SE527479C2 - Arrangemang för återcirkulation av avgaser hos en överladdad förbränningsmotor - Google Patents

Description

527 479 o n o c oo I leds till törbränningsmotom får därmed en högre temperatur än den komprimerade luft som leds in i en överladdad fiårbrärrningsmotor som inte är försedd med återcirkulation av avgaser. En överladdad förbränningsmotor som är utrustad med EGR tillhandahåller därmed en något lägre prestanda än en överladdad förbränningsmotor som inte är ut- rustad med EGR.

SAMMANFA I lNING AV UPPFINNINGEN 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 patentlmrvets 1 kännetecknande del. Medelst ar- rangemanget tillhandahåller avgasema en kylning i två steg. I det första steget kyls avgasema av kylvätskan i förbränningsmotorns kylsystem. Avgaserna tillhandahåller här sin huvudsakliga kylning. De kyls här från en temperatur av cirka 600 - 700°C till en temperatur av cirka l00°. Därefter kyls avgasema i ett andra steg av den andra kyl- vätskan i det andra kylsystemet från cirka l00° ner till en temperatur i närheten av om- givningens temperatur. Eftersom temperaturfallet i det andra steget är betydligt lägre än temperaturfallet i det första steget kan det andra kylsystemet tillhandahålla en relativt ringa kylefïekt. Därmed kan det andra kylsystemet ges små dimensioner så att det kan appliceras i mindre lastfordon och större lastfordon med ett begränsat utryrmne. Efier- som den andra kylvätskan har en inloppstemperatur motsvarande omgivningens tempe- ratur, då den leds in i den andra EGR-kylaren, kan den tillhandahålla en kylning av avgasema till en temperatur som endast överstiger omgivningens temperatur med ett fåtal grader. Därmed tillhandahåller de återcirkulerande avgaserna efter kylning i EGR- kylarna och den komprimerade luften efier kylning i en laddluñkylare, som är kyld av omgivande luft, en väsentligen motsvarande temperatur. De återcirkulerande avgasema tillför därmed väsentligen ingen temperaturhöjning av den komprimerade luften då de blandas i inloppsledningen. Blandningen av avgaser och komprimerad lufi kan därmed ges en motsvarande temperatur som den komprimerade lufien som tillförs en förbränningsmotor, som inte är utrustad med återcirkulation av avgaser. En förbrän- ningsmotor med ett arrangemang enligt föreliggande uppfinning kan därmed tillhanda- en I 0 0 0 I 000 000! 000 O OO o IOIÛI I C ÜÛI o o 0 o ooo I O 0000 QIO 0 0 I I 000 hålla en väsentligen motsvarande prestanda som en förbränningsmotor som inte är ut- rustad med EGR.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning utgör den första EGR- kylaren och den andra EGR-kylaren en sammanhängande enhet. En sådan samman- hängande EGR-kylarenhet kan göras mer kompakt och således mindre utrymmeslcä- vande än två separata EGR-kylare. Avgasema kyls här således i den sammanhängande EGR-kylarenhet inledningsvis av kylvätskan i det första kylsystemet och därefier av kylvätskan i det andra kylsystemet. Avgasema har efter passage av den sammanhäng- ande EGR-kylaren kylts till en temperatur strax över omgivningens temperatur. Det andra kylsystemet kan innefatta en kylvätskepump med vilken kylvätskan cirkuleras genom kylsystemet. Därmed garanteras att kylvätskan i det andra kylsystemet tillhan- dahåller en väl kontrollerad cirkulation i kylsystemet. Det andra kylsystemet kan inne- fatta ett kylarelement för att kyla den cirkulerande kylvätskan, varvid kylarelementet är monterat i ett område som genomströmmas av omgivande luft. Förbränningsmotorn utnyttjas med fördel för drifi av ett fordon. Med en lämplig placering av kylarelementet kan här erhållas en naturlig strömning av omgivande luft genom kylarelementet under drift av fordonet. Alternativt kan det andra kylsystemet innefatta en kylarfläkt medelst vilken omgivande luft fås att strömma genom kylarelementet.

Enligt en arman föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar arrangemanget en laddlufikylare, som är inrättad att kyla den komprimerade luften i inloppsledningen till förbränningsmotom. En sådan laddluftkylare är i regel monterad i ett fordon framför den ordinarie kylaren där kylvätskan, som är avsedd att kyla förbränningsmotorn, kyls.

