SE510155C2 - Anordning för avgasåterföring vid förbränningsmotor samt en motor innefattande en sådan anordning - Google Patents

Description

nedsmutsning av en laddluftkylare för inloppsluften. En nackdel med denna lösning är att det fordras någon form av tryckhöjande anordning eftersom avgaserna återleds till en punkt med normalt högre tryck än det tryck som råder i avgassystemets avgassarnlare. 5 Det är tidigare känt att utnyttja ett separat överladdningsaggregat för att åstadkomma denna höjning av avgasemas tryck, exempelvis genom WO96/ 18030 och WO96/18031.

En nackdel med dessa lösningar är behovet av det extra överladdningsaggregatet eller annat tryckhöjande organ, vilket gör lösningarna både dyrbara och utrymmeskrävande.

Effekten som åtgår för att driva dessa anordningar ökar motorns bränsleförbrukning. 10 UPPHNNNGENS ÄNDAMÄL Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att undanröja problemen med den kända tekniken vid utnyttjande av en lösning för avgasåterföring enligt short route altemativet 15 vid en överladdad dieselmotor. Uppfinningen har således till ändamål att möjliggöra en effektiv avgasåterföring utan att utnyttja ett separat överladdningsaggregat eller annat tryckhöj ande organ för de återledda avgasema.

Enligt uppfinningen åstadkommes detta vid en anordning av inledningsvis nämnt slag 20 genom att den utformas med de särdrag som anges i den kännetecknande delen av patentkravet 1.

Genom uppfinningen möjliggörs att det tryck som normalt råder i en cylinder under slutet av expansionstakten kan utnyttjas för att överföra avgaser till motoms inloppsrör som, på 25 grund av överladdning, har ett relativt högt inloppstryck. Därigenom bortfaller behovet av att anordna en laddningskompressor eller liknande för inmatningen av EGR-gasema, vilket förenklar och förbilligar installationen. Genom att inrätta en separat avgaskanal från ifrågavarande cylindrar med en i cylindern anordnad EGR-avgasventil tillses att den del av expansionsfasen kan utnyttjas där trycket är tillräckligt högt, för att tillförsäkra 30 överföring av EGR-gaser men avtappningen av arbetstryck är försumbart. Genom att de återledda avgaserna samlas i en separat avgassarnlare och tilleds motorns inlopp via en enda överföringsledning, möjliggörs enkel ledningsdragning. 5 10 15 20 IQ Un 30 (fl Uï I fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen erhålls ytterligare fördelar.

Genom att anordna EGR-avgasventilerna oberoende styrbara kan avgasåterföringen ske oberoende av motorns ordinarie ventiler, och såväl mängdsom tidpunkt för återföringen kan optimeras.

Genom att EGR-kylaren installeras i överföringsledningen erhålls enkelt god kylning av EGR-gaserna, samtidigt som det åstadkoms att ingen laddluft kommer i kontakt med kylaren, vilket annars skulle medföra uppvärmning av laddluften.

Inkoppling av överföringsledningen efter laddluftkylaren medför att nedsmutsning, igensättning och korrosion undviks på detta ställe.

Ytterligare för uppfinningen utmärkande särdrag och fördelar framgår av efterföljande beskrivningsexempel.

RITNINGSBESKRIVNING En uppfinningen exemplifierande utföringsforrn ska nu närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig l schematiskt visar en utföringsfonn av uppfinningen vid en fyrtaltts sexcylindrig dieselmotor, och Fig 2 visar en del av ett tryck/volymdiagram för en dieselmotor för illustration av uppfinningens funktion.

BESKRIVNINGSEXEMPEL Pig 1 visar schematiskt en förbränningsmotor 1 av kolvmotortyp med sex cylindrar där cylindrarna är anordnade i en rak cylinderbarik, dvs det är en typ av motor som vanligen benämns rak 6:a. Motom är en fyrtakts dieselmotor avsedd exempelvis för ett tyngre fordon såsom en lastbil eller en buss. Varje cylinder är försedd med separata cylinderhuvuden 15, vilka alla är identiskt lika och på konventionellt sätt är försedda med 10 15 20 25 01 .__.\ CD -.,..\ b? Ut åtminstone en inloppsventil 5 för tillförsel av förbränningsluft och åtminstone en avgasventil 6 för bortförsel av avgaser från förbränningen. Inloppsventilema 5 och avgasventilema 6 styrs på konventionellt sätt av en ej visad karnaxel. En ordinarie, första avgassarnlare 4 leder avgasema från cylindrama till en turbin 20 i en turboöverladdare (överladdningsaggregat) varifrån avgasema leds vidare till ett ljuddämpare och avgasrör (ej visade).

