SE524735C2 - Arrangemang och förfarande för att styra återcirkulation av avgaser hos en förbränningsmotor - Google Patents

Description

25 30 35 (JH r\3 _{> -3 ( 1 l (fl e.. n. raturen är hög och förbränningsmotom är hårt belastad samtidigt som kylning erfordras av avgaserna i EGR-kylaren utsätts kylsystemet för en mycket hård belastning. Under sådana omständigheter finns det risk för att kylsystemets inte har kapacitet till att vid- hålla en önskad motortemperatur. Kylvätskans temperatur liksom motortemperaturen riskerar här att stiga och uppnår motorn en temperatur över en viss nivå finns det risk för att skador uppstår på motorn.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett arrangemang och ett förfa- rande av inledningsvis nämnt slag där det säkerställs att förbränningsmotoms tempe- ratur inte stiger till en temperatumivå där motorskador kan uppkomma även i de fall motorn är hårt belastad och en hög omgivningstemperatur råder.

Detta syfte uppnås med arrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kän- netecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kärmetecknande del. Givaren kan vara av ett väsentligen godtycklig typ som placeras så att den mäter temperaturen på en plats där det erhålls temperaturvärden som varierar i beroende av motorns temperatur.

Givaren kan appliceras på en yta hos motorblocket eller på ett annat lärnplig ställe där tillförlitliga temperaturvärden erhålls och med vilka temperaturvärden motortemperatu- ren kan bestämmas med en god noggrannhet. Då åtminstone ett sådant temperaturvärde mottagits som indikerar att motorns temperatur överstigit ett högsta acceptabelt värde stängs ventilen och återcirkulationen av avgaserna upphör. Kylningen av de återcirku- lerande avgaserna utgör en relativt stor belastning på kylsystemet. Då återcirkulationen av avgaserna upphör frigörs en motsvarande kylkapacitet hos kylsystemet. Därmed erhåller kylmediet i kylsystemet en lägre temperatur. Det kylmedium som nu leds till förbränningsmotom tillhandahåller en förbättrad kylning av förbränningsmotom. För- brärmingsmotoms temperatur kan därvid relativt snabbt sänkas till en acceptabel nivå.

Därmed kan väsentligen alltid garanteras att förbrärmingsmotoms temperatur inte sti- ger upp till en temperatumivå där motorskador kan uppkomma även då motom är hårt belastad och en hög omgivningstemperatur råder. Den förbestämda temperaturen vid vilken återcirkulationen av avgaser upphör kan dock om så önskas förbestämmas till en lägre temperatur än den temperatur som motsvarar en högsta acceptabel motortempe- ratur. Detta kan vara fallet då ett kylsystem används där kylvätskan har en lägre kok- punkt än den högsta acceptabla motortemperaturen. Här kan arrangemanget utnyttjas för att förhindra att kylvätskan kokar. coca; 10 15 20 25 30 35 (Yl PJ -l3> “\'l O! "i O) Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande har givaren en placering så att den avkänner kylmediets temperatur. Genom att placera givaren på ett lämpligt ställe i kyl- systemet erhåller styrenheten väsentligen kontinuerligt information om kylvätskans temperatur på detta ställe i kylsystemet. Kylvätskans temperatur är en pararneter som varierar med förbränningsmotoms temperatur. En förbestämd temperatur hos kylmedi- et kan därvid indikera att föribrärmingsmotom nått en högsta acceptabel temperatur. i Med fördel är givaren placerad i kylsystemet i anslutning till en utloppsledning för kylmediet från förbrärmingsmotorn så att givaren avkänner kylmediets temperatur vä- sentligen omedelbart efter att det lämnat förbrärmingsmotom. Kylmediets temperatur kan här väsentligen likställas med motorns temperatur. Därmed erhålls tillförlitliga temperaturvärden som väsentligen överensstämmer med förbränningsmotoms tempe- ratur. Nämnda högsta godtagbara motortemperatur erhålls i regel då kylmedietempe- raturen är inom temperaturområdet 100 - 1 10°C. Den högsta godtagbara motortempe- raturen kan självfallet variera för olika typer av förbrärmingsmotorer.

