SE528621C2 - Arrangemang för återcirkulation av avgaser hos en överladdad förbränningsmotor - Google Patents

Description

528 621 leds till förbränningsmotorn. Den komprimerade lut-ten kyls i laddluñkylaren medelst » omgivande luft som' leds genom laddlufikylaren. Därmed kan den komprimerade luften kylas till en temperatur som endast med ett fåtal grader överstiger omgivningens tem- peratur. De returnerade avgaserna kyls vanligtvis i en EGR-kylare som utnyttjar kyl- vätskan hos förbränningsrnotoms kylsystem som kylmedium. En sådan EGR-kylarehar ' därmed begränsningen att avgaserna inte kan kylas till en lägre temperatur än kyl- vätskans temperatur. De kylda avgaserna har därför i regel en högre temperatur än den kylda komprimerade luften då de blandas i inloppslcdningen till förbränningsmotom; Blandning av avgaser och luft som leds till förbränningsmotom får därmed en högre . temperatur än den komprimerade luft som leds in i en motsvarande överladdad för- bränningsmotor utan återcirkulation av avgaser. En överladdad förbränningsmotor som är utrustad med EGR tillhandahåller därmed en något lägre prestanda än en överladdad förbränningsmotor som inte är utrustad med EGR.

SAlVIMANFATT-NING AV UPPFlNNlNGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett arrangemang som tillhan- dahåller en återcirktilation av avgaser hos en törbränningsmotor där returledningen kan _ ges en väsentligen minimal längd och arrangemanget som helhet göras kompakt och föga platskrävande. Ett annat syfte är att tillhandahålla ett arrangemang som tillhanda- håller en återcirktilation av avgaser hos en överladdad förbränningsmotor där återcir- kulationen av avgaser inte resulterar i att förbränningsmotorns prestanda blir lägre än hos en motsvarande förbränningsmotor utan återcirkulation av avgaser.

' Dessa syfien möjliggörs med arrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kännetecknas av det särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Den komprimerade lufien i inloppslcdningen utgör en befintlig kylmediekälla som är belä- gen i anslutning till förbränningsmotom. EGR-kylaren som utnyttjar denna kylmedie- källa kan därför monteras i omedelbar anslutning till eller på förbränningsmotorn.

Därmed kan returledningen som innefattar en sådan EGR-kylare göras kort och korn- pakt så att avgasema tillhandahåller ett lågt tryckfall då de passerar genom returled- ningen. Ett lågt tryckfall i returledningen är nödvändigt fir att en låg bränsleñrbruk- ning ska kunna erhållas och för att avgasema utan problem ska kunna ledas in i in- loppsledningen och blandas med den komprimerade lufien i inloppslcdningen. Efter- som kompressom redan suger in och transporterar luften i inloppslcdningen behövs i regel inga ytterligare flödesanordningar appliceras i inloppslcdningen för att tillhanda- lm , '25 528 621 hålla ett flöde av lufien genom EGR-kylaren. Det är därför relativt okomplicerai att anordna en sådan EGR-kylare i anslutning till íörbränningsmotom vilken utnyttjar denna redan befintliga lufiströmmen i inloppsledníngen nedströms kompressorn töratt kyla avgaserna i returledningen Den komprimerade luñen i inloppsledningen kan dock ha' en temperatur upp till 290'C. Den komprimerade luftens temperatur är dock avse- värt lägre än avgasemas temperatur som kan vara runt 600-700°C. Därmed kan den i komprimerade luften i inloppsledningen utnyttjas i en EGR-kylare för att kyla avgaser- na i ett första steg. “ Enligt en föredragen uttöringsform av föreliggande uppfinning innefattar arrange- _ manget en andra EGR-kylare som är inrättad att kyla de återcirkulerande avgasernai ' returledningen i ett andra steg efier att de kylts i den första EGR-kylaren. Det är själv- _ fallet inte tillräckligt att enbart kyla avgasema i en törsta EGR-kylare medelst den komprimerade luften då den har en så pass hög temperatur. De återcirkulerande avga- sema är med fördel inrättade att i den andra EGR-kylaren kylas av ett medium med omgivningens temperatur. Det är därmed möjligt att med en lämpligt dimensionerad EGR-kylare kyla avgasema till en temperatur i närheten av omgivningens temperatur.

