SE512727C2 - Förfarande och anordning för avgasrecirkulering i en turboöverladdad dieselmotor samt en dylik motor - Google Patents

Description

_ 512 727 Det är vidare tidigare känt att utnyttja ett separat överladdningsaggregat för att åstadkomma den önskade höjningen av avgasemas tryck, exempelvis genom WO96/ 18030 och WO96/ 18031. En nackdel med dessa lösningar är behovet av det extra överladdningsaggregatet eller annat tryckhöjande organ, vilket gör lösningarna både dyrbara och utrymmeskrävande.

Som kand teknik med avseende på föreliggande uppfinning må även nämnas US-A-5 611 203 och US-A-5 6ll 204, vilka visar hur avgaser återleds till inloppet vid turboöverladdade dieselmotorer genom en i inloppsledningen insatt venturianordning eller en annan typ av ejektor. Systemen enligt dessa skrifter utnyttjar det låga statiska trycket, som råder i en viss sektion av ejektoranordningen, till att pumpa in ett EGR-flöde i laddningsluften. Det problem, som främst vidlåder anordningar enligt dessa skrifter är det relativt stora platsbehovet, vilket medför avsevärda problem med att integrera en dylik anordning i en dieselmotor. Inte rninst behovet att efter ejektorn erhålla en god blandning av frisk inloppsluft och EGR-gaser är problematiskt vid en dylik anordning, eftersom den kräver en lång sträcka för att erhålla tillfredsställande blandning. Otillräcklig blandning skulle annars kunna medföra sämre prestanda för motorn.

UPPFINNINGENS ANDAMÅL Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att anvisa en lösning på problemen med den kända tekniken.

Enligt uppfinningen åstadkommes detta vid ett förfarande och en anordning av inled- ningsvis nämnt slag genom de särdrag som anges i den kännetecknande delen av patentkravet l respektive 6.

Genom uppfinningen möjliggörs att det tryck som råder i inloppsledningen efter turboaggregatet utnyttjas för införande av EGR-gaser på ett sätt som medför att en markant mindre utrustning kan insättas, vilket reducerar inbyggnadsproblemen. Det har även visat sig att gasblandningen efter vingelementet blir fördelaktig, vilket medför behov av en blandningssträcka av reducerad längd i jämförelse med den kända tekniken. För- klaringen till detta är uppkomsten av virvlar efter vingelementet, vilka virvlar snabbt _ 512 727 ombesörjer den önskade blandningen. Även detta faktum minskar problemen med inbyggnad av anordningen i en dieselmotor.

Genom att strörnningspåverkan kan varieras genom inställning av åtminstone ett parti av vingelementet kan såväl mängd som tidpunkt för återföringen optimeras. Denna inställning är enkel att åstadkomma och medför en effektiv variation, medförande att EGR-återföringen enkelt kan optimeras för det rådande driftsfallet. Inställningen kan företrädesvis styras genom att medelst programmering av motorns ordinarie styrdator infoga en lämplig sekvens, vilken lämpligen arbetar utifrån data erhållna från motorns ordinarie parairietersensorer.

Genom att inställningen åstadkommes genom vridning, erhålls ett enkelt kontrollerat rörelsemönster.

Ytterligare för uppfinningen utmärkande särdrag och fördelar framgår av efterföljande beskrivningsexempel.

RITNINGSBESKRIVNING Uppfinningen exemplifierande utföringsforrrier ska nu närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig l schematiskt visar en utföringsform av uppfinningen i samband med en fyrtakts turboöverladdad dieselmotor, Pig 2 Fig 3 Fig 4 visar mer i detalj en anordning enligt en första utföringsforrn av uppfinningen, visar en anordning enligt en andra utföringsforrn av uppfinningen, och visar en anordning enligt en tredje utföringsforrn av uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEGEMPEL Fig 1 visar schematiskt en förbränningsmotor 1 av kolvmotortyp med ett flertal cylindrar anordnade i en rak cylinderbank. Motorn är en fyrtakts dieselmotor avsedd exempelvis för ett tyngre fordon såsom en lastbil eller en buss. Varje cylinder är i respektive cylinderhuvud på konventionellt sätt försedd med åtminstone en inloppsventil för tillförsel av förbränningsluft och åtminstone en avgasventil för bortförsel av avgaser från förbränningen. Ett inloppsrör 2 leder inloppsluft till cylindrarna under det att en - 512 727 avgassamlare 3 leder avgaserna från cylindrarna till turbinen T och sedan vidare till avgasröret. I detta exempel ar avgassarnlaren 3 uppdelad i två delar 3a,3b vilka erhåller avgaser från två olika grupper av cylindrar. Av denna anledning är avgasturbinen försedd med parallella inlopp från respektive avgassarnlare 3a, 3b.

