SE521515C2 - Arrangemang och förfarande för recirkulation av avgaser hos en förbränningsmotor - Google Patents

Description

25 30 35 521 515 från sotbeläggningar från avgaserna på ett enkelt sätt och utan användning av någon speciell rengöringsutrustning.

Detta syfte uppnås med arrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kän- netecknas av de särdrag som anges i patentkravets l kännetecknande del.

Under drift av fordon med överladdade förbränningsmotorer uppstår driftstillstånd då avgaserna från förbränningsmotom uppvisar ett tryck som är lägre än trycket i in- loppsledningen. Då ett konventionellt EGR-system utnyttjas stängs under sådana driftstillstånd returledningens ventil. Ventilen stängs för att spara luftens laddnings- tryck så länge som möjligt så att laddningstrycket kan utnyttjas vid en eventuell efter- följande hastig ökning av motorbelastningen. Enligt föreliggande uppfinning hålls emellertid ventilen öppen åtminstone vid något tillfälle då ett sådant driftstillstånd upp- står. Pga. tryckskillnaden mellan luften och avgasema erhålls med en öppen ventil ett flöde av ren luft från inloppsledningen baklänges genom returledningen. Luftens flö- deshastighet beror på tryckskillnadens storlek. Med en relativt måttlig tryckskillnad erhålls ett luftflöde genom returledningen med en relativt hög hastighet. Detta flöde av ren luft genomströmmar därmed även den första kylaren. Detta luftflöde som med en relativt hög hastighet kommer i kontakt med den första kylarens invändi ga ytor rengör ytoma effektivt från sotbeläggningar. Ju oftare som ett sådant flöde av ren luft med en hög hastighet leds genom den första kylaren ju effektivare förhindras uppkomsten av sotbeläggningar på kylarens invändiga ytor. Eftersom en sådan tryckskillnad uppstår spontant under drift av ett fordon behöver ingen speciell rengöringsutrustning utnyttjas för att rengöra den första kylaren. Med en sådan regelbunden rengöring av den första kylarens inre ytor upprätthålls väsentligen kylarens ursprungliga avgaskylande förmåga och låga strömningsmotstånd. De retumerade avgasema garanteras därmed en erfor- derlig kylning så att motoms prestanda förblir opåverkad.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning erhålls nämnda tillfäl- len då förbränningsmotoms belastning hastigt har avtagit. I samband med en hastig reducering av motoms belastning erhåller avgasema ett motsvarande reducerat tryck.

Då styrenheten mottar information om en sådan hastigt reducering av motorbelastning- en kvarhålls ventilen i ett öppet läge av styrenheten. Den komprimerade luften i in- loppsledningen uppvisar under ett sådant driftstillstånd ett avsevärt högre tryck än av- gasemas tryck. Tryckskillnaden initierar ett hastig flöde av ren luft genom returled- ningen och således genom ventilen som därvid erhåller en effektiv rengöring från sot- beläggningar. Efter att den rena luftens passerat returledningen blandas den med för- 10 15 20 25 30 35 bränningsmotoms avgaser, varefter luften tillsammans med avgaserna leds ut genom fordonets befintliga avgasledningssystem.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar arrange- manget en turbin som är inrättad att drivas av avgaserna från förbränningsmotom och en kompressor som är inrättad att drivas av turbinen för att tillföra komprimerad luft till inloppsledningen. Då ventilen hålls öppen under en sådan hastig reducering av motorbelastningen tillförs den trycksatta luften till avgasledningen och leds tillsam- mans med avgasema genom turbinen. Turbinen erhåller därvid en extra drivkraft som överförs till kompressom samtidigt som kompressoms högtryckssida avlastas. Risken att komprimerad luft från inloppsledningen strömmar tillbaka och ut via kompressom med ett störande ljud (s.k. kompressorpumpning) reduceras därmed avsevärt. Styren- heten behöver nödvändigtvis inte hålla ventilen öppen vid alla hastiga reduceringar av motorbelastningen utan endast när en rengöring av kylaren erfordras eller endast då en tryckskillnad av ett visst värde uppnås, vid vilken tryckskillnad luften ges en tillräck- ligt hög hastighet för att en optimal rengöring av kylaren ska erhållas.

