SE436057B

SE436057B - ARRANGEMENTS FOR SUPPLIED COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: SE436057B
Application number: SE7714342A
Authority: SE
Inventors: D Bergstedt; A E B Johansson
Original assignee: Saab Scania Ab
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1984-11-05
Also published as: SE7714342L; JPS5376213A; IT1088775B; FR2374510A1; GB1519108A

Description

1714:42-s 2 fortsatta öppningsrörelse inte förmår kompensera det ökade avgasflödet från motorn. 1714: 42-s 2 continued opening movement is not able to compensate for the increased exhaust gas flow from the engine.

Vid detta kända arrangemang avger sålunda kompressorn ett med motorvarv- talet ökande tryck i motorns inloppssystem och inloppstrycket uppnår följ- aktligen maximalt värde vid motorns högsta varvtal. Detta förhållande är av- görande vid val av övriga motorparametrar, exempelvis kompressionsförhâllan- de och bränslekvalitet. Oberoende av de valda motorparametrarna är motorer, vars överladdning styrs med ovan beskrivna kända arrangemang, i första hand avsedda för drift med höga varvtal, vilket exempelvis är fallet i tävlings- fordon. Däremot är dylika motorer oekonomiska och olämpliga för drift på de .relativt låga varvtal som kommer ifråga vid normal körning av motorfordon.In this known arrangement, the compressor thus emits a pressure increasing with the engine speed in the engine inlet system and the inlet pressure consequently reaches the maximum value at the highest engine speed. This ratio is crucial when choosing other engine parameters, such as compression ratio and fuel quality. Regardless of the selected engine parameters, engines whose overcharging is controlled by the above-described known arrangements are primarily intended for operation at high speeds, as is the case, for example, in racing vehicles. On the other hand, such engines are uneconomical and unsuitable for operation at the relatively low speeds that come into play during normal driving of motor vehicles.

Till grund för föreliggande uppfinning ligger uppgiften att utforma en överladdad förbränningsmotor för normalt fordonsbruk i avsikt att erhålla bättre bränsleekonomi och högre prestanda inom det varvtalsomrâde som mo- torn mestadels arbetar i. Uppgiften löses med det uppfinningsenliga arrange- manget, vilket innefattar en avgasturbinen förbikopplande by-pass-ledning samt en ventil som reglerar avgasflödet genom by-pass-ledningen och därmed genom turbinen, vilken ventil styres av ett påverkningsorgan som via avgas- trycköverförande organ har förbindelse med avgassystemet uppströms turbinen.The present invention is based on the task of designing a supercharged internal combustion engine for normal vehicle use with the intention of obtaining better fuel economy and higher performance within the speed range in which the engine mostly operates. The task is solved by the inventive arrangement, which includes an exhaust turbine bypassing village. -pass line and a valve which regulates the exhaust flow through the by-pass line and thus through the turbine, which valve is controlled by an actuating means which via the exhaust pressure-transmitting means is connected to the exhaust system upstream of the turbine.

Uppfinningen kännetecknas därvid av att päverkningsorganet innefattar en på ventilspindeln anbringad fjäder, som påverkar ventilen mot ett by-pass-ledningen blockeran- de läge, att päverkningsorganet också innefattar ett på ventilspindeln anbringat membran som är anordnat att avgränsa en i ett hus innesluten kam- mare, att till kammaren är ansluten en ledning för avgastrycköverföring, varigenom membranet under motverkan av fjädern kan påverka ventilen till öppning av by-pass-ledningen när avgastrycket i kammaren över- skrider en förutbestämd nivå, samt att fjäderkraften är så vald att vid avgastryck ovanför nämnda nivå turbinens och därmed kompressorns varvtal begränsas till värden som åtminstone inom ett övre varvtalsområde för motorn medför att trycket i motorns inloppssystem reduceras med stigande motorvarvtal.The invention is characterized in that the actuating means comprises a spring arranged on the valve stem, which acts on the blocking position towards a by-pass line, that the actuating means also comprises a diaphragm arranged on the valve stem which is arranged to delimit a chamber enclosed in a housing. , that a line for exhaust pressure transmission is connected to the chamber, whereby the diaphragm under the action of the spring can act on the valve for opening the by-pass line when the exhaust pressure in the chamber exceeds a predetermined level, and that the spring force is so selected that at exhaust pressure above level of the turbine and thus the compressor speed is limited to values which at least within an upper speed range of the engine means that the pressure in the engine inlet system is reduced with increasing engine speed.

Det uppfinningsenliga arrangemanget möjliggör styrning av överladdningen sä att motorn erhåller ett markerat vridmomenttillskott inom ett centralt varvtalsområde. ' För att erhålla en snabb och effektiv vridmomentökning vid låga motorvarv- tal är överladdningsaggregatets turbin och kompressor dimensionerade mindre än normalt för en överladdad motor. Detta medför att motorn erhåller ett 77143142-8 3 successivt tilltagande effekttillskott, som åtminstone i motorns övre varv- talsomrâde begränsas för att inte förorsaka självantändning av i motorn in- matat bränsle. Begränsningen utföres genom den omnämnda reduceringen av in- loppstrycket, varvid en ventilfjäder eller liknande som påverkar påverknings- organen och motverkar ventilens öppnande är anpassad att balansera avgas- trycket vid den förutbestämda nivån för ventilens öppnande.The arrangement according to the invention enables control of the supercharging so that the motor receives a marked torque increase within a central speed range. 'In order to obtain a fast and efficient torque increase at low engine speeds, the turbine unit's turbine and compressor are dimensioned smaller than normal for a supercharged engine. This means that the engine receives a successively increasing power supplement, which is limited at least in the upper speed range of the engine so as not to cause self-ignition of fuel fed into the engine. The limitation is performed by the mentioned reduction of the inlet pressure, whereby a valve spring or the like which acts on the actuating means and counteracts the opening of the valve is adapted to balance the exhaust pressure at the predetermined level of the valve opening.

