SE519321C2 - Sätt att driva en förbränningsmotor samt förbränningsmotor - Google Patents

Description

non-n :ff 25 nova» 519 321 2 stort avgasflöde, med åtföljande verkningsgradsförsämiing vid låga varvtal och små avgasflöden.

Mot denna bakgrund fmns det ett behov av förbättrade lösningar vad avser avgasut- matning till avgasturbinen.

Unpfinningens ändamål Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en förbättrad avgasutmatning till av- gasturbinen. Ännu ett syfte är att åstadkomma en enkel lösning.

Redogörelse för uppfinriinaen Syftet med uppfinningen uppnås dels genom att utnyttja ett sätt att driva en förbrän- ningsmotor, med särdrag enligt patentkrav l, och dels genom att utnyttja en förbrän- ningsmotor med särdrag enligt patentkrav 5.

Genom att i varje cylinder dela upp avgasutmatningen på ventiler som kan aktiveras på olika sätt blir det möjligt att vid låga varvtal låta all utmatning till avgasturbinen ske via endast en ventil i cylindrama och via trängre ledningar än vid höga varvtal, samtidigt som en begränsat stor avgasturbin utnyttjas. Vid höga varvtal och stort av- gasflöde utnyttjas däremot alla avgasventiler och större kanaler för att driva en till- räckligt stor avgasturbin.

Avgasturbinen kan härvid lämpligen ha dubbla inlopp, nämligen ett inlopp som ut- nyttjas vid alla varvtal och ett armat inlopp som utnyttjas såsom ett tillskott vid höga varvtal. En annan möjlighet är att utnyttja två separata avgasturbiner, nämligen en liten som alltid är inkopplad, och en större som är inkopplad endast vid höga varvtal och stora avgasflöden. .».»| ::_: 25 nrsa: 519 321 3 Genom att således styra avgasutmatningen såsom funktion av varvtal och storlek på avgasflödet blir det möjligt att utnyttja en för den aktuella driftsituationen bättre av- passad storlek på avgasturbinen och dess inloppskanaler.

Ytterligare särdrag och fördelar vid lösningar enligt uppfinningen framgår av be- skrivning och övriga patentkrav.

Uppfinningen förklaras i det följande närmare med hjälp av på bifogade ritning vi- sade utföringsexempel.

F igurbeskrivning På ritningen visar: Fig.l en med avgasdiiven överladdningsanordning försedd förbränningsmotor enligt uppfinningen, Fig.2-3 ett snitt genom en utföringsforrn av en avgasturbin i olika arbetslägen, F ig.4 ett snitt genom en arman utföringsform av en avgasturbin, och F ig.5 en variant av den i fig.1 visade överladdningsanordningen.

Beskrivning av utföringsexemnel F ig.l visar schematiskt en enligt uppfinningen utförd flercylindrig förbränningsmo- tor 1 av typen Otto. Motoms cylindrar har vardera åtminstone tvâ avgasventiler 2,3 där en första avgasventil 2 i varje cylinder är förbunden med en första avgassamlare 4, och där en andra avgasventil 3 i varje cylinder är förbunden med en andra avgas- samlare 5. Den båda avgassamlarna 4,5 mynnar via en första avgasledning 6 re- spektive en andra avgasledning 7 i en överladddningsanordning 8 med vars hjälp laddluft via en luftledning 9 tillförs motom 1 på ett känt, här ej närmare visat sätt.

Den av avgaser från motorn drivna överladddningsanordningen 8 förses med luft via ett inlopp 10 och har ett för avgasema avsett avgasutlopp 1 1, varifrån avgaserna på '_ f 25 »spur 519 321 4 konventionellt sätt leds bort från motorn via en katalysator 12 och övriga, här ej närmare visade, konventionella komponenter i motoms avgassystem. Överladdningsanordningen 8 kan vara utförd på ett antal olika sätt, varav några be- skrivs nedan. Vid det i fig.l visade utförandet utgörs överladdningsanordnjngen 8 av en enda turbokompressor med en avgasturbin 13 och en av denna driven kompressor 14. De båda avgasledningama 6 och 7 mynnar här i en och samma avgasturbin 13.