Enligt en arman föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning är styrenheten, efter en stängning som orsakats av att den högsta acceptabla motortemperaturen nåtts, inrättad att åter öppna ventilen och starta återcirkulationen av avgaser då avkända tem- peraturvärden mottagits som initierar att temperaturen sjunkit till en förbestämd god- tagbar temperatur. En sådan godtagbar temperatur bör vara åtminstone några grader lägre än den högsta acceptabla temperaturen. Härvid kommer återcirkulationen av av- gaser automatiskt igång igen efter ett avbrott pga. en för hög motortemperatur.

Ovan angivna syfte uppnås även med förfarandet av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 7 kännetecknande del. Då återcirkulationen av avgasema upphör behöver kylsystemet inte längre kyla några av- gaser i EGR-kylaren. Därmed kan hela kylkapaciteten hos kylsystemet vid behov ut- nyttjas till att kyla förbränningsmotom. Genom att tillföra en sådan förhöjd kyleffekt kan väsentligen alltid förbränningsmotorns temperatur förhindras att nå en oacceptabelt hög nivå. Därmed förhindras på ett effektivt sätt uppkomsten av motorskador som or- sakas av en för hög motortemperatur. canon 10 15 20 25 30 35 524 755 4 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 en förbränningsmotor med ett EGR-system, ett kylsystem och är ett arrangemang enligt föreliggande uppfinning, I Fig. 2 visar ett flödesschema med ett förfarande enligt föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar en förbrärmingsmotor 1, som kan vara en dieselmotor eller en ottomotor.

Förbränningsmotorn 1 kan vara avsedd som drivmotor för ett tyngre fordon. Förbrän- ningsmotom 1 har försetts med ett kylsystem med en cirkulerande kylvätska för att kyla förbränningsmotorn 1 och sörja för att förbränningsmotorn 1 erhåller en väsentli- gen konstant optimal motortemperatur under drift. Efter att den cirkulerande kylväts- kan kylt förbrärmingsmotom l leds den ut medelst en utloppsledning 2 i riktning mot en termostat 3. Om kylvätskans temperatur överstiger en inställd temperatur hos ter- mostaten 3 leds kylvätskan genom termostaten 3 till kylaren 4 för att kylas. Kylvätskan leds, efter passage av kylaren 4, genom en ledning 5 till en kylvätskepump 6 för trans- port tillbaka till förbränningsmotom 1 via en oljekylare 7. Om kylvätskans temperatur inte överstiger termostatens 3 inställda temperatur leds kylvätskan, via termostaten 3 och en bypass ledning, tillbaka till motom 1 via pumpen 6. Medelst manövrering av en styrventil 8 kan en del av den varma kylvätskan från motom 1 användas för uppvärm- ningsändamål. Med en öppen styrventil 8 leds varm kylvätska, via en ledning 9, till en värmeväxlare 10 för att tillhandahålla uppvärmning av, exempelvis, ett förarutrymme i fordonet. Efter passage av vänneväxlaren 10 leds kylvätskan, via ledningen 11 och kylvätskepumpen 6 tillbaka till motom 1. En första avluftningsledning 12 för kylväts- kan sträcker sig från motom 1 till en avluftningsanordning 13. En andra avluftnings- ledning 14 för kylvätskan sträcker sig från kylaren 4, via den första avluftningsledning- en 12, till avluftningsanordningen 13. Avluftningsanordningen 13 är inrättad att sepa- rera eventuell förekommande luft i kylsystemet från kylvätskan. Efter att kylvätskan avluftats leds den, till ett expansionskärl 15 för lagring. Kylvätska från expansionskär- let 15 sugs av pumpen 6 via ledningarna 16, 5 till motor 1. nunn- 10 15 20 25 30 35 n-v »- Fig. 1 visar även ett EGR-system för att återcirkulera en del av avgaserna från förbrän- ningsmotom 1. Avgaser från förbränningsmotorns 1 cylindrar leds frän de respektive cylindrarna till en gemensam avgasledning 17. En del av avgasema i avgasledningen 17 leds, via en returledning 18, till en inloppsledning 19 som leder luft till förbrän- ningsmotorns 1 cylindrar. Den återcirkulerande delen av avgaserna är avsedd att blan- das in i luften i inloppsledningen 19. Returledningen 18 innefattar en EGR-kylare 21 för att kyla avgasema i returledningen 18. Returledningen 18 innefattar även en EGR- ventil 22, med vilken avgasflödet i returledningen 18 kan regleras. En elektrisk styren- het 20 är inrättad att reglera EGR-ventilen 22. Styrenheten 20 kan utgöra en del av en elektrisk motorstyrenhet hos fordonet. Med information om, exempelvis, bränsletillför- seln till motorn 1 och lagrad information avseende den specifika förbränningsmotom kan styrenheten 20 bestämma motorbelastningen och reglera EGR-ventilen 22. Under drifi av motorn 1 med en väsentligen konstant belastning är styrenheten 20 inrättad att hålla EGR-ventilen 22 i ett öppet läge. En pump 24 är avsedd att transportera kylvätska från expansionskärlet 15 till EGR-kylaren 21 i en ledning 25. Efter att kylarvätskan passerat EGR-kylare 21 leds den tillbaka till expansionskärlet 15 via en ledning 26.