Genom nämnda tryckreducering reduceras motorns överladdning successivt med ökande varvtal inom motorns övre varvtalsomrâde. Tryckreduceringen medför även att motorns vridmomentprestanda reduceras och mellan varvtal svarande mot motorns max. vridmoment och motorns max. effekt reduceras inloppstrycket succes- sivt så att marginal till risk för självantändning av bränslet hålles i det närmaste konstant. I nämnda avseende utmärkes uppfinningen av att sänkningen av inloppstrycket mellan nämnda gränser vid full motorbelastning är minst tio procent. Nämnda reducering utgör en förutsättning för att förbränningsförhål~ landena inom motorns högre varvtalsområde ej kräver högre bränslekvalitet än vad fallet är vid lägre varvtal. Förutom att det uppfinningsenliga arrange- manget således är fördelaktigt ur bränsleekonomisk synpunkt medför det även att en dylik utrustad motor erhåller en utomordentlig segdragningseffekt, dvs inom en stor del av motorns varvtalsområde erhålles en kraftig vridmomentök- ning, vilket är en klar fördel vid körsätt som normalbilisten tillämpar.Through said pressure reduction, the motor overcharging is gradually reduced with increasing speed within the upper speed range of the motor. The pressure reduction also means that the engine's torque performance is reduced and between speeds corresponding to the engine's max. torque and engine max. effect, the inlet pressure is gradually reduced so that the margin for risk of self-ignition of the fuel is kept almost constant. In said respect, the invention is characterized in that the lowering of the inlet pressure between said limits at full engine load is at least ten percent. Said reduction is a prerequisite for the combustion conditions within the higher speed range of the engine not requiring higher fuel quality than is the case at lower speeds. In addition to the fact that the arrangement according to the invention is thus advantageous from a fuel economy point of view, it also means that such an equipped engine obtains an excellent tensile effect, ie within a large part of the engine speed range a sharp torque increase is obtained, which is a clear advantage when driving as a normal driver. applies.

Härutöver är det uppfinningsenliga arrangemanget anpassat att uppfylla krav på stor driftsäkerhet vid såväl höga som låga temperaturer, tyst och vibrationsfri funktion, små dimensioner och rimliga kostnader.In addition, the arrangement according to the invention is adapted to meet requirements for high operational reliability at both high and low temperatures, quiet and vibration-free function, small dimensions and reasonable costs.

En uppfinningen exemplifierande utföringsform beskrives i det följande med hänvisning till bifogade figurer, i vilka figur l visar ett diagram med varv- talsberoende kurvor representerande vridmoment, effekt respektive inlopps- tryck hos en med det uppfinningsenliga arrangemanget styrd överladdad Otto- motor, figur 2 visar en schematisk vy av en föredragen utföringsform av det uppfinningsenliga arrangemanget och figur 3 visar ett längdsnitt av en före- dragen utföringsform av en i det uppfinningsenliga arrangemanget ingående ventil.An exemplary embodiment of the invention is described in the following with reference to the accompanying figures, in which figure 1 shows a diagram with speed-dependent curves representing torque, power and inlet pressure of a supercharged Otto motor controlled by the arrangement according to the invention, figure 2 shows a schematic view of a preferred embodiment of the arrangement according to the invention and figure 3 shows a longitudinal section of a preferred embodiment of a valve included in the arrangement according to the invention.

Arrangemanget enligt uppfinningen har till syfte att utforma en överladdad Ottomotor, vars inloppstryckkurva och därmed vridmomentkurva uppvisar max. värden inom ett mittre varvtalsområde hos motorn i huvudsak motsvarande nor- mal konstantfartkörtning av ett fordon på landsväg. Det principiella utseen- det hos dessa kurvor framgår av figur l, där kurvan A representerar motorns vridmoment (dragkraft), kurvan B motorns effekt och kurvan C motorns inlopps- tryck som funktion av motorvarvtalet. Kurvorna exemplifierar ett visst belast- ningsfall och den varvtalsnivâ över vilken inloppstrycket reduceras varierar med motorns belastning så att nivån ökar med sjunkande motorbelastning. ?'71l|3l+2-8 4 Som tidigare nämnts uppvisar en fordonsmotor med denna dragkraftskarakte- ristik en utmärkt segdragningsförmâga. Detta innebär att behovet av växlingar vid körning minskar, exempelvis kan omkörningar och accelerationer göras snabbt och säkert utan att en lägre växel behöver användas. Följaktligen kan fordonet köras på en högre växel än vad som annars vore möjligt och därigenom spara bränsle.The arrangement according to the invention has for the purpose of designing an overcharged Otto motor, the inlet pressure curve and thus the torque curve having a max. values within a central speed range of the engine essentially correspond to the normal constant speed driving of a vehicle on the road. The principal appearance of these curves is shown in Figure 1, where curve A represents the engine torque (traction), curve B engine power and curve C engine inlet pressure as a function of engine speed. The curves exemplify a certain load drop and the speed level above which the inlet pressure is reduced varies with the engine load so that the level increases with decreasing engine load. ? '71l | 3l + 2-8 4 As previously mentioned, a vehicle engine with this traction characteristic exhibits excellent traction. This means that the need for gears when driving is reduced, for example, overtaking and accelerations can be done quickly and safely without the need for a lower gear. Consequently, the vehicle can be driven in a higher gear than would otherwise be possible, thereby saving fuel.

