SE0800252A1 - Arrangemang för avgasbromsning av en förbränningsmotor - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser ett arrangemang för avgasbromsning av en förbrän-ningsmotor (2) som är utrustad med ett turboaggregat med åtminstone ett flödesele-ment (17, 27) som är ställbart i Varierande lägen för att styra flödet av avgaser genomturbinen (6). Arrangemanget innefattar en bypassledning (25), vilken är utformad meden inloppsöppning (25a) som är förbunden med en avgaspassage (4a, 19, 20) i en posi-tion uppströms flödeselementet ( 17, 27), en utloppsöppning (25b) som är förbundenmed avgaspassagen (21, 4b) i en position nedströms flödeselementet (17, 27) och ettstryporgan (26). En styranordning (13, 18) är anpassad att ställa flödeselementet (17,27) i ett väsentligen stängt läge då en avgasbromsningsprocess ska utföras så att detåstadkoms ett övertryck i avgaspassagen (4a, 19) i en position uppströms flödeselemen-tet (17, 27), vilket övertryck definieras av nämnda stryporgan (26). (Fig. 1)

Description

Printed: ie-iio-zøliii O-BESK varieras. Ledskenorna kan vara vridbara anordnade eller så kan en förskjutbar ledskene- ring utnyttjas. Turbinens kapacitet kan därmed optimeras vid olika motorvarvtal. Med en sådan styrning kan även flödet av laddlufl till förbränningsmotorn och mängden åter- cirkulerande avgaser EGR (Exhaust Gas Recirculation) regleras. Det känt att utnyttja vridbara ledskenor och förskjutbara ledskeneringar för att skapa ett mottryck i avgas- ledningen uppströms turboaggregatet med syfte att erhålla en avgasbromsning av ett fordon. Detta tryck är relaterat till den bromsverkan som erhålls under avgasbromsning- en. Då avgasbromsning ska utföras ställs de vridbara ledskenorna eller ledskeneringen i en position så att de helt stänger eller nästan helt stänger flödet av gaser till turbinen.

Ett problem med en sådan avgasbroms är att det är svårt att skapa ett mottryck med en god precision eftersom det erhålls ett kraftigt varierande mottryck vid mycket små posi- tionsförändringar av ledskenoma respektive ledskeneringen.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett arrangemang som innefattar en överladdad förbränningsmotor som är utrustad med en turbin som har en variabel geometri där en önskad avgasbromsningseffekt kan tillhandahållas med en enkel regler- mekanism och med en mycket god precision .

Detta syfte uppnås med arrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilken kän- netecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Med flödes- element avses här vridbara ledskenor, en förskjutbar ledskenering eller något annat slag av rörligt anordnade element med vilket flödet av avgaser till en turbin kan regleras.

Enligt uppfinningen utnyttjas således en styrenhet som inledningsvis ställer flödesele- mentet i ett stängt läge då en avgasbromsningsprocess ska utföras. Då ledskenorna är i det stängda läget förhindras gaserna från förbränningsmotorn att passera förbi flödes- elementet i avgaspassagen. Gaserna i avgaspassagen uppströms flödeselementet kan således endast ledas vidare i avgaspassagen via bypassledningen där de tillhandahåller ett strömningsmotstånd som definieras av ett stryporgan. Då flödeselementet stängs ökar trycket i avgaspassagen uppströms flödeselementet snabbt till en trycknivå som definieras av stryporganet. Med ovan nämnda bypassledning och stryporgan tillhanda- hålls en mycket enkel reglermekanism med vilken trycknivån kan bestämmas med en mycket god precision och därmed den bromsverkan som tillhandahålls under en avgas- bromsningsprocess.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattas turbinen i ett turboaggre- gat och att avgaspassagen innefattar en första avgasledning som är belägen uppströms turboaggregatet och en andra avgasledning som är belägen nedströms turboaggregatet.

Turboaggregatet utgörs med fördel av en sammanhängande enhet som är innesluten i ett hus. Turboaggregat innefattar med fördel en kompressor som drivs av turbinen.