En givare 23 är applicerad i kylvätskans utloppsledning 2 från törbränningsmotom 1.

Givaren 23 avkänner här temperaturen T på kylvätskan när den lämnar fórbrännings- motorn 1. Kylvätskans temperatur T kan här väsentligen likställas med törbrännings- motorns temperatur. Givaren 23 sänder väsentligen kontinuerligt signaler till styrenhe- ten 20 avseende uppmätta temperaturvärden T. Styrenheten 20 reglerar EGR-ventilen 22, under drift av förbränningsmotorn 1, i beroende av motorns belastning så att en lämplig mängd avgaser leds genom returledningen 18. Avgasema kyls här av EGR- kylaren 21 innan de blandas in i luftledningen 19. Medelst inblandningen av avgaser i luften sänks förbrärmingstemperaturen i törbränningsmotom l och därmed även halten av kväveoxider ( NOX) som bildas under förbränningsprocesserna. Under normala om- ständigheter har kylsystemet kapacitet att kyla fórbrärmingsmotom 1 så att den erhåller en väsentligen konstant arbetstemperatur under drift samtidigt som kylvätskan i kylsy- stemet även kan utnyttjas för att kyla de avgaser som passerar genom EGR-kylaren 21.

Kylarens 4 kapacitet att kyla den cirkulerande kylvätskan är beroende av temperaturen hos den luft som strömmar genom kylaren 4. Då lufttemperaturen är hög reduceras kylarens kapacitet. Då omgivningens lufttemperaturen är hög utnyttjas inte heller vär- meväxlaren 10 för uppvärmningsändamål. Kylvätskan avger därmed inte någon värme via värmeväxlaren 10. Om förbrärmingsmotorn 1 dessutom belastas hårt under en läng- anno. 10 15 20 25 30 35 (fl FJ _,f_\_. “<1 (ß l KJ a~a .- re period finns det en uppenbar risk att kylsystemet inte har kapacitet att kyla både för- bränningsmotorn 1 och de återcírkulerande avgaserna. Under sådana omständigheter stiger kylvätskans temperatur i kylsystemet och därmed förbränningsmotoms tempe- ratur. Om motortemperaturen stiger över en viss nivå finns det en risk att skador upp- kommer på motom.