Vridmoment överensstämmande med kurvan A enligt figur l utvinnes vid en uppfinningsenligt utformad överladdad motor i det att överladdningsaggregatet redan vid ett relativt lågt motorvarvtal alstrar tillräckligt tryck i motorns inloppssystem så att förbränningen i motorns cylindrar eller liknande sker un- der de tryck- och temperaturförhållanden som medför att en förutbestämd mar- ginal till självantändning av den till motorn matade bränsle-luftblandningen uppnås. Marginalen kan anses motsvara l-3 oktantalsenheter vad gäller risk för självantändning för ett bränsle. Ovanför nämnda relativt låga motorvarv- tal fortsätter effektuttaget från motorn att öka i enlighet med kurva B och den därav följande ökade driftstemperaturen hos motorn tenderar att öka ris- ken för självantändning av bränsle-luftblandningen. Med arrangemanget enligt föreliggande uppfinning motverkas och elimineras denna tendens medelst en varvtalsökningen följande successiv minskning av motorns inloppstryck så att ovannämnda marginal till självantändning av bränslet hålles i det närmaste konstant.Torque corresponding to curve A according to Figure 1 is recovered in a supercharged engine according to the invention in that the supercharging unit already at a relatively low engine speed generates sufficient pressure in the engine inlet system so that the combustion in the engine cylinders or the like takes place under the pressure and temperature conditions that a predetermined margin for self-ignition of the fuel-air mixture fed to the engine is achieved. The margin can be considered to correspond to 1-3 octane number units in terms of risk of self-ignition for a fuel. Above the above-mentioned relatively low engine speeds, the power output from the engine continues to increase in accordance with curve B and the consequent increased operating temperature of the engine tends to increase the risk of self-ignition of the fuel-air mixture. With the arrangement according to the present invention, this tendency is counteracted and eliminated by means of a speed increase following a successive reduction of the engine inlet pressure so that the above-mentioned margin for self-ignition of the fuel is kept almost constant.

Sänkningen av inloppstrycket frân den nivå som råder vid varvtal för maxi- malt vridmoment till den nivå som råder vid varvtal för maximal motoreffekt är i kurvan C, figur l, illustrerad som en rak linje representerande genom- snittsvärden för varvtalsberoende trycksänkningar. Detta möjliggör specifik måttangivelse på trycksänkningen uttryckt i mm Hg per lD0 rpm. Med det upp- finningsenliga arrangemanget eftersträvas en specifik trycksänkning större än 2 mm Hg per 100 rpm. Fördelsvis är dock totala trycksänkningen mellan nämn- da gränser vid full motorbelastning större än tio procent.The reduction of the inlet pressure from the level prevailing at maximum torque to the prevailing level at maximum engine power is illustrated in curve C, Figure 1, as a straight line representing average values for speed-dependent pressure reductions. This enables specific measurement of the pressure drop expressed in mm Hg per ID0 rpm. With the arrangement according to the invention, a specific pressure drop greater than 2 mm Hg per 100 rpm is sought. Advantageously, however, the total pressure drop between the mentioned limits at full engine load is greater than ten percent.

Det i figur 2 illustrerade uppfinningsenliga arrangemanget av en överlad- dad motor antyder konstruktiva förutsättningar för en sådan styrning av mo- torns överladdning att motorns inloppstryck kan erhålla överensstämmelse med kurvan C i figur l. Figur 2 åskådliggör en konventionell Ottomotor l försedd med ett inloppssystem 2 och ett avgassystem 3. Inloppssystemet 2 är utrustat med en insugningsljuddämpare 2l som leder luft genom ett luftfilter i ett filterhus 22 innan luften vidareledes i inloppssystemet 2. Den mot motorn l strömmande luften ledes till en luftmätaranordning 23 som utgör del av ett bränsleinsprutningssystem 4 för motorn. Efter filterhuset 22 vidareledes luften till en kompressor 24 som komprimerar luften och därigenom ökar tryc- ket i inloppssystemet nedströms kompressorn. En på dylikt sätt alstrad tryckökning i motorns inloppssystem 2 innebär med ett motortekniskt uttryck 7714342-8 att motorn är överladdad. Den i figur 2 visade kompressorn 24 är av centrifugaltyp och drivs av en i motorns l avgassystem 3 placerad turbin 3l, dvs att överladdningen sker med hjälp av en inom motortekniken väl- känd typ av överladdningsaggregat, en s k turboladdare.The arrangement of an overcharged engine illustrated in Figure 2 indicates constructive conditions for such control of the engine overcharging that the inlet pressure of the engine can be in accordance with curve C in Figure 1. Figure 2 illustrates a conventional Otto engine 1 provided with an inlet system 2. and an exhaust system 3. The inlet system 2 is equipped with an intake silencer 21 which directs air through an air filter in a filter housing 22 before the air is further in the inlet system 2. The air flowing towards the engine 1 is led to an air meter device 23 which forms part of a fuel injection system 4 for the engine . After the filter housing 22, the air is also passed to a compressor 24 which compresses the air and thereby increases the pressure in the inlet system downstream of the compressor. An increase in pressure generated in such a way in the engine inlet system 2 means, with an engine technical expression 7714342-8, that the engine is overcharged. The compressor 24 shown in Figure 2 is of the centrifugal type and is driven by a turbine 3l placed in the exhaust system 3 of the engine 1, ie the supercharging takes place by means of a type of supercharging unit known in engine technology, a so-called turbocharger.

