SE520505C2 - Anordning för recirkulation av avgaser hos en förbränningsmotor - Google Patents

Description

25 30 35 520 505 2 hos ett strömmande medium definieras som det skikt hos mediet som uppvisar en hastighet av högst 80% av friströmshastigheten i en central del av strömningskanalen.

Med ett alltför tjockt gränsskikt utefter strömningskanalens vägg riskerar medieströmningen att bli instabil och venturins tredje parti riskerar därmed att förlora sin tryckhöj ande funktion. En venturis funktion är beroende av en god strömningskvalitet nedströms utan inslag av strömningsstörande inslag. För att säkerställa venturins funktion hos konventionella EGR anläggningar erfordras vanligtvis att inloppskanalen innefattar en lång raksträcka efter venturins tredje parti.

En sådan raksträcka tillhandahåller en likformig och stabil strörnning av mediet efter venturin. lnloppskanalens långa raksträcka gör dock att EGR anläggningarna blir platskrävande. För motorer avsedda för fordonsdrivning är detta ett påtagligt problem efiersom tillgängligt utrymme är alltför begränsat, och vilket leder till att man tvingas utnyttja kompromisslösningar som ej är optimala ur strömningssynpunkt SANHVIANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning av inledningsvis nämnt slag med en venturi som kan ges en säker funktion även med en relativt kort nedströms belägen inloppskanal. Med en sådan inloppskanal kan anordning ges en kompakt konstruktion så att den är möjlig att installera i ett relativt begränsat utrymme.

Detta syfte uppnås med anordningen av det inledningsvis nämnda slaget, vilken kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. För att motverka en tillväxt av gränsskiktet hos medieblandningen är det lämpligt att skapa en tryckfördelning i inloppskanalen som eftersträvar att utjämna strömningshastigheten mellan inloppskanalens centrala del och perifera del. Därvid är det lämpligt att ge nämnda strömningsledande organ en fonn och en placering så att de skapar ett lägre statiskt tryck i det strömmande mediet vid inloppskanalens perifera del än vid dess centrala del. Med en sådan statisk tryckfördelning erhåller det strömmande mediet ett högre dynamiskt tryck vid inloppskanalens perifera del än vid dess centrala del, vilket leder till en utjämning av mediets hastigheter i nämnda delar. En utjänming av mediets hastigheter i nänmda delar motverkar gränsskiktets tillväxt och risken för instabilitet i venturins tredje parti. Med lämpliga sådana strömningsledande organ kan en likformig och stabil strömning av mediet erhållas utan att en lång raksträcka behöver anordnas efter venturin. Därmed kan anordningen ges en kompakt konstruktion. Med sådana strörnningsledande organ kan inloppskanalen även förses med en krökt form 10 15 20 25 30 35 520 505 3 väsentligen omedelbart efter venturin i mediets strömningsriktning utan att venturins funktion riskeras.

Enligt en föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning är nämnda strömningsledande organ inrättade att indela inloppskanalen i åtminstone två parallella delkanaler. Med en lämplig form och placering av delkanalema kan man skapa en tryckfördelning i inloppskanalen efter det tredje partiet så att en tillväxt av medieblandníngen gränsskikt utmed det tredje partiets yta motverkas. Härvid kan åtminstone en av nämnda delkanaler ha en inloppsarea och en utloppsarea med olika storlekar. En sådan delkanal kan innefatta en avtagande tvärsnittsarea i mediets strömningsriktningen. Mediet erhåller därvid en ökad strömningshastighet i delkanalen och därmed ett högre dynamiskt tryck. Det leder till att det statiska trycket höjs uppströms delkanalen. Alternativt kan en sådan delkanal innefatta en ökande tvärsnittsarea i mediets strömningsriktningen. Mediet erhåller därvid en minskad strömningshastighet och ett lägre dynamiskt tryck i delkanalen. Det leder till att det statiska trycket sjunker uppströms delkanalen. Genom en lämplig placering av ett lämpligt antal delkanaler som har en ökande och en avtagande tvärsnittsarea i strömningsriktningen kan en önskad tryckfördelning skapas i inloppskanalen i ett område uppströms delkanalema. Med fördel är nämnda strömningsledande organ anordnat i ett krökt parti hos inloppskanalen. För att erhålla en kompakt konstruktion av anordningen placeras venturin företrädesvis parallellt med en långsida hos förbränningsmotom. Med en sådan placering av venturin erfordrar inloppskanalen nedströms venturin åtminstone ett krökt parti för att leda mediet till motorns cylindrar.

Att placera de strömningsledande organen i ett sådant krökt parti är lämpligt då de här kan motverka den instabilitet i strömningen som förekomsten av ett krökt parti utgör.

