SE521802C2 - Vevhusventilation i en överladdad förbränningsmotor - Google Patents

Description

20 :Åfi 521 802 2 las i uppladdningssystemet och beroende på mängden olja och temperaturen kan upp- laddningssystemets fimktion störas.

Ett sätt att komma ifrån problemet med oljeansamling i uppladdningssystemet är att ansluta evakueringsledningen efter spjället, men där råder i syrmerhet vid låglast kraf- tigt undertryck och det vill man av flera skäl inte ha i vevhuset. Man kan dessutom inte evakuera vevhusgaser dit när motom överladdas. Ett känt sätt att åtminstone i viss ut- sträckning lösa problemet är att anordna två evakueringsledningar, en före uppladd- ningsaggregatet och en efter spjället. Den efter spjället är ansluten till insugningsröret via en strypning 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 moto- rer, som har undertryck i insugningsröret vid låglast och övertryck vid höglast. I ett känt vevhusventilationssystem i turbomotorer innehåller evakueringsledningen till in- sugningsledningen 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 råder i insug- ningsröret 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 samtidigt sugs under vissa driftstillstånd luft via tryckregulatom från insugningsledningen uppströms uppladd- ningsaggregatet till insugningsröret nedströms spjället. Denna växling mellan i mot- satta 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 värme- slinga med varmt kylvatten kring evakueringsledningen uppströms spjället, men en sådan gör installationen dyrbar. 10 15 20 i¿æ "im 521 802 3 Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en överladdad förbrännings- motor med tryckreglerad vevhusventilation, genom vilken ovan beskrivna nackdelar undanröjes.

Detta uppnås enligt uppfinningen i en iörbränningsmotor avi inledningen angivet slag genom att den första evakueringsledningen kommunicerar med en andra tryckregulator anordnad att upprätthålla nämnda i det närmaste konstanta tryck i vevhuset, och att bägge evakueringsledningama är samordnade med ventilorgan, som är anordnade att begränsa eller förhindra gasflöde i en riktning från insugningsledningen mot vevhuset.

Genom uppfinningen uppnås tryckreglerad vevhusventilation både vid sugrnotordrift (låglast) och vid överladdning (höglast). Vid sugmotordrift går praktiskt taget all vev- husgas genom den forsta evakueringsledningen till insugningsröret nedströms om trot- telspjället, då ventilorganen i den andra evakueringsledningen hindrar eller begränsar flöde av fiiskluft i motsatt riktning, dvs till vevhuset. Vid överladdning med övertryck i insugningsröret går istället praktiskt taget all vevhusgas genom den andra evakue- ringsledningen till insugningsledningen på uppladdningsaggregatets sugsida, då venti- lorganen i den första evakueringsledningen hindrar eller begränsar flöde från insug- ningsröret mot vevhuset.

Ventilorganen i evakueringsledningama kan antingen vara rena backventiler, som helt blockerar flöde i riktning mot vevhuset, eller ventiler, som tillåter ett högt flöde i rikt- ning från vevhuset och ett begränsat flöde (kalibrerat läckage) i motsatt riktning. För- delen med den senare lösningen är att risken för att ett otillâtet högt undertryck skapas i vevhuset vid motorbromsning elimineras. Eftersom det inte förekommer någon för- bränning, som alstrar blow-bygaser, och undertrycket i insugningsröret efter trottel- spjället är maximalt högt vid stängt spjäll, kommer armars undertrycket att alstra en gasvandring i motsatt riktning, dvs från vevhuset förbi kolvringama, in i förbrännings- rummet och ut genom avgasledningen. Under ogynnsamrna omständigheter skulle den- na omvända gasvandring kunna leda till att vevhustrycket till slut blev så lågt, att luft via vevaxeltämingama sögs in i vevhuset från den omgivande atmosfären, eftersom 10 15 20 Ûpfi lm 521 802 4 tätningamas tätningsläppar är vända för att täta mot överuyck inuti vevhuset och inte mot övertryck på dess utsida. Detta skulle kunna leda till att föroreningar samtidigt följde med, som skulle kunna förorsaka skador på lager, kolvar och cylinderlopp.

Flödet av luft från den omgivande atmosfären till vevhuset genom det kalibrerade läckaget genom ventilerna ger frihet att välja så lågt tryck i insugningsröret, att motorn inte producerar någon naturlig blow-bygas, vilket inträffar när medeltrycket ovanför kolven är lägre än medeltrycket under kolven, vilket som ovan nämnts kan inträffa vid motorbromsning i kombination med extremt låga insugningstryck. Trots att motom inte producerar någon egen blow-bygas kan nyckregulatorema reglera vevhustrycket ge- nom den skenbara blow-bymängden luft via evakueringsledningarna.