I motorns inloppssystem 2 ingår även ett trottelspjäll 25 med vilket mängden luft och därmed även mängden bränsle till motorn kan regleras av motorfordonsföraren genom påverkan av ett yttre manöverdon, t ex en gas- pedal (ej visad). Bränslet tillföres den till motorn matade komprimerade luften via ett bränsleinsprutningsmunstycke 27 i inloppssystemets respek- tive grenrör. Den insprutade bränslemängden regleras i förhållande till den uppmätta luftmängden i luftmätaranordningen 23. Inloppssystemet 2 är vidare försett med en tryckvakt 28 som påverkar bränsleinsprutningssyste- mets styrdon 4l att avbryta bränsletillförseln i de fall ett maximalt tillå- tet tryck överskrides i inloppssystemet 2.The engine inlet system 2 also includes a throttle damper 25 with which the amount of air and thus also the amount of fuel to the engine can be regulated by the motor vehicle driver by actuating an external actuator, eg an accelerator pedal (not shown). The fuel is supplied to the compressed air supplied to the engine via a fuel injection nozzle 27 in the respective manifolds of the inlet system. The amount of fuel injected is regulated in relation to the measured amount of air in the air meter device 23. The inlet system 2 is further provided with a pressure switch 28 which influences the fuel injection system controller 41 to interrupt the fuel supply in cases where a maximum permissible pressure is exceeded in inlet system 2.

Från motorn utströmmande avgaser användes till att driva överladdnings- aggregatets turbin 3l innan avgaserna via en eventuell katalysator 32 och en ljuddämpare 33 utledas i atmosfären. Avgassystemet 3 innehåller dessutom en turbinen 3l förbikopplande by-pass-ledning 34, en s k waste-gate. Avgas- flödet genom by-pass-ledningen 34 regleras av en ventil 5. Så länge ventilen är stängd kommer allt avgasflöde att strömma genom turbinen 3l, och komp- ressorn 24 kan därigenom åstadkomma en maximal överladdning i inloppssyste~ met 2. Beroende pâ trottelspjällets 25 vinkelläge, som manuellt regleras av föraren, kommer dock en viss del av inloppssystemets övertryck att redu- ceras via spjället 25.Exhaust gases emitted from the engine are used to drive the turbine 31 of the supercharger before the exhaust gases are discharged into the atmosphere via a possible catalyst 32 and a muffler 33. The exhaust system 3 also contains a turbine 311 bypassing bypass line 34, a so-called waste gate. The exhaust flow through the bypass line 34 is regulated by a valve 5. As long as the valve is closed, all exhaust flow will flow through the turbine 31, and the compressor 24 can thereby cause a maximum overcharging in the inlet system 2. Depending on the throttle 25 angular position, which is manually controlled by the driver, however, a certain part of the overpressure of the inlet system will be reduced via the damper 25.

Vid det uppfinningsenliga arrangemanget för överladdning av en motor eftersträvas en kraftig överladdning redan vid relativt låga motorvarvtal.In the arrangement according to the invention for supercharging an engine, a strong overcharging is sought even at relatively low engine speeds.

Uverladdningsaggregatets turbin 31 och kompressor 24 är i detta syfte så dimensionerade att även den relativt ringa avgasmängd motorn avger vid lägre varvtal förmår att bibringa turbinen och därmed kompressorn en sådan rota- tion att en förhållandevis kraftig överladdning erhålles redan vid låga varvtal hos motorn.The turbine 31's turbine and compressor 24 are dimensioned for this purpose so that even the relatively small amount of exhaust gas emits at lower speeds is able to impart such a rotation to the turbine and thus the compressor that a relatively strong overcharging is obtained even at low engine speeds.

Allt eftersom motorvarvtalet stiger ökar avgasmängden och därmed också avgastrycket och vid de flesta belastningsfallen på motorn kommer avgas- trycket att nä den nivå där turbinen 3l driver kompressorn 24 att över- ladda motorn med ett förutbestämt högsta tillåtna tryck. För att undvika eller åtminstone reducera fortsatt överladdning av motorn och i stället minska laddningstrycket i inloppssystemet 2 vid en fortsatt ökning av mo- torvarvtalet är ventilen 5 i arrangemanget enligt figur 2 styrd att öppna by-pass-ledningen 34 för genomströmning när ett visst tryck har uppnåtts i avgasröret 35 uppströms turbinen 3l. 7714342-8 Vid en fördelaktig utföringsform av uppfinningen âstadkommes denna funktion med hjälp av en ventil 5 utformad i enlighet med vad som visas i figurerna 2 och 3. Ventilen 5 är därvid placerad att reglera inloppet till by-pass-ledningen 34 sett i avgasflödets riktning. Härmed undvikes att en i by-pass-ledningen 34 stående avgasmängd skall verka som dämpare av de pulsationer som förekommer i avgasröret 35, vilka pulsationer gynn- samt påverkar turbinvarvtalet redan vid relativt små avgasmängder. Vidare möjliggör denna ventilplacering att ventiltallriken eller med denna för- bundna delar tränger upp i det till turbinen 31 ledande avgasröret 35 när ventilen 5 öppnas och på så sätt stör avgasflödet till och genom turbinen 31. Inbyggnadsproblem liksom ock aspekter på ventilens 5 kylning motiverar dock ofta en placering av ventilen 5 invid fordonets front. Figur 3 visar en ventil 5 avsedd att placeras invid fordonsfronten med anslutning till by-pass-ledningens 34 mynning i avgasrörets utloppsledning nedströms tur- binen 3l.As the engine speed increases, the amount of exhaust gas and thus also the exhaust pressure increases, and in most load cases on the engine, the exhaust pressure will reach the level where the turbine 31l drives the compressor 24 to overload the engine with a predetermined maximum permissible pressure. In order to avoid or at least reduce continued overcharging of the motor and instead reduce the charging pressure in the inlet system 2 in the event of a further increase of the motor speed, the valve 5 in the arrangement according to Figure 2 is controlled to open the bypass line 34 for flow when a certain pressure has achieved in the exhaust pipe 35 upstream of the turbine 3l. In an advantageous embodiment of the invention, this function is achieved by means of a valve 5 designed in accordance with what is shown in Figures 2 and 3. The valve 5 is then positioned to regulate the inlet to the by-pass line 34 seen in the direction of the exhaust flow. . This avoids that an amount of exhaust gas standing in the by-pass line 34 is to act as a damper of the pulsations present in the exhaust pipe 35, which pulsations favorably affect the turbine speed even at relatively small exhaust amounts. Furthermore, this valve placement enables the valve plate or parts connected thereto to penetrate into the exhaust pipe 35 leading to the turbine 31 when the valve 5 is opened and thus disrupts the exhaust flow to and through the turbine 31. However, installation problems as well as aspects of valve cooling often justify a location of the valve 5 adjacent the front of the vehicle. Figure 3 shows a valve 5 intended to be placed next to the vehicle front with connection to the mouth of the by-pass line 34 in the exhaust line of the exhaust pipe downstream of the turbine 31.

