SE522391C2 - Vevhus- och emissionsventilation i en överladdad förbränningsmotor - Google Patents

Description

20 25 30 522 591 ?*“ oljedimma har följt med blow-bygasen ut ur vevhuset, genom evakueringsledningen fram till uppladdningsaggregatet. Denna oljedimma kan kondenseras och ansamlas i systemet för uppladdning och, beroende på mängden olja och temperaturen, störa uppladdnings- laddluftkylare är uppladdningsaggregatet och insugningsröret riskerar kylkanalema att bli igensatta av olja, systemets funktion. I de fall där en ansluten mellan med nedsatt funktion som följd.

Ett sätt att komma ifrån problemet med oljeansamling i uppladdningssystemet är att ansluta evakueringsledningen efter trottelspjället, men eftersom det där ofta råder kraftigt undertryck, särskilt vid låglast, riskerar man att få ett oönskat kraftigt undertryck i vevhuset. Man kan dessutom inte evakuera blow-bygaser dit när motom överladdas. Ett känt sätt att åtminstone i viss utsträckning lösa problemet är att anordna två evakueringsledningar, en före uppladdningsaggregatet och en efter spjället. Den efter spjället är ansluten till insugningsröret via en strypning, som begränsar flöde till insugningsröret, och en backventil, som hindrar flöde i riktning från insugningsröret.

Problemet är emellertid att det är svårt att få balans i ett sådant system både när det gäller sugmotorer, som alltid har undertryck i insugningsröret, och överladdade motorer, som har undertryck i insugningsröret vid låglast och övertryck vid höglast. l ett känt vevhusventilationssystem för en överladdad motor innehåller evakueringsledningen till insugningsledningen före uppladdningsaggregatet en tryckregulator, som är anordnad att upprätthålla ett i det närmaste konstant tryck ungefär motsvarande atmosfärstryck i vevhuset. Vid höglast strömmar gasen genom den sistnämnda evakueringsledningen till insugningsledningen på turboaggregatets sugsida. Eftersom övertryck då råder i insugningsröret nedströms om spjället är backventilen i den andra evakueringsledningen stängd, så att ingen luft bakvägen kan tryckas in i vevhuset. Vid låglast och undertryck i insugningsröret nedströms om spjället strömmar blow-bygasen från vevhuset via backventilen och strypningen till insugningsröret, men under vissa driftstillstånd kan luft samtidigt sugas från insugningsledningen uppströms uppladdningsaggregatet, via tryckregulatom, till insugningsröret nedströms spjället. Denna växling mellan i motsatta riktningar strömmande varm gas och kall luft resulterar i kondens och risk för igenfrysning vid kall väderlek. För att undvika detta är det känt att utnyttja en värmeslinga med varmt kylvatten kring evakueringsledningen uppströms spjället, men en sådan gör installationen dyrbar. 10 15 20 25 30 522 391 if* Ett liknande problem uppstår vid evakuering av fordonets kanister, vilken används för att absorbera bränsleångor från bensintanken varigenom man undviker att bränsleångoma ventileras till atmosfären. Särskilt vid bränslepåfyllning och vid hög yttertemperatur behöver kanistem absorbera relativt stora mängder bränsleångor. Kanistems funktion är allmänt känd och kommer ej att beskrivas närmare. För att inte kanistem skall bli mättad måste den förses med en evakueringsledning, som med hjälp av undertryck suger ångoma från kanistern till motorns insugningssystem via en avluftningsventil. Enligt en känd avluftningsventilen delad i två evakueringsledningar. En första ledning är ansluten efter spjället och en andra ledning är ansluten före uppladdningsaggregatet, varvid båda är försedda med var sin backventil. lösning är evakueringsledningen efter På grund av packningsgraden, dvs. det utrymme som har använts för montering och installation av i motom och motorrummet ingående komponenter i förhållande till det tillgängliga utrymmet, är introduktion av nya komponenter och ändringar av placeringen av befintliga komponenter ett problem. En ny komponent kan t.ex. vara ett system för rening av avgaser från framförvarande fordon, varvid motoms insugningsluft, kupéluft och luft som passerar genom motorrummet kan renas med avseende på partiklar, kväveoxider, m.m.. Ett sådant system medför ytterligare ledningsdragning odw kan i vissa fall även kräva avluftning till motoms insugningssystem.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en övenaddad förbränningsmotor med tryckreglerad vevhusventilation, genom vilken ovan beskrivna problem undanröjes.