Bypassledningens inloppsöppning kan vara anordnad i den första avgasledningen som är belägen uppströms turboaggregatet. Alternativt kan bypassledningens inloppsöppning vara anordnad i en del av avgaspassagen som är belägen inuti turboaggregatet. Bypass- ledningens utloppsöppning kan vara anordnad i den andra avgasledningen som är belä- gen uppströms turboaggregatet. Alternativt kan bypassledningens utloppsöppning vara anordnad i en del av avgaspassagen som är belägen inuti turboaggregatet. Bypassled- ningen kan således utgöras av en extern rörledning som sträcka sig helt eller delvis förbi turboaggregatet. Bypassledningen kan även utgöras av en kort intern passage i turbo- aggregatet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen har stryporganet en kon- struktion som möjliggör upprätthållandet av ett konstant övertryck i avgaspassagen i nämnda position uppströms ledskenorna under en avgasbromsningsprocess. I detta fall erhålls en bromsverkan som är relaterad till det konstanta övertryckets värde under hela avgasbromsningsprocessen. Stryporganet kan i detta fall innefatta ett fiäderbelastat ventilorgan. Då ventilorganet utsätts för ett tryck av ett bestämt värde öppnar det mot verkan av nämnda fjäder, Nämnda fjäder svarar för att ventilorganet öppnar och stänger så att ett konstant övertryck med en god precision upprätthålls i avgaspassagen upp- ströms det stängda flödeselementet. Stryporganet har alternativt en konstruktion som möjliggör upprätthållandet av ett varierbart övertryck i avgaspassagen i nämnda posi- tion uppströms ledskenorna under en avgasbromsningsprocess. I detta fall kan en bromsverkan erhållas men med olika värden under skilda bromstillfallen. Denna broms- verkan kan även varieras med tiden under en och samma avgasbromsningsprocess. Ar- rangemanget innefattar i detta fall med fördel en styrenhet som är anpassad att styra Stryporganet. Styrenheten kan mottaga information avseende olika bromsrelaterade parametrar och med hjälp av denna information styra avgasbromsningsprocessen på ett optimalt sätt.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs, såsom exempel, föredragna utföringsformer av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. l visar ett arrangemang som innefattar en överladdad förbränningsmotor med en avgasbroms enligt en första utföringsform av uppfinningen, Fig. 2 visar en snittvy av turboaggregatet i Fig. 1, Fig. 3 visar en snittvy i planet A-A av turboaggregatet i Fig. 2 då avgasbromsen inte är aktiverad, Fig. 4 visar en snittvy i planet A-A av turboaggregatet i Fig. 2 då avgasbromsen är aktiverad och Fig. 5 visar ett turboaggregat med en avgasbroms enligt en andra utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV F ÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig. l visar schematiskt ett fordon 1 som drivs av en överladdad förbränningsmotor 2.

Förbränningsmotorn kan vara en dieselmotor som driver ett tyngre fordon. Avgaserna från förbränningsmotorns 2 cylindrar leds, via en avgassamlare 3, till en första avgasled- ning 4a. Avgaserna i den första avgasledningen 4a, som har ett övertryck, leds till ett turboaggregat 5. Turboaggregatet 5 innefattar en turbin 6 som driva av avgaserna och en kompressor 7. Efter att avgaserna strömmat genom turbinen 6 erhåller de ett lägre tryck. Avgaserna leds vidare i en andra avgasledning 4b som kan innefatta, icke visade, avgasbehandlande komponenter. Turbinen 6 tillhandahåller en drivkraft, som överförs, via en förbindning, till kompressorn 7. Kompressorn 7 suger, via ett luftfilter 8, in om- givande luft i en första luftledning 9a. Luften komprimeras av kompressorn 7 så att den erhåller ett övertryck. En andra luftledning 9b leder den komprimerade lufien till för- bränningsmotorn 2. Efter kompressionen har luften en relativt hög temperatur. En ladd- luftkylare 10 är anordnad i den andra lufiledningen 9b för att kyla den komprimerade lufien innan den leds till förbränningsmotorn 2.