Ventilen 5, som i figur 3 visas i ett öppet läge, består av ett antal' med skruvförband 8l fast sammansatta delar, ett ventilhus 60, en stödplåt 67, en mellanring 80, en centrerplât 75, en packning 73 och ett lagerhus 70 med en i den senare fast anordnad ventilstyrning 7l för en axiellt för- skjutbart lagrad ventilspindel 53. Den senare är av tallrikstyp och tall- riken 5l är därvid anordnad samverka med ett i utloppet från by-pass-led- ningen 34 utformat säte 52. Mellan ventilhuset 60 och mellanringen 80 är anfäst dels stödplåten 67 och dels ett membran 6l, som avdelar ett av ven- tilhuset 6D och mellanringen 80 bildat inre utrymme i två kammare, en ytt- re kammare 62 och en inre kammare 63. Membranet 6l är ett rullmembran och är anfäst vid ventilspindeln 53 genom det att två plattor 65 på ömse sidor om membranet 6l är fastklämda vid ventilspindeln 53 med hjälp av ett förband innefattande en låsmutter 54.The valve 5, which is shown in figure 3 in an open position, consists of a number of parts with screw joints 81 fixedly assembled, a valve housing 60, a support plate 67, an intermediate ring 80, a center plate 75, a gasket 73 and a bearing housing 70 with a in the latter fixedly arranged valve guide 71 for an axially displaceably mounted valve stem 53. The latter is of the plate type and the plate 51 is thereby arranged to co-operate with a seat 52 formed in the outlet from the by-pass line 34. Between the valve housing 60 and the intermediate ring 80 are attached partly to the support plate 67 and partly to a diaphragm 61, which divides an inner space formed by the valve housing 6D and the intermediate ring 80 into two chambers, an outer chamber 62 and an inner chamber 63. The diaphragm 61 is a roller diaphragm and is attached to the valve stem 53 in that two plates 65 on either side of the diaphragm 61 are clamped to the valve stem 53 by means of a joint comprising a lock nut 54.

Vid en axiell förflyttning av ventilspindeln 53 sker avrullning av en ringformad ytterdel 64 pâ membranet 6l relativt huset 60. Ventilspindelns 53 inre ände 55 inskjuter i den yttre kammaren 62 och är där försedd med en pâgängad ändstödsplatta 56 för en tryckfjäder 66, vars andra ände an- ligger mot stödplâten 67. Den senare är försedd med ett centralt hål för fri genomgång av ventilspindelns änddel 55 och den därpå gängade muttern 54. Fjädern 66 har till uppgift att motverka ventilens 5 öppningsrörelse. Ändstödplattans 56 axiella läge, som låses med en mutter 57, avgör fjä- derns 66 förspänning.During an axial movement of the valve stem 53, an annular outer part 64 is unrolled on the diaphragm 61 relative to the housing 60. The inner end 55 of the valve stem 53 projects into the outer chamber 62 and is provided there with a threaded end support plate 56 for a compression spring 66, the other end of which - the latter is provided with the support plate 67. The latter is provided with a central hole for free passage of the end part 55 of the valve stem and the nut 54 threaded thereon. The purpose of the spring 66 is to counteract the opening movement of the valve 5. The axial position of the end support plate 56, which is locked with a nut 57, determines the bias of the spring 66.

Den yttre kammaren 62 står via en rörledning 68 i direkt förbindelse med avgasröret 35 uppströms turbinen 3l och by-pass-ledningens 34 anslut- ning till röret 35 (se figur 2). Ledningen 68 överför trycket i avgasröret till kammaren 62 och härigenom kommer membranet 6l att utsättas för en 771li3lr2-8 7 kraft som verkar för ventilens 5 öppnande. För att ernå en problemfri funktion vid kall väderlek är det viktigt att ledningen 68 längs hela sin sträckning från avgasröret 35 lutar uppåt relativt horisontalplanet i avsikt att förhindra isbildning av kondens.The outer chamber 62 is in direct connection via a pipeline 68 with the exhaust pipe 35 upstream of the turbine 31 and the connection of the by-pass line 34 to the pipe 35 (see Figure 2). The line 68 transmits the pressure in the exhaust pipe to the chamber 62 and thereby the diaphragm 61 will be subjected to a force acting on the opening of the valve 5. In order to achieve a trouble-free function in cold weather, it is important that the line 68 along its entire distance from the exhaust pipe 35 be inclined upwards relative to the horizontal plane in order to prevent icing of condensation.

Den inre kammaren 63 står via ett hål 69 i lagerhuset 70 i förbindelse med atmosfären eller med motorns inloppssystem uppströms kompressorn 24.The inner chamber 63 communicates via a hole 69 in the bearing housing 70 with the atmosphere or with the engine inlet system upstream of the compressor 24.

Hålets 69 storlek är dock litet i förhållande till kammarens 63 volym, varför kammaren 63 kommer att fungera som en dämpare för membranets 6l och ventilspindelns 53 rörelser.However, the size of the hole 69 is small in relation to the volume of the chamber 63, so that the chamber 63 will act as a damper for the movements of the diaphragm 61 and the valve stem 53.