De strömningsledande organen i det krökta partiet har även den fördelen att de i regel minskar mediets strömningsförlustema i detta det krökta partiet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar nämnda strömningsledande organ åtminstone en ledskena. En lämpligt formad ledskena ger en mycket effektiv styming av mediet. Ett flertal ledskenor anordnade parallellt i inloppskanalen, tillhandahåller ett antal parallellt anordnade delkanaler som kan ges en lämplig form. Anordnas ledskenoma i ett krökt parti har de med fördel en motsvarande krökt form som leder mediet genom partiet. Företrädesvis har nämnda ledskena en vingprofil. Med en vingprofil erhålls väsentligen optimala strömningsförhållanden. 10 15 20 25 30 35 520 505 4 Enligt en annan föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattas nämnda strömningsledande organ i en enhet som är monterbar i inloppskanalen.

Sådana strömningsorgan kan innefattas i ett insatspaket som är lösgörbart eller fast monterbart i ett krökt parti eller på ett annat lämpligt ställe i inloppskanalen.

Alternativt kan nämnda strömningsledande organ innefattas i en integrerad enhet som innefattar en del av inloppskanalen. Exempelvis så kan ett krökt inloppskanalparti tillverkas med integrerade strömningsledande organ. En sådan enhet kan, exempelvis, tillverkas medelst pressgjutning.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN I det följande beskrivs såsom ett exempel en föredragen utföringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogad ritning, på vilken: Fig. l visar schematiskt en anordning för recirkulation av avgaser hos en överladdad dieselmotor, Fig. 2 visar schematiskt en anordning enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen och Fig. 3 visar ledskenoma och det krökta partiet i Fig. 2 mer detaljerat.

DETALJERAD BESKRIVNlNG AV EN F ÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. l visar en överladdad dieselmotor 1 med en anordning som medger recirkulation av en del av avgaserna som bildas under förbränningsprocesserna i motorns cylindrar EGR (Exhaust Gas Recirculation). Motorn kan exempelvis vara avsedd som drivmotor för ett tyngre fordon. Avgaser från dieselmotorns 1 cylindrar leds, via en grenad avgasledning 2, till en gemensam avgasledning 3. Avgaserna i avgasledningen 3, som har ett tryck av cirka 2 bar, leds förbi en turbin 4 innan de leds ut. Turbinen 4 som drivs av avgaserna driver en kompressor 5. Kompressorn 5 komprimerar luften i en inloppskanalen 6 som leder luft till dieselmotor l. Kompressorn 5 komprimerar luften till ett lämpligt tryck som kan vara cirka 3 bar. En kylare 7 är anordnad i inloppskanalen 6 för att medge kylning av den komprimerade luften. En returledning 8 är inrättad att medge en recirkulation av avgaserna från avgasledningen 3. Den recirkulerande delen av avgaserna är avsedd att blandas in i luften i inloppskanalen 6. ..»._. 10 15 20 25 30 35 520 505 5 Returledningen 8 innefattar en styrventil 9, med vilken den recirkulerande avgasströmmen vid behov kan stängas av. I viss mån kan styrventilen 9 även användas för att styra mängden avgaser som leds till inloppskanalen 6. Returledningen 8 innefattar även en kylare 10 för att medge kylning av de recirkulerande avgaserna.

Hos en överladdad dieselmotom 1 har lufien i inloppskanalen 6 ett högre tryck än avgaserna från dieselmotorn 1. För att medge en införsel av avgaserna i returledningen 8 till inloppskanalen 6 används därför en venturi 11. Venturins ll funktion förklaras närmare nedan. Efter inblandningen av avgaser i inloppskanalen 6 leds mediet via ett avslutande inloppsparti 6' till en grenad insugningsledning 12 som medger tillförsel av mediet till motoms respektive cylindrar. Mediet som tillförs dieselmotoms 1 cylindrar innefattar cirka 80% luft och 20 % avgaser. Genom att tillföra avgaser i luften sänks förbränningstemperaturen i cylindrama och därmed även halten av kväveoxider NOX som bildas under förbränningsprocessen. Med en recirkulation av avgaser kan man således på ett relativt enkelt sätt sänka halten av kväveoxider NOX i avgasema. En venturi ll krävs således för att hos en överladdad förbränningsmotor 1 medge inblandning av avgaser i inloppskanalen 6. En venturis ll funktion är beroende av en god strörnningskvalitet i synnerhet nedströms venturin. För att säkerställa venturins ll funktion har därför konventionella EGR anläggningar vanligtvis en lång raksträcka efter venturin ll. En sådan raksträcka tillhandahåller en likforrnig och stabil strömning av mediet nedströms venturin l 1. Den långa raksträckan gör dock att konventionella EGR anläggningar blir relativt platskrävande.

Fig. 2 visar venturin ll och den avslutande inloppskanalen 6' mer i detalj. Den trycksatta luften i inloppskanalen 6 strömmar inledningsvis genom ett första parti lla hos venturin 1 1. Det första partiet 1 la har en kontinuerligt avtagande tvärsnittsarea.