Enligt en annan föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar arran- gemanget en andra kylare som är anordnad i inloppsledningen för att kyla luften som komprimerats av kompressom. En sådan andra kylare är inrättad att kyla den kompri- merade luften till en acceptabel temperatur innan den blandas med eventuella recirku- lerande avgaser. Arrangemanget kan vara inrättat att reeirkulera avgaser både hos överladdade dieselmotorer och överladdad ottomotor. Hos överladdade ottomotorer är det relativt enkelt att tillsätta de recirkulerande avgasema till luften då avgasema under väsentligen alla motorns driftstillstånd uppvisar ett högre tryck än luften i inloppsled- ningen. Eftersom det hos överladdade ottomotorer erfordras en relativt okomplicerad utrustning för att återleda avgasema är det vanligt att denna teknik utnyttjas vid denna motortyp för att minska halten av skadliga avgasemissioner. Arrangemanget kan dock även med fördel utnyttjas för att reeirkulera avgaser från en dieselmotor. Hos en dieselmotor sker förbränningen normalt med ett luftöverskott. Det medför indirekt att det behöver överföras relativt stora mängder avgaser för att den avsedda funktion ska erhållas. Hos överladdade dieselmotorer är dessutom laddlufttrycket under en stor del av motorns arbetsområde större än avgasemas tryck. Här kan returledningen mynna i en s.k. venturi som utnyttjas för att lokalt sänka det statiska trycket hos luften så att avgasema kan ledas in i inloppsledningen. Det kan även finnas andra lösningar för att blanda de retumerade avgasema från en dieselmotor med den trycksatta luften i in- 10 15 20 25 30 35 521 515 loppsledningen. Även här är det relativt okomplicerat att erhålla ett bakåtriktat flöde av luft genom returledningen med syfte att rengöra kylaren.

Ovan angivna syfte uppnås även med förfarandet av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 6 kännetecknande del. Då avgasema som lämnar förbränningsmotom uppvisar ett tryck som är lägre än trycket i inloppsledningen erhålls en tryckgradient som kan driva luften genom returledningen så att en rengöringsverkan av den första kylarens invändiga ytor från sotbeläggningar erhålls. Därrned behövs ingen speciell rengöringsutrustning utnyttjas för att tillhanda- hålla en sådan rengöring än redan befintlig utrustningen, som är avsedd att reducera avgasemissionema från motorn.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN I det följande beskrivs såsom ett exempel en föredragen utföringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogad ritning, på vilken: Fig. 1 visar schematiskt ett arrangemang för recirkulation av avgaser hos en överlad- dad förbränningsmotor.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar schematiskt ett arrangemang för att medge en recirkulation av en del av avgaserna hos en överladdad förbränningsmotor l, som kan vara en dieselmotor eller en ottomotor. En sådan recirkulation benämns vanligtvis EGR (Exhaust Gas Recircu- lation). Förbränningsmotom l kan exempelvis vara avsedd som drivmotor för ett tyng- re fordon. Avgaser från förbränningsmotoms 1 cylindrar leds, via avgassamlare 2, till en gemensam eller förgrenad avgasledning 3. Avgasema i avgasledningen 3, som har ett övertryck, leds genom en turbin 4. Turbinen 4 erhåller därvid en drivkraft. Turbi- nens 4 drivkraft överförs via en förbindning till en kompressor 5. Kompressom 5 kom- primerar därvid luft som leds via en inloppsledningen 6 till förbränningsmotom l. En kylare i form av en laddluftskylare 7 är anordnad i inloppsledningen 6 för att medge kylning av den komprimerade luften innan den tillförs förbränningsmotom 1. 10 15 20 25 30 35 521 515 f ~ » @ . , , En returledning 8 är inrättad att medge en recirkulation av en del av avgaserna från avgasledningen 3. Den recirkulerande delen av avgaserna är avsedd att blandas in i den komprimerade luften i inloppsledningen 6. Returledningen 8 innefattar en ventil i form av en EGR-venti19, med vilken avgasflödet i returledningen 8 vid behov kan stängas av. I viss mån kan EGR-ventilen 9 även användas för att styra den mängd av- gaser som leds till inloppsledningen 6. En elektrisk styrenhet 10 är inrättad att mottaga information, exempelvis, avseende motorns 1 belastning för att styra EGR-ventilen till ett önskat läge. Returledningen 8 innefattar även en kylare i form av en EGR-kylare ll för att kyla de recirkulerande avgaserna. Avgasema innehåller sotemissioner som under passagen genom EGR-kylaren riskerar att avsättas på EGR-kylarens värmeöverförande ytor så att sotbeläggningar bildas. Sådana sotbeläggningar på EGR-kylarens värme- överförande ytor försämrar kylarens avgaskylande förmåga. Sotbeläggningarna ökar dessutom avgasemas strömningsmotstånd genom EGR-kylaren ll. En otillräcklig kyl- ning av avgasema leder bl.a. till en försämring av motorns prestanda.

Då fordonet framförs erhåller styrenheten 10 information avseende motoms belastning.