Fig. 2 visar ett flödesschema som beskriver ett forfarande enligt uppfinningen. Vid 27, avkärmer givaren 23 kylvätskans temperatur T och sänder information till styrenheten 20 avseende uppmätta temperaturvärden T i utloppsledningen 2. Eftersom givaren 23 avkänner kylvätskans temperatur då den länmar förbränningsmotorn 1 har kylvätskan här en väsentligen motsvarande temperatur som förbränningsmotom 1. Vid 28, jämför styrenheten 20 om kylvätskans temperatur T i utloppsledningen 2 är lägre än eller lika med en högsta godtagbar kylvätsketemperatur Tmax som motsvarar en högsta godtagbar motortemperatur. Om kylvätskans temperatur T är lägre än eller lika med den högsta godtagbara kylvätsketemperaturen Tmx startar processen om vid 27. Styrenheten 20 styr i detta fall EGR-ventilen 22 på ett konventionellt sätt i beroende av motorns be- lastning. Om kylvätskans temperatur T däremot har översti git till den högsta godtagba- ra kylvätsketemperaturen Tmax har således motom erhållit en för hög temperatur. Den högsta godtagbara kylvätsketemperaturen Tmax är dock satt med en viss säkerhetsmar- ginal så att den åtminstone kortvarigt kan överskridas utan att motom riskerar att ska- das. För att sänka temperaturen T stänger därför styrenheten 20, vid 29, EGR-ventilen 22 så att det återcirkulerande avgasflödet upphör. Då ingen kylvätska längre behöver kylas sjunker kylvätskans temperatur i expansionskärlet 15. Därmed erhålls en lägre temperaturen på den kylvätska som leds från expansionskärlet 15 till förbrärmingsmo- tom 1. Kylvätskan ger därvid en effektivare kylning av förbränningsmotorn 1 vilket resulterar i en lägre motortemperatur. Förbränningsmotorns temperatur förhindras därmed att nå en temperaturnivå där skador på motom kan uppstå även i de fall motorn är hårt belastad och en hög omgivningstemperatur råder.

Vid 30 avkänner givaren 23 nya temperaturvärden T hos kylvätskan som lärrmar för- bränningsmotorn 1. Styrenheten 20 mottager de nya temperaturvärden från givaren 23 och jämför, vid 31, om kylvätsketemperaturen sjunkit till en för drift acceptabel tempe- raturnivå TO. Så länge som kylvätsketemperaturen inte sjunkit ned till den acceptabla temperaturnivån TO håller styrenheten 20 EGR-ventilen stängd. Då styrenheten 20 mottar temperaturvärden som är lägre eller lika med den acceptabla temperaturnivån TO öppnas åter EGR-ventilen, vilket sker vid 32. Därefter startar processen om vid 27. 0-1 m \: u: (J i ooo ooo o o oo oooo o oo oooo o o o o o o o o o oo o o o oo oo o o o o o o o o o o o o o o o oo» o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o oo ooo o. oo oo. o Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den på ritningen beskrivna utföringsforrnen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 Patentkrav

1. Arrangemang för att styra återcirkulation av avgaser hos en förbränningsmotor (l), varvid förbränningsmotorn (1) är förbunden med ett EGR-system, som innefattar en returledning (18) för återcirkulation av avgaser från förbränningsmotorn (1) till en in- loppsledning (19) som tillför luft till törbränningsmotorn (1), en ventil (22) som är inrättad att reglera mängden avgaser som återcirkuleras och en kylare (21) som är inrät- tad att kyla avgaserna i returledningen (18), och varvid förbränningsmotom även är förbunden med ett kylsystem som innefattar ett cirkulerande kylmedium som är inrättat att kyla förbränningsmotorn (1) och att kyla avgaserna i returledningen (18) medelst nämnda kylare (21), kännetecknat av att arrangemanget innefattar en givare (23) som har en placering så att den avkänner en temperatur (T) som är relaterad till förbrän- ningsmotorns temperatur och en styrenhet (20) som är inrättad att mottaga signaler från givaren (23) avseende avkända temperaturvärden (T) och att stänga ventilen (22) så att återcirkulationen av avgaser upphör då åtminstone ett temperaturvärde (T) mottagits som överstiger en förbestämd temperatur (Tmax).