För att återcirkulera en del av avgaserna är en returledning ll anordnad mellan den första avgasledningen 4a av och den andra lufiledningen 9b. En sådan återcirkulation benämns vanligtvis EGR (Exhaust Gas Recirculation). Medelst en inblandning av avga- Pri nte d:. 1...ß- 10-2o..11 o-BESK ser i den komprimerade luft som leds till motorns cylindrar sänks förbränningstempera- turen och därmed även halten av kväveoxider NOX som bildas under förbränningsmo- torns förbränningsprocesser. Returledningen 1 1 innefattar en EGR-ventil 12 med vilken det är möjligt att styra flödet av avgaser genom returledningen 11. En styrenhet 13 är anpassad att styra EGR-ventilen 12 med information om förbränningsmotorns 2 aktuella driftstillstånd så att en önskad mängd avgaser återcirkuleras till förbränningsmotorn 2.

Styrenheten 13 kan vara en datorenhet som är försedd med en för detta ändamål lämplig programvara. Returledningen ll innefattar en EGR-kylare 14, ivilken avgaserna kyls.

Returledningen 11 innefattar slutligen en schematiskt visad blandningsanordning 15 som har till uppgift att blanda de återcirkulerande avgaserna i returledningen 11 med luften i den andra luftledningen 9b. Blandningsanordningen 15 är monterad i anslutning till en förbindning mellan returledningen 1 1 och den andra luñledningen 9b. Efter att de åter- cirkulerande avgaserna blandats med den komprimerad lufi i den andra luftledningen 9b leds blandningen, via en förgrening 16, till förbränningsmotorns 1 respektive cylindrar.

I detta fall används ett turboaggregat 5 av det slag som innefattar en turbin 6 med en variabel geometri och benämns VTG ( Variable Turbine Geometry). Fig. 2 till 4 visar turboaggregatet 5 meri detalj. Turboaggregatet 5 innefattar ett flertal aerodynamiskt formade och vridbart anordnade ledskenor 17. Ledskenorna 17 är ställbara i olika vink- lar så att de kan leda avgasströmmen mot turbinens 6 blad i olika riktningar. För att erhålla en optimal drift av turboaggregatet 5 ställs att ledskenorna 17 i varierande vink- lar i beroende av förbränningsmotorns 2 varvtal. Ledskenorna 17 är ställbara i varieran- de vinklar på konventionellt sätt med hjälp av ett schematiskt visat manöverdon 18 som kan vara elektriskt, hydrauliskt eller pneumatiskt drivet. Styrenheten 13 är anpassad att styra manöverdonen 18 så att ledskenorna 17 väsentligen kontinuerligt ställs i en opti- mal vinkel under drift av fórbränningsmotorn 2. Fördelen med denna typ av turboag- gregat 5 är att de har en liten efiersläpning och en låg starttröskel vilket gör att de kan användas vid betydligt lägre motorvarvtal än konventionella turboaggregat. Turboag- gregat 5 av denna typ är dessutom mycket effektiva vid höga motorvarvtal.

Turboaggregatet 5 innefattar en spiralformad inloppspassage 19 som är förbunden med den första avgasledningen 4a. Den spiralformade inloppspassagen19 övergår i en radiell avgaspassage 20 i vilken ledskenorna 17 är anordnade. Efter att avgaserna komprime- rats i turbinen 6 leds de ut från turboaggregatet 5 till den andra avgasledningen 4b via en utloppspassage 21. Turboaggregatet 5 innefattar en inloppspassage 22 för mottag- ning av luft från den första luñledningen 9a. Efter att luften komprimerats i kompres- '10 sorn 7 leds den radiellt utåt i en radiell luftpassage 23. Den radiella luftpassagen 23 övergår i en spiralformad utloppspassage 24 som är förbunden med den andra lufiled- ningen 9b. En bypassledning 25 har en inloppsöppning 25a som är förbunden med den första avgasledningen 4a och en utloppsöppning 25b som är förbunden med den andra avgasledningen 4b. Bypassledningen 25 innefattar ett reglerbart stryporgan 26 med vil- ken strömningsmotståndet i bypassledningen 25 kan regleras. Styrenheten 13 är anpas- sad att styra stryporganet 26.