Genom luftflödet in till motorns vevhus via evakueringsledningarna uppnås ett högre totalt flöde genom organen för oljeavskiljning, vilket ger högre oljeavskiljning. Vidare ger den ökade blow-bygashastigheten högre värmeeffekt i gasen vilket ger förbättrade köldegenskaper i organen för oljeavskiljning, i tryckregulatorerna och i tillhörande slangar och rör.

Uppfinningen beskrivs närmare med hänvisning till på bifogade ritningar visade utfö- ringsexempel, där fig.l visar ett schematiskt tvärsnitt genom en turboladdad förbrän- ningsmotor med ett tidigare känt vevhusventilationssystem och fig.2 visar en motsva- rande motor med ett vevhusventilationssystem enligt uppfinningen.

Figurerna 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. I cylinderhuvudet 2 är förbränningsrum 8 utfonnade, i vilka insugningskanaler 9 och avgaskanaler 10 mynnar. Gasväxlingen i förbrännings- rummen 8 styrs av insugnings- och avgasventiler ll 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 ventilkâpa 16 avgränsat utrymme 17, som 10 15 20 25 '30 521 802 5 kommunicerar med vevhuset 3 via kanaler 18 i cylinderhuvudet 2 och cylinderblocket l.

Ett insugningsgrenrör 19 är fastskruvat vid cylinderhuvudet 2 och har grenledningar 20, som myrmar i insugningskanalerna 9 i cylinderhuvudet. Grenröret 19 är via en led- ning 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 förbrärmingsrummen 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 iden oljedimrna, som oundvikligen följer med blow-bygasen ut genom öppningen 27 i vevhuset. Oljeavskiljaren 29 kan vara en i och för sig känd, på vevhu- sets utsida fást plastbehållare.

Hos den i fig. lvisade kända motorn 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 kompressom 23 och luftfiltret 25.

Grenledningen 32 kommunicerar med insugningsröret 20 via en backventil 34 och en strypning 35, medan grenledningen 33 kommunicerar med insugnjngsluftledningen 24 via en tryckregulator 36 anordnad att upprätthålla ett i det närmast konstant tryck strax under atmosfarstryck i vevhuset. När motorn vid låglast arbetar som sugmotor med undertryck i insugningsröret 19 nedströms spjället 26, strömmar blow-bygasen huvud- sakligen genom ledningen 32, vilket innebär att ingen eller obetydlig mängd olja an- samlas framför spjället 26. När motorn vid höglast överladdas så att övertryck råder i insugningsröret 19 nedströms spjället 26, stänger backventilen 34, så att blow-bygasen strömmar genom ledningen 33 till insugningsluftledningen 24, men eftersom lufthas- tigheten är hög, följer oljedimman med insugningsluften in i förbrämiingsrurmnet utan att olja fastnar i uppladdningssystemet. Vid vissa driftspunkter kan, såsom tidigare sagts, insugningsluft sugas från insugningsledningen 24, genom ledningen 33 och tryckregulatorn 36 till insugningsröret nedströms trottelspjället 26. Detta växelvisa flö- 10 15 20 2 ß iso 521 802 6 de av varm blow-bygas och kall insugningsluft i ledningen 33 skapar problem med risk för frysning vid kall väderlek, varför man vanligen ordnar med någon form av upp- värmning av ledningen 33. Strypningen 35 kräver dessutom regelbunden service för att inte sättas igen.

