SE528123C2 - Arrangemang för återcirkulation av avgaser hos en förbränningsmotor i ett fordon - Google Patents

Description

528 123 SAMMANFATTNING AV UPPFNNNGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett arrangemang som tillhan- dahåller en åter-cirkulation av avgaser hos en förbränningsmotor där returledningen kan ges en väsentligen minimal längd och arrangemanget som helhet göras kompakt och föga platskrävande.

Detta syfte uppnås med arrangemanget av det inledningsvis närrmda slaget, vilket kän- netecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Att montera EGR-kylaren i anslutning till förbränningsmotom medför att returledningen, under hela sin sträckning mellan den första kalla sidan och den andra varma sida, kan vara anord- nad i anslutning tiil förbränningsrnotorn. Retrrrledningen kan därmed ges en väsentli- gen minimal längd. En EGR-kylaren som är monterad i anslutning till förbrännings- motorn kan vara monterad direkt på förbrärmirigsmotom eller indirekt på denna via exempelvis rörforrniga partier av returledningen. EGR-kylaren kan vara utformad som en långsträckt värmeväxlare med en rätlinjig sträckning mellan ett inloppsparti och ett utloppsparti. En sådan EGR-kylare kan utgöra en ansenlig del av returledningen. Där- med kan de rörformiga partiema av returledningen som leder avgaserna göras avsevärt kortare. Med en EGR-kylare som är arrangerad på detta vis är det även möjligt att till- handahålla en returledning som sträcker sig rrmt fórbränningsmotorn från den första sidan till den andra sidan med ett minimalt antal krökta partier. En returledning med en väsentligen minimal längd och ett minimalt antal krökta partier kan ges en kompakt form så att den upptar ett relativt litet utrymme i fordonet.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är EGR-kylaren anord- nad på samma sida om nämnda vertikala plan som det grenade avgasröret. EGR- » kylaren är här anordnad på förbränningsmotoms varma sida. De återcirlmlerande avga- serna kan därmed ledas till EGR-kylaren väsentligen direkt efter att de lämnat det gre- nade avgasröret via ett kortare rörledningsparti som sträcker sig mellan avgasledningen och EGR-kylaren. EGR-kylaren är med fördel utformad som en motriktad värmeväxla- re där avgaserna och kylrnediet strömmar i motsatta riktningar i separata kanaler inuti EGR-kylaren. Med en sådan EGR-kylare av en lämplig dimension kan avgasernas ky- las så att de får en utloppstemperatur som endast obetydligt överskrider kylrnediets inloppstemperatrrr. Företrädesvis är EGR-kylaren anordnad på en högre nivå än det grenade avgasröret. På denna höj dnívå i fordonets motorutryrnme i anslutning till för- bränningsmotoms varma sida finns det i regel utrymme för att montera EGR-kylaren. . »35 528 123 EGR-kylaren kan vara anordnad åtminstone delvis ovanför det grenade avgasröret. Ju närmare EGR-kylaren monteras det centralt belägna vertikala planet genom förbrän- ningsmotom desto kortare och kompaktare kan returledningen göras. ' Enligt en annan iöredragen uttöringsform av uppfinningen är EGR-kylaren anordnad på samma sida om nämnda vertikala plan som det grenade inloppsröret. I detta fall är EGR-kylaren anordnad på törbränningsmotoms kalla sida. EGR-kylaren kan här ges en sträckning längs åtminstone en del av den kalla sidan hos förbränningsmotorn. EGR- kylaren är med fördel utformad som en motriktad värmevâxlare med en långsträckt form. Företrädesvis är EGR-kylaren anordnad på en högre nivå än det grenade inlopps- röret. På denna nivå i fordonet i anslutning till fórbränningsmotorns kalla sida finns det i regel ett befintligt utrymme för montering av EGR-kylaren. EGR-kylaren kan vara anordnad åtminstone delvis ovanför det grenade inloppsröret. Med fördel är EGR- kylare monterad väsentligen vertikalt ovanför det grenade inloppsröret. Därmed kan en kan och kompakt fearneaning fiuhandannias. Faran-adam är EGR-kylaren inrättad att genomströmmas av ett vätskeformigt kylmediurn. En vätskekyld EGR-kylare till- handahåller en betydligt högre kylkapacitet än en gaskyld EGR-kylare av en motsva- rande storlek. En EGR-kylare där ett vätskefonnigt kylmedium utnyttjas kan således ges en kompakt utformning. _ ~ Enligt en annan iöredragen uttöringsforrn av uppfinningen innefattar arrangemanget flera EGR-kylare, varvid åtminstone en EGR-kylare är anordnad på sarnma sida om nämnda vertikala plan som det grenade avgasröret och att åtminstone en EGR-kylare är anordnad på samma sida om nänmda vertikala plan som det grenade inloppsröret. Av- gaserna kan därmed kylas i två steg. EGR-kylarna kan kylas av cirkulerande kylvätskor från olika kylsystem. Kylvätskan i det kylsystem som kyler törbränningsmotorn kan utnyttjas för att kyla avgasema i EGR-kylaren som är anordnad på motorns varma sida och kylvätskan i ett separat kylsystem kan utnyttjas för att kyla avgasema i EGR- kylaren som är anordnad på motorns kalla sida. Med en lämplig utformning av det se- parata kylsystemet så är det möjligt att kyla avgaserna i ett andra steg ner till en tempe- ratur i närheten av omgivningens temperatur.