Enligt en annan föredragen utíöringsforrn av föreliggande uppfinning är de återcirkule- _ - rande avgaserna i returledningen är inrättade att kylas i den andra EGR-kylaren av luf- ten i en del av inloppsledningen vilken är belägen uppströms kompressorn. Den andra EGR-kylaren kan därför även monteras i omedelbar anslutning till eller på förbrän- ningsmotorn. Därmed kan returledriingen som innefattar två sådana EGR-kylare göras mycket kort och kompakt så att avgasema tillhandahåller ett mycket lågt tryckfall då de passerar genom returledningen. Med fördel är luften som sugs in i inloppsledningen omgivande luft. Därmed kan luft som har en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur utnyttjas för att kyla avgasema i .den andra EGR-kylaren.

Enligt en annan töredragen uttöringsforrn av uppfinningen innefattar arrangemanget en laddluftkylare, som är inrättad att kyla den komprimerade luften i inloppsledningen till ' törbrånningsmotorn. Den komprimerade luften tillhandahåller en relativt hög tempe- ratur efter kompressionen. Då luften här utnyttjas för att kyla avgaserna tillhandahåller luften en ännu högre temperatur. Den mängd luft som kan tillföras till en överladdad törbränningsmotor beror på luftens tryck och temperatur. För att tillföra en så stor mängd lufi som möjligt till iörbränningsmotom erfordras att den komprimerade lufien tillhandahåller en effektiv kylning i laddlufikylaren innan den leds in i förbränninge- ml v35 528 621 motorn. Med fördel är den komprimerade luften inrättad att kylas i laddlufikylaren av ett medium med omgivningens temperatur. Därmed kan den komprimerade luften ky- las till en temperatur som endast med ett fåtal grader överstiger omgivningens tempe- ratur. F öreträdesvis är nämnda medium omgivande luft. Omgivande luft är lämplig att utnyttja då sådan alltid finns till hands och lätt kan fås att strömma genom laddluftlqla- .