Den komprimerade luften i laddluftkylaren kyls därmed av omgivande luft som strömmar genom laddlufikylaren. Kylarelementet och laddlufikylaren kan vara monte- rade i separata områden som genomströmmas av omgivande lufi. Därmed kan det andra kylsystemet innefatta en separat kylarfläkt som cirkulerar omgivande lufi genom kylarelementet. Altemativt kan kylarelementet och laddluftkylaren vara monterade i ett gemensamt område. Här kan en gemensam kylarfläkt utnyttjas för att cirkulera omgi- vande luft genom både laddluftkylaren och kylarelementet.

Enligt en annan föredragen utföringsfomi av uppfinningen utgörs kylarelementet och laddluftkylaren väsentligen av plattformiga kylarpaket som var och en har en huvud- saklig utbredning i ett plan, varvid kylarelementet och laddluftkylaren är monterade i ett väsentligen gemensamt plan i det gemensamma området. Med fördel är kylarele- nønc Oona en i i 0 UIQ. 0000 000 II 527 479 se . . c Q | o o o u nu mentet och laddluftkylaren monterade bredvid varandra i ett väsentligen gemensamt plan som är väsentligen vinkelrätt mot luftens strömningsriktning. Den luft som leds genom nämnda område kommer här att ledas parallellt genom kylarelementet och laddluftlcylaren. Denna luft kommer således enbart att passera genom kylarelementet eller laddluñkylaren. Därmed garanteras att kylarelementet och laddluftkylaren genom- strömmas av luft med omgivningens temperatur. Den komprimerade luften i laddluft- kylaren och kylvätskan, som är avsedd att kyla avgasema i EGR-kylaren, tillhandahål- ler därmed en väsentligen motsvarande temperatur. En kylare hos det första kylsyste- met kan även vara monterad i nämnda gemensamma området i en position nedströms kylarelementets och laddluftkylarens i luftens strömningsrikming. Därmed kan fordo- nets befintliga kylarfläkt utnyttjas för att även leda luft genom laddluñkylaren och ky- larelementet. Lufien leds här således först genom kylarelementet eller laddluftkylaren innan den leds genom kylaren hos det första kylsystemet. Den luft som leds genom kylaren får dock därmed en något högre temperatur än omgivningen. Kylvätskan i det första kylsystemet, vilken således kyler förbränningsmotorn, behöver inte kylas ned till omgivningens temperatur för att tillhandahålla en godtagbar funktion.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följ ande beskrivs, såsom exempel, föredragna utföringsformer av uppfinningen med hänvisning till bifogad ritningar, på vilka: Fig. l visar ett arrangemang, enligt en första utföringsform av uppfmningen, för åter- cirkulation av avgaser hos en överladdad dieselmotor och F ig. 2 visar ett arrangemang, enligt en andra utföringsform av uppfinningen, för åter- cirkulation av avgaser hos en överladdad dieselmotor.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN F ig. 1 visar ett arrangemang för återcirktilation av avgasema hos en överladdad för- bränningsmotor. Förbränningsmotorn är här en dieselmotor 1. En sådan återcirkulation benämns vanligtvis EGR (Exhaust Gas Recirculation). Medelst en inblandning av av- gaser i den komprimerade lufi som leds till motoms cylindrar sänks förbrärmingstem- perattiren och därmed även halten av kväveoxider (N Ox) som bildas under förbrän- ningsprocessema. Dieselmotom l kan vara avsedd som drivmotor för ett tyngre for- 527 479 don. Avgaserna från dieselmotorns 1 cylindrar leds, via en avgassamlare 2, till en av- gasledning 3. Avgasema i avgasledningen 3, som har ett övertryck, leds till en turbin 4.

Turbinen 4 tillhandahåller därvid en drivkraft, som överförs, via en förbindning, till en kompressor 5. Kompressom 5 komprimerar därvid den luft som, via ett luftfilter 6, leds in i en inloppsledning 7. En laddluftkylare 8 är anordnad i inloppsledningen 7. Ladd- lufikylarens 8 uppgift är att kyla den komprimerade luften innan den leds till dieselmotorn 1. Den komprimerade lufien kyls i laddluftkylaren 8 medelst omgivande luft som strömmar genom laddluftkylaren 8 medelst en kylarfläkt 9. Kylarfläkten 9 drivs av dieselmotorn 1 medelst en lämplig förbindning.

