SE527481C2 - Arrangemang för återcirkulation av avgaser hos en överladdad förbränningsmotor - Google Patents

Description

527 481 Q U I n co n leds till förbränningsmotorn får därmed en högre temperatur än den komprimerade luft som leds in i en överladdad förbränningsrnotor 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.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett arrangemang som tillhan- dahåller en återcirkulation av avgaser hos en överladdad förbränningsrnotor på ett så- dant sätt så att återcirkulationen av avgaser inte resulterar i att förbränningsmotorrrs prestanda blir lägre än hos en motsvarande törbränningsmotor som inte försetts med återcirkulation av avgaser.

Detta syfie uppnås med arrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kän- netecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 känneteeknande del. Här kyls så- ledes avgasema i en i EGR-kylare medelst en kylvätska, som har en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur. Därmed kan avgasema kylas till en temperatur som ligger strax över omgivningens temperatur. Avgaserna kan här således tillhandahålla en temperatur som väsentligen motsvarar den temperatur som den kom- primerade luften tillhandahåller etter kylning i en konventionell laddlufikylare.

Blandningen av avgaser och komprimerad luft som tillñrs förbränningsmotom har här inte en högre temperatur än den komprimerade luft som tillförs en motsvarande för- bränningsmotom som inte är utrustad med återcirkulation av avgaser. En förbrän- ningsmotor med ett arrangemang enligt föreliggande uppfinning kan därmed tillhanda- hålla en väsentligen motsvarande prestanda som en förbränningsmotor som inte är ut- rustad med EGR.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning cirkuleras nämnda kyl- vätska i ett andra kylsystem som utgör ett separat kylsystem i förhållande till det första kylsystemet. I en konventionell EGR-kylare kyls de återcirkrilerande avgaserna av kyl- vätskan i det kylsystem som kyler förbränningsmotor. EGR-kylaren har därmed be- gränsningen att avgaserna inte kan kylas till en lägre temperatur än kylvätskans tempe- ratur i kylsystemet, vilken vanligtvis ligger avsevärt över omgivningens temperatur.

Genom att utnyttja ett sådant andra separat kylsystem som har en lämpligt dimensione- rad kylkapacitet är det möjligt att ge den cirkulerande kylvätskan i kylsystemet en tem- peratur, som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur, då den leds in i EGR- kylaren. Därmed kan de återcirkulerande avgasema även kylas till en temperatur Som ligger strax över omgivningens temperatur innan de blandas med den komprimerade luften. Det andra kylsystemet kan innefatta en kylvätskepump med vilken lcylvätskan cirkuleras genom kylsystemet. Därmed garanteras att kylvätskan i det andra kylsyste- met tillhandahåller en väl kontrollerad cirkulation i kylsystemet. Det andra kylsystemet kan innefatta ett kylarelement för att kyla den cirkulerande kylvätskan, varvid kylar- elementet är monterat i ett område som genomströmmas av omgivande luft.

Förbränningsmotorn utnyttjas med fördel för drift av ett fordon. Med en lämplig pla- cering av kylarelementet kan här erhållas en naturlig strömning av omgivande lufi ge- nom den kylarelementet under drift av fordonet. Alternativt kan det andra kylsystemet innefatta en kylarfläkt medelst vilken omgivande lufi fås att strömma genom kylarele- mentet.

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

Den komprimerade luften i laddlufikylaren kyls medelst omgivande luft som strömmar genom laddlufikylaren. Kylarelementet och laddlufilcylaren kan vara monterade i sepa- rata områden som genomströmmas av omgivande luft. Därmed kan det andra kylsy- stemet innefatta en separat kylarfläkt som cirkulerar omgivande luft genom kylarele- mentet. Alternativt kan kylarelementet och laddluftkylaren vara monterade i ett gemen- samt område. Här kan en gemensam kylarfläkt utnyttjas för att cirkulera omgivande lufi genom både laddluftkylaren och kylarelementet.

