SE526818C2 - Arrangemang för återcirkulation av avgaser hos en överladdad förbränningsmotor - Google Patents

Description

loop in 0 400 000 000! 0 OO I 009 Og 0 i 0 0 I 0 0 I I 000 uno lll O 000 0 0000 526 818 som leds till förbränningsmotorn får därmed en högre temperatur än den komprimerade luft som leds in i en överladdad törbränningsmotor som inte är försedd med återcirku- lation av avgaser. En överladdad förbränningsmotor som är utrustad med EGR tillhan- dahåller därmed en något lägre prestanda än en överladdad förbränningsmotor som inte är utrustad med EGR.

SAMMANFATTNING AV UPPFINN INGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett arrangemang som tillhan- dahåller en återcirkulation av avgaser hos en överladdad förbränningsmotor på ett så- dant sätt så att återcirkulationen av avgaser inte resulterar i att förbränningsmotoms prestanda blir lägre än hos en motsvarande förbränningsmotor som inte försetts med återcirkulation av avgaser.

Detta syfte uppnås med arrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kän- netecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Här blandas således avgasema med den komprimerade luften innan de gemensamt kyls i en kylare medelst ett kylmedium som har en temperatur som väsentligen motsvarar omgivning- ens temperatur. Därmed kan blandningen av avgaser och komprimerad luft som leds till förbränningsmotom tillhandahålla en motsvarande temperatur som den komprime- rade luften som tillförs en förbränningsmotor som inte är utrustad med EGR. En för- bränningsmotor med ett arrangemang enligt föreliggande uppfinning kan därmed till- handahålla en motsvarande prestanda som en förbräriningsmotor som inte är utrustad med EGR.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är nämnda första medi- um omgivande luft. Omgivande luft är hela tiden ett tillgängligt medium och det er- fordrar ingen komplicerad utrustning för att få det att strömma genom den första kyla- ren. Genom att utnyttja omgivande luft som kylmedium kan avgasema kylas ned till en nivå i närheten av den omgivande luftens temperatur. Därmed utnyttjas samma kylme- dium i den första kylaren som i en konventionell laddluftkylare för kylning av kom- primerad luft. I och med detta kan avgaser kylas till samma nivå som den komprimera- de luften i en konventionell laddluftkylare. Arrangemanget utnyttjas med fördel i ett fordon som är driven av törbränningsmotorn. Här erhålls en naturlig strömning av om- givande luft genom den första kylaren under drift av fordonet. Eventuellt kan en kyl- fläkt appliceras för att garantera luftströmningen genom den första kylaren. 526 818 Enligt en föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar arrange- manget en andra kylare som är inrättad att kyla avgasema i returledningen. Gasformiga kylmedium som luft är i regel inte särskilt effektiva då det gäller att leda bort värme í en kylare. Det finns således betydligt effektivare kylare än de som är luftkylda. Det är därför lämpligt att utnyttja en sådan mer effektiv andra kylare för att kyla de heta avga- serna i ett första steg innan de kyls av den första kylaren. Företrädesvis är nämnda andra kylare kyld av ett vätskeformigt medium. Ett vätskeforrnigt medium tillhanda- håller i regel än mycket effektivare kylning än ett gasforrnigt medium. En vätskekyld kylare som har samma kylkapacitet som en luftkyld kan därför göras avsevärt mindre.

Då en sådan andra vätskekyld kylare appliceras i returledningen kan avgasernas tempe- ratur sänkas på ett effektivt sätt i ett forsta steg. Därmed erfordras en betydligt lägre kylkapacitet av den första kylaren och den kan därmed göras betydligt mindre. Det vätskeformiga mediet kan vara inrättad att cirkuleras i ett kylsystem som även är inrät- tat att kyla förbränningsmotorn. Den befintliga kylvätskan i fordonets kylsystem ut- nyttjas här således för att kyla avgasema i det forsta steget. Även om kylvätskans tem- peratur är högre än den omgivande luftens temperatur erhålls här en relativt stor skill- nad mellan kylvätskans temperatur och avgasemas temperatur. Därmed kan kylvätskan i nämnda andra kylare tillhandahålla en effektiv kylning av avgaserna.