Lagerhuset 70 är utformat med en i kammaren 63 centralt inskjutande ring- formad ansats 74, på vilken packningen 73 och centrerplâten 75 genom centra- la öppningar är anpassade till ansatsens 74 ytterdiameter. Centrerplåten 75 är utformad med en ringformad yttre fläns 76 som med god passning omsluter mellanringen 80 och därigenom säkerställer att mellanringen 80 erhåller en korrekt inställning relativt ventilspindeln 53 och därtill anslutna detal- jer, såsom membranet 6l. Vid ventilrörelser kommer sålunda membranets 6l avrullande ytterdel 64 att arbeta under inverkan av jämnt fördelade krafter, vilket är gynnsamt för membranets 6l livslängd. Centrerplåten 75 påverkar även att värmeövergången från lagerhuset 70 till mellanringen 80 och ventil- huset 60 blir mindre än vad fallet skulle vara om mellanringen 80 och/eller huset 60 hade utformats med direkt anliggning mot lagerhuset 70. Åtgärder att begränsa temperaturövergângar till ventilhuset 60 befordrar livslängden för såväl membranet 6l som fjädern 66.The bearing housing 70 is formed with a ring-shaped shoulder 74 projecting centrally in the chamber 63, on which the gasket 73 and the center plate 75 are adapted to the outer diameter of the shoulder 74 through central openings. The center plate 75 is formed with an annular outer flange 76 which, with a good fit, encloses the intermediate ring 80 and thereby ensures that the intermediate ring 80 obtains a correct adjustment relative to the valve stem 53 and details connected thereto, such as the diaphragm 61. Thus, during valve movements, the unrolling outer portion 64 of the diaphragm 61 will operate under the influence of evenly distributed forces, which is favorable for the life of the diaphragm 61. The center plate 75 also causes the heat transfer from the bearing housing 70 to the intermediate ring 80 and the valve housing 60 to be less than would be the case if the intermediate ring 80 and / or the housing 60 had been designed with a direct abutment against the bearing housing 70. Measures to limit temperature transitions to the valve housing 60 promote service life. for both the diaphragm 61 and the spring 66.

I kylande syfte leds tryckluft från inloppssystemet 2 efter kompressorn 24 till lagerhuset 70 medelst en ledning 77. Ledningen är tätslutande an- fäst till lagerhuset 70 medelst en sedvanlig kopplingsmuff 78 och ansluter till ett i lagerhuset 70 uppborrat hål 79, varifrån tryckluften utledes till den längsgående lagringsytan mellan ventilstyrningen 7l och ventil- spindeln 53. I axiellt läge motsvarande hålet 79 är ventilspindeln 53 ut- formad med ett ursvarvat parti 58 i avsikt att underlätta spridningen av kylluften över hela lagringsytan och att därigenom även rensa densamma från eventuella föroreningar. Tryckluften sipprar ut längs lagringsytan och utmynnar å ena sidan i avgasrörets utloppsledning och ä andra sidan i dämpningskammaren 63 och därifrån via hålet 69 ut i atmosfären eller i förekommande fall tillbaka till motorns inloppssystem uppströms kompres- sorn 24.For cooling purposes, compressed air is led from the inlet system 2 after the compressor 24 to the bearing housing 70 by means of a line 77. The line is tightly attached to the bearing housing 70 by means of a conventional coupling sleeve 78 and connects to a hole 79 drilled in the bearing housing 70, from which the compressed air is discharged to the longitudinal the bearing surface between the valve guide 71 and the valve stem 53. In the axial position corresponding to the hole 79, the valve stem 53 is formed with a turned-out portion 58 in order to facilitate the spread of the cooling air over the entire bearing surface and thereby also clean it from any contaminants. The compressed air seeps out along the storage surface and opens on the one hand into the exhaust pipe outlet line and on the other hand into the damping chamber 63 and from there via the hole 69 into the atmosphere or, where applicable, back to the engine inlet system upstream of the compressor 24.

Under drift kommer ventilens påverkningsorgan, i exemplifierat fall mem- branet 6l och plattorna 65, att ständigt avkänna trycket i avgasröret 35 via ledningen 68. Avgastrycket i kammaren 62 kommer därvid att öka med mo- torns varvtal och belastning. För en viss belastning och ett häremot sva- rande motorvarvtal kommer avgastrycket att uppnå en nivå som förmår att '7714342-8 8 förflytta rullmembranet 6l i en ventilen 5 öppnande riktning. Avgas- trycket i kammaren 62 utövar därvid en kraft på membranet 6l och ventil- spindeln 53 som uppväger och överskrider motståndskraften hos fjädern 66 och den motkraft som avgastrycket utövar på ventiltallriken 5l när ven- tilen 5 intager ett stängt läge. Storleken hos membranets 6l och ventil- tallrikens 5l respektive ytor samt fjäderns 66 förspänning avgör sålunda vid vilket tryck ventilen 5 öppnar. Ventilens 5 öppning medför att ett visst avgasflöde strömmar genom by-pass-ledningen 34, varvid flödet genom turbi- nen 3l som en följd därav begränsas.During operation, the actuating means of the valve, in the exemplary case the diaphragm 61 and the plates 65, will constantly sense the pressure in the exhaust pipe 35 via the line 68. The exhaust pressure in the chamber 62 will thereby increase with the engine speed and load. For a certain load and a corresponding engine speed, the exhaust pressure will reach a level which is able to move the roller diaphragm 61 in a direction opening the valve 5. The exhaust pressure in the chamber 62 thereby exerts a force on the diaphragm 61 and the valve stem 53 which outweighs and exceeds the resistance force of the spring 66 and the counter-force which the exhaust pressure exerts on the valve plate 51 when the valve 5 assumes a closed position. The size of the respective surfaces of the diaphragm 61 and the valve plate 51 and the bias of the spring 66 thus determine at what pressure the valve 5 opens. The opening of the valve 5 causes a certain exhaust gas flow to flow through the by-pass line 34, whereby the flow through the turbine 31l is consequently limited.

