SE514806C2 - Turboladdad motor med delade avgasflöden och startkatalysator - Google Patents

Description

514 806 2 Redogörelse för uppfinningen Syftet med uppfinningen uppnås genom att utföra ett in- ledningsvis angivet avgassystem med de särdrag som anges i patentkrav 1.

Genom att använda flera avgasventiler i varje cylinder för uppdelning av avgasflödet blir det möjligt att placera en Eâäêëïtàlitên...këilavlystatqrriiära metnrssn och.____at_t. under__ne ÉE§IEÉšš_§t¥ra_alla_aygaser till denna katalysator innan de reradhior.dinar_isi_lsal;êlyfi ëlCTQäA-i Den l i l l a katalysatorn kommer snabbt i funktion och utsätts vid varm motor endast för en andel av motorns avgaser.

Lösningen enligt uppfinningen är speciellt fördelaktig_för turbomotorer, då den medger att avgasturbinen inte behöver matas med avgaser i samband med start. Härigenom undviks den försening av god avgasrening som annars förekommer vid turbomotorer.

Arrangemanget med delad avgasperiod gör det också möjligt att effektivare renspola motorn än tidigare, med för- bättrade motorprestanda såsom resultat.

Ytterligare särdrag och fördelar vid lösningen enligt uppfinningen framgår av beskrivning och övriga patentkrav.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med hänvisning till på ritningen visade utföringsexempel.

Figurbeskrivning Pâ ritningen visar: fig. 1 schematiskt ett avgassystem enligt uppfinningen, fig. 2 visar ett avgassystem enligt fig. 1 vid en turbo- laddad motor, 514 806 3 fig. 3 visar ventildiagram för avgasventilerna vid en motor enligt fig. 2 i kallt tillstånd, fig. 4 motsvarar fig. 3, men visar istället en varm motor, och fig. 5 visar ett alternativt utförande av en detalj i fig. 1 och 2.

Beskrivning av utföringsexempel Fig. 1 visar schematiskt ett avgassystem enligt uppfin- ningen vid en flercylindrig förbränningsmotor 1. Motorns cylindrar har vardera åtminstone två avgasventiler 2 och 3.

Från cylindrarnas första avgasventiler 2 leds avgas ut till en för cylindrarna gemensam, första avgassamlare 4, som står i förbindelse med en första katalysator 10 via en första avgasledning 11. Från cylindrarnas andra avgasventi- ler 3 leds avgas ut till en för cylindrarna gemensam, andra avgassamlare 5, som är ansluten till den första katalysa- torn 10 via en andra avgasledning 12, i vilken det finns en andra katalysator 13. Nedströms om den första katalysatorn finns på sedvanligt sätt en eller flera ljuddämpare (ej visade).

Fig. 2 visar hur avgassystemet i fig. 1 utnyttjas för en turbomotor, dvs. en motor där överladdning sker med hjälp av en via en avgasdriven turbin driven kompressor. Avgas- turbinen 14 är i detta fall inkopplad i avgasledningen 11 och matas således från den första avgassamlaren 4 och de första avgasventilerna 2. En av avgasturbinen 14 driven kompressor 15 förser motorn med laddluft, som här kyls i en mellankylare 16 innan den matas in i motorn på konventio- nellt sätt (ej närmare visat).

Vid start av motorn 1, och så länge denna ännu är kall, hålls de första ventilerna 2 stängda och all avgasutmatning sker via de andra ventilerna 3, som via den andra avgassam- laren 5 matar alla avgaser till den andra katalysatorn 13. lO 514 806 4 I samband med start erfordras inte toppeffekt från motorn, varför den andra katalysatorn 13 kan dimensioneras för ett relativt litet avgasflöde och placeras nära eller mycket nära motorn. Härigenom kan den snabbt värmas upp och få god funktion, så att en effektiv avgasrening uppnås mycket I snabbt vid start. Under tiden som den andra katalysatorn 13 arbetar värms den första katalysatorn 10 upp. Efter en tidrymd av ca 30 s från start är den normalt funktions- duglig. Då den första katalysatorn 10 sålunda blivit varm, sätts de första avgasventilerna 2 i drift, så att de kan mata ut avgaser till den första avgassamlaren 4 och däri- från vidare till den första katalysatorn 10. En viss andel av avgasflödet kan även i fortsättningen passera den andra katalysatorn 13 på väg till den första katalysatorn 10.

Eventuellt kan det i avgasledningen 12 finnas en shuntven- til 20, som vid varm motor kan ställas om så att den andra katalysatorn 13 förbikopplas via en ledning 21 (se fig. 5).

I exemplet enligt fig. 2 utnyttjas avgasenergin för drift av en avgasturbin 14, men i övrigt är funktionen densamma som för avgassystemet i fig. 1.

Styrningen av avgasventilerna i varje cylinder kan ske på flera olika sätt för att uppnå önskad funktion och önskad proportion mellan olika avgasflöden. En nackdel med att under en period hålla de första avgasventilerna stängda är att motoreffekten begränsas under denna period. Denna nackdel är dock normalt liten i jämförelse med vinsten i fråga om bättre renade avgaser.

En för utförandet enligt fig. 2 lämpad styrning av avgas- ventilerna 2 och 3 visas i fig. 3, kall motor, och fig. 4, varm motor. I vardera figuren representerar det vänstra diagrammet a) den första avgasventilen 2, medan det högra diagrammet b) representerar den andra avgasventilen 3. I varje diagram anger A kolvens övre dödläge, B kolvens undre dödläge, C öppningsläge för avgasventilen, D stängningsläge 514 806 för avgasventilen och E öppethållande för avgasventilen.