Vidare är anordnad en överföringsledning 4, som är inrättad att överföra EGR-gaser från cylíndrarnas avgassida till deras inloppssida. Eftersom i detta exempel avgassarnlaren 3 är uppdelad i två delar 3a, 3b så utgörs överföringsledningen 4 i praktiken av två ledningar 4 vilka är anslutna till respektive avgassarnlare 3a, 3b. De båda överföringsledningarna 4 är anslutna till en gemensam EGR-styrventil 6, vilken i sin tur är förbunden med motorns l inloppsrör 2. I enklare utföringsforrner av uppfinningen där avgassamlaren 3 ej är delad utgörs överföringsledning 4 av en enda ledning fram till EGR-styrventilen 6, varifrån överföringsledningen ledningen sedan fortsätter och mynnar i inloppsröret 2 efter laddluftkylaren 5 men före en förgrening till cylindrarna. Den i överföringsledningen 4 anordnade EGR-styrventil 6 reglerar flödet genom ledningen, i första hand så att flödet kan avbrytas men eventuellt också så att flödet i viss mån kan styras. Överföringsledningen 4 mynnar i en sektion 8 av inloppsledningen, i vilken ett vingelement 9 är anordnat, och detta på så sätt att flödet av inloppsgaser, vilka trycks fram av kompressorn C, vid passagen av vingelementet modifieras av detta för alstrandet av ett undertryck på dess ovansida eftersom luften vid passage av ett här beläget konvext krökt parti erhåller en hastighetsökning. Enligt uppfinningen inleds EGR-gasema till nämnda sektion i ett parti i anslutning till vingelementet där således undertryck råder.

Genom utformning av vingelementet 9 i synnerhet, bl a med avseende på krökning och utsträckning i strörnningsriktningsled, och sektionen 8 i allmänhet, bl a med avseende på sektion, bredd och höjd, kan tillförsälcras att ett adekvat undertryck kan erhållas så att en lämplig mängd EGR- gaser kan överföras.

I ñg 2 visas sektionen 8 meri detalj, varav framgår vingelementets placering i ledningen 2 ungefär rnitt i ledningen och ungefär rnitt för mynningen av överföringsledningen 4.

Den exakta placeringen är emellertid föremål för utprovningar i den speciella applikationen. I regel mynnar överföringsledningen mitt för det parti där det största undertrycket råder. _ 51-2 727 Det föredrages att inloppet av ledningen 4 är något lutande i flödesriktningen för att förbättra överföringsförhållandenai sektionen 8.

Med 10 indikeras en vridaxel, med vilken vingelementet 9 kan omställas för reglering av mängden/andelen inmatade EGR-gaser. I princip gäller att viss vridning medurs, från läget som ses i figuren, medför ett större undertryck och större andel inmatade EGR- gaser, under det att den motsatta vridnin gen medför mindre andel inmatade EGR-gaser.

Styrning av den mängd avgaser som ska återledas sker därutöver företrädesvis genom styrning av EGR-styrventilen 6 (ñg 1) och medelst det ej visade styrsystemet, vilket påi och för sig känt sätt innefattar givare för avkänning av härför lämpliga motorparametrar.

Mycket väsentligt i sammanhanget är att de överförda EGR-gaserna är ordentligt avkylda, vilket tillförsäkras genom kylaren 7.

Fig 3 visar en utföringsvariant, vid vilken det förefinnes dels ett i ledningen fast inrättat parti 9a av vingelementet, dels ett via vridaxeln lOb vridbart bakre parti 9b. Denna lös- ning har möjlighet att ge en mer känslig reglering av Överförd EGR-andel. I princip gäller att ett uppåtvridet bakre parti 9b ger mindre EGR-inblandning, vilket är aktuellt vid ett högre luftflöde och ett högre varvtal. Nedvridning av partiet 9b ger större EGR- inblandning, vilket är aktuellt vid ett lågt luftflöde och lågt varvtal. Större utslag krävs för lägre inloppslufthastigheter.