Det närmare utförandet av en sådan avgasturbin 13 framgår av fig.2 - 3. Ett första inlopp 15, i vilket den första avgasledningen 6 mynnar, leder till en första kanal 16 från vilken avgaser kan nå avgasturbinens turbinhjul 17 för drivning av detta. På motsvarande sätt leder ett andra inlopp 18, i vilket den andra avgasledningen 7 myrmar, till en andra kanal 19 från vilken avgaser kan nå turbinhjulet 17. För re- glering av avgasflödet från den andra kanalen 19 till turbinhjulet 17 fmns en ventil där en rörformad ventilkropp 21 är axiellt förskjutbar och därigenom kan ändra ventilens öppningsgrad från ett i fig.2 visat stängt läge till ett i fig.3 visat helt öppet läge. Radiellt innanför ventilen 20 fmns en waste gate ventil 22 där en rörfonnad ventilkropp 23 är axiellt förskjutbar från ett med heldragna linjer visat stängt läge till ett i fig.3 med streckade linjer visat öppet läge där en önskad andel av avgasema kan passera förbi turbinhjulet 17 utan att driva detta, varigenom reglering av kom- pressom 14 uppnås.

I ñg.4 visas en avgasturbin 13 av ett något annat utförande än i fig.2-3. Liksom tidi- gare firms ett första inlopp 15 anslutet till den första avgasledningen 6, och ett andra inlopp 18 anslutet till den andra avgasledningen 7. En waste gate ventil 22 av kon- ventionell typ är här placerad i det andra, större inloppet 18 och kan öppnas för att minska avgasflödet till turbinhjulet 17. Eventuellt kan denna waste gate ventil 22 i stället vara placerad i det första, mindre inloppet 15, eller också kan det finnas en sådan waste gate ventil i vardera av de båda inloppen 15,18.

.II 25 "'w 519 321 Den i fig. 1-4 beskrivna motorn lftmgerar enligt följande. De första avgasventilema 2 är anordnade att ständigt vara i arbete, medan däremot de andra avgasventilema 3 är anordnade att vara i arbete endast vid höga varvtal, vid stora avgasflöden. Detta uppnås genom att de andra avgasventilema 3 drivs med hjälp av en mekanism där ventilema kan aktiveras och deaktiveras alltefter önskemål. Ett flertal sådana meka- nismer fmns numera kommersiellt tillgängliga för fackmannen, varför någon närma- re beskrivning av ett utförande inte länmas i detta sammanhang. Vid låga varvtal och små avgasflöden arbetar således endast de första avgasventilema 2. För att be- gränsa energiförluster i de via de första avgasventilema 2 utmatade avgasema är ledningsdirnensionerna från dessa ventiler och fram till och in i avgasturbinen 13 via dennas första inlopp 15 relativt små. Då motorvarvtalet och belastningen ökat till en förutbestämd nivå aktiveras även de andra avgasventilema 3 och ventilen 20 för att förse avgasturbinen 13 med mera avgaser. För att hantera detta ökade avgasflöde kan ledningsdimensionema från de andra avgasventilema 3 fiam till och in i avgas- turbinen 13 via dennas andra inlopp 18 vara större än från de första avgasventilema 2. Vid behov kan laddtrycket hos kompressorn 14 regleras genom att manövrera waste gate ventilen 22 och därigenom låta en önskad mängd avgaser ledas förbi av- gasturbinen utan att driva denna.

Reglerbarheten hos de andra avgasventilema 3 gör det även möjligt att för dessa ventiler ha en annan längd på öppethållandet än för de första avgasventilema 2. Ge- nom att låta de andra avgasventilema 3 ha ett längre, och eventuellt större, öppet- hållande än de första avgasventilema 2 möjliggörs en mycket effektiv avgasutrnat- ning vid hög belastning och höga varvtal.

En variant av en överladdningsanordning 8 visas i ñg.5. Den första avgasledningen 6 är här förbunden med en egen turbokompressor 25, och även den andra avgasled- ningen 7 är förbunden med en egen turbokompressor 26, som kan vara större än tur- bokompressom 25 för att kunna hantera större avgasflöden. Från en avgasturbin 27 i den första turbokompressom 25 och en avgasturbin 28 i den andra turbokompres- som 26 matas avgaserna ut till avgasutloppet ll. På liknande sätt matas luft från 11.»- 519 321 6 kompressorer 29 och 30, där den senare kan vara större än den förra, till luftled- ningen 9 och därifrån till motorn. De båda turbokompressorema 25 och 26 är här lämpligen av standardutförande, men såsom framgått eventuellt av olika storlek.