ICII.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen år laddluftkylaren och en kylare för förbränningsmotorns kylsystem monterade i ett gemensamt område som genomströmmas av omgivande lufi. Ett sådant område kan vara vid ett frontparti hos ett fordon som drivs av nämnda förbrämiingsmotor. Här kan en gemensam kylarfläkt utnyttjas för att cirkulera omgivande lufi genom både laddlufikylaren och kylaren. Fö- reträdesvis är laddluftlqlaren monterad uppströms kylaren i nämnda gemensamma området med avseende på luftens strömningsrikming. Därmed strömmar omgivande luft först igenom laddluftkylaren innan den strömmar genom kylaren. I ochmed detta garanteras att den komprimerade luften kyls av lufi med omgivningens temperatur, vilket möjliggör en kylning av den komprimerade luflen till en temperatur i närheten av omgivningens temperatur. Den omgivande luft som strömmar genom kylaren får därmed en något högre temperatur. Denna temperatur är dock tillräcklig för att kyl- vätskan ska tillhandahålla en effektiv kylning i kylaren.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN I det ñljande beskrivs, såsom exempel, en föredragen utföringsfonn av uppfinningen med hänvisning till bifogad ritning, på vilken: Fig. 1 visar ett arrangemang för återcirktllatíon av avgaser hos en överladdad diesel- motor. “ . DETALIERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar ett arrangemang för åter-cirkulation av avgaserna hos en överladdad för- bränningsmotor. Förbränningsmotom är här en dieselmotor l. En sådan âtereirkulation benämns vanligtvis EGR (Exhaust Gas Recireulation). Medelst en inblandning av avÅ gaser i den komprimerade luft som leds till motoms cylindrar sänks förhränningstem- Ut :NJ CO peraturen och därmed även halten av kväveoxider (N OX) som bildas under förbrän- ningsprocesserna. Dieselrnotorn I kan vara avsedd som drivmotor för ett tyngre for- - i don Avgasema fi-án dieselmotoms 1 cylindrar leds, via en avgassamlare 2, till en av- gasledning 3. Avgaserna i avgasledningen 3, som har ett övertryck, leds till en turbin 4_.V Turbinen 4 tillhandahåller därvid en drivkrañ, som överförs, via en iörbindning, till en _ kompressor S. Kompressorn 5 suger, via ett luftfilter 6, in omgivande luft i en första del 7a av en inloppsledning 7. Luften komprimeras av kompressorn 5 så att den erhål- 1 ler ett övertryck och en relativt hög temperatur. Nedströms kompressorn 5 leds den komprimerade luften igenom en andra del 7b av inloppsledningen. En laddlufilcylare 8 är anordnad i den andra delen av inloppsledningen 7b för att kyla den komprimerade luften. Den komprimerade luften kyls i laddluftkylaren 8 medelst omgivande luft som strömmar genom laddlufikylaren 8 medelst en kylarflälct 9. Kylarfläkten 9 drivs av dieselmotorn 1 medelst en lämplig iörbindning. ' Ett arrangemang för att tillhandahålla en átercirkulatíon av en del av 'avgaserna i av- W gasledningen 3 innefattar en returledning 10 .som sträcker sig mellan avgasledningen 3 och en tredje del 7c av inloppsledningen 7. Returledningen 10 innefattar en EGR-ventil 1 I, med vilken avgasflödet i returledningen 10, vid behov, kan stängas av. EGR- » ventilen 11 kan även användas för att styra den mängd avgaser som leds från avgasled- ningen 3, via returledningen 10, till den tredje delen 7c av inloppsledningen. En styr- enheten 12 är inrättad att styra EGR-ventilen 11 med information om dieselmotorns 1 aktuella drifistillstånd. Styrenheten 12 kan vara en datorenhet som är försedd med en lämplig mjukvara. Returledningen 10 innefattar en första EGR-kylare 13a i vilken av- gaserna kyls i ett första steg och en andra EGR-kylare l3b i vilken avgaserna kyls i ett andra steg. Hos överladdade dieselmotorer 1 är, under vissa drifistillstând, avgasernas tryck i avgasledningen 3 lägre än den komprimerade luftens tryck i den andra delen 7b av inloppsledningen. Under sådana dfifistillstårid är det inte möjligt att direkt blanda avgaserna i returledningen 10 med den komprimerade luften från den andra delen 7b av inloppsledningen utan speciella hjälpmedel. Härvid kan, exempelvis, en venturi 14 användas. Om törbriänningsmotom istället är en överladdad- ottomotor kan avgasemai returledningen 10 i regel direkt blandas med luften från i den andra delen 7b av in- loppsledningen då avgasernai avgasledningen 3 hos en ottomotor väsentligen under alla driftstillstând uppvisar ett högre tryck än den komprimerade luften i den andra delen 7b av inloppsledningen. Efter att avgaserna blandats med den komprimerad luft från den andra delen 7b av inloppsledningen leds blandningen, via den tredje delen 7e av inloppsledningen och en törgrening 15, till dieselmotorns 1 respektive cylindrar. '15 Dieselmotom 1 kyls på ett konventionellt sätt medelst ett kylsystem-med en kylvätska som cirkuleras medelst en kylvätskepump 16. Kylsystemet innefattar även en termostat 17 och en kylare 18. Kylaren 18 är placerad bakom laddlufrkylaren 8 i det första områ- det A som genomströmrnas av omgivande luft. Under drifi av dieselmotom 1 driver avgasernali avgasledníngen 3 turbin 4 innan de leds ut till omgivningen, Turbinen 4 tillhandahåller därvid en drivkraft, som driver kompressom _5. Kompressom 5 kom- primerar därvid den omgivande luiti den första delen 7a av inloppsledningen. Den i komprimeradelufien i den andra delen 7b av inloppsledningen kyls av omgivande luñ som strömmar genom laddluftkylaren 8. Den komprimerade luften i laddluftkylaren 8 e i kyls därmed till en temperatur som överstiger omgivningens temperatur med endast. ett fåtal grader.