Fig 4 visar en ytterligare utföringsform, vid vilken överföringsledningen mynnar ll i ett parti av själva vingelementet 9. Vingelementet kan vara fast eller vridbart kring en vrid- axel 10, vilken även kan sammanfalla med överföringsledningens anslutning till vingelementet.

En viktig fördel med uppfinningen är att på grund av virvelbildning en homogen blandning snabbt erhålles, vilket medför att sektionens 8 längd ej behöver ha sådan längd att väsentliga inbyggnadsproblem uppkommer. - 512 727 Vingens utformning kan således varieras efter den aktuella applikationen. Detta gäller även ledningens utformning, men vid en föredragen utföringsfonn har inloppsledningen rektangulärt tvärsnitt för att skapa likartade strömningsförhållanden över vingelementets bredd.

Med inställbart vingelement kan således EGR-inblandningen regleras efter de rådande driftförhållandena. Inom ramen för uppfinningen ingår emellertid även att ha ett fast vingelement, vilket i ett sådant fall företrädesvis optimeras för det driftfall då EGR- överföring är mest problematisk, vilket i princip innebär vid lägre varv. Vid högre varv är det som regel ändå god EGR-överföring. Vridningen kan som exempel styras med hjälp av en av ett tillhörande styrsystem kontrollerad vridmotor.

Inom ramen för uppfinningen ligger att endast vissa av en motors cylindrar bidrar till EGR-återföringen, t ex genom att endast avgaser från den ena avgassamlaren 3a, 3b eller i det fall det är en V-motor endast avgaser från den ena banken i en V-motor återleds till inloppet.

Claims (11)

10 15 20 25 30 _ 512 727 PATENTKRAV

1. Förfarande för avgasrecirkulering (EGR) i en turboöverladdad dieselmotor (1), varvid EGR-gaser inmatas i motorns inloppsledning (2) för att tillsammans med inloppsluften ledas till motom (1), kännetecknat av att EGR-gasema inleds i en sektion (8) av inloppsledningen (2), i vilken är anordnad ett för modifiering av inloppsluftens strömning avsett vingelement (9) med vingprofil, sett i ett snitt förlagt i inloppsledningens (2) huvudflödesriktning, och att EGR-gasema inleds i ett parti av inloppsledningen i anslutning till vingelementet (9), i vilket på grund av vingelementets strömningspåverkan ett reducerat tryck råder.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att vingelementet (9) eller åtminstone ett parti (9b) av vingelementet (9) inställes för variation av strömningspåverkan.

3. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att inställning sker genom vridning kring en vridaxei (10, iob).

4. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att EGR-gasema inleds genom en kanal (4) mynnande i inloppsledningens (2) vägg.

5. Förfarande enligt något av kraven 1 - 3, kännetecknat av att EGR-gasema inleds genom en kanal (1 1) mynnande i en vägg hos vingelementet (2).

6. Anordning för avgasrecirkulering (EGR) i en turboöverladdad dieselmotor (1), innefattande organ för att inmata EGR-gaser i motoms inloppsledning (2) för att tillsammans med inloppsluften ledas till motom, kännetecknad av organ för att inleda EGR-gaserna i en sektion (8) av inloppsledningen (2), i vilken är anordnad ett för modifiering av inloppsluftens strömming avsett vingelement (9) med vingproñl, sett i ett snitt förlagt i inloppsledningens (2) huvudflödesriktning, varvid EGR-gaserna är anordnade att inledas i ett parti av inloppsledningen (2) i anslutning till vingelementet (9), i vilket på grund av vingelementets (9) strömningspåverkan ett reducerat tryck råder. 5 10 _ 512 727

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad av att vingelementet (9) eller åtminstone ett parti (9b) av vingelementet (9) är inställbart.

8. Anordning enligt krav 7, kännetecknad av att vingelementet (9) eller åtminstone ett parti (9b) av vingelementet (9) är vridban kring en vridaxel (10, lOb).

9. Anordning enligt något av kraven 6 - 8 kännetecknad av en kanal (4) mynnande i inloppsledningens (2) vägg för inledning av EGR-gasema.

10. Anordning enligt något av kraven 6 - 8, kännetecknad av en kanal (l 1) mynnande i en vägg hos vingelementet (9) för inledning av EGR-gasema.

11. ll. Turboöverladdad dieselmotor, kännetecknad av att den innefattar en anordning enligt något av kraven 6 - 10.