SE520219C2 - Ventil och motorarrangemang - Google Patents

Description

ifi 520 219 2 Enligt en annan typ av lösning utnyttjas i stället två samverkande turboladdare, spe- ciellt vid större dieselmotorer. Sådana system är vanligen så uppbyggda att avgaser- na först går till en liten och sedan till en större turboladdare. Den lilla turboladdaren kan förbikopplas med en bypassventil, så att bara den större används vid höga varv- tal och laster, detta för att kunna uppnå ett högre laddtryck vid låga varvtal.

Det är önskvärt att kunna använda en liknande lösning även för personbilar, men ett i problem i sammanhanget är utformningen av bypassventilen, som skall kunna täta väl i stängt läge men ändå vara lätt och snabb att manövrera för att medge anpass- ning till olika körsituationer och därmed ge god körbarhet av motorn. Hittills före- slagna lösningar är behäftade med nackdelar härvidlag.

Uppñnningens ändamål Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en förbättrad ventil av den angivna ty- pen för att uppnå god körbarhet av en fordonsmotor vid olika laster och varvtal. Ett annat syfte är att åstadkomma en enkel och effektiv ventil som är enkel och billig att tillverka. Ännu ett syfte är att ventilen skall medge enkel montering och användning samt vara säker i drift.

Redogörelse för uppfinningen Syftet med uppfinningen uppnås dels genom att utforma en ventil enligt patentkrav l och dels genom att utnyttja en sådan ventil vid ett motorsystem enligt krav 8.

Genom att utnyttja ett i sidled rörligt ventilelement, som är avsett att i stängt läge vila mot ett snedställt ventilsäte, uppnås enkelt god tätning genom att låta avgas- trycket pressa an ventilelementet mot sitt säte. Snedställningen av ventilsätet medför att ventilelementet snabbt och med ringa kraft kan förskjutas åt sidan för att öppna ventilen, något som medför att ventilen blir lättmanövrerad. Det lilla kraftbehovet '25 520 219 3 för manövreiingen innebär att t.ex. en enkel, luftdriven tiyckklocka av samma typ som vanligen används för wastegateventilen i turboladdare kan användas.

Storleken på det avgasflöde som shuntas förbi den första, lilla turbokompressom kan enkelt regleras genom att ventilelementet förs åt sidan ett lämpligt stycke från sitt stängda läge.

En annan fördel är att ventilelementet kan föras helt åt sidan ur avgasflödet och därigenom inte verka blockerande i avgasflödet. Dessutom kan ventilelementet här- igenom i viss utsträckning skyddas från heta avgaser. Ventilen kan genom ventil- elementets utformning och placering göras relativt kort, något som är fördelaktigt ur utrymmessynpunkt.

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

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med ledning av ett på bi- fogade ritning visat utföringsexempel.

Figurbeskrivning På ritningen visar: Fig.1 en turboladdad förbränningsmotor med en ventil enligt uppfinningen, F ig.2 en sprängskiss av en ventil enligt uppfmningen, Fig.3 en perspektivvy av en ventilhusdel med ett ventilelement, Fig.4 en perspektivvy av en ventilhusdel, Fig.5 ett snitt V-V i fig.4, och Fig.6 ett partiellt snitt liknande fig.5, med ventilelement och manövennekanism. §25 520 219 Beskrivning av utföringsexempel 1 figl visas ett motorarrangemang 1, där en förbränningsmotor 2 med sina avgaser driver två i serie anordnade, olika stora mrbokompressorer 3 och 4 för inmatrring av luft med övertryck i motom 2. Turbokompressom 3, som är anordnad närmast mo- tom 2, är mindre än turbokompressom 4. Via en avgassarnlare 5 och en ledning 6 leds avgaser till en turbin 7 i turbokompressom 3 och därifrån via en ledning 8 till en turbin 9 i turbokompressom 4, och slutligen via en ledning 10 vidare i motorns avgassystem. Ledningarna 6 och 8 är förbundna med en bypassledning ll, i vilken finns en enligt uppfinningen utförd ventil 12, som kommer att beskrivas nännare längre fram.

Luft tillförs motom 2 via de båda turbokompressorema 3 och 4, varvid luft först via en ledning 13 tillförs en kompressor 14 i turbokompressom 4 och därifrån via en ledrring 15 tillförs en kompressor 16 i turbokompressom 3 för att slutligen via en ledning 17 och ett inloppsrör 18 tillföras motorn 2. Ledningama 15 och 17 är för- bundna med en bypassledning 19 i vilken det finns en ventil 20.

