SE536919C2 - Anordning för återcirkulering av avgaser vid en förbränningsmotor - Google Patents

Description

25 30 536 919 I fortsättningen av denna beskrivning kommer beteckningen ”EGR-flöde” att användas för det återförda delflödet av motoms totala avgasflöde.

Vanligen återförs EGR-flödet till inloppsluften genom att en EGR-ledning, vanligen utformad som ett mindre EGR-rör, förbundet med motorns avgassida ansluts till en del av en ledning som leder inloppsluften till cylindrarna. En sådan ledning för inloppsluften avslutas med ett inloppsrör (inloppsgrenrör) fastsatt vid motorn och vilken innefattar anslutningskanaler till förbränningsmotorns respektive cylindrar och vilka anslutningskanaler är anordnade längs ena sidan av inloppsröret. Till cylindrarna finns inloppsventiler anordnade som öppnas för att förse respektive cylinder med inloppsluft. Ett praktiskt problem som föreligger när EGR-röret ansluts till ett sådant inloppsrör är att det föreligger en begränsad sträcka som är tillgänglig för inblandningen och vanligen är den inte är tillräcklig för att avgaserna inte ska hinna blandas effektivt innan blandningen når motorn cylindrar. Kända utföringsformer medför att olika cylindrar tillförs olika andelar avgaser i inloppsluften beroende på olika avstånd mellan den punkt avgasema tillförs och olika cylindrar.

Exempel på känd teknik som visar olika typer av EGR-system kommer nu att beskrivas.

EP-2133548 avser ett gasblandningssystem i samband med ett EGR-system.

Syftet är att förbättra inblandningen av de återcirkulerade avgaserna i luftflödet.

Detta åstadkommes bland annat genom att förse ett blandningsrör med ett antal öppningar genom vilka avgaserna kan passera.

US-5957116 avser ett EGR-rör anpassat att anordnas i luftintaget och innefattar ett flertal hål genom vilka de återcirkulerade avgaserna avges till luftflödet.

DE-10303569 beskriver ett EGR-system där avgaserna återförs i inloppsröret via ett blandningsrör som för avgasflödet i en riktning motriktat flödet i inloppsröret 10 15 20 25 30 536 919 innan avgaserna förs in i inloppsröret via öppningar dels i den längsgående väggen av blandningsröret och dels i änden.

FR-2908471 avser ett EGR-system där avgaserna återförs i inloppsröret via ett rör med ökande tvärsnittsarea i flödesriktningen. I en variant är röret vänt så att avgaserna tillförs inloppsröret i en riktning motriktat flödet där.

US-7389770 avser en anordning och ett förfarande för tillförsel av återcirkulerade avgaser. Anordningen omfattar ett utloppsparti med ett antal utlopp för tillförseln av avgaser och där utloppspartiet uppvisar en utloppssträcka i kanalen för inkommande luft. Ett syfte med denna kända anordning är att förbättra fördelningen av de återcirkulerande avgaserna vilket bland annat åstadkommes genom att utloppen är utspridda i kanalens längdriktning, men även fördelade längs en omkrets av utloppspartiet. Det nämns även att utloppspartiet kan vara beläget utvändigt kanalen för inkommande luft.

För att erhålla optimal funktion av EGR-systemet är det viktigt att EGR-gaserna hinner få en jämn fördelning i luftflödet innan de når fram till inloppsventilerna för de respektive cylindrarna.

Ett annat önskemål pä ett EGR-system är att inloppsröret på ett enkelt sätt skall kunna anslutas till olika typer av anslutningsledningar för tillförsel av luft till inloppsröret vilket påverkar utformningen av EGR-injektorn.

Anslutningsledningarna har ofta olika orienteringar i olika applikationer och det finns därför önskemål att EGR-injektorn därför skall anordnas på inloppsröret för att slippa anpassa anslutningsledningarna så EGR-injektorn kan anordnas där.

Med hänsyn till ovanstående är syftet med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett EGR-system som bidrartill en jämnare fördelning av EGR- gaserna i luftflödet i inloppsröret. Ett ytterligare syfte är att utforma EGR-systemet så att olika typer av anslutningsledningar enkelt kan anslutas till inloppsröret. 10 15 20 25 30 536 919 Sammanfattninq av uppfinningen Ovan nämnda syften åstadkommes med uppfinningen definierad av det oberoende patentkravet. Föredragna utföringsformer definieras av de beroende patentkraven.