Enligt en annan föredragen utfóringsfonn av uppfmningen utgörs kylarelementet och laddluftkylaren väsentligen av plattformiga kylarpaket som var och en har en huvud- saklig utbredning i ett plan, varvid kylare1em.entet och laddluftkylaren är monterade i ett väsentligen gemensamt plan i det gemensamma området. Med fördel är kylarele- mentet och laddlufikylaren monterade bredvid varandra i ett sådant gemensamt plan som är väsentligen vinkelrätt mot luftens strömningsriktning. Den lufi som leds genom nämnda gemensamma område kommer här att ledas parallellt genom kylarelementet och laddluftkylaren. Denna luft kommer således enbart att passera genom kylarele- mentet eller laddluflkylaren. Därmed garanteras att kylarelernentet och laddluftkylaren genomströmmas av lufi med omgivningens temperatur. Den komprimerade luften i 527 481 laddluñkylaren och kylvätskan i kylarelementet tillhandahåller därmed en motsvarande kylning ner till en väsentligen motsvarande temperatur. En kylare hos det forsta kylsy- stemet kan även vara monterad i nämnda gemensamma området i en position ned- ströms kylarelementets och laddlufikylarens i luftens strömningsriktning. Därmed kan fordonets befintliga kylarfläkt utnyttjas för att även cirkulera lufi genom laddlufikyla- ren och kylarelementet. Luften leds här således först genom kylarelementet eller ladd- luftkylaren innan den leds genom kylaren hos det första kylsystemet som således är avsett att kyla förbränningsmotom. Eftersom luften här först passerar kylarelementet eller laddluftlcylaren har den en något högre temperatur än omgivningen då den når den bakomliggande kylaren. Kylvätskan i det första kylsystemet, som kyler förbrännings- motom, behöver dock inte kylas ned till omgivningens temperatur för att tillhandahålla en godtagbar fimlction.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs, såsom exempel, föredragna utföringsforrner av uppfinningen med hänvisning till bifogad ritningar, på vilka: Fig. 1 visar ett arrangemang, enligt en första utföringsforrn av uppfirmingen, för åter- cirkulation av avgaser hos en överladdad dieselmotor och Fig. 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 Fig. 1 visar ett arrangemang för återcirkulation av avgaserna hos en överladdad för- bränningsmotor. Förbränningsmotorn är här en dieselmotor l. En sådan återcirkulation benärnns vanligtvis EGR (Exhaust Gas Recirculation). Medelst en inblandning av av- gaser i den komprimerade lufl som leds till rnotoms cylindrar sänks förbränningstem- peraturen och därmed även halten av kväveoxider (N OX) som bildas under förbrän- ningsprocesserna. Dieselrnotom l kan vara avsedd som drivmotor för ett tyngre for- don. Avgasema 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 lufi som, via ett luftfilter 6, leds 527 481 .co 000 0 0 00 0 00 0000 00 00 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 00 00 000 0 0000 n 000 000 00 0000100 0 00 00 o 0 0 0 0 0 0 0 0 00 000 in i en inloppsledning 7. En laddluñlcylare 8 är anordnad i inloppsledningen 7. Ladd- luftkylarens 8 uppgift är att kyla den komprimerade lutten innan den leds till dieselmotorn 1. Den komprimerade luften kyls i laddlufikylaren 8 medelst omgivande lufi som strömmar genom laddluftkylaren 8 medelst en kylarfläkt 9. Kylarflälcten 9 drivs av dieselmotom 1 medelst en lärnplig törbindning.

Ett arrangemang fór att tillhandahålla en återcirkulation av en del av avgasema i av- gasledningen 3 innefattar en retur-ledning 10 sträcker sig mellan avgasledningen 3 och inloppsledningen 7. Returledningen 10 innefattar en EGR-ventil 11, med vilken avgas- flödet i returledningen 10, vid behov, kan stängas av. EGR-ventilen 11 kan även an- vändas for 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 drifistillstånd. Styrenheten 13 kan vara en datorenhet som är försedd med en lämplig mjukvara. Returledningen 10 inne- fattar även en EGR-kylare 12 för att kyla avgasema. Hos överladdade dieselmotorer 1 är, under vissa driftstillstånd, avgasemas tryck i avgasledningen 3 lägre än den kom- primerade luftens tryck i inloppsledningen 7. Under sådana driftstillstånd är det inte möjligt att direkt blanda avgaserna i returledningen 10 med den komprimerade luñen i inloppsledningen 7 utan speciella hjälpmedel. Härvid kan, exempelvis, en venturi 14 användas. Om törbränningsmotorn istället är en överladdad ottomotor kan avgasema i returledningen 10 direkt ledas in i inloppsledningen 7 då avgasernai avgasledningen 3 hos en ottomotor väsentligen under alla drifistillstånd uppvisar ett högre tryck än den komprimerade luften i inloppsledningen 7. Efter att avgaserna blandats med den kom- primerad lufi i inloppsledningen 7 leds blandningen, via en törgnening 15, till diesel- motoms 1 respektive cylindrar.