Ett arrangemang för att tillhandahålla en återcirkulation av en del av avgasema i av- gasledningen 3 innefattar en returledriing 10 sträcker sig mellan avgasledningen 3 och inloppsledningen 7. Returledningen 10 innefattar en EGR-ventil 1 1, med vilken avgas- flödet i returledningen 10, vid behov, kan stängas av. EGR-ventilen 11 kan även an- vändas fór att styra den mängd avgaser som leds från avgasledningen 3, via returled- ningen 10, till inloppsledningen 7. En styrenheten 13 är inrättad att styra EGR-ventilen 11 med information om dieselmotoms 1 aktuella driflstillständ. Styrenheten 13 kan vara en datorenhet som är försedd med en lämplig mjukvara. Returledningen 10 inne- fattar även en sammanhängande EGR-kylare 12 som innefattar en första del 12a och en andra del 12b, vilka är åtskiljda medelst en invändig vägg 12c. Hos överladdade dieselmotorer 1 är, under vissa driftstillstånd, avgasernas tryck i avgasledningen 3 lägre än den komprimerade luftens tryck i inloppsledningen 7. Under sådana driftstillstånd är det inte möjligt att direkt blanda avgaserna i returledningen 10 med den komprimerade luften i inloppsledningen 7 utan speciella hjälpmedel. Härvid kan, exempelvis, en venturi 14 användas. Om förbränningsmotom istället är en överladdad ottomotor kan avgaserna i returledningen 10 direkt ledas in i inloppsledningen 7 då avgasema i av- gasledningen 3 hos en ottomotor väsentligen under alla drifistillstånd uppvisar ett hög- re tryck än den komprimerade luften i inloppsledningen 7. Efter att avgaserna blandats med den komprimerad luft i inloppsledningen 7 leds blandningen, via en förgreníng , till dieselmotorns 1 respektive cylindrar.

Dieselmotom 1 kyls på ett konventionellt sätt medelst ett första kylsystem. Avgasema i den sammanhängande EGR-kylarens första del 12b kyls av det första kylsystem. Det första kylsystemet innefattar en krets med en kylvätska som cirkuleras medelst en för- sta kylvätskepump 16. Kretsen innefattar även en termostat 17 och en kylare 18, som är monterad i ett första område A som genomströmmas av omgivande luft. En kylarfläkt 0000 to OI O CIO 0000 0 n nu ID I QIO' 0 Un 0 O I 0 0 0 I O 000 Il I 527 479 9 är avsedd att leda omgivande luft i det första området A genom kylarenl8 och ladd- luftkylaren 8. Avgasema i den sammanhängande EGR-kylarens andra del 12b kyls av ett andra kylsystem. Det andra kylsystemet innefattar även en krets med en cirkuleran- de kylvätska. Kylvätskan cirkuleras i kretsen med hjälp av en andra kylvätskepump 19.

Kylsystemet innefattar även ett kylarelement 20 som är monterad i ett andra område B som genomströmmas av omgivande luft medelst en andra kylarfläkt 21. Den andra kylarfläkten 21 är driven av en elektrisk motor 22.