Enligt en annan iöredragen utiöringsform av uppfinningen är törbränningsmotorn an- ordnad i fordonet så att nämnda vertikala plan genom íörbränningsmotom sträcker sig i fordonets långdriktning, varvid fórbränningsmotorn uppvisar en främre väggyta och en bakre våggyta, och varvid returledningen sträcker sig från den ßrsta sidan till den szs 123 andra sidan via en ledningsparti som har en sträckning runt den bakre väggytan hos förbränningsmotom. Vid den bakre väggytan hos törbränningsmotom finns det i regel större tillgång på ledigt utrymme än vid den frärnre väggytan för att montera returled- _ ningen. Det är dock' möjligt att ha ett ledningsparti som har en sträckning runt den främre väggytan hos förbränningsmotorn.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs, såsom ett exempel, en föredragen uttöringsform av uppfinning- en med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. 1 visar schematiskt ett arrangemang för återcirkulation av avgaser hos en över- laddad törbränningsmotor, Fig. 2 visar arrangemanget i Fig. 1 meri detaljoch _ Fig. 3 visar arrangemanget i Fig. 2 sett från törbränningsmotorris kalla sida.

DETALIERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. l visar ett arrangemang för återcirkulation av avgaserna hos en överladdad för- bränningsmotor som här är rak dieselmotor 1 med sex cylindrar 2. Dieselmotorn 1 är monterad i ett schematiskt visat fordon 3 som kan vara ett tungt fordon. En frontyta 3a har indikerats på fordonet. Ett vertikalt plan 4 har här markerats som sträcker sig vä- sentligen centralt genom dieselrnotom loch dess cylindrar 2. Dieselmotom l är monte- rad i fordonet 2 så att nämnda vertikala plan 4 sträcker sig i fordonets längdriktriing.

Avgasema från törbränningsprocessema i dieselmotoms 1 cylindrar 2 leds, via ett gre- nat avgasrör 5, till en avgasledning 6. Avgaserna i avgasledningen 6, som har ett över- tryck, driver en turbin 7. Turbinen 7 tillhandahåller därvid en drivkraft, som överförs, via en törbindning, till en kompressor 8. Kompressom 8 komprimerar därvid luft som sugs in via ett inlopp 9. En första del l0a av en inloppsledning 10 leder den komprime- rade luften till en laddlufikylare 11 som är placerad vid frontpartiet 3a hos fordonet.

Efter att den komprimerade lufien kylts i laddluñkylaren 11 av omgivande luft leds den vidare via en andra del 10b av inloppsledningen. I Återcirkulation av avgaserna benämns vanligtvis EGR (Exhaust Gas Recirculation).