Såsom framgår hålls vid kall motor enligt fig. 3 den första avgasventilen 2 (fig. 3a) stängd, medan den andra avgasven- tilen 3 (fig. 3b) öppnar vid C, ca 30° före det undre dödläget B och hålls öppen till D, ca l5° efter det övre dödläget A. All avgasutmatning sker således via den andra avgasventilen 3 under ett långt öppethållande E, ca 225°.

Vid varm motor, enligt fig. 4, träder den första avgasven- tilen 2 (fig. 4a) i funktion och öppnar vid C, ca 45° före det undre dödläget B, och hålls öppen till D, ca 30° före det övre dödläget A. Öppethållandet E är således i detta fall ca l95°, men är beroende av det antal cylindrar som är anslutna till avgassamlaren. De angivna vinkelvärdena är endast ett exempel vid en fyrcylindrig motor. Den andra avgasventilen 3 (fig. 4b) öppnar nu något senare än tidigare, nämligen vid C, ca 30° efter det undre dödläget B, och hålls öppen lika länge som tidigare nämligen till D, ca 15° efter det övre dödläget A. Genom denna uppdelning av öppethällandet mellan ventilerna 2 och 3 erhålls en effektiv renspolning av motorn.

En speciell fördel vid utförandet enligt fig. 2 är att vid start undviks den stora värmesänka som den kalla turbinen 14 utgör, och en snabbt aktiverad andra katalysator 13 kan utnyttjas initialt medan den ordinarie, första katalysatorn värms upp. Uppdelningen av avgasperioden medför även andra fördelar, såsom t.ex. förbättrad tömning av cylindern då avgaser med lågt tryck inte behöver passera turbinen, utan kan ledas förbi denna.

För att vid kall motor kunna hantera ett tillräckligt stort avgasflöde är det ändamålsenligt om den andra avgasventilen vid kall motor kan öppna mer, dvs. ha en större lyftrörel- lO l5 514 806 se, än vid varm motor.

Eftersom den största delen av avgasmängden vid höga effekter passerar genom huvudkatalysatorn kan den andra katalysatorn 13 lämpligen utformas för att kunna hantera ca -25% av det maximala avgasflödet vid fullast för motorn, men bör ändå placeras så nära motorn som möjligt för att få snabb uppvärmning.

I stället för att hålla avgasventilerna 2 stängda en tid efter start vore det också möjligt att kunna stänga deras utlopp, d v s den första avgasledningen ll, medelst en ventil som kan öppnas och stängas för att uppnå den önskade fördelningen av avgasflödet. Exempel på ett sådant arrange- mang visas i fig. 1 och 2 där en ventil 30 har monterats i den första avgasledningen ll. Vid arrangemanget i fig. 2 kan ventilen 30 lämpligen vara monterad uppströms om avgas- turbinen 14, men även en placering 30' nedströms om avgas- turbinen 14 är möjlig. Den visade ventilen 30 kan med fördel vara elektriskt styrd och skall naturligtvis under huvuddelen av motorns drift stå i öppet läge.

Claims (7)

10 15 20 25 514 806 PATENTKRAV

1. l. Avgassystem vid en flercylindrig förbränningsmotor, med en till motom ansluten första katalysator (10), och med en till motorn ansluten andra, mindre katalysator (13), som mynnar i en avgasledning uppströms om den första katalysatorn (10), och varvid motorns utlopp till den forsta katalysatom (10) är anordnat att vara blockerat under en startfas för motorn, så att alla avgaser under denna startfas passerar _den andra katalysatom (13) innan de når den första katalysatom (10), kännetecknat av att åtminstone en forsta avgasventil (2) i varje cylinder är förbunden med en första avgassamlare (4), som i sin tur är ansluten till den första katalysatorn (10) via en av- 'gasturbin (14) i en turbokompressor för överladdning av motom, att åtminstone en andra avgasventil (3) i varje cylinder är förbunden med en andra avgassamlare (5), vilken är ansluten till den andra katalysatorn (13), som mynnar mellan turbinutlop- pet och den första katalysatom ( 10), och att de första avgasvenfilema (2) är anord- nade att vara stängda under startfasen.

2. Avgassystem enligt krav l, kännetecknat av att den första avgasventilen (2) är anordnad att vara öppen endast vid varm motor, då kolven befinner sig vid sitt undre dödläge, varvid den öppnar före och stänger efter det undre dödläget, för att leverera gas med högt tryck till avgasturbinen (14).

3. Avgassystem enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att den andra avgasventilen (3) är anordnad att vid varm motor öppna efter den första avgasventilen (2).

4. Avgassystem enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att den andra avgas- ventilen (3) är anordnad att under startfasen, vid kall motor, öppna innan kolven nått sitt undre dödläge. 10 514 806 8

5. Avgassystem enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att det upp- ströms om den andra katalysatom (13) finns anordnad en shuntventil (20) och en till denna anslutande shuntledning (21), som mynnar uppströms om den första kataly- satom (10), och att shuntventilen är anordnad att vid varm motor shunta avgasema forbi den andra katalysatom (13).

6. Avgassystem enligt något av kraven 1-5, kännetecknat av att den andra kataly- satom (13) är anordnad intill den andra avgassamlaren (5).

7. Avgassystem enligt något av kraven 1-6, kännetecknat av att den andra avgas- ventilen (3) är anordnad att öppna mer under startfasen, vid kall motor, vid varm motor.