Under drift av dieselmotom 1 driver avgaserna i avgasledningen 3 turbin 4 innan de leds ut till omgivningen. Turbinen 4 tillhandahåller därvid en drivkraft, som driver en kompressor 5. Kompressom 5 komprimerar därvid den luft som, via luftfiltret 6, leds in i inloppsledningen 7. Den komprimerade luften kyls i laddluftkylaren 8 av omgivan- de luft som strömmar genom laddlufikylaren 8. Den komprimerade lufien i laddluft- kylaren 8 kyls därmed till en temperatur som överstiger omgivningens temperatur med endast ett fåtal grader. Styrenheten 13 håller, under de flesta av dieselmotoms 1 driftstillstånd, EGR-ventilen 11 öppen så att en del av avgaserna i avgasledningen 3 leds in i returledningen 10. Avgasema i avgasledningen 3 har i regel en temperatur av cirka 600 - 700 ° C. Då avgaserna i returledningen 10 leds in i den första delen 12a av den sammanhängande EGR- kylaren tillhandahåller de en kylning av det första kylsy- stemet. Avgasema kyls här av kylvätskan i det första kylsystemet. Avgasemas tillhan- dahåller här sin huvudsakliga temperatursänkning. Det första kylsystemet har dock begränsningen att det 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. Den mängd komprimerad lufl och avga- ser som kan tillföras till dieselmotom 1 beror på luftens och avgasemas tryck men även på dess temperatur. Det är därför viktigt att tillhandahålla en ytterligare kylning av de återcirkulerande avgasema. Avgasema leds därför, via en öppning i den inre väggen l2c, in den andra delen 12b av den sammanhängande EGR-kylaren 12 där avgaserna kyls av det andra kylvätskan i det andra kylsystemet. Den andra kylvätskan kyls av omgivande lufi i kylarelementet 20. Genom en lämplig dimensionering av kylarele- mentet 20 kan den andra kylvätskan här kylas till en temperatur som väsentligen mot- svarar omgivningens temperatur. Alternativt kan kylvätskeflödet i det andra kylsyste- met regleras så att kylvätskan kyls till en temperatur som väsentligen motsvarar om- givningens temperatur efier passage av kylarelementet 20. För att erhålla en sådan kyl- ning av kylvätskan bör flödet genom kylarelementet 20 vara relativt litet. Därmed kan den andra kylvätskan även kyla avgasema i den andra delen 12b av den sannnanhäng- nu o 0 00 0 Olen 0:00 oo I 0 o c 527 479 ande EGR-kylaren 12 till en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens tem- perattir.

Hos överladdade dieselmotorer 1 är under vissa drifistillstånd avgasemas tryck i av- gasledningen 3 således lägre än den komprimerade luftens tryck i inloppsledningen 7.

Medelst venturin 14 kan det statiska trycket hos luften i inloppsledningen 7 lokalt sän- kas, vid anslutningen till returledrxingen 10, så att avgaserna kan ledas in och blandas med den komprimerade luften i inloppsledningen 7. Blandningen av avgaserna och den komprimerade lufien leds därefter, via förgreningen 15, till dieselmotoms l respektive cylindrar. En dieselmotor 1 som är utrustad med EGR kan med en sådan kylning av de återcirkulerande avgasema i EGR-kylaren 12 tillhandahålla en temperatur på de åter- cirkulerande avgasema vilken väsentligen motsvarar temperaturen hos den komprime- rade luften efter kylning i laddluftkylaren 8. Därmed tillhandahåller blandningen av avgaser och komprimerad lufi som leds till dieselmotom 1 en väsentligen motsvarande temperatur som temperaturen hos den komprimerade luften som leds till en dieselrno- tor utan EGR. Med föreliggande uppfinníng kan således en dieselmotor som är utrustad med EGR tillhandahålla en väsentligen motsvarande prestanda som en dieselmotor som inte är utrustad med EGR.

Pig. 2 visar ett alternativt arrangemang för återcirkulation av avgaserna. I detta fall är kylarelementet 20 hos det andra kylsystemet placerat i samma lufigenomströmmande område A som laddluftkylaren 8 och kylaren 18. Därmed kan den första kylarfläkten 9 även utnyttjas för att leda luft genom kylarelementet 20. I detta fall behövs således inte en andra kylarflälct 21 utnyttjas. Kylarelementet 20 och laddluftkylaren 8 utgörs vä- sentligen av plattfonniga kylarpaket som var och en har en huvudsaklig utbredning i ett plan. Kylarelementet 20 och laddluftkylaren 8 är här monterade bredvid varandra i ett väsentligen gemensamt plan som är väsentligen vinkelrätt mot luftens strömningsrikt- ning i det första området A. Luften leds här parallellt genom kylarelementet 20 och laddluftkylaren 8. Därmed garanteras att både kylarelementet 20 och laddluftkylaren 8 genomströmmas av luft med omgivningens temperatur. Den komprimerade luften i laddluftkylaren 8 och kylvätskan i kylarelementet 20 tillhandahåller dänned en kylning till en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur. Kylaren 18 hos det första kylsystemet är här monterad i en position nedströms kylarelementet 20 och laddluftkylaren 8 i luftens strömningsrikming. Luften leds här således först genom ky- larelementet 20 eller laddluftkylaren 8 innan den leds genom kylaren 18. Den lufi som når kylaren 18 får därmed en något högre temperatur än omgivningen. Denna luft har I o uno noen oss a o n o: oo o III! IUII ny- 00 I I 0 I. I O I O I CIO OO I c O u Û O I I O I 'CCI li I i 527 479 dock en temperatur som i regel är fullt tillräcklig för kylning av kylvätskan i kylaren 18 då det inte är nödvändigt att kylvätskan i kylaren 18 kyls ned till omgivningens tempe- fatllf.

