SE450590B - Forbrenningsmotor - Google Patents

Description

450 590 nerad in- och utloppskanal.

Syftet med uppfinningen är att förbättra en motor av inlednings- vis angiven typ och att möjliggöra en bättre styrning av flödet genom motorn.

Detta uppnås enligt uppfinningen därigenom att ventilorganet ut- görs av en kombinerad in- och utloppsventil, företrädesvis en tall- riksventil, som reglerar kammarens förbindelse med en kombinerad in- och utloppskanal, i vilken det finns en reglerventil, via vil- ken den kombinerade in- och utloppskanalen kan bringas i förbin-' delse med en intagskanal och en avgaskanal, att i reglerventilen ingår dels en i ett ventilhus roterbar, med en inströmningspassa- ge och en avgaspassage försedd ventilkropp, vars varvtal är pro- portionellt med motorns varvtal, och dels en i ventilhuset anord- nad, med inströmningspassagen i ventilkroppen samverkande skärm- anordning, som är ställbar för att möjliggöra en variabelt stor in- strömning via inströmningspassagen, och att reglerventilen är an- ordnad att under en del av sitt rotationsvarv samtidigt förbinda både intagskanalen och avgaskanalen med den kombinerade in- och utloppskanalen.

Genom denna lösning möjliggörs dels på ett enkelt sätt reglering av mängden insugen luft, och dels återutmatning av redan insugen luft före kompressionens påbörjande. Den härigenom uppnådda för- finade regleringen av strömningen genom motorn möjliggör förbätt- rade prestanda för motorn. ' Uppfinningen förklaras i det följande närmare med hjälp av på bi- fogade ritning visade utföringsexempel, där fig. 1 visar en förbränningsmotor med en reglerventil, fig. 2 visar ett ventildiagram till motorn i fig. 1, fig. 3 visar ett snitt längs linjen III-III i fig. 4 genom en an- nan utföringsform av en reglerventil, fig. 4 visar ett snitt längs linjen IV-IV i fig. 3, fig. Sa-h visar schematiskt funktionen för en motor enligt uppfin- ningen, försedd med en reglerventil enligt fig. 3 och 4, fig. 6 visar ett ventildiagram för motorn i fig. 5, fig. 7 visar ännu en utföringsform av en motor enligt uppfinningen, « 'f f, ,_ A,. ,4sofs9o 'försedd med ännu en typ av reglerventil, fig. 8 visar ett ventildiagram för motorn i fig. 7, fig. 9 Visar ett längdsnitt genom en reglerventil vid motorn i fig. 7, e p fig. 10 visar schematiskt en motor av samma typ som i fig. 7, men med en modifierad reglerventil och fig. 11 visar i perspektiv en del av en reglerventil enligt fig. 10.

En i fig. 1 visad delvis antydd förbränningsmotor 1 av fyrtakts- typ nar en eller flera kammare 2, av vilka dock endast en visas i figuren. I varje dylik kammare.finns ett såsom en fram- och återgå- ende kolv utformat arbetsorgan 3, som på ritningen befinner sig mellan sitt övre och sitt undre dödläge, på väg nedåt. Inströmnin- gen i kammaren 2 regleras av en inloppsventil 4 och utströmningen regleras av en utloppsventil 5. Q För reglering av kompressionen finns en kompressionsregleranord- ning 6, t.ex. av den typ som beskrivs i svensk patentansökan nr. 8105302-7, där en kolv 7 är inställbar i önskat läge.