De återcirkulerande avgaserna (EGR-gaserna) förs enligt uppfinningen in i flödet av inloppsluften via en EGR-injektor. Utloppsdelen av EGR-injektorn är anordnad uppströms i inloppsluftens flöde i förhållande till anslutningspunkten på inloppsröret och befinner sig utanför inloppsröret. Därigenom åstadkommes en så lång blandningssträcka som möjligt utan att tvinga fram specifika ändringar av anslutningsledningarna beroende på olika applikationer.

Utloppen för utsläpp av EGR-gaserna i inloppsledningen är asymmetriskt placerade, för att få en jämnare EGR-fördelning mellan de olika cylindrarna.

Utloppsdelen sträcker sig utanför inloppsrörets mynning ett förutbestämt avstånd som äri storleksordningen 50 mm, och detta avstånd bestäms väsentligen av utformningen av de delar som skall anslutas till inloppsrörets mynning. Längden på den utstickande delen av EGR-injektorn får därför inte vara för lång för att olika typer av anslutande delar skall kunna anslutas. Detta är därför ett motstridigt önskemål iförhållande till att få till stånd en så bra inblandning av avgasluften som möjligt eftersom detta åstadkommes genom att låta EGR-injektorn avge avgaserna långt ifrån den första insugningsventilen.

Kort ritninqsbeskrivninq Fig. 1a och 1b visar ett schematiskt tvärsnitt längs inloppsrörets längsgående axel enligt två utföringsformer av anslutningsledningar för inloppsluften.

Fig. 2 är ett flödesschema som visar en metod enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 3 är en perspektiwy som illustrerar ett inloppsrör med ett EGR-system enligt föreliggande uppfinning. 10 15 20 25 30 536 919 Fig. 4 är en perspektiwy som illustrerar ett inloppsrör med ett EGR-system enligt föreliggande uppfinning där anslutningsledningen tagits bort.

Fig. 5 är en perspektiwy sett från inloppsänden av en inloppsrör med ett EGR- system enligt föreliggande uppfinning där anslutningsledningen tagits bort.

Fig. 6 är en vy från sidan av en del av inloppskanalen med ett EGR-system enligt föreliggande uppfinning där anslutningsledningen tagits bort.

Fig. 7 är en perspektiwy snett uppifrån av en del av inloppskanalen som visar EGR-systemet enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 8 och 9 är schematiska vyer uppifrån som visar två utföringsformer av EGR- systemet enligt föreliggande uppfinning.

Detalierad beskrivninq av föredragna utföringsformer av uppfinningen I figurerna har samma detaljer, eller detaljer med liknande funktion, genomgående erhållit samma hänvisningsbeteckning.

Uppfinningen exemplifierande utföringsformer kommer nu att beskrivas i detalj.

Figurerna 1a och 1b visar schematiskt en anordning för återcirkulering av avgaser vid en flercylindrig förbränningsmotor, det vill säga ett återcirkulerande avgassystem (EGR-system) 2. Förbränningsmotorn kan vara en flercylindrig ottomotor eller en dieselmotor. Anordningen innefattar ett inloppsrör (inloppsgrenrör) 4 för inloppsluft 6 avsedd att tillföras cylindrarna för förbränningsmotorn. lnloppsröret har väsentligen en rektangulär tvärsnittsform så att det förefinns plana ytor på dess utsidor, men kan i alternativa utföringsformer ha annan tvärsnittsform, exempelvis cirkulär eller kvadratisk. lnloppsröret 4 uppvisar en inloppsände 8. inloppsänden är anpassad att vara ansluten till en anslutningsledning 9a, 9b genom vilken luft tillförs lnloppsröret 4.

Anslutningsledningen kan ha många olika utformningar beroende på typ av motor. l figur 1a visas en utföringsform där anslutningsledningen 9a utsträcker sig nedåt i figuren medan figur 1b visar en utföringsfonn där anslutningsledningen 9b utsträcker sig uppåt i figuren. För övrigt är de båda utföringsformerna lika. l figur 3 10 15 20 25 30 536 919 visas båda dessa utföringsforrneri samma figur men avsikten är att endast en av de alternativa utföringsformerna ska förefinnas i en och samma utföringsform. I andra applikationer kan anslutningsledningen 9a, 9b ha andra riktningar och den kan exempelvis vara anordnad parallellt och koncentriskt med inloppsröret 4, eller vara mer eller mindre vinklat.