Enligt en annan föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning är nämnda första kylare placerad i anslutning till en kylare för att kyla kylvätskan i kylsystemet. Härvid tillhandahåller den första kylaren en placering i ett område hos fordonet som redan är utformat för att tillhandahålla en genomströmning av omgivande luft. Eventuellt kan en kylfläkt här appliceras med en större kapacitet för att tillhandahålla en effektiv kyl- ning både av kylvätskan i kylsystemet och blandningen av avgaser och komprimerad luft i den första kylaren.

Enligt en annan föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar arran- gemanget en EGR-ventil som är applicerad i returledningen. Med en sådan EGR-ventil i returledningen kan avgasflödet vid behov kan stängas av. I viss mån kan EGR- ventilen även användas för att styra den mängd avgaser som returneras genom retur- ledningen. En styrenheten är i regel inrättad att styra EGR-ventilen. Styrenheten styr EGR-ventilen med infonnation om förbränningsmotoms aktuella driftstillstând. Styr- enheten kan vara en datorenhet som är försedd med en lärnplig mjukvara.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar arran- gemanget en turbin, som drivs av de avgaser i avgasledningen, som inte leds in i re- turledningen, och en kompressor som drivs av nämnda turbin så att den komprimerar luften i inloppsledningen. Här utnyttjas således avgasemas övertryck för att komprime- ra luften i inloppsledningen. Förbränningsmotorn kan vara en dieselmotor eller en ot- tomotor. Hos överladdade ottomotorer är det relativt enkelt att tillsätta de återcirkule- rande avgaserna till luften då avgaserna under väsentligen alla driftstillständ uppvisar ett högre tryck än den komprimerade luften i inloppsledningen. Hos överladdade dieselmotorer är avgasemas tryck under vissa drifistillstånd lägre än den komprimerade luftens. Det är därför under dessa driftstillstånd inte möjligt att direkt blanda avgaserna med lufien i inloppsledningen utan speciella hjälpmedel. Ett sådant hjälpmedel är en s.k. venturi som kan anordnas i inloppsledningen i anslutning till dess förbindelse med returledningen. Med en sådan venturi kan det statiska trycket hos luften i inloppsled- ningen sänkas lokalt vid anslutningen till returledningen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN I det följande beskrivs, såsom ett exempel, en föredragen utföringsfonn av uppfinning- en med hänvisning till bifogad ritning, på vilken: Fig. 1 visar en utföringsforrn av ett arrangemang för återcirkulation av avgaser hos en överladdad dieselmotor och Fig. 2 visar schematiskt placeringen av en laddkylare enligt föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar schematiskt ett arrangemang för återcirkulation av avgasema hos en över- laddad förbränningsmotor. F örbränningsmotorn är här en dieselmotor 1. En sådan åter- cirkulation benämns vanligtvis EGR (Exhaust Gas Recirculation). Medelst en inbland- ning av avgaser i den komprimerade luft som leds till motoms cylindrar sänks förbrän- ningstemperaturen och därmed även halten av kväveoxider (N OX) som bildas under förbränningsprocessema. Dieselmotom 1 kan, exempelvis, vara avsedd som drivmotor för ett tyngre fordon. Avgasema från dieselmotoms l cylindrar leds, via en avgassam- lare 2, till en avgasledning 3. Avgasema i avgasledningen 3, som har ett övertryck, leds till en turbin 4. Turbinen 4 tillhandahåller därvid en drivkrafi, som överförs, via en förbindning, till en kompressor 5. Kompressom 5 komprimerar därvid den luft som leds in i inloppsledning 6.