Luftens hastighet i det första partiet 1 la ökar därför i strömningsriktningen successivt samtidigt som luftens statiska tryck minskar. Vid ett andra parti 1 lb hos venturin som har en minsta tvärsnittsarea har luftens statiska tryck sjunkit till en nivå som är lägre än avgasemas tryck. Avgasema från returledningen 8 sugs därför lätt in i luftströmmen vid detta andra parti 1 lb av venturin. Mediet som nu innehåller en blandning av luft och avgaser strömmar därefter genom ett tredje parti llc hos venturin som har en kontinuerligt ökande tvärsnittsarea. Mediet erhåller här successivt en avtagande hastighet och ett åter ökande statiskt tryck. Det trycksatta mediet leds därefter, via den avslutande inloppskanalen 6' och den grenade insugningsledningen 12, till dieselmotoms l respektive cylindrar. Den avslutande inloppskanalen 6' är här relativt --.-. 10 15 20 25 30 35 520 505 6 kort och innefattar ett krökt parti 6". I det krökta partiet 6" har fyra vingforrnade ledskenor l3a-d anordnats. Ledskenoma l3a-d har en krökning som väsentligen motsvarar de krökta partiets 6" krökning. Förekomsten av ledskenoma 13a-d har bl.a. den fördelen att mediets strömningsförluster i det krökta partiet reduceras.

Den expanderande strömningskanalen i det tredje partiet llc leder ofrårikomligt dock till en tillväxt av ett relativt tjockt gränsskikt hos mediet utmed det tredje partiets l lc väggyta. Gränsskikt hos det strömmande mediet definieras som det skikt hos mediet som uppvisar en hastighet av högst 80% av friströmshastigheten i en central del av strömningskanalen. Med ett alltför tjockt gränsskikt utefier det tredje partiets 11c väggyta riskerar medieströmningen att bli instabil och venturins tredje parti llc riskerar därmed att förlora sin tryckhöjande funktion. Ledskenornas 13a-d huvudsakliga uppgift är att motverka tillväxten av gränsskiktet i venturins tredje parti llc och att säkerställa venturins ll funktion trots en relativt kort avslutande inloppskanal 6' som dessutom uppvisar ett krökt parti 6".

F ig. 3 visar ledskenoma l3a-d mer detaljerat. Ledskenorna 13a-d är anordnade väsentligen parallellt i den avslutande inloppskanalens 6' krökta parti 6". Ledskenorna l3a-d har en väsentligen parallell sträckning och är anordnade på väsentligen konstanta avstånd tvärs inloppskanalens 6' bredd. Ledskenoma l3a-d indelar därmed den avslutande inloppskanalens 6' krökta parti 6" i fem stycken väsentligen parallella delkanaler 01-5. Var och en av delkanalema 01-5 har en inloppsarea aims och en utloppsarea ämm för det strömmande mediet. Genom att anordna ledskenoma l3a-d i olika vinklar i förhållande till varandra kan nämnda delkanaler cl-5 ges ökande tvärsnittsareor respektive avtagande tvärsnittsareor i mediets strömningsriktning. En avtagande tvärsnittsarea i mediets strömningsriktning leder till att mediet erhåller en ökad strömningshastíghet genom delkanalen c1.5 och ett högre dynamiskt tryck. Det leder till att det statiska trycket PS höjs uppströms om den aktuella delkanalen c1-5.

Altemativt kan en delkanal c1-5 innefatta en ökande tvärsnittsarea i mediets strömningsriktningen. Mediet erhåller därvid en minskad strömningshastighet och ett lägre dynamiskt tryck. Det leder till att det statiska trycket P5 sänks uppströms om den aktuella delkanalen c1-5. Genom en ge delkanalema c|-5 en lämplig form kan en önskad statisk tryckfördelning P5 skapas tvärs den avslutande inloppskanalen 6' i ett ornråde i anslutning till det tredje partiet llc. 10 15 20 25 30 35 520 505 7 Med fördel åstadkoms en statisk tryckfórdelning PS med en utbredning som väsentligen överensstämmer med den som visas i Fig. 3. Med en sådan statisk tryckfördelning Ps skapas ett lägre statiskt tryck PS i det strömmande mediet vid inloppskanalens perifera del och ett högre statiskt tryck Pg vid dess centrala del. Därmed erhåller det strömmande mediet ett högre dynamiskt tryck och således en ökande hastighet vid den avslutande inloppskanalens 6' perifera del. Det leder till en utjämning av mediets hastigheter i den perifera delen och den centrala delen. En sådan utjämning av mediets hastigheter i nämnda delar motverkar gränsskiktets tillväxt uppströms i det tredje partiet llc av venturin och därmed risken för instabil strömning. Med ledskenor l3a-d som bildar lämpligt forrnade delkanaler c1-5 kan således en likformig och stabil strömning av mediet erhållas efter venturins tredje parti llc utan att en lång raksträcka behöver anordnas efter venturin. Dänned kan anordningen ges en relativt kompakt konstruktion. Eftersom mediet altemerande sugs till olika cylindrar som är anordnade på olika platser i dieselmotom 1 via den grenade insugningsledning 12 sker väsentligen kontinuerligt en riktningsändring av mediets strömning nedströms ledskenor l3a-d. Av den anledningen är det svårt att ge delkanalerna c1.5 en form som ger en optimal statisk tryckfórdelning fór medieströmning till alla cylindrar. Delkanalernas c1-5 form måste därför provas ut så att en godtagbar statisk tryckfórdelning P5 kontinuerligt upprätthålls oavsett vilken cylinder som mediet fór tillfället sugs till.