Medelst en inblandning av avgaser i den komprimerade luft som leds till motoms cy- 528 123 lindrar sänks fórbrånningstemperattiren och därmed även halten av kväveoxider Ox) som bildas under förbränningsprocesserna i cylindrarna 2. Arrangemang för att tillhan- dahålla en återcirktilation av en del av avgaserna i avgasledningen 6 innefattar en.re- ~. - turledning 13 som sträcker sig mellan avgasledningen 6 och den andra delen 10b av inloppsledriingen. Returledningen 13 innefattar en EGR-ventil 12, med vilken avgas- flödet i returledningen 13, vid behov, kan stängas av. EGR-ventilen 12 kan även an- vändas för att styra den mängd avgaser som leds från avgasledningen 6, via returled- - ningen 13, till den andra delen 10b av inloppsledningen. Retur-ledningen 13 innefattar en första EGR-kylare 15 och en andra EGR-kylare 16 för att kyla de återcirkulerande avgasema Avgaserna kyls i den förstaEGR-kylaren 15 medelst en cirkulerande kyl- vätska hos ett ordinarie kylsystem som främst avsett att kyla dieselmotorn 1 under drift av fordonet. Kylvätskan cirkuleras i det ordinarie kylsystemet med hjälp av en kylvätskepump 17. Kylvätskan kyls av omgivande luft då det leds genom ett kylarele- A 'ment 18 som är monterad vid fi-ontpartiet 3a hos fordonet. Med hjälp av en ventil 19 kan ett reglerbart kylvåtskeflöde erhållas i en parallell kylkrets som leder kylvätskan genom den första EGR-kylaren 15. Efter passage av den första EGR-kylaren 15 leds kylvätskan tillbaka till det ordinarie kylsystemet. Avgasema kyls i den andra EGR- kylaren 16 medelst en cirkulerande kylvätska i ett separat kylsystem i fordonet. Kyl- - vätskan cirkuleras i det separata kylsystemet med hjälp av en kylvätskepump 20. Kyl- vätskan kyls av omgivande luft då det leds genom ett kylarelement 21 som år monterad vid frontpartiet 3a hos fordonet. Efter kylning i den första EGR-kylaren 15 och den andra EGR-kylaren 16 blandas avgasema med den komprimerade luften vid punkten 10c hos inloppsledningen.

Fig. 2 och 3 visar arrangemanget för återcirkulation av avgasema meri detalj. Diesel- motor 1 är en radmotor med sex cylinderhuvuden 22 som var och en innehåller en cy- linder 2. Returledningen 13 för avgaserna innefattar ett första rörforrnigt parti 13a som sträcker sig mellan avgasledningen 6 och den första EGR-kylaren 15. Det första rör- formiga partiet 13a av returledningen innehåller på ett lämpligt ställe EGR-ventilen 12.

Det första rörforrniga partiet 13a sträcker sig väsentligen uppåt från avgasledningen 6 så att den första EGR-kylaren 15 erhåller en position på en högre nivå än det grenade avgasröret 5. Den första EGR-kylaren 15 är monterad på dieselmotor-ns 1 varma sida. delvis ovanför det grenade avgasröret 5 i ett utrymme som normalt inte utnyttjas av andra komponenter i fordonet. Den forsta EGR-kylaren 15 innefattar ett inloppsparti _l5a och ett utloppsparti 15b för de återcirkulerande avgaserna. Den ßrsta EGR-kylaren är monterad i förhållande till dieselmotom 1 så att ett vertikalt plan 23, som sträcker A20 528 123 sig centralt mellan inloppspartiet l5a och utloppspartiet l5b i EGR-kylarens långdrikt- ning, är väsentligen parallellt med nämnda vertikala plan 4 genom dieselmotom 1. Den första EGR-kylaren 15 har ett inlopp 24a och ett utlopp 24b för kylvätskan i den pa- - rallella kylkretsen som är förbunden med det ordinarie kylsystemet.

Retur-ledningen 13 för avgaserna innefattar ett andra rörfonnigt parti 13b som sträcker sig mellan den första EGR-kylaren 15; och den andra EGR-kylaren 16. Dieselrnotorn 1 har en montering i fordonet 3 så att den uppvisar en främre väsentligen tvärgående väggyta la i förhållande till nämnda vertikala plan 4 och en bakre väsentligen tvärgå- ende väggyta lb. Det andra rörfomiiga partiet 13b av returledningen har en tvärgående sträckning från den varma sidan av dieselmotorn l till den kalla sidan av dieselmotom 1 runt den bakre tvärgâende väggyta lb. Vid den bakre väggytan lb finns i regel mer tillgängligt utrymme än vid dieselmotoms främre väggyta la. Det andra rörformiga partiet 13b har en väsentligen horisontell sträckning så att den andra EGR-kylaren 16 erhåller en position på en motsvarande höjdnivå som den första EGR-kylaren 15. Den andra EGR-kylaren 16 är monterad på dieselrnotorns l kalla sida ovanför det grenade inloppsröret 14. Här finns ett utrymme som normalt inte utnyttjas av andra komponen- ter i fordonet. Den andra EGR-kylaren 16 innefattar ett inloppsparti 16a och ett ut- loppsparti 16b för de återcirkulerande avgaserna. Den andra EGR-kylaren 16 är monte- rad i förhållande till dieselmotom 1 så att ett vertikalt plan 25, som sträcker sig i EGR- kylarens längdrilctning centralt mellan inloppspartíet 16a och utloppspartiet 16b, är väsentligen parallellt med nämnda vertikala plan 4 genom dieselrnotorn l. Den andra EGR-kylaren 16 har ett inlopp 26a och ett utlopp 26b för den cirkulerande kylvätskan i det separata kylsystemet. i Returledningen 13 för avgaserna innefattar slutligen ett tredje rörformigt parti 13c som sträcker sig mellan den andra EGR-kylaren 16 och punkten l0c hos inloppsledningen.