I fig.2 visas en lösning enligt uppfinningen, som undanröjer ovarmämnda problem samtidigt som den är enkel och billig. Förutom den direkt med vevhuset 3 kommunice- rande oljeavskiljaren 29 är här en ytterligare oljeavskiljare 40 anordnad, vilken är för- bunden med ventilkåpan 16 och kommunicerar med utryrmnet 17 och därmed också med vevhuset 3 via kanalerna 18 i cylinderhuvudet 2 och blocket 1. Oljeavskiljarens 40 utlopp 41 myrmar direkt i en tryckregulator 42, vilken är anordnad att upprätthålla ett åtminstone i det närmaste konstant tryck strax under atmosfärstrycket i utrymmet 17 och följaktligen även i vevhuset 3. Tryckregulatom 42 kommunicerar med insug- ningsluftledningen 24 i en punkt mellan luftfiltret 25 och uppladdningsaggregatet via en ledning 43, som innehåller en backventil 44, som medger fritt flöde av vevhusgas i riktning mot insugningsledningen 24. Backventilen 44 kan vara av den konventionella typen som helt blockerar flöde i en riktning eller av en typ, som medger fiitt flöde i den ena riktningen och ett begränsat flöde i den motsatta riktningen. I föreliggande fall är den senare typen att föredra, då den vid ett negativt blow-byflöde, dvs flöde från vevhuset till förbränningsmrnmet, vilket kan inträffa t ex vid kraftig motorbromsning, medger ett begränsat flöde av fiiskluft till vevhuset. Utloppet 30 till den direkt med vevhuset kommunicerande oljeavskiljaren 29 mynnar i en tryckregulator 45, vilken liksom tryckregulatom 42 är anordnad att upprätthålla ett i det närmaste konstant tryck strax under atmosfärstryck i vevhuset 3. En ledning 46 förbinder tryckregulatom 45 med insugningsröret 20 nedströms trottelspjället 26 och innehåller en backventil 47, vilken kan vara av samma typ som backventilen 44, dvs en ventil som medger fritt flö- de av vevhusgas från vevhuset men hindrar eller begränsar flöde i motsatt riktning, Vid låglast då kompressorn 23 inte överladdar, råder undertryck i insugningsröret 20 nedströms om spjället 26 och blow-bygasen strömmar nu via oljeavskiljaren 29, tryckregulatom 45 och ledningen 46 till insugningsröret. Observera att ledningen 46 10 521 802 7 saknar en strypning motsvarande strypningen 35 hos det i flg.1 visade kända utföran- det, vilket reducerar antalet ställen hos motorn som kräver regelbunden service. Vid höglast då kompressom 23 överladdar, råder ett övertryck i insugningsröret 20 och blow-bygasen strömmar nu via kanalema18, kammaren 17, oljeavskiljaren 40, tryckre- gulatom 42 och ledningen 43 till insugníngsluftledningen 24. Om ventilen 47 är en ren backventil erhålls inget luftflöde till vevhuset 3 via ledningen 46, men företrädesvis är ventilen 47 en ventil, som medger ett begränsat kalibrerat luftflöde från insugningsröret 24 till vevhuset 3. Härigenom ökas gashastigheten genom oljeavskiljaren 40, vilket förbättrar oljeavskiljningen och höjer temperaturen i rör och slangar. Detta är särskilt fördelaktig i en rak motor med en varm och en kall sida, som har den kalla sidan fram- åt i fordonet. Genom att dela upp oljeavskiljningen på två oljeavskiljare 29 resp 40 och placera oljeavskiljaren 40 i anslutning till ventilkåpan 16 erhålls optimalt korta led- ningar, vilket ytterligare reducerar risken för frysning.

Claims (5)

10 15 20 25 i°m 521 802 s Patentkrav

1. Överladdad törbränníngsmotor, irmefattande ett cylinderblock (1), ett cylinderhuvud (2), ett vevhus (3) innehållande olja, en med insugningskanaler (9) i cylinderhuvudet kommunicerande insugningsluftledning (19,2 1,24), som är ansluten till ett uppladd- ningsaggregat (23) och uppvisar ett trottelspjäll (26) nedströms om uppladdningsagg- regatet, en första evakueringsledníng (46), som förbinder vevhuset med insug- ningsluftledningen i en punkt nedströms trottelspjället för evakuering av blow-bygaser från vevhuset, en andra evakueringsledning (43 ), som förbinder vevhuset med insug- ningsluftledningen i en punkt på uppladdningsaggregatets sugsida och kommunicerar med en första tryckregulator (42) anordnad att upprätthålla ett åtminstone i det när- maste konstant tryck i vevhuset, samt organ (29) for att avskilja olja ur den evakuerade blow-bygasen, kännetecknad av att den första evakueringsledningen (46) kommunice- rar med en andra tryckregulator (45) anordnad att upprätthålla nämnda i det närmaste konstanta tryck i vevhuset (3), och att bägge evakueringsledningama (43,46) är sam- ordnade med ventilorgan (44,47), som är anordnade att begränsa eller förhindra gas- flöde i riktning från insugningsledningen (l9,21,24) mot vevhuset (3).

2. Förbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att ventilorganen (44,47) är backventiler, som förhindrar flöde i riktning från insugningsledningen (l9,21,24) mot vevhuset (3).

3. Förbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att venti1organen(44,47) är backventiler, som tillåter ett högt flöde i riktning fiän vevhuset (3) mot insugrringsled- ningen (19,2 1,24) och ett begränsat flöde i motsatt riktning.

4. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att organen för att avskilja olja ur den evakuerade blow-bygasen innefattar första och andra oljeavskiljare (29,40) till vilka den första och den andra evakueringsledningen 46 resp 43) är anslutna 521 802 9

5. F örbrärnlingsmotor enligt krav 4, kännetecknad av att den första evakueringsled- ningen (46) är förbunden med en oljeavskiljare (29), som kommunicerar direkt med vevhuset (3), medan den andra evakueringsledningen (43) är ansluten till en oljeav- skiljare (40), som kommunicerar med ett mellan cylinderhuvudet (2) och en ventilkåpa (16) avgränsat utrymme (17), vilket i sin tur kommunicerar med vevhuset (3).