Ledskenoma l3a-d kan innefattas i ett insatspaket som är lösgörbart eller fast monterbart på ett lämpligt ställe i den avslutande inloppskanalen 6'. Alternativt kan ledskenoma l3a-d innefattas i en integrerad enhet som innefattar det krökta partiet 6" hos den avslutande inloppskanalen 6'. Exeimpelvislså kan ett sådant krökt parti 6" tillverkas som en pressgjuten enhet.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den på ritningen beskrivna utföringsforrnen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. Exempelvis så kan ledskenoma l3a-d anordnas i ett väsentligen godtyckligt antal. Ledskenoma l3a-d bör i regel vara minst tre stycken så att fyra delkanaler erhålls. Ledskenoma l3a-d behöver inte anordnas i ett krökt parti 6" utan de kan även anordnas i ett rakt parti hos den avslutande inloppskanalen 6'. Det är inte nödvändigt att använda ledskenor l3a-d som strömningsledande organ utan de strörnningsledande organen kan ha en väsentligen godtycklig med funktionell form. De strömningsledande organen ska således ha en form och placering så att de skapar en tryckfórdelning i den avslutande inloppskanalen 520 505 8 6' så att en tillväxt av mediets gränsskikt i det uppströms belägna tredje partiet 11c hos venturin motverkas. «-.»..

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 520 505 9 Patentkrav

1. Anordning för recirkulation av avgaser hos en íörbränningsmotor, varvid anordningen innefattar en inloppskanal (6, 6') för att medge en tillförsel av ett medium i form av en blandning av luft och avgaser till förbränningsmotorn (1), vilken inloppskanal (6, 6') innefattar en venturi (11) med ett första parti (1 la) som har en yta med en lutning så att en avtagande tvärsnittsarea erhålls i den tillförda luftens strömningsriktning, ett andra parti (1 lb) som innefattar en yta som definierar venturins (11) minsta tvärsnittsarea vid vilket andra parti (l lb) avgaserna är inrättade att tillföras till inloppskanalen (6, 6') och ett tredje parti (1 lc) som har en yta med en lutning så att en ökande tvärsnittsarea i mediets strömningsriktning erhålls, kännetecknad av att anordningen innefattar strömningsledande organ (13a-d) som är inrättade att skapa en statisk tryckfördelning (P5) i inloppskanalen (6') i ett område efter det tredje partiet (1 lc) i mediets strömningsriktning så att en tillväxt av medieblandningens gränsskikt utmed det tredje partiets (1 lc) yta motverkas.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda strömningsledande organ (13a-d) är inrättade att indela ett parti av inloppskanalen (6') i åtminstone två parallella delkanaler (Ci-s).

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att åtminstone en av nämnda delkanaler (c1.5) har en inloppsarea (a¿,,1_5) och en utloppsarean (au, 1-5) med olika storlekar.

4. Anordning enligt krav 2, kärmetecknad av att nämnda delkanal (c1-5) innefattar en avtagande tvärsnittsarea i mediets strömningsriktning.

5. Anordning enligt krav 2, kärmetecknad av att nämnda delkanal (c1.5) innefattar en ökande tvärsnittsarea i mediets strömningsriktning. -

6. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda strömningsledande organ (1 3a-d) är anordnade i ett krökt parti (6") hos inloppskanalen (6')-

7. Anordning enligt något av kraven 3 till 6, kärmetecknad av att nämnda strömningsledande organ innefattar åtminstone en ledskena (13a-d). 10 520 505 10

8. Anordning enligt något av krav 7, kännetecknad av att nämnda ledskena (13a-d) har en vingprofil.

9. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda strömningsledande organ (13a-d) innefattas i en enhet som är fástbar i inloppskanalen (6')-

10. Anordning enligt något av de föregående kraven 1 till 9, kännetecknad av att nämnda strömningsledande organ (13a-d) innefattas i en enhet som även innefattar ett parti av inloppskanalen (6').