I en inloppskanal ß finns det uppströms om inloppsventilen 4 en reglerventil 9 med vars hjälp det är möjligt att ytterligare reg- lera inströmningen till kammaren 2. I reglerventilen 9 ingår en i ett ventilhus 10 roterbar ventilkropp 11, vilken har en inström- ningspassage 12. Ventilkroppen 11 roterar med ett_varvtal som är proportionellt mot varvtalet för motorns vevaxel, varigenom reg- lerventilen 9 kommer att vara öppen endast under en del av rörel- secykeln för arbetsorganet 3. I reglerventilen 9 ingår även en i ventilhuset 10 anordnad skärmanordning 13, som har en för samver- kan med inströmningspassagen 12 avsedd öppning 14, Skärmanordnin- gen 13 är rörlig i omkretsled för ventilkroppen 11 för att kunna blockera en varierande stor andel av tvärsnittsarean för inlopps- kanalen 8. Både kompressionsregleranordningen 6 och skärmanordnin- gen 13 är kopplade till ett ställdon 1É som på basis av erhållen information om motorns aktuella belastning dels ställer in skärm- anordningen 1311 ett sådant läge att en mot motorns aktuella be- lastning proportinonell luftmängd tillåts passera reglerventilen 9, och dels ställer in kompressionsregleranordningen i ett mot den i kammaren 2 inströmmande luftmängden svarande läge, så att alltid samma kompresskmsuyck erhålls i kammaren 2, oberoende av .___.._--v--,._.__.,.. _.. f- . .. 450 590 vid vilken belastning motorn arbetar. Vid det i fig. 1 visade. exemplet arbetar motorn med ca 50% av maximal belastning. Skärm- anordningen 13 är därför inställd i ett läge där den blockerar I ungefär halva tvärsnittet på inloppskanalen 8, vilket innebär att endast ca hälften av den maximalt möjliga luftmängden kan passera reglerventilen 9. Kolven 3 har i detta fall hunnit ungefär halv- vägs mellan sitt övre och undre dödläge, då reglerventilen 9 stän- ger. Trots att inloppsventilen 4 fortfarande är öppen kan således inte ytterligare luft strömma in i kammaren 2. Till följd av den rådande belastningen har kolven 7 i kompressionsregleranordningen 6 placerats halvvägs mellan sina båda ändlägen.

Samspelet mellan inloppsventilen 4, utloppsventilen 5 och regler- ventilen 9 framgår närmare av fig. 2, där de olika rektanglarna anger vid vilka vevaxellägen de resp. ventilerna är öppna. Såsom brukligt befinner sig kolven 3 i sitt övre dödläge (ÖD) vid vev- axellägena 00, 3600, 7200 etc. och i sitt nedre dödläge 1ND) vid vevaxellägena 1800, 540° etc. Den sektionerade andelen av öppet- hâllningsrektangeln för reglerventilen 9 anger det omrâde inom vilket stängning av reglerventilen kan ske, beroende på vilken be- lastning motorn för tillfället arbetar under. ä För att förhindra att motorns fyllnadsgrad försämras vid ökande varvtal kan ventilkroppen 11 vara försedd med en vridregulator som påverkas av motorns varvtal och som påverkar ventilkroppens rö- relsemönster vid ökande varvtal, så att ventilkroppen 11 vrids något i en riktning motsatt sin normala rotationsriktning, varige- nom stängningstidpunkten senareläggs något för reglerventilen 9.

Skärmanordningen 13 kan även vara försedd med en justeranordning som reglerar dess läge med hänsyn till den volymförändring per vevaxelgrad som inträffar, då kolven rör sig nedåt på väg från ÖD till ND. Volymförändringen per vevaáelgrad varierar mycket, och av den anledningen förändras även fyllnadsgraden till följd av den nedstrypning av inloppsarean som äger rum, innan ventilen är helt stängd. En sådan justerfunktion kan t.ex. åstadkommas med hjälp av en länkanordning med arm och rulle, som följer en mall ~ och därigenom stämmer av fyllnadsgraden så att den insugna luft- mängden står i en sådan proportion till kompressionsvolymen att maximalt tillåten tryck- och temperaturnivå alltså kan uppnås un- 450 590 der kompressions- och förbränningsfasen, oberoende av aktuellt varvtal och av hur stor del av kammarens möjliga volym som för tillfället utnyttjas.

