SE534410C2 - Arrangemang för avgasbromsning av en förbränningsmotor - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser ett arrangemang för avgasbromsning av en förbrän-ningsmotor (2) som är utrustad med ett turboaggregat med åtminstone ett flödesele-ment (17, 27) som är ställbart i Varierande lägen för att styra flödet av avgaser genomturbinen (6). Arrangemanget innefattar en bypassledning (25), vilken är utformad meden inloppsöppning (25a) som är förbunden med en avgaspassage (4a, 19, 20) i en posi-tion uppströms flödeselementet ( 17, 27), en utloppsöppning (25b) som är förbundenmed avgaspassagen (21, 4b) i en position nedströms flödeselementet (17, 27) och ettstryporgan (26). En styranordning (13, 18) är anpassad att ställa flödeselementet (17,27) i ett väsentligen stängt läge då en avgasbromsningsprocess ska utföras så att detåstadkoms ett övertryck i avgaspassagen (4a, 19) i en position uppströms flödeselemen-tet (17, 27), vilket övertryck definieras av nämnda stryporgan (26). (Fig. 1)

Description

534 4'l0 varieras. Ledskenoma kan vara vridbara anordnade eller så kan en forskjutbar ledskene- ring utnyttjas. Turbinens kapacitet kan därmed optimeras vid olika motorvarvtal. Med en sådan styrning kan även flödet av laddlufi till forbränningsmotom och mängden åter- cirkulerande avgaser EGR (Exhaust Gas Recirculation) regleras. Det känt att utnyttja vridbara ledskenor och forskjutbara ledskeneringar for att skapa ett mottryck i avgas- ledningen uppströms turboaggregatet med syfie att erhålla en avgasbromsning av ett fordon. Detta tryck är relaterat till den bromsverkan som erhålls under avgasbromsning- en. Då avgasbromsning ska utföras ställs de vridbara ledskenoma eller ledskeneringen i en position så att de helt stänger eller nästan helt stänger flödet av gaser till turbinen.

Ett problem med en sådan avgasbroms är att det är svårt att skapa ett mottryck med en god precision eftersom det erhålls ett kraftigt varierande mottryck vid mycket små posi- tionsforändringar av ledskenorna respektive ledskeneringen.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syfiet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett arrangemang som innefattar en överladdad förbränningsmotor som är utrustad med en turbin som har en variabel geometri där en önskad avgasbromsningseffekt kan tillhandahållas med en enkel regler- mekanism och med en mycket god precision .

Detta syfie uppnås med arrangemanget av det inledningsvis nänmda slaget, vilken kän- netecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Med flödes- element avses här vridbara ledskenor, en forskjutbar ledskenering eller något annat slag av rörligt anordnade element med vilket flödet av avgaser till en turbin kan regleras.

Enligt uppfinningen utnyttjas således en styrenhet som inledningsvis ställer flödesele- mentet i ett stängt läge då en avgasbromsningsprocess ska utföras. Då ledskenoma är i det stängda läget förhindras gaserna från forbränningsmotorn att passera förbi flödes- elementet i avgaspassagen. Gasema i avgaspassagen uppströms flödeselementet kan således endast ledas vidare i avgaspassagen via bypassledningen där de tillhandahåller ett strömningsmotstånd som definieras av ett stryporgan. Då flödeselementet stängs ökar trycket i avgaspassagen uppströms flödeselementet snabbt till en trycknivå som definieras av stryporganet. Med ovan nämnda bypassledning och stryporgan tillhanda- hålls en mycket enkel reglennekanism med vilken trycknivån kan bestämmas med en mycket god precision och därmed den bromsverkan som tillhandahålls under en avgas- bromsningsprocess. 534 410 Enligt en föredragen utföringsforrn av uppfinningen innefattas turbinen i ett turboaggre- gat och att avgaspassagen innefattar en första avgasledning som är belägen uppströms turboaggregatet och en andra avgasledning som är belägen nedströms turboaggregatet.

Turboaggregatet utgörs med fördel av en sammanhängande enhet som är innesluten i ett hus. Turboaggregat innefattar med fördel en kompressor som drivs av turbinen.