Vidare är i enlighet med föreliggande uppfinning anordnat en överföringsledning 8 som är inrättad att överföra avgaser (EGR-gaser) från cylindramas avgassida till motorns inloppssida. Överföringsledningen 8 mynnar i en inloppsledning 21 nedströms, sett i inloppsluftens strömningsriktning, en laddluftkylare 9 och före förgreningen till de respektive cylindrama. Utöver inlopps- och avgasventilerna 5, 6 är i respektive cylinderhuvud 15 anordnad en EGR-avgasventil 7, vilken tillhör en avgaskanal 2, som mynnar i en separat, andra avgassamlare 3 tillsammans med ytterligare avgaskanaler 2 från andra cylindrar. Den andra avgassamlaren 3 är i sin tur ansluten till inloppet på en EGR-ventil 18, vars utlopp är anslutet till en EGR-kylare 19 som i sin tur är ansluten till Överföringsledningen 8. EGR-styrventilen är utformad som en tallriksventil som styrs under inverkan av ett härför avsett styrsystem i beroende av avkända motorparametrar. Då emellertid detta styrsystem är av konventionellt utförande för att utnyttjas för EGR avgasåterföring beskriv det ej närmare.

EGR-avgassarnlaren 3 kan vara arrangerad som ett separat yttre grenrör. Ien altemativ utfóringsform av uppfinningen där motom är försedd med ett för samtliga cylindrar gemensamt cylinderhuvud kan avgassarnlaren 3 läggas in i motorns cylinderhuvud, varvid i det senare fallet bearbetning av aktuella kanaler och montering av ventilema kan ske enkelt.

I detta exempel är EGR-avgasventilema 7 utformade som tallríksventiler av samma typ som konventionellt används för inlopps- och avgasventiler för förbränningsmotorer. 30 Dessa ventiler 7 är avsedda att styras av separata kamnockar på motorns ordinarie karnaxel, vilken kamaxel på sedvanligt sätt även innefattar kanmockar för styming av motoms inlopps- och avgasventiler. I altemativa utföringsforrner kan ventilema 7 i stället 10 15 20 25 30 51039 ï-s \.ø' vara separat styrbara och därvid vara styrda på hydraulisk, elektriskt eller på annat känt sätt under inverkan av ett här ej närmare visat styrsystem.

Funktionen för ovan beskrivna anordning sker med hänvisning till ñg 2, som visar ett p-v diagram (tryck-volym diagram) för en dieselmotor. I diagramrnet representerar y-axeln trycket P i en av motoms cylindrar och x-axeln momentan Cylindervolym V för denna cylinder. Den återgivna kurvan visar, på i sig konventionellt sätt, motoms fyra takter eller faser, d v s insugningstakten 13, kompressionstakten ll, expansionstakten 10, samt utblåsningstakten 12.

Inledningsvis förutsätts att i cylindem förbränning nyligen skett och förbränningsgasema expanderar, vilket motsvarar att en arbetspunkt förflyttas neråt utefter kurvdelen 10.

Cylindems inlopps- och avgasventiler 5,6 förutsätts vara stängda liksom även EGR- avgasventilen 7 i änden på aktuell avgaskanal 2. I slutet av expansionstakten 10, motsvarande en punkt 9 på kurvan, öppnas ventilen 7 till avgaskanalen 2 i aktuell cylinder och ungefär samtidigt öppnas avgasventilen 6 så att avgaserna kan ledas vidare i avgassystemet. I och med att EGR-avgasventilen 7 har öppnats inströmmar avgaser till EGR-avgassarnlaren 3, vilken inströmning på grund av det höga trycket kan liknas vid en pulsvåg eller en tryckvåg.

Vid expansionstaktens 10 slut, eller något därefter, kommer EGR-avgasventilen 7 att ha stängts, representerat av punkt 16. Det framgår av diagrammet att trycket i punkten 16 är högre än trycket i insugningstakten 13, varför det alltid säkerställs att avgaser kan återledas av eget tryck. Öppnandet av avgasventilen 6 och öppnandet av EGR-avgasventilen 7, motsvarande punkten 9, sker vid ett tryck p l , vilket vid en konventionell modem motor motsvarar ett tryck på något över 9 bar absolut tryck vid fullast. Detta tryck p 1 överstiger det under insugningstakten 13 rådande trycket p 2, vilket är ca 3 bar absolut vid en modem överladdad dieselmotor. Tryckskillnaden mellan p 1 och p 2 medger således med god marginal att avgasinnehållet i EGR-avgassarnlaren 3 och överföringsledningen 8 kan överföras till motoms inloppssida. För att avgasåterföringen ska kunna ske erfordras hänitöver att EGR-ventilen 18 är i ett öppet läge vilket den normalt intaget när avgasåterföring ska ske under inverkan av det härför avsedda styrsystemet.

Av diagrammet kan även utläsas att trycket under utblåsningstakten 12 är lägre än trycket 5 under insugningstakten 13, vilket är en följd av att motorn är överladdad. Därav framgår den inledningsvis presenterade problemställningen, nämligen att avgasema inte kan överföras till inloppet utan tryckhöjande bearbetning.