Reglering av flödet genom motorn kan i övrigt ske genom att ven- tiltiderna för inloppsventilen 4 och utloppsventilen 5 anpassas ef- ter râdande varvtal. Reglermekanismen kan antingen sitta i kamaxeln och t.ex. vara av den typ som beskrivs i svensk patentansökan nr. 8006793-7, eller vara placerad mellan kamaxeln och ventillvftaren, och t.ex. vara av den typ som beskrivs i svensk patentansökan nr. 8107709-1. Härigenom blir det möjligt att kunna bibehålla ett vä- sentligt oförändrat maximalt vridmoment över motorns hela varv- talsregister. Den regulator som har till uppgift att finreglera läget av ventilkroppen 11 såsom funktion av varvtalet kan eventu- ellt ersättas med en motsvarande reglermekanism som påverkar skärm- anordningen 13., En reglerventil 9 med annan utformning än i fig. 1 visas i fig. 3 och 4. Förutom en inströmningspassage 12 har ventilkroppen 11 även en avgaspassage 16 och en returpassage 17. Via reglerventilen 9 kan härigenom inloppskanalen 8 via inströmningspassagen 12, av- gaspassagen 16 och returpassagen 17 resp., sättas i förbindelse med en intagskanal 18, en avgaskanal 19, och en returkanal 20 resp., såsom funktion av ventilkroppens 11 rotation. Denna typ av regler- ventil används enligt uppfinningen vid en förbränningsmotor 1 av den typ som schematiskt visas i fig. 5. Till skillnad från motorn i fig. 1 har här enligt uppfinningen inloppsventilen 4 och utlopps- ventilen 5 sammanförts till en enda ventil 4, 5, via vilken såle- des all strömning till och från kammaren 2 sker. Liksom tidigare finns en kompressionsregleranordning 6. Rörelsemönstret för ven- tilen 4, 5 styrs av ett speciellt ventilstyrdon 21 med vars hjälp öppnings- och stängningsläget för ventilen kan variera.

Enligt fig. 5a och 5b är reglerventilen_9 i ett sådant läge att luft via intagskanalen 18, inströmningspassagen 12, inloppskana- len 8 och den öppna ventilen 4, 5 kan sugas in i kammaren 2, då kolven 3 är på väg nedåt. Vid det i fig. 5c visade vevaxelläget 2100 är kolven 3 på väg uppåt medan ventilen 4, 5 fortfarande är öppen. Via returpassagen 17 står inloppskanalen 8 nu även i förbindelse med returkanalen 20, varigenom återutmatning av redan ._..._...-......._..,.-.. __, , _, ._ 450 590 insugen luft kan ske. Denna återutmatning fortsätter vid det i fig. 5d visade vevaxelläget, där inströmningspassagen 12 nu bloc- kerats. Då kolven 3 nått det i fig. 5e visade vevaxelläget 2850, är utströmning via returpassagen 17 fortfarande möjlig, men för- hindras nu av att ventilen 4, 5 stängt. Genom att välja tidpunkt för stängning av ventilen 4, 5 kan en önskad andel“av den i kamma- ren 2 insugna luften behållas för kompression. Genom att anpassa inställningen hos kompressionsregleranordningen 6 kan härigenom alltid ett konstant kompressionstryck erhållas, oberoende av vid vilket läge ventilen 4, 5 stänger. I fig. 5f har arbetsfasen just påbörjats. Vid det i fig. 5g visade vevaxelläget 5300 har ventilen 4, 5 öppnat, samtidigt som den nu såsom avgaskanal tjänstgörande inloppskanalen 8 kommit i förbindelse med avgaskanalen 19 via av- gaspassagen 16. Härigenom kan avgaser strömma ut ur kammaren 2.

Avgasutmatningen fortsätter sedan under kolvens uppåtgående rörel- se, och under slutfasen av avgasutmatningen kan, såsom framgår av fig. Sh, ny luft börja sugas in i kammaren 2 till följd av att inloppskanalen 8 nu via inströmningspassagen 12 även står i förbin- delse med intagskanalen 18. öppnings- och stängningslägena för de olika ventilerna vid motorn i fig. 5 framgår även av ventildiagrammet i fig. 6, som är uppbyggt på motsvarande sätt som i fig. 2. I det här utförandet bestämmer således stängningsläget för ventilen 4, 5 hur stor del av den to- tala mängden insugen luft som skall behållas i motorn för kompri- mering. Det inbördes läget mellan inströmningspassagen 12 och av- gaspassagen 16 är sådant att den utströmmande avgasen i slutskedet utövar en viss sugverkan på inströmningsluften i startläget.

Ventiltiderna för ventilen 4, 5 kan i det här utförandet regleras med hjälp av en ställbar kamanordning som gör det möjligt att väl- ja såväl öppnings- som stängningsläge för ventilen 4, 5. En dylik anordning kan exempelvis vara utförd enligt den tidigare angivna svenska patentansökan nr. 8006793-7. Ventilen kan dock även regle- ras med hjälp av en mekanism placerad mellan kamaxeln och själva ventillyftaren. En dylik mekanism är tidigare beskriven i den li- kaså tidigare nämnda svenska patentansökan nr. 8107709-1.