Uppñnningen är på intet sätt begränsad till de på ritningen beskrivna utfóringsforrnema utan kan varieras fiítt inom patentkravens ramar.

Claims (10)

10 15 20 25 30 527 479 Patentkrav

1. l. Arrangemang för återcirkulation av avgaser hos en överladdad förbränningsmotor (I), vilken är kyld av ett första kylsystem medelst en första kylvätska, varvid arrange- manget innefattar en avgasledning (3) som är avsedd att leda ut avgaser från förbrän- ningsmotom (1), en inloppsledning (7) som är avsedd att leda luñ med ett övertryck till förbränningsmotorn (l), en returledning (10), som förbinder avgasledningen (3) med inloppsledningen (7) så att det, via returledningen (10), är möjligt att återcirkulera av- gaser från avgasledningen (3) till in1oppsledningen(7), och en första EGR-kylare (l2a), i vilken de återcirkulerande avgasema i returledriingen (10) kyls, i ett första steg, av den första kylvätskan i det första kylsystemet, kännetecknat av att arrangemanget innefattar en andra EGR-kylare (l 2b), i vilken de återcirkulerande avgaserna i returled- ningen (10) kyls, i ett andra steg, av en andra kylvätska i ett andra kylsystem, vilken andra kylvätska är inrättad att ha en temperatur som väsentligen motsvarar omgivning- ens temperatur då den leds in i den andra EGR-kylaren (12b).

2. Arrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att den första EGR-kylaren (l2a) och den andra EGR-kylaren (l2b) utgör en sammanhängande enhet.

3. Arrangemang enligt krav 2, kännetecknat av att det andra kylsystemet innefattar en kylvätskepurnp (19) med vilken kylvätskan cirkuleras genom kylsystemet.

4. Arrangemang enligt krav 2 eller 3, kärmetecknat av att det andra kylsystemet inne- fattar ett kylarelement (20) för att kyla den cirkulerande kylvätskan, varvid kylarele- mentet (20) är monterat i ett område (A, B) som genomströmmas av omgivande luft.

5. Arrangemang enligt något av kraven 2 till 4, kännetecknat av att det andra kylsyste- met innefattar en kylarfläkt (21) med vilken omgivande luft fås att strömma genom kylarelementet (20).

6. Arrangemang enligt krav 4 eller 5, kånnetecknat av att arrangemanget innefattar en laddluftkylare (8), som är att kyla den komprimerade lufien i inloppsledningen (7) till förbränningsmotorn (1). 10 15 527 479 10

7. Arrangemang enligt krav 6, kännetecknat av att kylarelementet (20) och laddlufiky- laren (8) är monterade i separata områden (A, B) som genornströmrrias av omgivande lufi.

8. Arrangemang enligt krav 6, kännetecknat av att kylarelementet (20) och laddluftky- laren (8) är monterade i ett gemensamt område (A) som genomströmmas av omgivande luft.

9. Arrangemang enligt krav 8, kännetecknat av att kylarelementet (20) och laddluflky- laren (8) utgörs väsentligen av plattforrniga kylarpaket som var och en har en huvud- saklig utbredning i ett plan, varvid kylarelementet (20) och laddluñkylaren (8) är monterade i ett väsentligen gemensamt plan i det gemensamma området (A).

10. Arrangemang enligt krav 9, kännetecknat av att en kylare (18) hos det första kylsy- stemet även är monterad i nämnda gemensamma området (A) i en position nedströms kylarelementet (20) och laddluftkylaren (8) i luftens strömningsriktning.