SE510614C2 - Ventilanordning vid förbränningsmotor med avgasåterföring - Google Patents

Description

15 20 25 30 510 614 med denna lösning är att det fordras någon form av tryckhöjande anordning eftersom avgasema återleds till en punkt med normalt högre tryck än det tryck som råder i avgassystemets avgassamlare.

Det är tidigare känt att utnyttja ett separat överladdningsaggregat för att åstadkomma denna höjning av avgasemas tryck, exempelvis genom WO 96/18030 och WO 96/ 18031.

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

Som känd teknik med avseende på föreliggande uppfinning må även nämnas US 4 422 430, som visar hur avgaser återleds till inloppet vid en fyrtakts ottomotor i avsikt att förbättra blandningen mellan luft och bränsle som inleds i en cylinder. 1 detta fall återleds avgaser från en cylinder via en direktledning till inloppet för en annan cylinder vars arbetstakt är förskjuten 360 vevaxelgrader. Således leds avgaser från en cylinder som befinner sig i expansionstakt till inloppet för en cylinder som befinner sig i insugningstakt. De återledda avgaserna åstadkommer en turbulens i aktuell inloppsluft som befrämjar en effektiv blandning av bränsle och luft, varvid dessutom de varma återledda avgaserna är avsedda att ytterligare förbättra bränslets förångning, Även om syftet inte är att återleda avgaser i det ovan angivna syftet, medför denna lösning ändock att det sker en återledning av avgaser. Denna återledning medger dock ej att avgasåterföringen kan styras på önskat sätt, och speciellt inte vid en överladdad motor.

Patentet visar hur inloppsventilernas ventilsäten är utformade med kanalöppningar som kan tillslutas av inloppsventilerna, vilket betyder att avgasåterföringen kan ske endast samtidigt med att inloppsventilen är öppen. Det betyder också att avgasåterföringskanalen är öppen under en relativt lång tid samtidigt som avgastrycket i den samverkande cylinder kommer variera från relativt högt tryck till relativt lågt tryck. Under den period som inloppstrycket är större än avgastrycket kommer således ingen avgasåterföring kunna ske.

UPPFINNINGENS ÄN DAMÃL Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att undanröja problemen med den kända tekniken vid utnyttjande av en lösning för avgasåterföring enligt short route alternativet 10 l5 20 25 510 614 vid en överladdad dieselmotor. Uppñnningen har således till ändamål att möjliggöra en effektiv avgasåterföring utan att utnyttja ett separat överladdningsaggregat eller annat tryckhöjande organ för de återledda avgasema.

Enligt uppfinningen åstadkommes detta vid en anordning av inledningsvis nämnt slag 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 expansionstakten och/eller utblåsningstakten kan utnyttjas för att överföra avgaser till motorns inloppssystem även i de fall när inloppstrycket på grund av överladdning är relativt högt. Därigenom bottfaller behovet av att anordna en laddningskompressor eller liknande för inmatningen av EGR-gaserna, vilket förenklar och förbilligar installationen.

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

RITNINGSBESKRIVNING En uppfinningen exernplifierande utföringsforrn ska nu närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, Därvid visar: Fig 1 ett cylinderhuvud för en motor med en avgasventil i ett helt stäng läge, Fig 2 ventilen i ett läge där en återföringsledning för avgaser är öppen, men där ordinarie avgaskanal är stängd, Fig 3 ventilen i ett läge där både återföringsledningen och ordinarie avgaskanal är öppna, och Fig 4 visar schematiskt delar av motorns in- och avgassystem. 10 15 20 25 510 614 BESKRIVNINGSEXEMPEL Fig 1 visar schematiskt ett cylinderhuvud 1 ingående i en förbränningsmotor av kolvmotortyp med ett flertal, i detta exempel, sex cylindrar. Motorn är en fynakts dieselmotor avsedd exempelvis för ett tyngre fordon såsom en lastbil eller en buss.

