sig i. Denna begränsade men ändock påtagliga tryckök- 10 15 20 25 30 35 528 074 ning är till fördel då nytt gaspådrag ges. Närmare bestämt genom att när gaspådrag ånyo ges öppnar först den första trot- teln 8 varpå en tryckökning sker i den del av luftinsugnings- kanalen l som den trycksensibla anordningen 10 är belägen vid.

Denna tryckökning medför i sin tur att även den andra trotteln 9 öppnas och önskat effektuttag kan erhållas från motorn 2 tills gaspedalen återigen avbelastas.

Företrädesvis är den andra trottelns 9 stängningsgrad varierbar, närmare bestämt på ett sådant sätt att när den för- sta trotteln 8 är stängd kan ett i förväg bestämt tryck byggas upp uppströms den första trotteln 8 med hjälp av kompressorn 3 genom att inte låta den andra trotteln 9 helt stänga luftin- sugningskanalen 1 uppströms kompressorn 3. Den andra trottelns 9 stängningsgrad kan exempelvis vara fast och mekaniskt begränsad med hjälp av ställorgan, exempelvis i form av en ställskruv (inte visad), som förhindrar fullständig stängning.

Alternativt kan den andra trottelns 9 stängningsgrad exempel- vis vara tidsbaserat justerbar och/eller justerbar utifrån hur stort tryck som erhållits mellan trottlarna 8, 9.

Dessutom kan även de båda trottlarnas 8, 9 öppnings- grad vara varierbar på liknande sätt för att ytterligare opti- mera trycket i systemet i allmänhet och vid motorns 2 inlopps- ventiler i synnerhet. Det skall nämnas att den andra trotteln 9 företrädesvis bör vara belägen nära eller i direkt anslut- ning till kompressorn 3.

Nu hänvisas till figur 2 i vilken visas ett schemat- iskt, ingslufttillförselanordningen enligt den föreliggande uppfinn- dock mer utrustat, alternativt utförande av förbränn- ingen. Utöver det som nämnts i samband med figur 1 innefattar förbränningslufttillförselanordningen, nedströms kompressorn 3 men uppströms den första trotteln 8, exempelvis en laddluftky- lare eller intercooler ll, en förbiledningskanal eller bypass- kanal 12 och en trycktank 13. Det skall dock påpekas att av dessa komponenter kan en eller flera innefattas, oberoende av varandra.

Laddluftkylarens ll uppgift är enligt konventionella metoder att, om nödvändigt, sänka temperaturen på den luft som lämnar kompressorn 3 och som är ämnad att fylla motorns 2 10 15 20 25 30 35- 528 074 cylindrar då densammas inloppsventiler öppnas i samband med gaspådrag. En optimal temperatur på luften medför bättre fyll- nadsgrad av nämnda cylindrar samt en mer fullständig förbränn- ing och därmed mindre mängd skadliga förbränningsgaser som lämnar motorn 2, efter fullgjord förbränningscykel. Tack vare förekomsten av en första trottel 8 nedströms kompressorn 3 och laddluftkylaren ll samt en andra trottel 9 uppströms nämnda kompressor 3 och laddluftkylare ll, kommer under ett normalt tillstånd då trottlarna 8, 9 är stängda ingen drastiskt ökande mängd luft komprimeras och trycksättas. I förbränningsluft- tillförselanordningar enligt tidigare teknik ökar mängden cir- kulerande luft som medför ökande tryck och temperatur i syste- met, vilket i sin tur medför att laddluftkylaren till och med måste arbeta mer när det inte sker något effektuttag från motorn 2. Tvärtom uppstår möjlighet för laddluftkylaren ll, i förbränningslufttillförselanordningen enligt den föreliggande uppfinningen, att återhämta sig och sänka sin egen temperatur då trottlarna 8, 9 är stängda. Med det därav direkt följande positiva resultat att när trottlarna ånyo öppnas finns med bred marginal tillräcklig nedkylningskapacitet hos laddluftky- laren ll. Detta i sin tur medför att laddluftkylarens ll stor- lek inte nödvändigtvis måste minimeras till den yttersta smärtgränsen utan kan tvärtom utformas precis så stor som den önskas vara för att få till stånd optimal nedkylning av luf- ten.

En större laddluftkylare ll ger dessutom den fördelen att om den första trotteln 8 är stängd och den andra trotteln 9 är enbart delvis stängd kan ett i förväg bestämt tryck byg- 9. Här kan ladd- luftkylaren ll således även fungera som en ”lufttank”, i vil- gas upp i systemet mellan nämnda trottlar 8, ken det önskade övertrycket lagras för att sedan användas då den första trotteln 8 öppnas och innan den andra trotteln 9 har hunnit öppnas.

Dessutom kan förbränningslufttillförselanordningen, såsom nämnts ovan, innefatta en förbiledningskanal 12, som mynnar nedströms laddluftkylaren ll och uppströms kompressorn 3 och som i sin tur innefattar en ventil 14, vilken är styrd på lämpligt sätt. Förbiledningskanalen 12 kan även vara anord- 10 15 20 25 30 35 528 074 nad på ett sådant sätt att densamma mynnar mellan laddluftky- laren 11 och kompressorn 3 samt uppströms kompressorn 3. Påpe- kas bör att om en skruvkompressor används är det ett måste att en förbiledningskanal 12 är anordnad från en position ned- ströms till en position uppströms densamma, annars erhålls en mycket kraftig värmeuppbyggnad. Exempelvis kan nämnda ventil 14 vara anordnad att öppna förbiledningsventilen 12 till följd av att ett undertryck uppstår vid ovannämnda trycksensibla anordning 10. Exempelvis kan ventilen 14 öppnas på motsvarande sätt som den andra trotteln 9 stängs, vilket beskrivits ovan.