Att ovan en förutbestämd avgastrycknivâ reglera överladdningen beroende av ökat motorvarvtal âstadkommes genom attvia by-pass-ledningen 34 i av- gassystemet avtappa flödet genom turbinen 3l så att kompressorn 24 ej för- mår bibehålla inloppstrycket vid högre motorvarvtal. Med ökat motorvarvtal följer ett ökat avgasflöde, och ventilen 5 och speciellt den i huset 60 in- gående fjädern 66 är därvid anpassade så att ventilen 5 under motorns hela övre varvtalsområde successivt öppnar för att intaga fullt öppet läge först när maximalt avgasflöde råder. Till följd av att fjädern 66 gör större mot- stånd ju mer den hoptryckes erfordras under öppningsrörelsen ett allt högre tryck i kammaren 62 för att ytterligare öppna ventilen 5. Avgastrycket ökar sålunda uppströms turbinen 3l men vid öppen ventil är denna tryckökning in- te tillräcklig för att ge turbinen 3l och därmed kompressorn 24 det effekt- tillskott som krävs för att hålla inloppstrycket konstant när motorvarvtalet ökar. Det sker följaktligen en minskning av inloppstrycket, och denna minsk- ning kan styras genom att variera fjäderkonstanten hos fjädern 66.Regulating a predetermined exhaust pressure level above due to increased engine speed is achieved by bypassing the by-pass line 34 in the exhaust system the flow through the turbine 3l so that the compressor 24 is not able to maintain the inlet pressure at higher engine speeds. With increased engine speed follows an increased exhaust flow, and the valve 5 and especially the spring 66 included in the housing 60 are adapted so that the valve 5 during the entire upper upper speed range of the engine gradually opens to assume a fully open position only when maximum exhaust flow prevails. Due to the fact that the spring 66 makes greater resistance the more it is compressed, an increasing pressure in the chamber 62 is required during the opening movement to further open the valve 5. The exhaust pressure thus increases upstream of the turbine 31, but with the valve open this pressure increase is not sufficient for to give the turbine 3l and thus the compressor 24 the power supplement required to keep the inlet pressure constant when the engine speed increases. Accordingly, there is a decrease in the inlet pressure, and this decrease can be controlled by varying the spring constant of the spring 66.

Tendens till s k ventilfladder, som till följd av avgasflödets pulsatio- ner vanligtvis uppkommer när en ventiltallrik lämnat ventilsätet, under- trycks vid det uppfinningsenliga arrangemanget av dämpningskraften från kammaren 63. Kammarens 63 luftvolym har nämligen inte möjlighet att genom evakueringshålet 69 snabbt ändra volymstorlek. Snabba rörelser hos membra- net 6l ger sålunda upphov till omedelbara tryckändringar i kammaren 63 som snabbt motverkar membranets 61 och därmed ventilspindelns 53 fladderrörel- ser. Däremot pâverkas inte de relativt långsamma rörelser som ventilspin- deln 53 utför i beroende av höjningar eller sänkningar av avgastrycknivån i den yttre kammaren 62.The tendency to so-called valve flutter, which as a result of the pulsations of the exhaust flow usually occurs when a valve plate has left the valve seat, is suppressed in the arrangement according to the invention by the damping force from the chamber 63. The air volume of the chamber 63 is not possible to change volume quickly through the evacuation hole 69. Rapid movements of the diaphragm 61 thus give rise to immediate pressure changes in the chamber 63 which rapidly counteract the flutter movements of the diaphragm 61 and thus the valve stem 53. On the other hand, the relatively slow movements performed by the valve stem 53 are not affected due to increases or decreases in the exhaust pressure level in the outer chamber 62.

Tillförsel av tryckluft från motorns inloppssystem 2 till lagerytan mellan ventilstyrningen 7l och ventilspindeln 53 har även till syfte att förhindra att avgaser tränger in i nämnda lageryta och därifrån in i kamma- ren 63. Speciellt membranet 6l bör skyddas från alltför höga temperaturer, men även lagerytan mellan ventilstyrningen och ventilspindeln får ökad livs- längd om låga temperaturer kan hållas i lagringen och om föroreningar i form av sotpartiklar eller dylikt från avgaserna kan undvikas. Luften från 7714342-8 motorns inloppssystem 2 efter kompressorn 24 har högre tryck än trycket i avgassystemet 3, varigenom i lagerhuset 70 inledd tryckluft kan pressas längs lagerytan mellan ventilstyrningen 7l och ventilspin- deln 53 och därefter utströmma i såväl avgassystemet 3 som i kammaren 63.Supply of compressed air from the engine inlet system 2 to the bearing surface between the valve guide 71 and the valve stem 53 is also intended to prevent exhaust gases from penetrating into said bearing surface and thence into the chamber 63. In particular the diaphragm 61 should be protected from excessive temperatures, but also the bearing surface between the valve guide and the valve stem, the service life is increased if low temperatures can be maintained in the storage and if contaminants in the form of soot particles or the like from the exhaust gases can be avoided. The air from the engine inlet system 2 after the compressor 24 has a higher pressure than the pressure in the exhaust system 3, whereby compressed air introduced in the bearing housing 70 can be forced along the bearing surface between the valve guide 71 and the valve stem 53 and then flow out in both the exhaust system 3 and the chamber 63.