Bypassledningens inloppsöppning kan vara anordnad i den första avgasledningen som är belägen uppströms turboaggregatet. Alternativt kan bypassledningens inloppsöppning vara anordnad i en del av avgaspassagen som är belägen inuti turboaggregatet. Bypass- ledningens utloppsöppning kan vara anordnad i den andra avgasledningen som är belä- gen nedströms turboaggregatet. Altemativt kan bypassledningens utloppsöppning vara anordnad i en del av avgaspassagen som är belägen inuti turboaggregatet. Bypassled- ningen kan således utgöras av en extern rörledning som sträcka sig helt eller delvis förbi turboaggregatet. Bypassledningen kan även utgöras av en kort intern passage i turbo- aggregatet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen har stryporganet en kon- struktion som möjliggör upprätthållandet av ett konstant övertryck i avgaspassagen i nämnda position uppströms ledskenoma under en avgasbromsningsprocess. I detta fall erhålls en bromsverkan som är relaterad till det konstanta övertryckets värde under hela avgasbromsningsprocessen. Stryporganet kan i detta fall innefatta ett tjäderbelastat ventilorgan. Då ventilorganet utsätts för ett tryck av ett bestämt värde öppnar det mot verkan av nämnda fjäder. Nämnda fjäder svarar för att ventilorganet öppnar och stänger så att ett konstant övertryck med en god precision upprätthålls i avgaspassagen upp- ströms det stängda flödeselementet. Stryporganet har altemativt en konstruktion som möjliggör upprätthållandet av ett varierbart övertryck i avgaspassagen i nämnda posi- tion uppströms ledskenoma under en avgasbrcmsningsprocess. I detta fall kan en bromsverkan erhållas men med olika värden under skilda bromstillfällen. Denna broms- verkan kan även varieras med tiden under en och samma avgasbromsningsprocess. Ar- rangemanget innefattar i detta fall med fördel en styrenhet som är anpassad att styra stryporganet. Styrenheten kan mottaga information avseende olika bromsrelaterade parametrar och med hjälp av denna information styra avgasbromsningsprocessen på ett optimalt sätt. 534 410 KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs, såsom exempel, föredragna utföringsforrner av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. l visar ett arrangemang som innefattar en överladdad förbränningsmotor med en avgasbroms enligt en forsta utföringsform av uppfinningen, Fig. 2 visar en snittvy av turboaggregatet i Fig. 1, Fig. 3 visar en snittvy i planet A-A av turboaggregatet i F ig. 2 då avgasbromsen inte är aktiverad, Fig. 4 visar en snittvy i planet A-A av turboaggregatet i Fig. 2 då avgasbromsen är aktiverad och Fig. S visar ett turboaggregat med en avgasbroms enligt en andra utföringsforrn av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar schematiskt ett fordon 1 som drivs av en överladdad förbränningsmotor 2.

Förbränningsmotorn kan vara en dieselmotor som driver ett tyngre fordon. Avgaserna från förbränningsmotöms 2 cylindrar leds, via en avgassamlare 3, till en forsta avgasled- ning 4a. Avgasema i den forsta avgasledningen 4a, som har ett övertryck, leds till ett turboaggregat 5. Turboaggregatet 5 innefattar en turbin 6 som drivs av avgasema och en kompressor 7. Eñer att avgaserna strömmat genom turbinen 6 erhåller de ett lägre tryck. Avgasema leds vidare i en andra avgasledning 4b som kan innefatta, icke visade, avgasbehandlande komponenter. Turbinen 6 tillhandahåller en drivkrafi, som överförs, via en förbindning, till kompressom 7, Kompressorn 7 suger, via ett luftfilter 8, in om- givande luft i en första lufiledning 9a. Lufien komprimeras av kompressom 7 så att den erhåller ett övertryck. En andra luftledning 9b leder den komprimerade lufien till för- bränningsmotorn 2. Efier kompressionen har luften en relativt hög temperatur. En ladd- luñkylare 10 är anordnad i den andra lufiledningen 9b för att kyla den komprimerade lufien innan den leds till förbränningsmotom 2.