Den ena eller båda kan på konventionellt sätt ha en waste gate ventil för reglering av laddtrycket.

Då en överladdningsanordning 8 av den typ som visas i fig. 1-4, och där avgasturbi- nen 13 således har dubbla inlopp, kombineras med en fyrcylindrig motor blir det möjligt att utnyttja en sådan motors speciella egenskaper för att vid låga varvtal och hög belastning uppnå en fordelaktig renblåsning av cylindrarna. Detta uppnås ge- nom att göra även de första avgasventilema 2 aktiverbara och deaktiverbara och ge- nom att vid låga varvtal låta de båda yttre cylindrarna via var sin första avgasventil 2 vara förbundna med det första inloppet 15, medan de båda mittre cylindrama i stäl- let ansluts till det andra inloppet 18 genom att den första avgasventilen 2 i dessa cy- lindrar stängs och den andra avgasventilen 3 öppnas. Vid övergång till andra drift- förhållanden kan därefter öppethållandet för avgasventilema 2 och 3 i de båda mittre cylindrama ändras så att det blir detsamma som for de båda yttre cylindrarna.

Genom att kunna aktivera och deaktivera olika avgasventiler på olika sätt kan såle- des driftförhållandena för en motor påverkas på ett antal olika sätt, alltefter behov och önskemål.

Claims (10)

ru-ao lin-v 10 15 20 25 30 519 321 7 Patentkrav:

1. Sätt att driva en flercylindrig iörbränningsmotor med avgasdriven överladdnings- anordning (8) och med åtminstone två avgasventiler (2,3) per cylinder, där avgaser matas ut dels till en första avgassamlare (4) via en första avgasventil (2) i varje cy- linder och dels till en andra avgassamlare (5) via en andra avgasventil (3) i varje cy- linder, kännetecknat av att vid låga varvtal öppnas endast de första avgasventilema (2), medan vid höga varvtal både de första (2) och de andra (3) avgasventilema öpp- nas, och att avgaserna leds till åtminstone en avgasturbin i åtminstone en turbokom- pressor.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att avgaser från den första (4) och den andra (5) avgassamlaren leds till olika inlopp (15,18) i samma avgasturbin (13).

3. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att avgaser från den första (4) och den andra (5) avgassamlaren leds till två olika avgasturbiner (27,28) i två olika turbokompres- sorer (25,26).

4. Sätt enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att ett större avgasflöde leds ge- nom den andra avgassamlaren (5) än genom den första avgassamlaren (4).

5. Förbränningsmotor med avgasdriven överladdningsanordning (8), och med åtmin- stone två avgasventiler (2,3) per cylinder, varvid en första avgasventil (2) i varje cy- linder är ansluten till en första avgassamlare (4) och en andra avgasventil (3) i varje cylinder är ansluten till en andra avgassamlare (5), kännetecknad av att avgassam- lama (4,5) är anslutna till åtminstone en avgasturbin i åtminstone en turbokompres- sor, och att de första avgasventilema (2) är anordnade att öppnas vid alla mo- torvarvtal, medan de andra avgasventilema (3) är anordnade att öppnas endast vid högre motorvarvtal. 10 15 20 519 321 s

6. Förbränningsmotor enligt krav 5, kännetecknad av att den andra avgassamlaren (5) har en större tvärsnittsarea än den första avgassamlaren (4), för ett större avgas- flöde än den första avgassamlaren.

7. Förbränningsmotor enligt krav 5 eller 6, kännetecknad av att den första (4) och den andra (5) avgassamlaren matar var sin avgasturbin (27,28) i två separata turbo- kompressorer (25,26).

8. F örbränningsmotor enligt krav 5 eller 6, kännetecknad av att den första (4) och den andra (5) avgasssamlaren är förbundna med samma avgasturbin (13) via var sitt inlopp (1 5,18) i denna.

9. Förbränningsmotor enligt krav 8, kännetecknad av att i åtminstone ett av inlop- pen (15,18) finns en waste gate ventil (22) för reglering av avgasflödet till ett tur- binhjul (17).

10. Förbränningsmotor enligt krav 9, kännetecknad av att vid turbinhjulet (17) finns en waste gate ventil (22) som är gemensam för två med de båda inloppen (l5,18) förbundna kanaler (l6,l9).