En returledning 7 är avsedd att tillhandahålla en återcirkulation av en del av avgasema från avgasledningen 3. Returledningen 7 innefattar en ventil i form av en EGR-ventil 8, med vilken avgasflödet i returledningen 7 vid behov kan stängas av. EGR-ventilen 8 kan användas för att styra den mängd avgaser som leds, via returledningen 7, till in- loppsledningen 6. En styrenheten 9 är inrättad att styra EGR-ventilen 8. Styrenheten 9 styr EGR-ventilen 8 med information om dieselmotorns aktuella driftstillstånd. Retur- ledningen 7 innefattar även en EGR-kylare 10 för att kyla de återcirkulerande avgaser- na innan de blandas med den komprimerade luften i inloppsledningen 6. Den mängd luft och avgaser som kan tillföras till dieselmotom 1 beror på luftens och avgasemas tryck men även på dess temperatur. Det är därför viktigt att tillhandahålla en effektiv kylning av de återcirkulerande avgasema. Avgasema som cirkuleras genom EGR- kylaren 10 kyls av kylvätskan i det befintliga kylsystemet hos fordonet vilket även är avsett att kyla dieselmotorn 1. Hos överladdade dieselmotorer 1 är i många fall avga- semas tryck lägre än den komprimerade luftens tryck i inloppsledningen. Under sådana driftstillstånd är det inte möjligt att direkt blanda de returnerade avgaserna från diesel- motom 1 med den komprimerade luften i inloppsledningen 6 utan hjälpmedel. Härvid kan, exempelvis, en venturi l 1 användas. Om förbränningsmotorn istället är en över- laddad ottomotor kan avgaserna direkt ledas in i inloppsledningen 6 då avgasema hos en ottomotor väsentligen under alla driftstillstånd uppvisar ett högre tryck än den kom- primerade luften i inloppsledningen 6.

En laddkylare 12 är anordnad i inloppsledningen 6. Laddkylaren 12 är kyld av omgi- vande luft. Den komprimerade luften och avgasema som blandas i inloppsledningen 6 är avsedda att gemensamt ledas genom laddkylaren 12 för att kylas. F ig. 2 visar sche- matiskt en vy från ovan av laddkylaren 12. Den är här placerad i anslutning till en konventionell kylare 14 för kylning av kylvätskan i fordonets kylsystem. Laddkylaren 12 och kylaren 14 är huvudsakligen parallellt anordnade på ett avstånd från varandra.

Avgasema och den komprimerade luften i laddkylaren 12 och kylvätskan i kylaren 14 kyls här av omgivande luft som strömmar först strömmar genom laddkylaren 12 innan den strömmar genom kylaren 14. Efter att blandningen av avgaser och komprimerad luft kylts i laddkylaren l2 leds den, via en förgrening 13, till dieselmotorns 1 respekti- ve cylindrar. .Û CIO] QQ c o o o o. one oo. 0 I I o o aa non e. 00 b! O O O 0 c 0 O O O 526 818 Under drift av dieselmotorn 1 driver avgaserna turbin 4. Turbinen 4 tillhandahåller därvid en drivkraft, som driver en kompressor 5. Kompressorn 5 komprimerar därvid den luft som leds in i inloppsledningen 6. Under de flesta driftstillstånd hos dieselmo- tom 1 håller styrenheten 9 EGR-ventilen 8 öppen så att en del av avgaserna i avgasled- ningen 3 kommer att ledas in i returledningen 7. Avgaserna har här en temperatur av cirka 600 - 700 ° C. Då avgaserna i returledningen 7 leds genom EGR- kylaren 10 till- handahåller de en kylning i ett första steg. Avgasema kyls här av kylvätskan i kylsy- stemet. Avgasema kan här kylas effektivt så att de har en avsevärt reducerad tempera- tur då de lämnar EGR-kylaren 10. EGR-kylaren 10 har dock begränsningen att den optimalt kan kyla avgaserna till en temperatur som motsvarar kylvätskans temperatur.

Kylvätskans temperatur i kylsystemet kan variera men är under normal drift i regel inom området 80-l00° C.