Vid låg belastning och lågt varvtal på motorn 2 är ventilema 12 och 20 stängda, varigenom turbinen 7 i turbokompressom 3 får alla avgaser från motorn 2 och driver kompressorn 16 som matar in luft med övertryck i motom 2. Turbokompressom 4 drivs härvid endast mycket långsamt av den ringa mängd avgaser som tillförs den- samma och åstadkommer därför endast en ringa tryeksättning av den luft som till- förs motom. Vid ökande belastning och varvtal på motorn 2 ökar avgasflödet från motorn, och genom att därvid öppna ventilen 12 allt mer kan en allt större mängd avgaser matas direkt till turbinen 9 i turbokompressom 4, med resultat att kompres- som 14 levererar allt mer trycksatt luft. Vid full last och måttligt högt varvtal på motorn 2 är ventilen 12 endast delvis öppen, men vid full last och högt varvtal är ventilen 12 helt öppen, varvid turbokompressom 4 levererar i princip all luft till motorn 2. Öppningsgraden på ventilen 12 är således beroende på aktuellt varvtal och last hos motorn 2. För att undvika tryckförluster i kompressom 16 i turbokompres- ïzs 520 219 som 3 öppnas, då ventilen 12 är helt öppen vid ett stort avgasflöde från motorn och avgaserna således leds förbi turbinen 7, ventilen 20 i bypassledningen 19 så att för- bipassage av kompressorn 16 blir möjlig.

Såsom framgått är det vid den visade seriekopplingen av turbokompressorerna 3 och 4 möjligt att med hjälp av ventilen 12 styra den mängd avgaser som leds förbi tur- bokompressom 3, från ett läge där ventilen 12 är helt stängd vid låg last och lågt varvtal och till ett läge där ventilen 12 är helt öppen vid hög last och högt varvtal.

Det är härvid önskvärt att ventilen 12 är lätt att manövrera, och speciellt att den är lätt att öppna.

Ett utföringsexempel på en enligt uppfinningen utförd ventil 12 visas närmare i fig.2-6. Såsom framgår av sprängskissen enligt fig.2 är ett ventilhus till en ventil 12 uppbyggt av en undre husdel 21 och en övre husdel 22, vilka är avsedda att vara sammarifogade medelst t.ex. skmvförband. Ett ventilelement 23, som lämpligen är tallriksforrnigt, befinner sig i ventilhuset och är avsett att där manövreras medelst en manöveimekanism 24 för att reglera ett flöde i riktning av pilarna 25 genom venti- len. Ventilen 12 är utformad för inkoppling i en ledning, här ledningen 11, t.ex. med hjälp av konventionella flänsförband på de båda husdelama 21 och 22. Manöver- mekanismen 24 är anordnad i den undre husdelen 21för att möjliggöra rörelse i sid- led för ventilelementet 23 i ett urtag 26, mellan ett öppet och ett stängt läge för ven- tilen. Ventilelementet 23 är anbringat på en aim 27, som i sin tur är vridfast monte- rad på en vev 28, vilken via en bussning 29 är svängbart lagrad i den undre husdelen 21. Härigenom kan ventilelementet 23 svängas kring en med genomströriiriingsiikt- ningen i ventilen (enligt pilarna 25) väsentligen parallell axellinje.

I den undre husdelen 21 finns en utloppskanal 30, runt vilken det i urtaget 26 finns ett för ventilelementet 23 avsett ventilsäte 31. Med hjälp av manövermekariismen 24 kan ventilelementet 23 svängas i sidled från ett i fig.3 visat öppet ventilläge, helt vid sidan om utloppskanalen 30, till ett i fig.6 visat stängt ventilläge, där det ligger an mot ventilsätet 31 och kan tryckas mot detta med hjälp av trycket hos avgaser från l0 fizs 520 219 6 motorn. Ventilelementet 23 kan även ställas in i lägen mellan dessa båda ändlägen för att frige eller blockera en önskad andel av utloppskanalen 30.

Såsom framgår av fig.3-6 är ventilsätet 31 anordnat med en viss lutning i den undre husdelen 21. Denna lutning är avsedd att underlätta manövreringen av ventilele- mentet från stängt läge. Enligt f1g.6 befinner sig ventilelementet 23 i ett plan 32 som bildar en spetsig vinkel ot med ett norrnalplan 33 till flödesriktningen (pilarna 25) genom ventilen. Lutningen på planet 32 är sådan att ventilelementet 23 på väg till stängt läge möter ett uppåtlutande ventilsäte 31 och på sin väg till öppet läge lärnnar ett nedåtlutande ventilsäte 31, då det svängs cirkelbågforrnigt med hjälp av manö- vermekanismen 24. I stängt läge pressar, såsom nämnts, trycket från avgaserna an ventilelementet 23 mot ventilsätet 31. För att öppna ventilen erfordras med den an- givna lösningen enligt uppfinningen endast en liten kraft för att föra ventilelementet 23 något i sidled så att det släpper kontakten med ventilsätet 31. Därefter kan ventil- elementet 23 lätt flyttas ett önskat stycke i sidled.

I det här visade utförandet är ventilelementet 23 anordnat att utföra en svängrörelse till och från stängt läge, men det är naturligtvis möjligt att i stället utforma ventilen på annat sätt, t.ex. så att ventilelementet 23 får en linjär rörelse i ventilhuset.