Under drifi av förbränningsmotorn 2 mottar styrenheten 13 information om förbrän- ningsmotorns 2 varvtal. Styrenheten 13 aktiverar därvid manöverdonen 18 så att de kontinuerligt ställer ledskenorna 17 i en optimal vinkel vid rådande motorvarvtal. Fig. 3 visar ledskenorna 17 i en vinkelposition då förbränningsmotorn 2 har ett relativt högt varvtal. Ledskenorna 17 är här i en väsentligen helt öppen position så att optimalt breda avgaspassager bildas mellan angränsande ledskenor 17 samtidigt som avgaserna leds i en nästan radiell riktning mot turbinen 6. Styrenheten 13 kan även styra EGR-ventilen 12 och reglera mängden avgaser som returneras till förbränningsmotorn 2 via returled- ningen 1 1. Genom styrningen av ledskenorna 17 kan styrenheten 13 även reglera tryck- et i den första delen 4a av avgasledningen. Styreneheten 13 tillförs därmed ytterligare en styrmöjligliet för att reglera mängden avgaser som återcirkuleras i returledningen 11.

Styrenheten 13 är normalt anpassad att ställa stryporganet 26 i bypassledningen 25 i en stängd position under normal drift av förbränningsmotom 2.

Om styrenheten 13 mottar information som indikerar att en förare av fordonet 1 har släppt gaspedalen och tryckt ned bromspedalen samtidigt som fordonet rullar framåt initierar styrenheten 13 aktivering av en avgasbromsningsprocess av fordonet, Styrenhe- ten 13 aktiverar därvid manöverdonen 18 som ställer ledskenorna 17 i ett helt stängt läge, vilket visas i Fig. 4. I detta läge kan väsentligen inga gaser ledas förbi ledskenorna 17. Alla gaser som lämnar förbränningsmotorn 2 måste här passera genom bypassled- ningen 25 för att nå den andra avgasledningen 4b. Bypassledningen 25 leder här gaserna från den första avgasledningen 4a till den andra avgasledningen 4b. Bypassledningen 25 leder således gaserna förbi hela turboaggregatet 5. Styrenheten 17 är anpassad att ställa stryporganet 26 i ett läge så att ett lämpligt övertryck skapas i den första avgasledning- en 4a vilket motverkar den uppåtgâende rörelsen hos förbränningismotorns 2 kolvar under forbränningsmotorns 2 utblåsningstakt. Detta mottryck som skapas i den första avgasledningen 4a uppströms ledskenorna 17 är relaterat den bromsverkan som erhålls under avgasbromsningsprocessen. Styrenheten 17 kan reglera stryporganet 26 under avgasbromsningsprocessen så att en med tiden konstant eller varierbar strypning av ett önskat värde erhålls under avgasbromsningsprocessen och därmed en motsvarande bromsverkan. Med hjälpa av en bypassledning 25 och ett stryporgan 26 kan en mycket enkel reglermekanisrn tillhandahållas med vilken trycknivån kan bestämmas med en mycket god precision och därmed den bromsverkan som tillhandahålls under en avgas- bromsningsprocess.

Fig, 5 visar en alternativ utformning av bypassledningen 25. I detta fall är bypassled- ningen 25 belägen inuti turboaggregatet 5. Bypassledningen 25 innefattar i detta fall en inloppsöppning 25a som är förbunden med turboaggregatets spiralformade inloppspas- sage 19 och en utloppsöppning 25b som är förbunden med turboaggregatets utlopps- passage 21. Eftersom utloppskanalen 21 är belägen radiellt invändigt om den spiralfor- made inloppskanalen 19 kan bypassledningen 25 ges en mycket kort sträckning. By- passledningen 25 innefattar i detta fall ett stryporgan iform av ett fjäderbelastat ventil- organ 26 som är anpassat att öppna då en forbestämd tryckskillnad uppkommer mellan avgaserna i turboaggregatets spiralformade inloppspassage19 och utloppspassage 21. I detta fall är en förskjutbar ledskenering 27 anordnad i den radiella avgaspassagen 20 med vilken passagens bredd kan varieras och därmed flödet av avgaser som strömmar genom passagen 20. Fasta ledskenor 28 är anordnade i en position radiellt invändigt om ledskeneringen 27 för att rikta avgasflödet mot turbinen 6.