2. Arrangemang enligt krav 1, kärmetecknat av att nämnda förbestämda temperatur (Tmax) motsvarar en högsta acceptabel motortemperatur.

3. Arrangemang enligt krav l eller 2, kärmetecknat av att givaren (23) har en placering i kylsystemet så att den avkänner kylmediets temperatur (T).

4. Arrangemang enligt krav 2, kärmetecknat av att givaren (23) har en placering i kyl- systemet i anslutning till en utloppsledning (2) för kylmediet från förbrärmingsmotorn (l) så att givaren (23) avkärmer kylmediets temperatur (T) väsentligen omedelbart efter att det lämnat förbränningsmotom (1).

5. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda förbes- tämda temperatur (Tmax) är inom området 100 - 1l0°C.

6. Arrangemang enligt något av föregående krav, kärmetecknat av att styrenheten (20), efter en stängning av ventilen (22) som orsakats av att den högsta acceptabla tempera- turen (Tmax) har överskridits, är inrättad att åter öppna ventilen (22) och starta återcir- kulationen av avgaser då åtminstone ett temperaturvärde (T) mottagits som initierar att temperaturen sjunkit till en förbestämd temperatur (TO). 10 15 20 25 30

7. Förfarande för att styra återcirkulation av avgaser hos en törbrärmingsmotor (l), var- vid förbrärmingsmotom (1) är förbunden med ett EGR-system, som innefattar en retur- ledning (18) för återcirkulation av avgaser från förbränningsmotorn (1) till en inlopps- ledning (19) som tillför luft till forbrärmingsmotorn (1), en ventil (22) som är inrättad att reglera mängden avgaser som återcirkuleras och en kylare (21) som är inrättad att kyla avgaserna i returledningen (18), och varvid törbrärmingsmotorn även är förbunden med ett kylsystem som innefattar ett cirkulerande kylmedium som är inrättat att kyla förbrärmingsmotom (1) och att kyla avgasema i returledningen (18) medelst nämnda kylare (21), kärmetecknat av steget att avkänna en temperatur (T) som är relaterad till fórbränningsmotorns temperatur och att stänga ventilen (22) så att återcirkulationen av avgaser upphör då åtminstone ett temperaturvärde (T) mottagits som överstiger en förbestämd temperatur (Tmx).

8. Förfarande enligt krav 7, kärmetecknat av steget att stänga ventilen (21) då ett tem- peraturvärde (T) mottagits som överstiger en fórbestämd temperatur (Tmax) som mot- svarar en högsta acceptabel motortemperatur.

9. Förfarande enligt krav 7 eller 8, kännetecknat av steget att avkänna kylmediets tem- peratur (T).

10. Förfarande enligt kraven 9, kännetecknat av stegen att avkänna kylmediets tempe- ratur (T) väsentligen omedelbart efter att det lärnnat fórbrärmíngsmotorn (1).

11. Förfarande enligt något av de föregående kraven 7-10, kärmetecknat av att stänga ventilen (21) då ett temperaturvärde (T) mottagits som överstiger en íörbestämd tem- peratur (Tmax) som är inom temperaturornrådet 100 - ll0°C.

12. Förfarande enligt något av föregående krav 7- 11, kärmetecknat av steget att, efter en stängning av ventilen (22) som orsakats av att den högsta acceptabla temperaturen (Tmax) har överskridits, åter öppna ventilen (22) och starta återcirkulationen av avgaser då åtminstone ett temperaturvärde (T) mottagits som initierar att temperaturen sjunkit till en förbestämd temperatur (TO).