Dieselmotom 1 kyls på ett konventionellt sätt medelst ett första kylsystem. Det första kylsystemet innefattar en krets med en kylvätska som cirkuleras medelst en första kyl- vätskepump 16. Kretsen innefattar även en termostat 17 och en kylare 18, som är monterad i ett första område A som genomströmmas av omgivande lufi. En kylarfläkt 9 är avsedd att tillhandahålla en lufiström i det törsta omrâdet A genom kylaren 18 och laddluftkylaren 8. De återcirkulerande avgaserna i returledningen 7 kyls i EGR-kylaren 12 medelst ett andra kylsystem. Det andra kylsystemet innefattar även en krets med en cirkulerande kylvätska. Kylvätskan cirkuleras i kretsen med hjälp av en andra kylväts- kepump 19. Kylsystemet innefattar även ett kylarelernent 20 som är monterad i ett Q o .UI . : one: p.. o g , o c g . con u. , . 527 481 andra område B som genomströmmas av omgivande lufi medelst en andra kylarfläkt 21. Den andra kylarfläkten 21 är driven av en elektrisk motor 22.

Under drift av dieselmotom l driver avgaserna i avgasledningen 3 turbin 4 innan de leds ut till en omgivning. Turbinen 4 tillhandahåller därvid en drivkraft, som driver en kompressor 5. Kompressom 5 komprimerar därvid den luft som, via lufifiltret 6, leds in i inloppsledningen 7. Den komprimerade luften kyls i laddlufikylaren 8 av omgivan- de luft som strömmar genom laddluftkylaren 8. Den komprimerade lufien i laddluft- kylaren 8 kyls därmed till en temperatur som endast med ett fåtal grader överstiger omgivningens temperatur. Styrenheten 13 håller, under de flesta av dieselmotorns 1 drifistillstånd, EGR-ventilen ll 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 avgasema i returledningen 10 når EGR- kylaren 12 tillhanda- håller de en kylning av det andra kylsystemet. Det andra kylsystemet 'innehåller såle- des en cirkulerande kylvätska som kyls av omgivande luft i kylarelementet 20. Genom en lämplig dimensionering av kylarelementet 20 kan kylvätskan här kylas till en tempe- ratur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur. Alternativt kan kylvätske- flödet i det andra kylsystemet regleras så att kylvätskan kyls till en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur efter passage av kylarelementet 20.

För att erhålla en sådan kylning av kylvätskan bör flödet genom kylarelementet 20 vara relativt litet. Med en lämpligt utformning av EGR kylaren 12 kan kylvätskan, som så- ledes har en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur då den leds in i EGR-kylaren 12, kyla avgaserna i EGR kylaren 12 till en temperatur som en- dast med ett fåtal grader överstiger omgivningens temperatur. Avgaser i returledningen tillhandahåller därmed en kylning till väsentligen samma temperatumivå som den komprimerade lufien i laddluñkylaren 8.

Hos överladdade dieselmotorer 1 är under vissa driftstillstånd avgasernas 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 returledningen 10, så att avgasema kan ledas in och blandas med den komprimerade lufien i inloppsledningen 7. Blandningen av avgasema och den komprimerade luften leds därefter, via fórgreningen 15, till dieselmotoms 1 respektive cylindrar. En dieselmotor 1 som är utrustad med EGR kan med en sådan kylning av de återcirkulerande avgaserna i EGR-kylaren 12 tillhandahålla en temperatur på de åter- cirkulerande avgasema vilken väsentligen motsvarar temperaturen hos den komprime- 0000 I n O o I .I 000: 000: nun: _ '. 0 o 00.; 527 481 rade lufien i inloppsledningen 7 efier kylning i laddlufikylaren 8. Därmed tillhanda- håller blandningen av avgaser och komprimerad luft som leds till dieselmotorn 1 en väsentligen motsvarande temperatur som temperaturen hos den komprimerade luften som leds till en dieselmotor utan EGR. Med föreliggande uppfinning kan således en dieselmotor som är utrustad med EGR tillhandahålla en väsentligen motsvarande pre- standa som en dieselmotor som inte är utrustad med EGR.