Det tredje rörforntiga partiet av returledrtingen 13c sträcker sig väsentligen vertikalt nedåt från den andra EGR-kylaren 16 till den andra delen 10b av inloppsledningen, vilket ses i Pig. llnloppsledningen 10 avslutas med ett tredje rörforrnigt parti lOd som leder blandningen av luft och avgaser till det grenade inloppsröret 14. Det tredje rör- formiga partiet lOd av inloppsledningen avslutas med ett vertikalt uppåt sträckande parti som är förbundet med ett mittparti av det grenade inloppsröret 14. Blandningen av komprimerad luft och återcirkulerande avgaser leds, via det grenade inloppsröret 14, till förbränningsmotorns respektive cylindrar 2. 528 123 Var och en av EGR-kylarna 15, 16 har en konstruktion såsom en motströms värme- växlare där avgasema strömmar inuti EGR-kylarna 15, 16 i en och kylvätskan i en motsatt riktning i separata kanaler som är avskiljda medelst värmeöverförande ytor. Med tillräckligt långsträckta EGR-kylare 15, 16 kan avgaserna kylas till en tem- peratur som väsentligen motsvarar den cirkulerande kylvätskans temperatur. EGR- kylama 15, 16 utgör väsentligen rätlinjiga delar av returledningen 13' på motsatta sidor om dieselmotorn l.De rörforrniga partierna l3a, b, c av returledningen kan därmed ges en reducerad sträckning. Med ett sådant anordnande av EGR-kylarna 15, 16 är det möjligt att tillhandahålla en returledning 13 som snäcker sig runt förbränningsmotorn från den första sidan till den andra sidan med en väsentligen minimal längd och ett minimalt antal krökar. En sådan returledning 13 har en kompakt utformning och det upptar därmed relativt lite plats i fordonets motorutryrnme.

Under drift av diesehnotorn 1 driver avgasema i avgasledningen 6 turbin 7 innan de leds ut till en omgivning. Turbinen 7 tillhandahåller därvid den drivkraft, som driver kompressorn 8. Kompressom 8 komprimerar därvid den luft som leds in via inloppet 9.

Den komprimerade luften leds, via den första delen 10a av inloppsledningen, till ladd- luftkylaren 11 där den kyls av omgivande luft. Den komprimerade luften i laddluftkyla- ren ll kan kylas till en temperatur som endast med ett fåtal grader överstiger omgiv- ningens temperatur. EGR-ventilen 12 är under de flesta av dieselmotoms l drifistill- stånd öppen så att en del av avgaserna i avgasledningen 6 leds in i returledningen 13.

Avgaserna i avgasledningen 6 har i regel en temperatur av cirka 600 - 700° C. Då av- gaserna i returledningen 13 når den första EGR- kylaren 15 tillhandahåller de en kyl- ning i ett första steg. Den första EGR-kylaren 15 kan .emellertid endast kyla avgaserna till en temperatur som motsvarar kylvätskans temperatur i det ordinarie kylsystemet.

Kylvätskan i det ordinarie kylsysternet har en temperatur som, under normal drift, är inom temperaturområdet 80-100° C. Avgaserna kan således endast kylas till denna temperatur i den första EGR-kylaren 15. Efier kylningen i den första EGR-kylaren 15 leds avgasema till den andra EGR-kylaren 16 där de kyls i ett andra steg av kylvätskan i det separata kylsystemet. Kylvätskeflödet i det separata kylsystemet kan regleras så att kylvätskan kyls till en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens tempe- ratur i kylarelementet 21. För att erhålla en sådan kylning av kylvätskan bör flödet ge- nom kylarelementet 21 vara relativt litet. Med en sådan utformning av det separata kylsystemet kan kylvätskan kyla avgaserna i den andra EGR-kylaren 16 till en tempe- ratur som endast med ett fåtal grader överstiger omgivningens temperatur. Avgaser i returledningen 13 tillhandahåller därmed en kylning till väsentligen samma tempera- 528 123 turnivå som den komprimerade lufien i laddlufikylaren l 1. De kylda avgaserna blandas med den komprimerade lufien vid punkten l0c hos inloppsledningen varefter bland- ningen leds till iörbränningsmotorn 1. Hos överladdade dieselmotorer 1 är under. vissa driflstillstånd avgasemas tryck i returledningen 13 lägre än den komprimerade luftens tryck i inloppsledningen lOb. Medelst hjälpmedel såsom, exempelvis, en venturi kan det statiska trycket hos luften i inloppsledningen 10 lokalt sänkas, vid anslutningen l0c till returledningen 13, så att avgaserna kan ledas in och blandas med den komprimera- de lufien i inioppsiedningea. - Uppfmningen är på intet sätt begränsad till den på ritningarna beskrivna utiöringsformen utan kan varieras fi-itt inom patentkravens ramar. Förbränningsmotom kan vara av ett väsentligen godtyckligt slag. Returledningen kan innefatta endast en EGR-kylare 15, 16. Det kan vara fallet då mindre fiårbränningsmotorer utnyttjas eller i fall där det endast finns behov att kyla en mindre mängd återcirkulerande avgaser.