Då styrenheten 13 mottar information som indikerar att en avgasbromsningsprocess av fordonet 1 ska utföras aktiverar styrenheten 13 manöverdonet 18 som förskjuter leds- keneringen 27 till ett stängt läge. Gaserna från förbränningsmotorn 2, vilka successivt tillförs till den första avgasledningen 4a och i turboaggregatet 5 uppströms ledskene- ringen 27, gör att tryckskillnaden som verkar på det fjäderbelastade ventilorganet 26 snabbt ökar till ett värde vid vilket det fjäderbelastade ventilorganet 26 öppnar. Det fiäderbelastade ventilorganet 26 upprätthåller därefter ett konstant tryck i avgaspassa- gen uppströms ledskeneringen 27. I detta fall erhålls en motsvarande bromsverkan med en mycket god precision under hela avgasbromsprocessen.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till utföringsformerna som visas i figurerna utan den kan varieras fritt inom patentkravens ramar.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 Patentkrav

1. Arrangemang för avgasbromsning av en förbränningsmotor (2), varvid arrangemang- et innefattar en avgaspassage (4a, 4b, 19-21, 25) som är anpassad att mottaga och leda avgaser från förbränningsmotorn (2), en turbin (6) som är anordnad i avgaspassagen (4a, 4b, 19-21, 25), åtminstone ett flödeselement (17, 27) som är ställbart i varierande lägen för att styra flödet av avgaser genom turbinen (6) och en styranordning (13, 18) som är anpassad att styra flödeselementet (17, 27), kännetecknat av att arrangemanget (4a, 4b, 19-21, 25) innefattar en bypassledning (25), vilken är utformad med en in- loppsöppning (25a) som är förbunden med avgaspassagen (4a, 19, 20) i en position uppströms flödeselementet (17, 27) med avseende på avgasernas avsedda strömnings- riktning i avgaspassagen (4a, 4b, 19-21), en utloppsöppning (25b) som är förbunden med avgaspassagen (21, 4b) i en position nedströms flödeselementet (17, 27) och ett stryporgan (26), varvid styranordningen (13, 18) är anpassad att ställa flödeselementet (17, 27) i ett väsentligen stängt läge då en avgasbromsningsprocess ska utföras så att det åstadkoms ett övertryck i avgaspassagen (4a, 19) i en position uppströms flödes- elementet (17, 27), vilket övertryck definieras av nämnda stryporgan (26).

2. Arrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att turbinen (5) innefattas i ett turboag- gregat (5) och att avgaspassagen innefattar en första avgasledning (4a) som är belägen uppströms turboaggregatet (5) och en andra avgasledning (4b) som är belägen ned- ströms turboaggregatet (5).

3. , Arrangemang enligt krav 2, kännetecknat av att bypassledningens inloppsöppning (25 a) är anordnad i den första avgasledningen (4a) som är belägen uppströms turboag- gregatet (5).

4. _ Arrangemang enligt krav 2, kännetecknat av att bypassledningens inloppsöppning (25a) är anordnad i en del av avgaspassagen (19) som är belägen inuti turboaggregatet (s).

5. Arrangemang enligt krav 3 eller 4, kännetecknat av att bypassledningens utloppsöpp- ning (25b) är anordnad i den andra avgasledningen (4b) som är belägen nedströms tur- boaggregatet (5). 10 15 20

6. Arrangemang enligt krav 3 eller 4, kännetecknat av att bypassledningens utloppsöpp- ning (25b) är anordnad i en del av avgaspassagen (21) som är belägen inuti turboaggre- gatet

7. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att stryporganet (26) har en konstruktion som möjliggör upprätthållandet av ett konstant övertryck i avgas- passagen (4a, 19) uppströms flödeselementet (17, 27) under en avgasbromsningspro- CCSS.

8. Arrangemang enligt krav 7, känneteoknat av att stryporganet innefattar ett fjäderbe- lastat ventilorgan (26).

9. Arrangemang enligt något av de föregående kraven 1 till 6, kännetecknat av att stryporganet (26) har en konstruktion som möjliggör upprätthållandet av ett varierbart övertryck i avgaspassagen (4a, 19) uppströms flödeselementet (17, 27) under en avgas- bromsningsprocess.

10. Arrangemang enligt krav 7 eller 9, kännetecknat av att styranordningen innefattar en styrenhet (13) som är anpassad att styra stryporganet (26).