För att återcirkulera en del av avgasema är en returledning 11 anordnad mellan den första avgasledningen 4a av och den andra lufiledningen 9b. En sådan återcirkulation benämns vanligtvis EGR (Exhaust Gas Recirculation). Medelst en inblandning av avga- 534 410 ser i den komprimerade lufi som leds till motorns cylindrar sänks förbränningstempera- turen och därmed även halten av kväveoxider NOX som bildas under fórbränningsmo- toms förbränningsprocesser. Returledningen 11 innefattar en EGR-ventil 12 med vilken det är möjligt att styra flödet av avgaser genom returledningen 11. En styrenhet 13 är anpassad att styra EGR-ventilen 12 med information om forbränningsmotoms 2 aktuella drifistillstånd så att en önskad mängd avgaser återcirkuleras till förbränningsmotorn 2.

Styrenheten 13 kan vara en datorenhet som är försedd med en för detta ändamål lämplig programvara. Returledningen 11 innefattar en EGR-kylare 14, i vilken avgasema kyls.

Returledningen 11 innefattar slutligen en schematiskt visad blandningsanordning 15 som har till uppgift att blanda de âtercirkulerande avgasema i returledningen 11 med luften i den andra lufiledningen 9b. Blandningsanordningen 15 är monterad i anslutning till en forbindning mellan returledningen 11 och den andra lufiledningen 9b. Eñer att de åter- cirkulerande avgaserna blandats med den komprimerad luft i den andra luftledningen 9b leds blandningen, via en forgrening 16, till förbränningsmotorns 2 respektive cylindrar.

I detta fall används ett turboaggregat 5 av det slag som innefattar en turbin 6 med en variabel geometri och benämns VTG ( Variable Turbine Geometry). F ig. 2 till 4 visar turboaggregatet 5 mer i detalj. T urboaggregatet 5 innefattar ett flertal aerodynamiskt formade och vridbart anordnade ledskenor 17. Ledskenorna 17 är ställbarai olika vink- lar så att de kan leda avgasströmmen mot turbinens 6 blad i olika riktningar. För att erhålla en optimal drifi av turboaggregatet 5 ställs ledskenoma 17 i varierande vinklar i beroende av förbrärmingsmotoms 2 varvtal. Ledskenoma 17 är ställbara i varierande vinklar på konventionellt sätt med hjälp av ett schematiskt visat manöverdon 18 som kan vara elektriskt, hydrauliskt eller pneumatiskt drivet. Styrenheten 13 är anpassad att styra manöverdonet 18 så att ledskenorna 17 väsentligen kontinuerligt ställs i en optimal vinkel under drifi av forbränningsmotorn 2. Fördelen med denna typ av turboaggregat 5 är att de har en liten efiersläpning och en låg starttröskel vilket gör att de kan användas vid betydligt lägre motorvarvtal än konventionella turboaggregat. Turboaggregat 5 av denna typ är dessutom mycket effektiva vid höga motorvarvtal.

Turboaggregatet 5 innefattar en spiralformad inloppspassage 19 som är förbunden med den första avgasledningen 4a. Den spiralfonnade inloppspassagenl9 övergår i en radiell avgaspassage 20 i vilken ledskenorna 17 är anordnade. Efter att avgasema komprime- rats i turbinen 6 leds de ut från turboaggregatet 5 till den andra avgasledningen 4b via en utloppspassage 21. Turboaggregatet 5 innefattar en inloppspassage 22 för mottag- ning av luft från den forsta luflledningen 9a. Efter att luften komprimerats i kompres- 534 410 som 7 leds den radiellt utåt i en radiell luflpassage 23. Den radiella lufipassagen 23 övergår i en spiralfonnad utloppspassage 24 som är förbunden med den andra luftled- ningen 9b. En bypassledning 25 har en inloppsöppning 25a som är förbunden med den första avgasledningen 4a och en utloppsöppning 25b som är förbunden med den andra avgasledningen 4b. Bypassledningen 25 innefattar ett reglerbart stryporgan 26 med vil- ken strömningsmotståndet i bypassledningen 25 kan regleras. Styrenheten 13 är anpas- sad att styra stryporganet 26.