Detta uppnås enligt uppfinningen i en förbränningsmotor av i inledningen angivet slag genom att den första och den andra evakueringsledningen kommunicerar med en tryckregulator anordnad att upprätthålla nämnda i det närmaste konstanta tryck i vevhuset, att bägge evakueringsledningama är samordnade med ventilorgan, som är anordnade att begränsa eller förhindra gasflöde i en riktning från insugningsledningen mot vevhuset, samt att minst en ytterligare evakueringsledning , vilken kan vara avsedd för avluftning av en uppsamlingsbehållare för emissioner och liknande, är förbunden med den första och andra evakueringsledningen vid en punkt mellan tryckregulatom och respektive ventilorgan. 10 15 20 25 30 52 2 s 9 1 i? -' ï*=”= 4 Genom uppfinningen uppnås tryckreglerad vevhusventilation både vid sugmotordrift (låglast) och vid överladdning (höglast). Vid sugmotordrift går praktiskt taget all blow- bygas genom den första evakueringsledningen till insugningsröret nedströms om trot- telspjället, då ventilorganen i den andra evakueringsledningen hindrar eller begränsar flöde av friskluft i motsatt riktning, dvs. till vevhuset. Vid överladdning med övertryck i insugningsröret går istället praktiskt taget all blow-bygas genom den andra evakueringsledningen till lnsugningsledningen på uppladdningsaggregatets sugslda, då ventilorganen i den första evakueringsledningen hindrar eller begränsar flöde från insug- ningsröret mot vevhuset.

Genom att förbinda befintliga evakueringsledningar med ytterligare evakueringsledningar för andra typer av emissioner, t.ex. en kanister för ångor från fordonets bränsletank eller en katalytisk reningsutrustning för att rena luft från omgivningen, kan antalet ledningsdragningar med åtföljande kopplingar för anslutning av dessa minskas betydligt.

Detta förenklar monteringen av ledningar, minskar antalet möjliga källor till läckage, samt har en positiv effekt på packningsgraden i motom, eftersom det ofta kan vara svårt att få plats med mer än en anslutning, särskilt vid insugningsgrenröret. Andra fördelar är att man får ett stabilt undertryck i vevhuset samt att systemet är diagnossäkert, eftersom ett läckage överstigande normalt flöde i någon av ledningama medför att motom stannar på tomgång på grund av det stora flödet till insugningsröret. Emissionema kan tillföras evakueringsledningama kontinuerligt eller ansamlas i någon form av uppsamlingsbehàllare, t.ex. en kanister eller en regenererbar katalysator, för intennittent avluftning. I det senare fallet krävs ofta en ventil som kan styras för att reglera flödet till evakueringsledningen.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer att framgå mer i detalj ur den följande beskrivningen av en föredragen utföringsform visad som exempel med hänvisning till de bifogade ritningama, varvid: Figur 1 visar ett tvärsnitt genom en cylinder hos en flercylindrig radmotor där alla evakueringsledningar anslutna till lnsugningsledningen på känt sätt. 10 15 20 25 30 522 391 Figur 2 visar ett tvärsnitt genom en cylinder hos en flercylindrig radmotor enligt uppfinningen, där ett flertal evakueringsledningar är förbundna för anslutning till insugningsledningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figurema illustrerar ett tvärsnitt genom en cylinder hos en flercylindrig (t.ex. fyr- eller sexcylindrig) rak radmotor med ett cylinderblock 1, ett cylinderhuvud 2 och ett vevhus 3 innehållande smörjolja. En i vevhuset lagrad vevaxel 4 är via vevstakar 5 förbunden med kolvar 6 i cylinderlopp 7. l cylinderhuvudet 2 är förbränningsrum 8 utformade, i vilka insugningskanaler 9 och avgaskanaler 10 mynnar. Gasväxlingen i förbränningsrummen 8 styrs av insugnings- och avgasventiler 11 resp. 12, som drivs av kamaxlar 13 resp. 14. Ett tändstift 15 inskjuter i varje förbränningsrum 8. Ventiler och kamaxlar är inneslutna i ett av cylinderhuvudet 2 och en ventilkåpa 16 avgränsat utrymme 17, som kommunicerar med vevhuset 3 via kanaler 18 i cylinderhuvudet 2 och cylinderblocket 1.