Styrenheten 10 kan utgöra en del av en elektrisk motorstyrenhet hos fordonet. Med information om, exempelvis, bränsletillförseln till motorn 1 och lagrad information avseende den specifika förbränningsmotom kan styrenheten 10 bestämma motorbelast- ningen och därvid då hastiga förändringar av motorbelastningen sker. Under drift av motom 1 med en väsentligen konstant belastning är Styrenheten 10 inrättad att hålla EGR-ventilen i ett öppet läge. Därmed kommer en lämpligt mängd avgaser från av- gasledningen 3 att ledas in i returledningen 8. Efter passage av den öppna EGR- ventilen 9 leds avgaserna genom EGR-kylaren 11 för att kylas. Under kylprocessen erhålls ofrånkomligt en viss avsättning av sot från avgaserna på EGR-kylarens ll vär- meöverförande ytor. De kylda avgaserna leds till inloppsledningen 6. Förbrännings- motom kan således vara en överladdad ottomotor eller en överladdad dieselmotor. Ef- tersom avgasema hos överladdade ottomotorer under de flesta driftstillstånd har ett högre tryck än luften i inloppsledningen kan avgasema här utan speciella hjälpmedel blandas in i luften i inloppsledningen 6. Hos en dieselmotor kan vid behov inbland- ningen ske medelst en venturi eller liknande hjälpmedel. Blandningen av luft och avga- ser leds av inloppsledningen 6, via en förgrening 12, till motoms l respektive cylind- rar. Medelst denna inblandning av avgaser i luften sänks förbränningstemperaturen i cylindrama 1 och därmed även halten av kväveoxider ( NOX) som bildas under för- bränningsprocessema. Med en recirkulation av avgaser kan man således på ett relativt enkelt sätt sänka halten av kväveoxider ( NOX) i avgasema. 10 15 20 25 30 35 521 515 Under drift av fordonet då en hastigt ökande motorbelastning erfordras är styrenheten 10 inrättad att stänga EGR-ventilen 9 så att avgasflödet genom returledningen 8 upp- hör. Därmed ökar andelen ren luft som, via inloppsledningen 6, leds till motorn l. Den erforderliga motorbelastningen erhålls här snabbt utan att mängden avgasemissioner ökar. Hos konventionella EGR-arrangemang stängs EGR-ventilen 9 även vid driftstill- stånd då en hastigt reducerad belastning av motorn 1 erhålls. En stängning av EGR- ventilen 9 görs här i syfte att bibehålla luftens laddtryck så länge som möjligt, vilket kan utnyttjas vid en eventuell närliggande hastig ökning av motorns belastning. Enligt föreliggande uppfinning är styrenheten 10 emellertid inrättad att öppna EGR-ventilen 9 vid åtminstone något tillfälle då avgasema som lämnar förbränningsmotom l uppvisar ett lägre tryck är än lufttrycket i inloppsledningen 6. Med en sådan tryckskillnad kan ett ett bakåtriktat luftflöde genom returledningen 8 erhållas då EGR-ventilen 9 är i ett öp- pet läge. En sådan tryckskillnad uppkommer, exempelvis, då förbränningsmotoms l belastning hastigt reduceras. Den rena luften leds härvid med en hög hastighet genom bl.a. EGR-kylaren ll. Den snabbt flödande luften kommer härvid i mekanisk kontakt med EGR-kylarens invändiga ytor och tillhandahåller därvid en effektiv rengöring av de invändiga ytoma från eventuella sotbeläggningar.

Ju mer frekvent ett sådant rent luftflöde med en hög hastighet leds genom EGR-kylaren l l ju effektivare förhindras uppkomsten av sotbeläggningar på EGR-kylarens ll in- vändiga ytor. Styrenheten lO behöver nödvändigtvis inte hålla EGR-ventilen 9 öppen vid alla hastiga reduceringar av motorbelastningen utan endast när ett rengöringsbehov av EGR-kylaren ll föreligger. Altemativt kan styrenheten 10 hålla EGR-ventilen 9 öppen endast då tryckskillnader erhålls av ett värde som tillhandahåller en tillräckligt hög luftflödeshastighet för att en effektiv rengöring av EGR-kylaren ll ska erhållas.