EGR-systemet 2 innefattar vidare en EGR-injektor 10 för tillförsel av återcirkulerande avgaser 12 till inloppsluften 6 och anpassad att anordnas i inloppsröret 4 i anslutning till inloppsänden 8. EGR-injektorn 10 innefattar en utloppsdel 14 innefattande åtminstone ett utlopp 16 för fördelad tillförsel av avgaser 12 och en änddel 18. En EGR-ledning 22, ibland benämnt EGR-rör, är anpassat att föra de återcirkulerande avgaserna 12 till EGR-injektorn. EGR- ledningen 22 har ett inlopp anslutet till motorns avgassida och genom vilket ett delflöde avgaser avleds från dess huvudflöde. Med utlopp 16 avses hål genom en vägg av utloppsdelen 14 genom vilka utlopp, eller utloppshål, avgaser kan passera ut och blandas med inloppsluften 6.

Utloppsdelen 14 är anpassad att föra återcirkulerande avgaser 12 i en riktning väsentligen motriktad riktningen för inloppsluften 6 i inloppsröret 4 innan de återcirkulerande avgaserna via utloppen 16 lämnar utloppsdelen och blandas med inloppsluften 6. Utloppsdelen 14 befinner sig väsentligen utanför inloppsröret 4.

Utloppsdelen 14 innefattar ett flertal utlopp 16 fördelade i inloppsrörets längdriktning. Med utanför avses att det uträcker sig väsentligen utanför inloppsröret 4 med ändock inne i den anslutande anslutningsledningen 9a, 9b.

Detta utesluter inte att en mindre del av densamma eller dess utlopp kan befinna sig innanför inloppsröret. Sett i inloppsluftens flödesriktning befinner sig utloppsdelen 14 väsentligen uppströms inloppsröret 4.

Anslutningsledningarna 9a, 9b innefattar uppströms vad som visas i figurerna på i sig känt sätt ej visade luftintag, luftfilter, etc enligt vad som är vanligt förekommande vid förbränningsmotorer. För vissa motorer innefattar dessa även överladdningsaggregat (turboaggregat) och laddluftkylare. I dessa fall brukar den 10 15 20 25 30 536 919 del av anslutningsledningen 9a, 9b som ansluter till inloppsröret 4 ofta benämnas laddluftrör eftersom luften däri då både har passerat en överladdare och en laddluftkylare.

Utloppen 16 är asymmetriskt fördelade längs en omkrets tvärs inkommande lufts rörelseriktning. Syftet med fördela utloppen i Iängdriktningen och asymmetriskt längs utloppsdelens mantelyta är att förbättra inblandning av de àtercirkulerade avgaserna i den inkommande luften.

Utloppen 16 är asymmetriskt fördelade på sådant sätt att de flesta utloppen (största totala ytan för utloppen) är vända bort från den sida av inloppsröret 4 där anslutningskanaler till förbränningsmotorns respektive cylindrar är belägna. I figurerna 3-7 är motorns cylindrar belägna på den vänstra eller bortre sidan av inloppsröret 4.

Enligt en utföringsform är utloppen 16 asymmetriskt fördelade längs omkretsen genom att de flesta utloppen är belägna längs halva omkretsen. Den asymmetriska fördelningen syns tydligt i figur 7 där utloppen kan ses anordnade på den högra sidan av utloppsdelen 7. Att de flesta utloppen är anordnande längs halva omkretsen innebär företrädesvis att fler än 75 % av utloppen är anordnade där. Utloppen är utformade som runda hål av samma storlek vilket på motsvarande sätt medför att även den totala ytan för utloppen är störst på ena sida av utloppsdelen.

Enligt en utföringsform befinner sig änddelen 18 på utloppsdelen 14, dvs. yttersta änden av utloppsdelen, ett förutbestämt avstånd L utanför inloppsrörets 4 inloppsände 8. Änddelen bör inte sticka för långt utanför inloppsrörets inloppsändar eftersom den då kan påverka möjligheten att montera anslutningsledningarna 9a, 9b. Det förutbestämda avståndet ligger företrädesvis i intervallet 40-60 mm, till exempel ca 50 mm. 10 15 20 25 30 536 919 För samtliga utföringsformer gäller att nämnda utloppsdel 14 kan var ett väsentligen cirkulärcylindriskt rör och att utloppen 16 är anordnade i väggen av röret. Naturligtvis är andra tvärsnittsformer möjliga inom ramen för uppfinningstanken, exempelvis ett elliptiskt tvärsnitt, ett kvadratiskt eller rektangulärt tvärsnitt. Änddelen 18 av utloppsdelen 14 är företrädesvis slutet, dvs. det finns inga utlopp där. Antalet utlopp är som flest ca 50 och den sammanlagda arean för utloppen 16 överensstämmer väsentligen med tvärsnittsarean för EGR- injektorns 10 injektorinloppsände 20 (se figur 1).

Enligt en utföringsform är utloppen 16 väsentligen cirkulära, men att andra former även är möjliga, till exempel långsträckta utlopp. I fallet med cirkulärt formade utlopp har de en diameter i storleksordningen 5-6 mm.