Pig 1-3 visar därvid schematiskt ett cylinderhuvud 1 för en cylinder medan cylinderhuvudena för de övriga cylindrar-na har väsentligen samma utformning. Cylindem är i fig 2 schematiskt visad med hänvisningssiffran 2. I cylinderhuvudet 1 är på konventionellt sätt anordnat kamaxelstyrda inloppsventiler och avgasventiler för tillförsel av förbränningsluft respektive bortförsel av förbränningsgaser från cylindern 2. Ide bifogade ritningama visas därvid enbart en avgasventil 4 anordnad i en avgaskanal 5.

Avgasventilen 4 är utformad som en tallriksventil med ett vertikalt ventilskaft 6 vid vars ände är anordnad en ventiltallrik 7. Iövergången mellan ventilskaftet 6 och ventiltallriken 7 är ventilen 4 utforrnad med ett väsentligen cylindriskt parti 8.

I cylinderhuvudet 1 är även anordnad en återföringsledning 9 som är förbunden med motoms inloppssystem och genom vilken avgaser kan återföras från den aktuella cylindern till motoms inloppssystem för att på i sig känt sätt begränsa erníssionema.

I cylinderhuvudet 1 är vid avgaskanalens 5 mynning i motoms cylinder anordnat en ventilsätesring 10 mot vilken avgasventilen 4 är anordnad att täta i stängt läge och vid vilken även återföringsledningen 9 mynnar. Ventilsätesringen 10 är utformad med ett inre ringformat utrymme 11 som kommunicerar med och utgör del av återföringsledningen 9, och som är försedd med en öppning 12 som mynnar nedåt, mot cylindern och ventiltallrikens 7 ovansida. I området för ventilsätesringen 10 har således återföringsledningen 9 en utsträckning som är väsentligen vinkelrät i förhållande till ventiltallriken 7.

Ventilsätesríngen 10 har en inre diameter som är av samma storleksordning som ventilens 30 cylindriska parti 8 , varigenom dessa bildar ett ventilelement för avgaskanalen 5. 10 15 20 25 30 510 614 Fig 1 visar avgasventilen 4 i ett stängt läge vilket är detsamrna som dess översta läge. I detta läge anligger ventiltallriken 7 tätande mot ventilsätesringens öppning 12 för återföringsledningen 9 och samtidigt överlappar ventilsätesringen 10 åtminstone en del av ventilens cylindriska parti 8. Idetta läge är såväl återföringsledningen 9 som avgaskanalen 5 stängda av avgasventilen 4.

Fig 2 visar ett läge där ventilen 4 tryckts nedåt något relativt det i fig 1 visade läget.

Ventiltallrikens 7 anliggning mot ventilsätesringens öppning 12 har upphört och således har återföringsledningen 9 öppnat förbindelsen med motoms inloppssystem. Däremot överlappar fortfarande ventilsätesringen 10 det cylindriska partiet 8 och avgaskanalen 5 är således stängd.

Fig 3 visar ett läge där ventilen 4 tryckts ytterligare nedåt. I detta läge överlappar ej längre ventilsätesringen 10 det cylindriska partiet 8. Således är nu även avgaskanalen 5 öppen och avgaser i cylindern kan strömma ut genom avgaskanalen 5 för vidareledning till turboaggregat, ljuddämpare och andra enheter i avgassystemet.