Eftersom en sådan luftflödesdrivande tryckskillnad uppstår spontant under drift av ett fordon behöver ingen speciell utrustning arrangeras utöver den redan befintliga för att tillhandahålla en rengöring av EGR-kylaren ll. En annan fördel med ett sådant bakåt- riktat luftflöde genom returledningen är att den trycksatta luften efter passagen av re- turledningen leds genom turbinen 4. Turbinen 4 erhåller därvid en extra drivkraft som driver kompressom 5 samtidigt som kompressoms högtryckssida avlastas. Risken att redan komprimerad luft från inloppsledningen 6 strömmar tillbaka och ut via kompres- som 5 ( s.k. kompressionspumpning) med ett störande ljud reduceras därmed avsevärt. , . . , , v Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den på ritningen beskrivna utföringsforrnen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. Uppñnningen är tillämpar på väsent- ligen alla typer av förbränningsmotorer där luft tillförs med ett övertryck till förbrän- ningsmotom. Denna luft uppvisar vanligtvis under vissa driftsförhållanden ett tryck som överstiger avgasemas tryck så att en tryckgradient erhålls som med en öppen EGR-ventil tillhandahåller ett bakåtriktat luftflöde av luft genom returledningen.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 Patentkrav

1. l. Arrangemang för recirkulation av avgaser hos en förbränningsmotor (1), varvid ar- rangemanget innefattar en returledning (8) som är inrättad att medge en recirkulation av avgaser från förbränningsmotom (1), en ventil (9), som är inrättad att medge ett flöde av avgaser genom returledningen (8) då den är ställd i ett öppet läge och att för- hindra ett flöde av avgaser genom returledningen (8) då den är ställd i ett stängt läge, en styrenhet (10) som är inrättad att styra ventilen (9) till ett önskat läge, en första kyla- re (11) som är inrättad att kyla avgasema i returledningen (8) och en inloppsledning (6), som är förbunden med returledningen (8) så att den medger en tillförsel av avgaser från returledningen (8) tillsammans med luft av ett övertryck till motom (1), m tecknat av att styrenheten (10) är inrättad att styra ventilen (9) till det öppna läget vid åtminstone något tillfälle då avgasema som lämnar förbränningsmotom (1) har ett tryck som är lägre än trycket i inloppsledningen (6) för att erhålla ett bakåtriktat flöde av luft genom returledningen (8) med syfte att rengöra den första kylaren (1 1).

2. Arrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att nämnda tillfällen inträffar då för- bränningsmotorns (1) belastning hastigt har reducerats.

3. Arrangemang enligt kraven 1 eller 2, kännetecknat av att arrangemanget innefattar en turbin (4) som är inrättad att drivas av avgasema från förbränningsmotom (1) och en kompressor (5) som är inrättade att drivas av turbinen för att tillföra komprimerad luft till inloppsledningen (6).

4. Arrangemang enligt krav 3, kännetecknat av att arrangemanget innefattar en andra kylare (7) som är anordnad i inloppsledningen (6) för att kyla luften som komprimerats av kompressom (5).

5. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att förbränningsmo- tom (1) är en dieselmotor eller en ottomotor.

6. Förfarande för recirkulation av avgaser hos en förbränningsmotor (1), varvid förfa- randet innefattar stegen att medge en recirkulation av avgaser från förbränningsmotom (1) via en returledning (8), att styra flödet av avgasema genom returledningen (8) me- delst en ventil (9) som i ett öppet läge medger ett flöde genom returledningen (8) och är i ett stängt läge förhindrar ett sådant flöde, att initiera en styrning av ventilen (9) till 10 15 20 ett önskat läge medelst en styrenhet, att kyla avgaserna i returledningen (8) medelst en första kylare (1 1) och att medge en tillförsel av avgaser från returledningen (8) till- sammans med luft av ett övertryck till motorn (1) medelst en inloppsledning (6), som är förbunden med returledningen (8) , kännetecknat av steget att initiera en styming av ventilen (9) till det öppna läget vid åtminstone något tillfälle då avgaserna som lämnar förbränningsmotom (1) har ett tryck som är lägre än trycket i inloppsledningen (6) för att erhålla ett bakåtriktat flöde av luft genom returledningen (8) med syfte att rengöra den första kylaren (1 l).

7. Förfarande enligt krav 6, kännetecknat av steget att initiera en styming av ventilen (9) till det öppna läget vid tillfällen då förbränningsmotorns belastning hastigt har re- ducerats.

8. Förfarande enligt kraven 6 eller 7, kännetecknat av stegen att driva en turbin (4) me- delst avgaser från förbränningsmotom (l) och att tillföra komprimerad luft till in- loppsledningen (6) medelst en kompressor (5) som är förbunden med turbinen (4).

9. Förfarande enligt krav 8, kännetecknat av steget att kyla den av kompressorn (5) komprimerade luften i inloppsledningen (6) medelst en andra kylare (7).

10. Förfarande enligt något av de föregående kraven 6-9, kännetecknat av steget att recirkulera avgaser hos en förbränningsmotor (l) i form av en dieselmotor eller en ot- tomotor.