Storleken på den spetsiga vinkeln ot kan lämpligen vara högst ca 20” och kan med fördel vara ca 10°. Ventilelementet 23 kan lämpligen vara vridbart monterat på ar- men 27, så att ventilelementet kan tillåtas att hamna i olika vridlägen relativt ventil- sätet 31 och därigenom säkerställa en långvarigt god tätning i ventilen. För manöv- rering av manövennekarrismen 24 firms, enligt fig. 2 och 6, ett manöverdon 34, som med fördel kan utgöras av en medelst laddluft från turbokompressorerna 3 och 4 driven tryckklocka av den konventionella typ som vanligen används för att driva wastegateventilen vid tarbokompressorer. Ärven andra typer av drivdon, tex. av elektrisk typ, är naturligtvis tänkbara för att möjliggöra inställning av ventilele- 520 219 7 mentet 23 i önskat läge. Ventilen och manöverdonet bör dock tillsammans ha ett kompakt utförande för att minimera utrymmesbehovet.

Den på lufttillförselsidan i ledningen 19 monterade ventilen 20 kan lämpligen vara av den typ där ett vridbart spjäll i stängt läge kan blockera ledningen 19, men även andra utföranden är möjliga, alltefter behov och önskemål.

För att i varje driftsituation för motorn 2 uppnå en mot den önskade motoreffekten svarande balansering av avgasflödet mellan de båda turbokompressorema 3 och 4 är det nödvändigt att manövreringen av de båda ventilema 12 och 20 styrs snabbt och effektivt. Det är därför lämpligt att manöverdonet 34 är kopplat till motorns regler- system och styrs av detta.

Ett motorarrangemang 1 av den i ñg.l visade typen är speciellt fördelaktigt då mo- torn 2 är av den typ som har variabel kompression. Genom att med hjälp av en ventil enligt uppfinningen snabbt och enkelt kunna ändra överladdningen av motorn blir det därvid möjligt att effektivt anpassa överladdningen till den för tillfället valda kompressionen i motom och därigenom utnyttja de fördelar som anpassning av mo- torns kompression till olika driftsituationer ger.

Claims (10)

10 15 20 :25 30 . =- a . I. . .. n . ï» .. r Q 1. . n .u n n s - . i I v v. ø f . , - i. v ~~ v r ~ v u = . 1 . . q . tm .lv .. vi. .t Patentkrav:

1. Ventil, med ett ventilhus där ett ventilelement (23) är förflyttbart relativt ett ven- tilsäte (31) för att reglera strömming genom ventilen, kännetecknad av att ventilsä- tet (31) är anordnat i ett lutande plan (32), som bildar en spetsig vinkel (ot) med ett nonnalplan (33) till genomströmningsriktningen i ventilen, att ventilelementet (23) är förflyttbart väsentligen i ett noirnalplan (33) till genomströniningsriktningen i ventilen samt är anordnat att vid stängning av ventilen möta ett uppâtlutande ventil- säte (31), och att ventilelementet är anordnat uppströms om ventilsätet.

2. Ventil enligt krav l, kännetecknad av att ventilelementet (23) är förflyttbart till ett läge vid sidan om ventilsätet (31).

3. Ventil enligt krav leller 2, kännetecknad av att ventilelementet (23) är svängbart kring en med genomströmningsrikmingen i ventilen väsentligen parallell axellinje.

4. Ventil enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att ventilelementet (23) via en manövermekanism (24) är förbundet med ett manöverdon (34) anordnat utanför ventilhuset.

5. Ventil enligt krav 4, kännetecknad av att manöverdonet (34) drivs av tryckluft.

6. Ventil enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att ventilelementet (23) är vridbart lagrat i manövermekarilsrnen (24) för att kunna ändra läge relativt ventilsä- tet (31).

7. Ventil enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att ventilelementet (23) är tallriksforrnigt. 10 15 520 219 9

8. Motorarrangemang, där en förbränningsrnotor (2) med sina avgaser driver två i serie anordnade, olika stora turbokompressorer (3,4) för inmatning av luft med övertryck i motorn, varvid den mindre turbokompressom (3) är anordnad närmast motorn och varvid det mellan inlopp och utlopp hos turbinen (7) i den mindre tur- bokompressorn (3) finns en med en ventil (12) försedd bypassledning (11) för förbi- koppling av turbinen i den mindre turbokompressorn, kännetecknat av att ventilen (12) i bypassledningen (11) är utförd enligt något av kraven 1-7.

9. Motorarrangemang enligt krav 8, kännetecknat av att ventilens(12) öppningsgrad är omställbar såsom funktion av motorns varvtal och belastning, varvid ventilen är anordnad att vara stängd vid låga varvtal och låg belastning samt öppen vid höga varvtal och hög belastning.

10. Motorarrangemang enligt krav 8 eller 9, kännetecknat av att motorn (2) är ut- förd med variabel kompression.