Praktiska prov av ovan beskrivna arrangemang har visat sig uppfylla den i beskrivningsingressen angivna målsättningen. En väsentligt mindre turbin än normalt för en överladdad motor av jämförbar storlek har där- vid via en kompressor åstadkommit överladdning av motorn så att denna vid ett motorvarvtal motsvarande normal konstantfartkörning av ett fordon på landsväg förmår att vid fullast utveckla ett vridmoment som är cirka fyrtio- fem procent högre än samma motor kan utveckla vid samma körning utan över- laddare. Motorns effekttillskott upp till nämnda varvtalsnivå är i huvudsak rätlinjigt beroende av motorns varvtal.Practical tests of the arrangements described above have been shown to fulfill the objective stated in the preamble to the description. A substantially smaller turbine than normal for a supercharged engine of comparable size has thereby via a compressor caused the engine to be overcharged so that it at an engine speed corresponding to normal constant speed driving of a vehicle on the road is able to fully develop a torque of about forty. five percent higher than the same engine can develop during the same run without a supercharger. The power output of the engine up to the said speed level is mainly rectilinearly dependent on the engine speed.

Vid en fortsatt ökning av motorvarvtalet avtappas en sådan stor del av avgasflödet genom by-pass-ledningen att inloppstrycket reduceras, vilket medför att vridmomentet successivt reduceras och att effekttillskottet blir allt mindre för att slutligt begränsa motorns toppeffekt till ett värde som endast med cirka tjugo procent överstiger vad motorn kan prestera utan över- laddning. Med andra ord disponeras de av överladdningen utvecklade vrid- moment- och effekttillskotten till att i huvudsak förbättra driftsförhâl- landena vid normalt fordonsbruk, speciellt i hastighetsområden mindre än ll0 km/h.With a continued increase in engine speed, such a large part of the exhaust flow through the bypass line is drained that the inlet pressure is reduced, which means that the torque is gradually reduced and that the power addition becomes less and less to finally limit the engine peak power to only about twenty percent. exceeds what the engine can perform without overcharging. In other words, the torque and power supplements developed by the supercharger are used to mainly improve the operating conditions during normal vehicle use, especially in speed ranges less than ll0 km / h.

Uppfinningen är dock inte bunden till visad och exemplifierad utförings- form utan kan inom ramen för efterföljande patentkrav modifieras i alterna- tiva utföringsformer.However, the invention is not limited to the embodiment shown and exemplified, but can be modified within the scope of the appended claims in alternative embodiments.

Claims

7714342-8 10 P A T E N T K R A V

Arrangement for supercharged internal combustion engines, preferably of the motor type for motor vehicle operation, wherein the supercharging is effected by means of a compressor (24) arranged in the engine inlet system (2) driven by an exhaust-driven turbine (31) arranged in the engine exhaust system (3), which a bypass (34) bypassing the turbine (31) and a valve (5) which regulates the exhaust flow through the bypass line (34) and thus through the turbine (31), the valve (5) of which is actuated by an actuator. means (53, 61.65) which, via exhaust pressure transmitting means (68), connect to the exhaust system (3) upstream of the turbine (31), characterized in that the actuating means comprises a spring (66) mounted on the valve stem (53), which actuates the valve (5) facing a bypassing position by a bypass line, that the actuating means (53, 61, 65) also comprises a diaphragm (61) arranged on the valve spindle (53) which is arranged to define an interior of a housing (60) inside chamber (62), to ti11 comb The conductor (62) is connected to a line (68) for exhaust pressure transmission, whereby the diaphragm (61) under the action of the spring (66) can actuate the valve for opening the bypass line when the exhaust pressure in the chamber (62) exceeds one predetermined level, and that the spring force is such that at exhaust pressure above said level the speed of the turbine (31) and thus the compressor (24) is limited to values which at least within an upper speed range of the engine (1) reduce the pressure in the engine inlet system (2) with rising engine speed1.

Arrangement according to claim 1, characterized in that said diaphragm (61) is attached to a valve stem (53) and the exhaust pressure is influenced by axial displacement tubes to control the valve function for opening and closing the bypass line (34).

Arrangement according to claim 2, characterized in that the valve housing (60) is connected to a bearing housing (70) which is attached to an exhaust line and that the valve stem (53) is slidably mounted in said bearing housing (70). 77111342-8 11

Arrangement according to claim 3, characterized in that the bearing housing (70) is supplied with compressed air from the engine inlet system (2) for cooling purposes and that a hole (79) in the bearing housing (70) directs the compressed air to the bearing surface between the valve stem (53). and a valve control (71) arranged in the bearing housing (70).

Arrangement according to claim 4, characterized in that said storage surface opens with one end in the exhaust line and with the other end in a chamber (63) formed in the valve (5) between the bearing housing (70) and the diaphragm (61).

Arrangement according to claim 5, characterized in that said chamber (63) is connected via a hole (69) to the atmosphere or to the engine inlet system upstream of the compressor and that the hole (69) is dimensioned such that the air content of the chamber (63) has a damping effect on the movements of the diaphragm (61) and the valve stem (53).

Arrangement according to claim 1, characterized in that the valve is of the taillik type and that the opening movement of the valve is mainly directed towards the flow direction of the exhaust flow.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the turbine of the supercharger has a smaller dimension than normal for a supercharged motor of comparable size and that the motor consequently develops at maximum torque within the central engine range more than the torque range, which is more torque thirty percent higher than the same engine can develop at full capacity without overcharging.

Arrangement according to claim 1, characterized in that between the speed corresponding to the maximum torque of the engine and the maximum power of the engine, the inlet pressure is reduced so that the margin for self-ignition of the engine fuel is kept almost constant at a limit corresponding to 1-3 octanes. the fuel.

Arrangement according to claim 9, characterized in that the reduction of the inlet pressure between said limits amounts to at least ten (10) percent.