Framförallt är förbiledningskanalens 12 uppgift att verka som en säkerhetsanordning, närmare bestämt genom att öppnas om exempelvis den andra trotteln 9 inte stängs såsom tänkt. Om den första trotteln 8 stängs men inte den andra trotteln 9 så måste luften som komprimeras i kompressorn 3 ta vägen någon- stans och då fungerar förbiledningskanalen 12 såsom enligt tidigare känd teknik, det vill säga att luften cirkuleras, motorn 2 och luftinsugningskanalen 1 kan således fortsätta användas till dess att de kommer under service och felet korrigeras.

Den eventuellt innefattade trycktanken 13 är till för att lagra lufttrycket som uppstår mellan det att den första trotteln 8 stänger och att den andra trotteln 9 stänger, såsom beskrivits ovan, för att sedan släppa ut detta tryck vid nytt gaspådrag och på detta sätt erhålla snabb respons från motorn 2. Företrädesvis är trycktanken 13 försedd med en ventil 15 som är styrd på lämpligt sätt för att optimalt ta till vara på den trycktopp som bildas vid stängningsförfarandet av trott~ larna 8, 9.

Den stora fördelen som uppnås med den uppfinningsen~ liga förbränningslufttillförselanordningen är att optimalt lufttryck fram till motorns 2 cylindrar erhålls i direkt anslutning till nytt gaspådrag, samtidigt som luftens tempera- tur är utomordentligt mer optimal i förhållande till lufttem- peraturen i system enligt tidigare känd teknik. Dessutom kan en mer optimal storlek på laddluftkylare ll väljas, vilken arbetar med lägre temperatur och således får längre livslängd.

Dessutom kommer kompressorn 3, då gaspedalen är avbelastad, 10 15 20 25 30 528 074 “ 10 att snurra lättare i det optimala lufttrycket vilket kräver mindre mängd energi i förhållande till system med enbart en trottel belägen nedströms kompressorn. Det är även en stor fördel att en optimal förladdning på luften kan erhållas utan någon form av recirkulation i systemet.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begränsad blott till de ovan beskrivna och på ritningarna visade utförandena. Luftinsug~ ningskanalen kan sålunda modifieras på allehanda sätt inom ramen för efterföljande patentkrav. Speciellt skall nämnas att trots att nämnda första och andra trottlar företrädesvis är mekaniskt styrda kan de även styras pneumatiskt, hydrauliskt, elektriskt eller på annat dylikt sätt. Det skall även påpekas att med uttrycket, trottel, både i patentkraven och i den detaljerade beskrivningen menas som för enkelhets skull använts inte nödvändigtvis konventionella trottlar utan alla ventiler, strypventiler och spjäll som förmår reglera genomströmningen av luft i en kanal skall anses inbegripna. Närmare bestämt skall termen trottel tolkas i sin vidaste mening. Uppfinningen är applicerbar på motordrivna enheter och fordon i allmänhet och landsvägscertifierade fordon i synnerhet. Den första trot- teln, direkt närhet av motorns inloppsventiler eller till och med utgöras av desamma. eller ventilorganet, kan med fördel vara beläget i Därtill skall nämnas att alla ventiler, trottlar och övriga eventuella rörliga delar i den uppfinn- ingsenliga förbränningslufttillförselanordningen kan styras mekaniskt, hydrauliskt, pneumatiskt, elektroniskt eller på dylikt sätt. Det skall vidare inses att vardera trotteln kan utgöras av ett eller flera ventilelement och att den andra trotteln inte nödvändigtvis måste styras som en följd av att den första trotteln stängt, utan eventuellt på samma signal som den första trotteln stänger.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 528 074 11 Patentkrav

1. Förbränningslufttillförselanordning, innefattande en luft- insugningskanal (1) till en förbränningsmotor (2), och en i nämnda luftinsugningskanal (1) anordnad kompressor (3) och en nedströms kompressorn (3) samt uppströms förbränningsmotorn (2) belägen första trottel (8) anordnad att ändra genomlopps- arean hos nämnda luftinsugningskanal (1) mellan kompressorn (3) och förbränningsmotorn (2), varvid densama dessutom innefattar en andra trottel (9), som är belägen uppströms kompressorn (3) och som är anordnad att ändra genomloppsarean hos luftinsugningskanalen (1) uppströms kompressorn (3), kännateeknad av, att kompressorn (3) är en centrifugalkompressor, vilkens varvtal är direkt beroende av förbränningsmotorns (2) varvtal, och att förbränningsluft- tillförselanordningen är anordnad på ett sådant sätt att den insugna luften komprimeras en gäng mellan den andra trotteln (9) och förbränningsmotorn (2).

2. Förbränningslufttillförselanordning enligt krav 1, känne- teoknad av, att nämnda andra trottel (9) har ställbar stäng- ningsgrad.

3. Förbränningslufttillförselanordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av, att den andra trotteln (9) är en mekaniskt styrd trottel.

4. Förbränningslufttillförselanordning enligt något av kraven 1-3, känneteoknad av, att den andra trotteln (9) är en luft- tryckstyrd trottel.

5. Förbränningslufttillförselanordning enligt något av de föregående kraven, kännatecknad av, att densamma innefattar en laddluftkylare (ll) som är belägen nedströms kompressorn (3) och uppströms den första trotteln (8).

6. Förbränníngslufttillförselanordning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av, att densamma innefattar en 528 074 12 trycktank (13) som mynnar nedströms kompressorn (3) och upp- ströms den första trotteln (8).