Det i fig. 7 visade utförandet på en förbränningsmotor 1 skiljer sig från det i fig. 5 visade utförandet därigenom att en annan mk _4so àäo typ av reglerventil 9 förekommer. Denna reglerventil har, liksom vid utförandet enligt fig. 3 och 4, både en inströmningspassage 12 och en avgaspassage 16, men saknar en returpassage 17. Däremot har den, liksom vid utförandet enligt fig. 1, en med inströmnings- passagen 12 samverkande skärmanordning 13. Beträffande utformning- en av reglerventilen 9, se även fig. 9. V Å Funktionen är följande: vid det i fig. 7a visade vevaxelläget 80° är ventilen 4, 5 öppen och kammaren 2 står därigenom i förbindelse med intagskanalen 18 via inloppskanalen 8 och inströmningspassagen 12. Skärmanordningen 13 är på motsvarande sätt som vid utförandet enligt fig. 1 såsom funktion av belastningen inställd i ett sådant läge, att insugningen är nästan avslutad vid detta vevaxelläge.

I fig. 7b har kolven 3 nått sitt nedre dödläge, och skärmanordnin- gen.blockerar nu inströmningspassagen 12. Den redan tidigare insug- na luftmängden i kammaren 2 har nu utsatts för en trycksänkning.

I fig. 7c pågår kompression av den insugna luften med ventilen 4, 5 i stängt läge. Arbetsfasen börjar vid det i fig. 7d visade vevaxel- läget,_och så småningom sätts den även såsom avgaskanal tjänstgö- rande inloppskanalen 8 i förbindelse med avgaskanalen 19 via av- gaspassagen 16. Då, enligt fig. 7e, ventilen 4, 5 öppnats, kan av- gaser nu strömma ut ur kammaren 2 ända till dess att kolven 3 när- mar sig sitt övre dödläge, fig. 7f.

I fig. 8 klargörs närmare i form av ventildiagram hur de i fig. 7 förekommande olika ventilerna samverkar. .

Den i fig. 7 visade tallriksventilen 4, 5 har således till uppgift att leda in luft och att avbryta inloppsfasen, när motorn arbetar med hög belastning. Ventilen har även till uppgift att leda ut av- gaser och att reglera den tidpunkt, när avgasfasen kan börja.

Vid utförandet enligt fig. 7 sker på samma sätt sßm vid utförandet enligt fig. 1 inställning av skärmanordningen 13 och kompressions- regleranordningen 6 såsom funktion av den till följd av motorns aktuella belastning behandlade mängden luft i motorn. Härigenom säkerställs att den behandlade luftmängden alltid komprimeras till den tryck- och temperaturnivå som maximalt kan tillåtas i motorn.

Reglering av motorns kraftmoment sker enbart genom att vardera _storleken av den gasmassa som utnyttjas av motorn per arbetscy- kel. Storleken på den för tillfället utnyttjade volymen i motorn 450 590 och storleken på det för tillfället avgivna kraftmomentet står all- tid i ett konstant förhållande till varandra. Bränslet tillförs med fast luft-bränsletal i förhållande till storleken på den ar- betsvolym som för tillfället utnyttjas. Ventiltiden för tallriks- ventilen regleras lämpligen i förhållande till motorns varvtal.

Det i fig. 7 visade förloppet hänför sig till en motor som arbe- tar med ca 40% av maximal belastning. 7 I fig. 10 visas en förbränningsmotor 1 av i huvndsak samma typ sgm i fig. 7, men med en modifierad reglerventil 9, vilken visas närma- re i fig. 11. Liksom vid utförandet enligt fig. 9 leder både in- strömningspassagen 12 och avgaspassagen 16 från axiellt åtskilda ställen längs ventilkroppen 11 till ett ställe mitt för inloppska- nalen 3, med vilken de under en viss del av rotationsvarvet för ventilkroppen 11 kan stå i förbindelse samtidigt. Mitt för inlopps- kanalen 8 finns en i reglerventilen 9 ingående speciell skärman- ordning 22, med vars hjälp det är möjligt att reglera storleken av den tidsperiod under vilken inströmningspassagen 12 och avgaspassa- gen 16 samtidigt står i förbindelse med inloppskanalen 8, som även tjänstgör såsom avgaskanal. Genom vridning av ett kamorgan 23 kan två olika skärmar 24 och 25 förskjutas åt motsatta håll i perife- riled runt ventilkroppen 11, så att en större eller mindre del av inloppskanalen 8 blockeras. Rörelsen för kamorganet 23 kan lämpli- gen, liksom en axel 26 för omställning av rörelsemönstret för ven- tilen 4, 5 vara kopplad till motorns varvtal.