Under drifi av förbränningsmotom 2 mottar styrenheten 13 information om förbrän- ningsmotoms 2 varvtal. Styrenheten 13 aktiverar därvid manöverdonen 18 så att de kontinuerligt ställer ledskenorna 17 i en optimal vinkel vid rådande motorvarvtal. Fig. 3 visar ledskenoma 17 i en vinkelposition då förbränningsmotom 2 har ett relativt högt varvtal. Ledskenoma 17 är här i en väsentligen helt öppen position så att optimalt breda avgaspassager bildas mellan angränsande ledskenor 17 samtidigt som avgaserna leds i en nästan radiell riktning mot turbinen 6. Styrenheten 13 kan även styra EGR-ventilen 12 och reglera mängden avgaser som returneras till förbränningsmotorn 2 via returled- ningen 11. Genom stymingen av ledskenoma 17 kan styrenheten 13 även reglera tryck- et i den första delen 4a av avgasledningen. Styrenheten 13 tillförs därmed ytterligare en styrrnöjlighet för att reglera mängden avgaser som återcirkuleras i returledningen 11.

Styrenheten 13 är normalt anpassad att ställa stryporganet 26 i bypassledningen 25 i en stängd position under normal drift av förbränningsmotom 2.

Om styrenheten 13 mottar information som indikerar att en förare av fordonet l har släppt gaspedalen och tryckt ned bromspedalen samtidigt som fordonet rullar framåt initierar styrenheten 13 aktivering av en avgasbromsningsprocess av fordonet. Styrenhe- ten 13 aktiverar därvid manöverdonen 18 som ställer ledskenoma 17 i ett helt stängt läge, vilket visas i Fig. 4. I detta läge kan väsentligen inga gaser ledas förbi ledskenoma 17. Alla gaser som lämnar förbränningsmotom 2 måste här passera genom bypassled- ningen 25 för att nå den andra avgasledningen 4b. Bypassledningen 25 leder här gaserna från den första avgasledningen 4a till den andra avgasledningen 4b. Bypassledningen 25 leder således gasema förbi hela turboaggregatet 5. Styrenheten 13 är anpassad att ställa stryporganet 26 i ett läge så att ett lämpligt övertryck skapas i den första avgasledning- en 4a vilket motverkar den uppåtgående rörelsen hos förbränningsmotoms 2 kolvar under förbränningsmotoms 2 utblåsningstakt. Detta mottryck som skapas i den första avgasledningen 4a uppströms ledskenoma 17 är relaterat den bromsverkan som erhålls under avgasbromsningsprocessen. Styrenheten 17 kan reglera stryporganet 26 under 534 410 avgasbromsningsprocessen så att en med tiden konstant eller varierbar strypning av ett önskat värde erhålls under avgasbromsningsprocessen och därmed en motsvarande bromsverkan. Med hjälpa av en bypassledning 25 och ett stryporgan 26 kan en mycket enkel reglermekanism tillhandahållas med vilken trycknivån kan bestämmas med en mycket god precision och därmed den bromsverkan som tillhandahålls under en avgas- bromsningsprocess.

Fig. 5 visar en altemativ utformning av bypassledningen 25. I detta fall är bypassled- ningen 25 belägen inuti turboaggregatet 5. Bypassledningen 25 innefattari detta fall en inloppsöppning 25a som är förbunden med turboaggregatets spiralformade inloppspas- sage 19 och en utloppsöppning 25b som är förbunden med turboaggregatets utlopps- passage 21. Ettersom utloppskanalen 21 är belägen radiellt invändigt om den spiralfor- made inloppskanalen 19 kan bypassledningen 25 ges en mycket kort sträckning. By- passledningen 25 innefattar i detta fall ett stryporgan i form av ett fiäderbelastat ventil- organ 26 som är anpassat att öppna då en törbestämd tryckskillnad uppkommer mellan avgasema i turboaggregatets spiralformade inloppspassage19 och utloppspassage 21. I detta fall är en förskjutbar ledskenering 27 anordnad i den radiella avgaspassagen 20 med vilken passagens bredd kan varieras och därmed flödet av avgaser som strömmar genom passagen 20. Fasta ledskenör 28 är anordnade i en position radiellt invändigt om ledskeneringen 27 för att rikta avgasflödet mot turbinen 6.