Ett insugningsgrenrör 19 är fastskruvat vid cylinderhuvudet 2 och har grenledningar 20, som mynnar i insugningskanalema 9 i cylinderhuvudet. Grenröret 19 är via en ledning 21 med en icke visad laddluftkylare anslutet till utloppet till en av en avgasturbin 22 driven kompressor 23, vars inlopp är anslutet till en insugningsluftledning 24 med ett luftfilter 25.

Lufttillförseln till förbränningsmmmen 8 regleras med ett trottelspjäll 26. Vevhusets 3 inre kommunicerar via en öppning 27 med en med bafflar 28 försedd behållare 29, som bildar en oljeavskiljare, vilken har till uppgift att avskilja och leda tillbaka oljan i den oljedimma, som oundvikligen följer med blow-bygasen ut genom öppningen 27 i vevhuset.

Oljeavskiljaren 29 kan vara en i och för sig känd, på vevhusets eller cylinderhuvudets utsida fäst plastbehållare, altemativt vara integrerad i cylinderhuvudet.

Hos den i figur 1 visade kända motom har oljeavskiljaren ett utlopp 30, som står i förbin- delse med en ledning 31, som grenar sig i två grenledningar 32 och 33, av vilka den ena 32 är ansluten till insugningsgrenröret 19 nedströms om spjället 26 och den andra är ansluten till insugningsluftledningen 24 mellan uppladdningsaggregatet 23 och luftfiltret 25. Den första grenledningen 32 kommunicerar med insugningsröret 20 via en backventil 34 och en strypning 35, medan den andra grenledningen 33 kommunicerar med insugningsluftledningen 24 via en tryckregulator 36 anordnad att upprätthålla ett i det 10 15 20 25 30 522 391 6 närmast konstant tryck strax under atmosfärstryck i vevhuset. När motom vid låglast arbetar som sugmotor med undertryck i insugningsröret 19 nedströms spjället 26, strömmar blow-bygasen huvudsakligen genom den första ledningen 32, vilket innebär att ingen eller obetydlig mängd olja ansamlas nedströms spjället 26. När motom vid höglast överladdas så att övertryck råder i insugningsröret 19 nedströms spjället 26, stänger backventilen 34, så att blow-bygasen strömmar genom den andra ledningen 33 till insugningsluftledningen 24, men eftersom lufthastigheten är hög, följer oljedimman med insugningsluften in i förbränningsrummet utan att olja fastnar i uppladdningssystemet. Vid vissa driftspunkter kan, såsom tidigare sagts, kall insugningsluft sugas från insugningsledningen 24, genom den andra ledningen 33 och tryckregulatom 36 till insugningsröret nedströms trottelspjället 26. Detta växelvisa flöde av vann blow-bygas med en viss fukthalt och kall insugningsluft i den andra ledningen 33 skapar problem med risk för frysning vid kall väderlek, varför man vanligen ordnar med någon form av upp- värrnning av ledningen 33. Strypningen 35 kräver dessutom regelbunden service för att inte sättas igen.