Fig 4 visar schematisk delar av motoms inloppssystem och avgassystem. Vardera av cylindramas återföringsledningar 9 är anslutna till en gemensam avgassamlare 20. Denna avgassarnlare 20 är enbart avsedd för de avgaser som ska återledas och är således skild från motoms ordinarie avgassmalare (ej visad) dit avgaser från avgaskanalema Sleds för vidareförsel i avgassystemet. Äterföringsledningarrias avgassarnlare 20 är via en första ledning 13 förbunden med en kylare 14 för de återförda avgaserna. Kylaren 14 är i sin tur via en andra ledning 15 förbunden med en inloppskamrnare 16 ingående i motoms inloppssystem och från vilken utsträcker sig inloppsgrenrör (ej visade) till respektive cylinder. Inloppskamrnaren 16 är via en tredje ledning 17 förbunden med ett överladdningsaggregat 18 i forrn av en kompressor ingående i en turboöverladdare. Den andra ledningen 15 för de återförda avgaserna ansluter således till en punkt nedströms överladdningsaggregatet 18, sett i inloppsluftens strömningsriktning. Vidare innefattar den andra ledningen 15 en egr-ventil 19 för reglering av de återförda avgasema. Egr- ventilen 19 styrs av ett elektriskt styrsystem 21 som erhåller erforderliga insignaler representerande erforderliga motorparametrar från härför avsedda givare (ej visade). 10 15 20 25 30 510 614 Det beskrivna arrangemanget är avsett att fungera enligt det följande.

Reglering av avgasventilen 4 sker lämpligen på i sig känt sätt medels en kamaxel, vars profil är anpassad så att motorns avgasventiler och inloppsventiler öppnar och stänger vid lämpliga tidpunkter. Med fördel är kamaxelns profil utforrnad så att det ventilläge som visas i fig 2 intages i omedelbar anslutning till ventilläget enligt fig 3. I samband med att förbränning inträffari cylindern ökar trycket, och under det att cylinderutrymmet expanderar uträttar motorn arbete. Under denna takt är avgasventilen 4 helt stängd såsom visas i fig 1. I slutet av cylinderns expansionstakt öppnar avgasventilen 4 till det läge som visas i fig 2. Avgaser av relativt högt tryck kommer därigenom att strömma ut i återföringsledningen 9 vidare till avgassamlaren 20. Detta är illustrerat medelst pilar i fig 2. Även om trycket i motorns inloppssystem är högt på gnind av överladdning är avgasernas tryck vid denna tidpunkt ännu högre. Det höga trycket medför att det i avgassamlaren 20 kommer sarnlas avgaser med högre tryck än det som råder i inloppssystemet vid inloppskamrnaren 16.

I slutet av expansionstakten blir avgasernas tryck allt lägre.

Cylinderns expansionstakt övergår sedan till en utblåsningstakt under det att resterande avgaseri cylindern 2 pumpas ut. Därvid har ventilen 4 intagit det i fig 3 visade läget. De från cylindern utströmmande avgaserna till återföringsledningen 9 respektive avgaskanalen 5 visas medelst pilar. Genom att återföringsledningens 9 öppning 12 är vänd mot avgasernas strömningsriktning ut ur cylindern bidrar stagnationstrycket till att förhindra att alltför stora avgasmängder strömmar baklänges ut från avgassamlaren under den korta period som trycket i avgassarnlaren 20 är högre än trycket i avgassystemet vid cylindern. En viss obetydlig mängd avgaser kommer dock att strömma baklänges genom återföringsledningen 9. Däremot kommer trycket i avgassamlaren 20 inte att reduceras så att det blir så lågt som trycket i inloppskammaren 16. Detta kan till viss del styras genom lärnplig dimensionering av återföringsledningama 9. Det är även möjligt att helt eliminera avgaserna att strömma baklänges genom återföringsledningen 9 genom att förse den med en backventil. 10 15 20 510 614 I slutet av utblåsningstakten och i början av cylindems inloppstakt stänger avgasventilen 4 förbindelsen med avgaskanalen 5 och i omedelbar anslutning stänger ventilen 4 även återföringsledningen 9. Därefter insuges/inblåses i cylindem inloppsluft från inloppssystemets inloppskamrnare 16 för förbränning i nästa motortakt. Denna inloppsluft innehåller återcirkulerade avgaser i en utsträckning som regleras av egr-ventilen 19. Återföringen av avgasema från de respektive cylindrarna sker enligt det beskrivna exemplet till en för samtliga cylindrar gemensam inloppskammare 16. I alternativa utföringsforrner kan återledning från en cylinder ske till inloppskanalen för en cylinder vars arbetstakt ligger förskjuten 360 vevaxelgrader. Detta medför att återledning kommer att ske till en cylinder som befinner sig under en inloppstakt, vilket ytterligare kan förbättra gynnsam strömning, men som i stället medför krav på fler egr-ventiler.