Då styrenheten 13 mottar information som indikerar att en avgasbromsningsprocess av fordonet 1 ska utföras aktiverar styrenheten 13 manöverdonet 18 som förskjuter leds- keneringen 27 till ett stängt läge. Gasema från förbränningsmotom 2, vilka successivt tillförs till den första avgasledningen 4a och i turboaggregatet 5 uppströms ledskene- ringen 27, gör att tryckskillnaden som verkar på det fiäderbelastade ventilorganet 26 snabbt ökar till ett värde vid vilket det fiäderbelastade ventilorganet 26 öppnar. Det fjäderbelastade ventilorganet 26 upprätthåller därefter ett konstant tryck i avgaspassa- gen uppströms ledskeneringen 27. I detta fall erhålls en motsvarande bromsverkan med en mycket god precision under hela avgasbromsprocessen.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till utföringsformerna som visas i figurema utan den kan varieras fritt inom patentkravens ramar.

Claims (10)

1. 0 15 20 25 30 35 534 410 Patentkrav l. Arrangemang för avgasbromsning av en förbränningsmotor (2), varvid arrangemanget innefattar en avgaspassage (4a, 4b, 19-21, 25) som är anpassad att mottaga och leda avgaser från förbränningsmotom (2), en turbin (6) som är anordnad i avgaspassagen (4a, 4b, 19-21, 25), åtminstone ett flödeselement (17, 27) som är ställbart i varierande lägen för att styra flödet av avgaser genom turbinen (6) och en styranordning (13, 18) som är anpassad att styra flödeselementet (17, 27), en bypassledning (25), vilken är utformad med en inloppsöppning (25a) som är förbunden med avgaspassagen (4a, 19, 20) i en position uppströms flödeselementet (17, 27) med avseende på avgasernas avsedda strömningsriktning i avgaspassagen (4a, 4b, 19-21), en utloppsöppning (25b) som är förbunden med avgaspassagen (21, 4b) i en position nedströms flödeselementet (17, 27) och ett stryporgan (26), kännetecknat av att styranordningen (13, 18) är anpassad att ställa flödeselementet (17, 27) i ett väsentligen stängt läge då en avgasbromsningsprocess ska utföras så att det åstadkoms ett övertryck i avgaspassagen (4a, 19) i en position uppströms flödeselementet (17, 27), vilket övertryck definieras av nämnda stryporgan (26) och därmed den bromsverkan som tillhandahålls under avgasbromsningsprocessen.

2. Arrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att turbinen (6) innefattas i ett turboaggregat (5) och att avgaspassagen innefattar en första avgasledning (4a) som är belägen uppströms turboaggregatet (5) och en andra avgasledning (4b) som är belägen nedströms turboaggregatet (5).

3. Arrangemang enligt krav 2, kännetecknat av att bypassledningens inloppsöppning (25a) är anordnad i den första avgasledningen (4a) som är belägen uppströms turboaggregatet (5).

4. Arrangemang enligt krav 2, kännetecknat av att bypassledningens inloppsöppning (25a) är anordnad i en del av avgaspassagen (19) som är belägen inuti turboaggregatet (s).

5. Arrangemang enligt krav 3 eller 4, kärmetecknat av att bypassledningens ut1oppsöppning(25b) är anordnad i den andra avgasledningen (4b) som är belägen nedströms turboaggregatet (5). 10 15 20 534 410

6. Arrangemang enligt krav 3 eller 4, kännetecknat av att bypassledningens utloppsöppning (25b) är anordnad i en del av avgaspassagen (21) som är belägen inuti turboaggregatet (5).

7. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att stryporganet (26) har en konstruktion som möjliggör upprätthållandet av ett konstant övertryck i avgaspassagen (4a, 19) uppströms flödeselementet (17, 27) under en avgasbromsningsprocess.

8. Arrangemang enligt krav 7, kännetecknat av att stryporganet innefattar ett fiäderbelastat ventilorgan (26).

9. , Arrangemang enligt något av de föregående kraven 1 till 6, kännetecknat av att stryporganet (26) har en konstruktion som möjliggör upprätthållandet av ett varierbart övertryck i avgaspassagen (4a, 19) uppströms flödeselementet (17, 27) under en avgasbromsningsprocess.

10. Arrangemang enligt krav 7 eller 9, kännetecknat av att styranordningen innefattar en styrenhet (13) som är anpassad att styra stryporganet (26).