EGR-kylama 15, 16 och de rörfomiga partierna 13a, b, c kan vara tillverkade såsom moduler i bestämda dimensioner och längder. Med ett antal sådana moduler kan retur- ledningar monteras hos fórbränningsmotorer av olika storlekar och typer.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 528 123 Patentkrav

1. l. Arrangemang för återcirkulation av avgaser hos en förbränningsmotor (1) i ett for- don, varvid förbränningsmotor innefattar ett grenat inloppsrör (14), som är fäst på för- bränningsmotorn (1) på en första sida om ett vertikalt plan (4) som sträcker sig väsent- ligen centralt genom förbränningsmotorn (1), för att tillföra luft och återcirktilerande avgaser till åtminstone två cylindrar (2) hos förbränningsrnotorn (1), och ett grenar avgasrör (5), som är fäst på förbrånningsrnotom (1) på en andra sida om nämnda verti- kala plan (4), för att leda avgaser från åtminstone två cylindrar (2) hos förbrännings- motorn (1) till en avgasledning (6), varvid arrangemanget innefattar en returledning (13), som förbinder avgasledningen (6) med en inloppsledning (10) för tillförsel av lufi till förbränningsmotom (1), så att det är möjligt att återcirkulera avgaser från avgasled- ningen (6) till inloppsledningen (10), och åtminstone en EGR-kylare (15, 16) för kyl- ning av de återcirkulerande avgasernai returledningen (13), och varvid EGR-kylaren (15, 16) är monterad i anslutning till förbränningsmotom (1) i en position så att ett vertikalt plan (23, 25) som sträcker sig väsentligen centralt mellan ett inloppsparti (l5a, 16a) och ett utloppsparti (l5b, l6b) för de återcírklilerande avgaserna hos EGR- kylaren är väsentligen parallellt med nämnda vertikala plan (4) genom förbrännings- motom (1), kännetecknat av att EGR-kylaren (15) är anordnad på samma sida om nämnda vertikala plan (4) som det grenade avgasröret (5).

2. Arrangemang enligt krav 1, kännetecknar av att EGR-kylaren (15) är anordnad på en högre nivå än det grenade avgasröret (5).

3. Arrangemang enligt krav 2, kännetecknar av att EGR-kylaren (15) är anordnad i en _ position som är belägen åtminstone delvis ovanför det grenade avgasröret (5).

4. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att en andra EGR- kylare (16) är anordnad på samma sida om nämnda vertikala plan (4) som det grenade inloppsröret (14).

5. Arrangemang enligt krav 4, kännetecknat av att den andra EGR-kylaren (16) är an- ordnad i en position som är belägen på en högre nivå än det grenade inloppsröret (14).

6. Arrangemang enligt krav 5, kännetecknat av att den andra EGR-kylaren (16) är an- ordnad åtminstone delvis ovanför det grenade inloppsröret (14). 10 528 123

7. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att EGR-kylaren (l 5,) är inrättad att genomströmmas av ett vätskefornligt kylmedium för kylning av avgaserna.

8. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att förbränningsmo- tom (l) är anordnad i fordonet (3) så att nämnda vertikala plan (4) genom förbrän- ningsmotorn (1) sträcker sig i fordonets längdríktning, varvid törbränningsmotorn (1) uppvisar en fiämre vâggyta (la) och en bakre väggyta (lb) vilka är väsentligen vinkel- räta mot nämnda vertikala plan (4), och varvid returledningen (13) sträcker sig mellan den första sidan och den andra sidan medelst ett ledningsparti (1 3b) som har en sträck- ning runt den bakre väggytan (lb) hos förbränningsmotorn.