En reglerventil enligt uppfinningen kan, såsom här visats, använ- das tillsammans med en med en eller flera tallriksventiler försedd fyrtaktsmotor av ottotyp eller dieseltyp, men det är också möjligt att använda reglerventilen.vid motorer.som i stället är försedda med portventiler, t.ex. en wankelmotor, en vanlig tvåtaktsmotor eller en tvåtakts dieselmotor.

Beträffande arrangemang för att känna av motorns aktuella belast- ning och för att reglera kompressionsförhållandet i kammaren 2 så- som funktion av den aktuella belastningen hänvisas till svensk pa- tentansökan nr. 8105302-7. .._...-..._.__ . __.____.:.__..__..._.v . 'lr -id "

Claims (6)

45Û 590 Patentkrav

1. Förbränningsmotor med åtminstone en kammare (2) där det finns ett rörligt arbetsorgan (3). en kompressionsregleran- ordning (6) samt ventilorgan (4. 5) för att öppna och stänga' kamnaren, k ä n n e t e c k n a d av att ventilorganet utgörs av en kombinerad in- och utloppsventil (4. 5), före- trädesvis en tallriksventil, som reglerar kannarens förbin- delse med en kombinerad in- och utloppskanal (8) i vilken det finns en reglerventil (9) via vilken den kombinerade in- och utloppskanalen kan bringas i förbindelse med en intagskanal (18) och en avgaskanal (19). att i reglerventi- len (9) ingår dels en i ett ventilhus (10) roterbar, med en inströnningspassage (12) och en avgaspassage (16) försedd ventilkropp (11). vars varval är proportionellt mot motorns varvtal; och dels en i ventilhuset (10) anordnad. med in- strönningspassagen (12) i ventilkroppen (ll) samverkande skärmanordning (13). som är ställbar för att möjliggöra en' variabelt stor inströmning via inströmningspassagen (12). och att reglerventilen (9) är anordnad att under en del av sitt rotationsvarv samtidigt förbinda både intagskanalen (18) och avgaskanalen (19) med den kombinerade in- och ut- loppskanalen (8).

2. Förbränningsmotor enligt krav 1. k ä n n e t e c k - n a d 'av att i reglerventilen (9) ingår en ytterligare skärmanordning (22). för reglering av den tid under vilken inströmningspassagen (12) och avgaspassagen (16) står 1 san- tidig förbindelse med den kombinerade in- och utloppskanalen (8).

3. Förbränningsmotor enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att reglerventilens (9) inströnningspassa- ge (12) är anordnad att öppnas efter den kombinerade in- och utloppsventilen (4, 5). 450 590' 'io

4. Förbränningsmotor enligt krav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att reglerventilens (9) inströmningspassa- ge (12) är anordnad att stängas före den kombinerade in- och utloppsventilen (4. 5).

5. Förbränningsmotor enligt något av kraven l-4. k ä n - n e t e c k n a d av att den skârmanordning (13) som sam- verkar med inströmningspassagen (12) är ställbar som funk- tion av motorns aktue1la.be1astning. varvid öppethållnings- tiden för inströmningspassagen (12) är proportionell-mot motorns aktuella belastning, för begränsning av mängden in- natat arbetsmedium i_kammaren (2). och att även inställnin- gen av kompressionsregleranordningen (6) är variabel såsom funktion av motorns aktuella belastning.

6. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-5, k ä n - n e t e c k n a d av att den kombinerade in- och utlopps- ventilen (4, 5) har reglerbart öppnings- och stângningsläge. lämpligen såsom funktion av motorns varvtal. 'n m»