Enligt en utföringsform är EGR-injektorn 10 en separat enhet försedd med en fästkrage 21, se t.ex. figur 6 och 7 vid injektorinloppsänden 20. Fästkragen 21 är företrädesvis fäst på utsidan av inloppsröret 4 och är vidare anslutet till EGR- ledningen 22 som för de återcirkulerande avgaserna 12 till inloppsröret 4.

Alternativt utgör EGR-injektorn 10 en integrerad del av nämnda EGR-ledning 22.

EGR-injektorn är företrädesvis tillverkad av rostfritt stål.

Vidare mäste inloppsröret 4 vara försedd med en öppning 23 (se t.ex. figurerna 1, 8 och 9) i en vägg där EGR-injektorn monteras och genom vilken öppning EGR- injektorn för in de återcirkulerande avgaserna 12 i inloppsröret 4. Öppningen 23 kan vara belägen längs en längsgående mittaxel A1 (se figurerna 8 och 9) för inloppsröret 4. Det kan emellertid ibland vara konstruktionsmässigt fördelaktigt att låta öppningen 23 ligga förskjuten till mittaxeln A1. För att fördela de återcirkulerade avgaserna så effektivt som möjligt i den inkommande luften är det önskvärt att utloppsdelen 14 befinner sig så nära mitten av inloppsröret 4 som möjligt. I de utföringsformer som schematiskt visas i figurerna 8 och 9 ges två 10 15 20 25 30 536 919 exempel på hur detta kan åstadkommas då öppningen 23 är förskjuten i förhållande till A1.

I figur 8 visas en utföringsform där den längsgående mittaxeln A2 för utloppsdelen 14 uppvisar en vinkel i förhållande till axeln A1 . Vinkeln mellan A1 och A2 är företrädesvis mindre än 20°. Därigenom kommer utloppen att vara optimalt placerade för att åstadkomma en effektiv fördelning av de återförda avgaserna. Även i figur 7 syns tydligt att utloppsdelen 14 är vinklad i förhållande till inloppsrörets 4 längdaxel A1.

I figur 9 visas en utföringsform där istället EGR-injektorn vinklats så att den längsgående axeln för utloppsdelen 14 väsentligen överensstämmer med A1.

Figur 3 är en perspektivvy som illustrerar ett inloppsrör 4 i ett EGR-system 2 enligt föreliggande uppfinning. I figuren visas två alternativa anslutningsledningar 9a, 9b anslutna till inloppsröret 4, motsvarande vad som visas i figurerna 1a och 1b.

Figur 4 är en perspektivvy som illustrerar ett inloppsrör 4 i ett EGR-system enligt föreliggande uppfinning. Här har anslutningsledningen tagits bort för att illustrera hur EGR-injektorn och dess utloppsdel 14 är anordnad och orienterad i förhållande till inloppsröret 4. Även figur 5 är en perspektiwy sett från inloppsänden av ett inloppsrör 4 med ett EGR-system enligt föreliggande uppfinning där anslutningsledningen tagits bort.

Här visas bland annat en variant av utloppsdelen där utloppsänden 18 är sluten.

Figur 6 är en vy från sidan av en del av inloppsröret med ett EGR-system enligt föreliggande uppfinning där anslutningsledningen tagits bort. I denna figur visas bland annat fästkragen 21 som används för att fästa EGR-injektorn 21 vid inloppsröret 4 enligt en utföringsform. 10 15 20 25 30 536 919 Figur 7 är en perspektivvy snett uppifrån av en del av inloppsröret som visar EGR- systemet enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning, vilken utföringsform även diskuterats i anslutning till figur 8.

Med hänvisning till flödesschemat i figur 2 kommer nu en metod för återcirkulering av avgaser i ett återcirkulerande avgassystem (EGR-system) att beskrivas. EGR- systemet 2 överensstämmer med det ovan beskrivna och innefattar således ett inloppsrör 4 för inkommande luft 6 avsedd att tillföras cylindrarna för en förbränningsmotor, där inloppsröret 4 uppvisar en inloppsände 8. EGR-systemet 2 innefattar vidare en EGR-injektor 10 för tillförsel av återcirkulerande avgaser 12 till den inkommande luften 6 och anpassad att anordnas i nämnda inloppsrör 4 i anslutning till nämnda inloppsände 8, och att EGR-injektorn 10 innefattar en utloppsdel 14 innefattande åtminstone ett utlopp 16 för fördelad tillförsel av avgaser 12 och en änddel 18, och att utloppsdelen 14 är anpassad att föra återcirkulerande avgaser 12 i en riktning väsentligen motriktad riktningen för inkommande luft 6 i inloppsröret 4.