För att möjliggöra reglering av mängden av avgaser som återleds till cylindrarna kan 10 EGR-ventiler 7 vara separat styrda. I det fall att mer avgaser ska återföras styrs EGR- 15 20 25 ventilema 7 till att öppna tidigare och i det fall mindre mängd avgaser ska återföras, öppnas EGR-ventilen 7 senare, allt relativt det ovan exemplifierade fallet där dessa ventiler 7 öppnar ungefär samtidigt med avgasventilen. Däremot styrs lämpligen ventilema 7 så att de stänger vid ungefär samma tidpunkt, sett i takten, oberoende av mängden överförda avgaser.

Styming av den mängd avgaser som ska återledas sker därutöver företrädesvis genom styrning av EGR-styrventilen 18 och medelst det ej visade styrsystemet, vilket på i sig känt sätt innefattar givare för avkänning av härför lämpliga motorpararnetrar. Är EGR- avgasventilema styrda beroende av ventilema 5 och 6 är en EGR-styrventil behövlig.

Företrädesvis sker ingen EGR-överföring vid pådrag av motom då det riskerar att råda syrebrist i cylindrarna. Det tillses att öppnandet av EGR-styrventilen görs successivt för att ej onödigtvis förorsaka störning av processen. Stor EGR-andel kan överföras vid mycket låga laster och vid tomgång. Möjlighet till effektivast tänkbara motorbromsning förutsätter stängd EGR-styrventil 18 respektive EGR-avgasventil 7. Det senare i det fallet då separat EGR-styrventil 18 utgått.

En viss pulsering i området 22 av till inloppskanalen inlöpande EGR-gaser befrämjar blandningen EGR-gaser med ren luft. Detta erhålls automatiskt om ledningsvolymema 2- 30 3-19-8 ej väljs för stora. 0"] __\ CD (TI (_f'l Mycket väsentligt i sammanhanget är att de överförda EGR-gaserna är ordentligt avkylda, vilket tillforsälcras genom kylaren 19.

Inom ramen för uppfinningen ligger att endast vissa av en motors cylindrar bidrar till 5 EGR-återföringen genom att vara kopplade till den extra avgassamlaren, t ex den ena banken i en V-motor. Det kan även vara anordnat att endast vissa av cylindrarna tillförs EGR-gaser.

En väsentlig vinst med uppfinningen är att den avtappade EGR-mängden visserligen ger 10 en lägre effekt hos motorns turbin, men att denna effekt återvinns på grund av att EGR- gasema förs direkt till motoms inloppssida utan omvägen via turbin och kompressor.

Sammantaget förloras därför ej något nämnvärt laddtryck.

Uppfinningen fungerar väl vid alla fyrtaktsmotorer, ej endast dieselmotorer. Uppfinningen 15 såsom antytts särskilt fördelaktig vid överladdade dieselmotorer, men kan med fördel även utnyttjas såväl vid icke överladdade motorer som vid andra typer av motorer.

Claims (10)

El Ü l 55 s PATENTKRAV 10 15 20 25 30 35

1. Anordning för avgasåterföring vid en förbränningsmotor (1) med ett flertal cylindrar, vilka på avgassidan är kopplade till en, ordinarie, första avgassamlare (4), varvid en överföringsledning (8) är anordnad mellan motoms avgassida och dess inloppssida, kännetecknad av att överföringsledningen (8) utgår från en på motorns avgassida anordnad, separat, andra avgassamlare (3), vilken är inkopplad till åtminstone vissa cylindrar, varvid från var och en av sagda cylindrar en avgaskanal (2) är dragen till den andra avgassarnlaren (3), och varvid en EGR-avgasventil (7) är belägen i avgaskanalens (2) inlopp i var och en av sagda cylindrar, vilken EGR-avgasventil (7) är anordnad att styras så att trycket i avgivande cylinder under dess expansionstakt utnyttjas för EGR- återföringen.

2. Anordning enligt kravet l, kännetecknad av att EGR-avgasventilema (7) är styrbara medelst en separat kamnock på en kamaxel, vilken kamaxel är densamma som styr motorns ordinarie in- och avgasventiler (5,6).

3. Anordning enligt kravet 1, kännetecknad av att EGR-avgasventilema (7) är styrbara, företrädesvis hydraulstyrda, oberoende av motorns in- och utloppsventiler (5,6).

4. Anordning enligt något av kraven 1 - 3, kännetecknad av att en EGR-kylare (19) är anordnad i överföringsledningen (8).

5. Anordning enligt något av kraven 1 - 4, kännetecknad av att utloppet från överföringsledningen (8) är inkopplat nedströms en i inloppsledningen (21) anordnad laddluftkylare (23).

6. Anordning enligt något av kraven 1 - 5, kännetecknad av att en reglerbar EGR- styrventil (18) är anordnad i överföringsledningen (8).

7. Anordning enligt kravet 6, kännetecknad av att EGR-styrventilen (18) är anordnad att styras utgående från motorns driftläge.

8. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att överföring av EGR- gaser är begränsad till endast vissa av motorns cylindrar. “l ...x CD ...k (TI (Jn

9. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att EGR-avgassamlaren (3) är utformad som ett separat grenrör.

10. Överladdad dieselmotor, kännetecknad av att den innefattar en anordning enligt 5 något av föregående krav.