Figur 1 visar även schematiskt en bränsletank 47 ansluten till en kanister 37a, med tillhörande avluftningsventil 37b, för absorbering av bränsleångor. När kanistem behöver avluftas öppnar avluftningsventilen 37b och ångoma sugs med hjälp av undertryck genom en evakueringsledning, som delar sig i två grenledningar. Av dessa är en tredje ledning 38 är ansluten till insugningsgrenröret 19 nedströms om spjället 26 och en fjärde ledning 39 är ansluten till insugningsluftledningen 24 mellan kompressom 23 och luftfiltret 25. Båda Iedningama är försedda med backventiler för att förhindra flöde i motsatt riktning. På grund av fukthalten i bränsleångoma kan även dessa ledningar 38,39 få problem med is- bildning och igenfrysning, vilket man måste ta hänsyn till vid ledningsdragning. Altemativt, eller som komplement, kan Iedningama förses med vänneslingor eller liknande.

I figur 2 visas en lösning enligt uppfinningen, som undanröjer ovannämnda problem samtidigt som den är enkel och billig. Oljeavskiljarens 29 utlopp 30 mynnar direkt i en tryckregulator 45, vilken är anordnad att upprätthålla ett åtminstone i det närmaste konstant tryck strax under atmosfärstrycket i vevhuset 3. Tryckregulatorn 45 står i förbindelse med en ledning 40, som grenar sig i ett par grenledningar 42,43, av vilka en första ledning 42 förbinder tryckregulatom 45 med insugningsröret 20 nedströms trottelspjället 26 och innehåller en backventil 41, varvid en andra ledning 43 .- -o-. 10 15 20 25 30 522 2,91 kommunicerar med insugningsluftledningen 24 i en punkt mellan luftfiltret 25 och uppladdningsaggregatet 23 och innehåller en backventil 44, som medger fritt flöde av blow-bygas i riktning mot insugningsledningen 24. Backventilema 41,44 kan vara av den konventionella typen som helt blockerar flöde i en riktning eller av en typ, som medger fritt flöde i den ena riktningen och ett begränsat flöde i den motsatta riktningen. I föreliggande fall är den senare typen att föredra, då ett svagt flöde i ledningen 43 från uppladdningsaggregatets sugsida innebär att isbildning som kan uppstå i ledningen vid kall väderlek, förångas genom sublimation och leds in i förbränningsrummet. Detta uppnås med hjälp av flödet och det låga tryck som råder i ledningen. Därmed kan man eliminera den isuppbyggnad som teoretiskt kan ske vid stöming av flödet uppströms uppladdningsaggregatet.

En eller flera ytterligare evakueringsledningar kan anslutas till ovan nämnda ledningar 40,42,43, företrädesvis vid en punkt mellan tryckregulatom 45 på evakueringsledningen 40 och backventilen 41 på evakueringsledningen 42. Genom att koppla samman fordonets kanister 37a och dess avluftningsventil 37b med evakueringsledningen 40, kommer bränsleångor att sugas ut samma väg som blow-bygaserna och förbrännas i motom. Det är härvid en fördel att ansluta ytterligare grenledningar 46 nära backventilen 41 för den till insugningsröret anslutna evakueringsledningen 42, med avseende på den tidskonstant som bestämmer tiden det tar för bränsleångoma att nå förbränningsrummet.

Motoms insprutningssystem måste känna av och anpassa mängden insprutat bränsle, eftersom maximalt flöde av ångor från kanistem kan vara tillräcklig för att hålla fordonet i en hastighet av upp till 50 km/h. Det är även viktigt att ansluta grenledningen 42 till motoms insugningsgrenrör så att ångoma fördelas jämnt till alla cylindrar. Detta framgår inte ur figur 2, eftersom den enbart är schematisk.

Ytterligare exempel på uppsamlingsbehållare för emissioner som kan avluftas via nämnda evakueringsledning 40 är katalytiska luftrenare, avsedda för rening av omgivande luft.

Eftersom många äldre fordon saknar fungerande katalytisk avgasrening och därmed släpper ut helt orenade avgaser, kan en fordonsburen katalytisk luftrenare fånga upp många sådana föroreningar, som t.ex. kväveoxid (NOx), ozon och partiklar. Under regenereringen av luftrenaren kan dessa föroreningar sedan avluftas till motoms insugningssystem och förbrännas, för att slutligen renas i fordonets egen katalysator. För 10 15 5 2 2 3 9 1 Éïï* ~ ~ LÉI šff= ' ' att kontrollera flödet till evakueringsledningen kan systemet förses med en styrbar ventil (ej visad), på samma sätt som kanistems avluftningsventil.