Fig. 2 visar ett alternativt arrangemang för återcirkulation av avgasema hos en diesel- motor 1. I detta fall är kylarelementet 20 hos det andra kylsystemet placerat i samma lufigenomströmmande ornråde A som laddlufikylaren 8 och kylaren 18. Därmed kan den första kylarfläkten 9 även utnyttjas för att leda lufi genom kylarelementet 20. I detta fall behövs således inte en andra kylarfläkt 21 utnyttjas. Kylarelementet 20 och laddluñkylaren 8 utgörs väsentligen av plattformiga kylarpaket som var och en har en huvudsaklig utbredning i ett plan. Kylarelementet 20 och laddlilftkylaren 8 är här monterade bredvid varandra i ett väsentligen gemensamt plan som är väsentligen vin- kelrätt mot luftens strömningsriktning i det första området A. Luften leds här parallellt genom kylarelementet 20 och laddluñkylaren 8. Därmed garanteras att både kylarele- mentet 20 och laddluñkylaren 8 genomströmmas av lufi med omgivningens tempera- tur. Den komprimerade lufien i laddluftkylaren 8 och kylvätskan i kylarelementet 20 tillhandahåller därmed en kylning till en temperatur som väsentligen motsvarar omgiv- ningens temperatur. Kylaren 18 hos det första kylsystemet är här monterad i en position nedströms kylarelementet 20 och laddlufikylaren 8 i luftens strömningsrikming. Lufizen leds här således först genom kylarelementet 20 eller laddluñkylaren 8 innan den leds genom kylaren 18. Den lufi som når kylaren 18 får därmed en något högre temperatur än omgivningen. Denna lufi har 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 temperatur.

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

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 527 481 Patentkrav

1. Arrangemang för återeirkulation av avgaser hos en överladdad förbränningslnotor (1), som är kyld av ett första kylsystem, varvid arrangemanget innefattar en avgasled- ning (3) som är avsedd att leda ut avgaser från förbränningsrnotorn (1), en inloppsled- ning (7) som är avsedd att leda luft med ett övertryek till förbränningsmotorn (1), en returledning (10), som förbinder avgasledningen (3) med inloppsledningen (7) så att det, via returledningen (10), är möjligt att återcirkulera avgaser från avgasledriingen (3) till inloppsledningen (7), och en EGR-kylare (12), i vilken de återcirkulerande avgaser- na i returledningen (10) kyls av en kylvätska innan de blandas med luften i inloppsled- ningen (7), kännetecknat av att avgaserna i EGR~kylaren (12) kyls av en cirkulerande kylvätska som är inrättat att ha en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur då den leds in i EGR-kylaren (12).

2. Arrangemang enligt krav 1, kânnetecknat av att nänmda kylvätska cirkuleras i ett andra kylsystem som utgör ett separat kylsystem i förhållande till det första kylsyste- met.

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

4. Arrangemang enligt krav 2 eller 3, kärmeteckriat av att det andra kylsystemet inne- * fattar ett kylarelement (20) för att kyla den cirkulerande kylvätskan, varvid kylarele- mentet (20) är monterati ett område som genomströmmas av omgivande lufi.

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

6. Arrangemang enligt krav 4 eller 5, kännetecknat av att arrangemanget innefattar en laddlufikylare (8), som är inrättad att kyla den komprimerade lufien i inloppsledningen (7) till förbränningsmotorn (1).

7. Arrangemang enligt krav 6, att kylarelementet (20) och laddlufiky- laren (8) är monterade i separata områden (A, B) som genomströmrnas av omgivande luft. 527 481

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

9. Arrangemang enligt krav 8, kännetecknat av att kylarelementet (20) och laddlufiky- laren (8) utgörs väsentligen av plattformiga kylarpaket som var och en har en huvud- saklig utbredning i ett plan, varvid kylarelementet (20) och laddlufikylaren (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 laddluftlcylaren (8) i lufiens strömningsrikming.