I beskrivningsexemplet har visats en avgasventil 4 för en cylinder. I de fall motorn innefattar ett flertal avgasventiler, exempelvis två, för varje cylinder är det möjligt att förse varje avgasventil med anslutningar för återföringsledningar. Men det är även möjligt att bara förse den ena med återföringsledning. I enklare utföringsformer behöver inte motorns alla avgasventiler vara försedd med anslutningar för återföringsledningar.

Uppfinningen är mot bakrund av den inledningsvis presenterade problemställningen särskilt fördelaktig vid överladdade dieselmotorer, men kan med fördel även utnyttjas såväl vid icke överladdade motorer som vid andra typer av motorer.

Claims (7)

510 614 10 15 20 25 PATENTKRAV

1. Ventilanordning vid ett cylinderhuvud för en förbränningsmotor innefattande åtminstone en avgasventil i en avgaskanal, vilken avgasventil är utformad som en tallriksventil med ett ventilskaft och ventiltallrik, samt en återföringsledning för återledning av avgaser till motoms inloppssystem kännetecknad av att återföringsledningens (9) inloppsände (12) mynnar invid avgasventilen (4), och där är tillslutbar av avgasventilen (4) när denna befinner sig i ett första axiellt läge, i vilket första axiella läge avgasventilen (4) även tillsluter avgaskanalen (5), att avgasventilen (4) mellan ventilskaftet (6) och ventiltallriken (7) är utformad med ett cylindriskt parti (8) med axiell utsträckning, vilket cylindriska parti (8) tillsammans med ett ventilsäte ( 10) utgör ventil som medger avgasventilen (4) att tillsluta avgaskanalen (5) även i ett andra axiellt läge, och att avgasventilens (4) cylindriska parti (8) och ventilsätet (10) är dimensionerade och så anordnade i förhållande till varandra och till placeringen av återföringsledningens (9) mynning, att vid avgasventilens (4) förflyttning från det första axiella läget till det andra axiella läget återföringsledningen (9) öppnas medan avgaskanalen (5) förblir stängd, varvid trycket i respektive cylinder (2) under dess expansionstakt kan utnyttjas för avgasöverföring till motoms inloppssystem.

2. Ventilanordning enligt kravet 1 kännetecknar! av att återföringsledningens (9) inloppsände (12) mynnar i ventilsätet (10) för avgasventilen (4).

3. Ventilanordning enligt kraven 1 och 2 kännetecknad av att ventilsätet ( l0)är utformat med ett ringforrnat inre utrymme (11) som utgör del av återföringsledningen (9) samt att detta utryrnme (1 1) mynnar mot avgasventilens ventiltallrik (12).

4. Ventilanordning enligt kravet 1 kännetecknad av att återföringsledningens (9) utloppsände mynnar i en avgassarnlare (20) som via en de återförda avgasema reglerande 30 ventil (19) är förbunden med motoms inloppssystem. 510 614

5. Ventilanordning enligt kravet 4 kännetecknad av att en anslutning för de återförda avgaserna är anordnad nedströms, sett i strömningsriktningen för motorns inloppsluft, ett överladdningsaggregat (18) i motorns inloppssystem. 5

6. Ventilanordning enligt kravet 4 kännetecknad av att en kylare (14) är anordnad mellan avgassamlaren (20) och den de återförda avgaserna reglerande ventilen (19).

7. Ventilanordning enligt något av de föregående kraven vid en flercylindrig motor kännetecknad av att återföringsledningar (9) från ett flertal cylindrar är förbundna med 10 en gemensam avgassarnlare (20).