Vid låglast då laddningsaggregatet 23 inte överladdar, råder undertryck i insugningsröret 20 nedströms om spjället 26 och blow-bygasen strömmar via oljeavskiljaren 29, tryckregulatorn 45 och ledningarna 40,42 till insugningsröret. Observera att ledningen 40 saknar en strypning motsvarande strypningen 35 hos det i figur 1 visade kända utföran- det, vilket reducerar antalet ställen hos motom som kräver regelbunden service. Vid höglast då kompressorn 23 överladdar, råder ett övertryck i insugningsröret 20 och blow-bygasen strömmar via oljeavskiljaren 29, tryckregulatorn 45 och ledningarna 40,43 till insugningsluftledningen 24. Gaser och ångor från olika uppsamlingsbehållare som har anslutits till evakueringsledningen 42 via separata ledningar 46 kommer därmed att strömma samma väg som blow-bygasema.

Claims (7)

10 15 20 25 30 522 391 PATENTKRAV

1. Överladdad cylinderhuvud (2), ett vevhus (3) innehållande olja, en med insugningskanaler (9) i förbränningsmotor, innefattande ett cylinderblock (1), ett cylinderhuvudet kommunicerande insugningsluftledning (19,21,24), som är ansluten till ett uppladdningsaggregat (23) och uppvisar ett trottelspjäll (26) nedströms om uppladdningsaggregatet, en första evakueringsledning (40,42), som förbinder vevhuset med insugningsluftledningen (19) i en punkt nedströms trottelspjället för evakuering av blow-bygaser från vevhuset, en andra evakueringsledning (40,43), som förbinder vevhuset med insugningsluftledningen (24) i en punkt på uppladdningsaggregatets sugsida, en tryckregulator (45), som förbinder vevhuset (3) med nämnda första och andra evakueringsledningar (42,43) via en gemensam ledning (40) och är anordnad att upprätthålla ett åtminstone i det närmaste konstant tryck i vevhuset, samt organ (29) för att avskilja olja ur den evakuerade blow-bygasen, kännetecknad av att de båda evakueringsledningarna (42,43) är samordnade med var sitt ventilorgan (41 ,44), som är anordnade att begränsa eller förhindra gasflöde i riktning från insugningsledningen (19,21,24) mot vevhuset (3), samt att minst en ytterligare evakueringsledning (46), avsedd för avluftning av en emissionskälla, är ansluten till den andra evakueringsledningen (40,43) vid en punkt mellan tryckregulatorn (45) och den andra evakueringsledningens (40,42) ventilorgan (41).

2. Förbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att ytterligare evakueringsledningar är förbundna med den första och andra evakueringsledningen (42,43) vid en punkt mellan tryckregulatorn (45) och respektive ventilorgan (41 ,44)

3. Förbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda emissionskälla utgör en uppsamlingsbehållare i form av en kanister (37) ansluten till en bränsletank (47).

4. Förbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda emissionskälla utgörs av en katalytisk luftrenare för avgaser i omgivande luft. 10 522 591 /0

5. Förbränningsmotor enligt kraven 1-4, kännetecknad av att ventilorganen (41,44) är backventiier, som förhindrar flöde i riktning från insugningsledningen (19,21,24) mot vevhuset (3).

6. Förbränningsmotor enligt kraven 1-4, kännetecknad av att ventilorganen (41,44) är backventiier, som tillåter ett högt flöde i riktning från vevhuset (3) mot insugningsledningen (19,21,24) och ett begränsat flöde i motsatt riktning.

7. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att organen för att avskilja olja ur den evakuerade blow-bygasen innefattar en oljeavskiljare (29) till vilken den forsta evakueringsledningen (40) är ansluten.