Metoden enligt uppfinningen innefattar att: att tillföra avgaserna 12 till inloppsluften 6 utanför inloppsröret 4 genom att utloppsdelen 14 utsträcker sig utanför inloppsröret 4 att tillföra avgaserna 12 till inloppsluften 6 via ett flertal utlopp 16 fördelade i utloppsdelens 14 längdriktning, och att tillföra avgaserna 12 till inloppsluften 6 via ett flertal asymmetriskt fördelade utlopp 16 fördelade längs utloppsdelens 14 omkrets.

Det nämnda flertalet utlopp är asymmetriskt fördelade längs omkretsen genom att de flesta utlopp är belägna längs halva omkretsen. Företrädesvis innebär de flesta utlopp att fler än 75 % av utloppen är placerade längs halva omkretsen.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan beskrivna föredragna utföringsformer. Olika alternativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. 10 536 919 Utföringsformerna ovan skall därför inte betraktas som begränsande uppfinningens skyddsomfång vilket definieras av de bifogade patentkraven. 11

Claims (11)

10 15 20 25 30 536 919 Patentkrav

1. Anordning för återcirkulering av avgaser vid en förbränningsmotor innefattande ett inloppsrör (4), avsett att tillföra förbränningsmotorns cylindrar inkommande luft (6) vilket inloppsrör (4) uppvisar en inloppsände (8), och en EGR-injektor (10) för återcirkulering av avgaser (12) från förbränningsmotorn till den inkommande luften (6) och anordnad i inloppsröret (4) i anslutning till inloppsänden (8) av inloppsröret (4), varvid EGR-injektorn (10) innefattar en utloppsdel (14) innefattande ett flertal utlopp (16) för fördelad tillförsel av avgaser (12) till den inkommande luften (6), varvid utloppsdelen (14) är anordnad i en riktning som är väsentligen motriktad riktningen för inkommande luft (6) i inloppsröret (4), varvid inloppsröret (4) utefter en sida är utformat med anslutningar till förbränningsmotorns respektive cylindrar, k ä n n e t e c k n a d a v att utloppsdelen (14) är anordnad utanför inloppsröret (4), att utloppen (16) är fördelade i utloppsdelens (14) längdriktning, och att utloppen (16) är asymmetriskt fördelade längs utloppsdelens (14) omkrets på sådant sätt att de flesta utloppen (16) är vända bort från den sida av inloppsröret (4) där anslutningama till förbränningsmotorns cylindrar är belägna.

2. Anordning enligt krav 1, varvid nämnda flertal utlopp (16) är asymmetriskt fördelade längs utloppsdelens (14) omkrets genom att de flesta utloppen (16) är belägna inom ett område som begränsas av halva dess omkrets.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, varvid nämnda flesta utlopp innebär fler än 75 %.

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, varvid en änddel (18) på utloppsdelen (14) befinner sig ett förutbestämt avstånd L utanför inloppsrörets inloppsände (8).

5. Anordning enligt krav 4, varvid nämnda förutbestämda avstånd är i intervallet 40-60 mm. 12 10 15 20 25 536 919

6. Anordning enligt något av kraven 1-5, varvid EGR-injektorn (10) innefattar en injektorinloppsände (20), och varvid EGR-injektorn (10) är en separat enhet försedd med en fästkrage vid injektorinloppsänden (20) som fästs på utsidan av inloppsröret (4).

7. Anordning enligt något av kraven 1-5, varvid EGR-injektorn (10) innefattar en injektorinloppsände (20), och varvid EGR-injektorn (10) vid injektorinloppsänden (20) är ansluten till en EGR-ledning (22) som för de återcirkulerande avgaserna (12) till inloppsröret (4) och utgör en integrerad del av EGR-ledningen (22).

8. Anordning enligt något av kraven 6-7, varvid den sammanlagda arean av utloppen (16) överensstämmer väsentligen med tvärsnittsarean för EGR- injektorns (10) injektorinloppsände (20).

9. Anordning enligt något av kraven 1-8, varvid nämnda utloppsdel (14) är ett väsentligen cirkulärcylindriskt rör och att utloppen (16) är anordnade i väggen av röret.

10. Anordning enligt något av kraven 1-9, varvid utloppen (16) är väsentligen cirkulära.

11. Anordning enligt något av kraven 1-10, varvid inloppsröret (4) är försedd med en öppning i en vägg, genom vilken öppning EGR-injektoren för in återcirkulerande avgaser (12) i inloppskanalen (4). 13