Hos överladdade dieselmotorer 1 är under vissa driftstillstånd således avgasemas tryck lägre än den komprimerade luftens tryck i inloppsledningen 6. Medelst venturin ll kan det statiska trycket hos luften i inloppsledningen 6 sänkas lokalt, vid anslutningen till returledningen 7, så att avgasema kan ledas in och blandas med den komprimerade luften i inloppsledningen 6. Blandningen av avgaser och komprimerad luft leds därefter gemensamt genom laddkylaren 12. Blandningen av avgaser och komprimerad luft kyls gemensamt i laddkylaren 12 av den omgivande luft som strömmar genom laddkylaren 12. Laddluftkylaren 12 har med fördel en storlek så att blandningen av avgaser och komprimerad luft kyls ned till en temperatur som endast överstiger omgivningens tem- peratur med ett fåtal grader. Efter laddkylaren 12 leds blandningen till dieselmotoms 1 respektive cylindrar. Till skillnad från vid konventionell EGR-teknik tillhandahåller avgaserna här en kylning även i ett andra steg. Här blandas således avgaserna med den komprimerade luften innan de gemensamt kyls i laddkylaren 12 medelst omgivande lufi som kylmedium. Blandningen av avgaser och komprimerad lufi som leds till dieselmotom 1 kan därmed ges en motsvarande temperatur som den komprimerade luften som tillförs en motsvarande dieselmotor som inte utrustats med EGR. En dieselmotor med en sådan kylning av de återcirkulerande avgasema kan på så sätt till- handahålla en väsentligen motsvarande prestanda som en íörbränningsmotor som inte utrustats med EGR.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den på ritningen beskrivna utfóringsfonnen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. Det är således inte uteslutet att leda de återcirkulerande avgaserna direkt in i inloppsledningen utan kylning och att tillhan- 526 818 I uoøaoø a 0 0 o cl nu; dahålla hela kylningen av avgaserna tillsammans med den komprimerade luften i ladd- kylare.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 526 818 8 Patentkrav

1. Arrangemang för återcirkulation av avgaser hos en överladdad förbränningsmotor (1), varvid arrangemanget innefattar en avgasledning (3) som är avsedd att leda ut av- gaser från förbränningsmotom (1), en inloppsledning (6) som är avsedd att leda luft med ett övertryck till förbrärmingsmotorn (1), en returledning (7), som innefattar en förbindning med avgasledningen (3) och en förbindning med inloppsledningen (6), så att det, via returledningen (7), är möjligt att återcirkulera avgaser från avgasledningen (3) till inloppsledningen (6), och en andra kylare (10) som är inrättad att kyla avgaserna i returledningen (7) medelst ett vätskeforrnigt medium, kännetecknat av att arrange- manget innefattar en första kylare (12), som är kyld av omgivande lufi, varvid den för- sta kylaren (12) är applicerad i inloppsledningen (6) nedströms returledningens (7) törbindning med inloppsledningen (6) så att den, då avgaser retumeras, via returled- y ningen (7), kyler en blandning av avgaser och luft innan blandningen leds till förbrän- ningsmotom (1).

2. Arrangemang enligt krav 1, kärmetecknat av att det vätskeforrniga mediet innefattas i ett kylsystem som är inrättat att kyla förbränningsmotom (1).

3. Arrangemang något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda första kylare ( 12) är anordnad i anslutning till en kylare (14) för att kyla kylvätskan i kylsystemet.

4. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att arrangemanget innefattar en EGR-ventil (8) som är applicerad i returledningen (7).

5. Arrangemang enligt krav 4, kärmetecknat av att arrangemanget innefattar en styren- heten (9) som är inrättad att styra EGR-ventilen (8).

6. Arrangemang enligt något av föregående krav, kärmetecknat av att arrangemanget innefattar en turbin (4), som drivs av de avgaser i avgasledningen (3), som inte leds in i returledningen (7), och en kompressor (5) som drivs av nämnda turbin (4) så att den komprimerar lufien i inloppsledningen (6).

7. Arrangemang enligt något av föregående krav, kärmetecknat av att törbränningsmo- tom (1) är en dieselmotor eller en ottomotor.