Styrenheten 12 håller, under de flesta av dieselmotor-ns 1 driftsiillstånd, EGR-ventilen 11 öppen så att en del av avgasernai avgasledningen 3 leds in i returledningen 10. Av- gaserna i avgasledningen 3 har en temperatur. av cirka 600 - 700° C. Då avgaserna i returledningen l0=1eds in i den första EGR-kylaren l3a tillhandahåller de en kylning av luften i den andra delen 7b av inloppsledningen. Den första EGR-kylaren 13a har dock begränsningen att den optimalt kan kyla avgaserna till den komprimerade luftens tem- peratur. Den komprimerade luftens temperatur kan vara upp till 290° C. Avgasernas tillhandahåller dock med tördel en relativt stor temperatursânkning i den första EGR- kylaren l3a så att de erhåller en temperatur av cirka 300° C då de lämnar den första EGR-kylaren 13a. Den mängd komprimerad lufi och avgaser som kan tillföras till dieselmotorn 1 beror på luftens och avgasemas tryck och temperatur. Det är därför viktigt att tillhandahålla en ytterligare kylning av de återcirklilerande avgaserna. Avga- serna kyls därför i ett andra steg i den andra EGR-kylaren l3b av luften i den första i delen 7a av inloppsledningen innan den komprimeras av kompressom 5. Luften i den ñrsta delen 7a av inloppsledningen har väsentligen omgivningens temperatur. Genom en lämplig dimensionering av den andra EGR-kylaren l3b kyls avgasemai ett andra i steg ner till en temperatur som endast med ett fåtal grader överstiger omgivningens temperatur. Den strömmande luften i inloppsledningen utgör en befintlig kylrnediekälla som är belägen i anslutning till förbränningsmotorn 1. Den första EGR-kylaren 13a och den andra EGR-kylaren l3b kan därmed monteras i omedelbar anslutning till eller på törbränningsmotorn 1. Därmed kan retur-ledningen 10 göras mycket kort och kompakt så att avgaserna tillhandahåller ett lågt tryckfall i rettirledningen 10. Ett lågt tryckfall i returledningen 10 är nödvändigt för att en låg bränsleförbrukning ska kunna erhållas ' C51 PJ) CO och för att avgaserna utan problem ska kunna ledas in i inloppsledningen 10 och blan- ' das med den komprimerade luften från den andra delen 7b av inloppsledningen.

Laddlufilcylaren 8 och kylsystemets kylare 18 är således placerade i ett gemensamt om- råde A som genomströmmas av omgivande luñ. Området A kan vara ett område vid ett frontparti hos ett fordon som drivs av förbränningsmotorn 1. Laddlufikylaren 8 är' monterad framñr kylaren 18 så att den garanterat genomströmmas och kyls av luft « med omgivningens temperatur. Med en lärnplig dimensionering av laddluftkylaren 8 kan således luften i laddluñkylaren 18 kylas till en temperatur i närheten av omgiv- ningens temperatur. Den luft som kyler kylvätskan i kylaren 18 får-därmed 'en något I högre temperatur än omgivningen. Luften har dock en temperatur som i regel är firllt tillräcklig för att kyla kylvätskan i kylaren 18 då det inte är nödvändigt att kylvätskan i _ _ kylaren 18 kyls ner till en temperatur i nivå med omgivningens temperatur. Luften i _ ínloppsledningen utnyttjas således för att kyla avgaserna i den första EGR-kylaren '13a och den andra EGR-kylaren 13b. Luften i inloppslednirigen tillhandahåller därför en förhöjd temperatur innan den når laddlufikylaren. Laddluftkylaren 8 erfordrar därför en _ något förhöjd kapacitet rör att kurma kyla bort denna extra värme.

Hos överlarldade dieselmotorer 1 är under vissa drifistíllstånd avgasernas tryck i av- gasledningen 3 således lägre än den komprimerade lufiens tryck från den andra delen 7b av inloppsledningen. Medelst exempelvis nämnda venturi 14 kan det statiska tryck- et från den andra delen 7b av ínloppsledningen lokalt sänkas, vid anslutningen till re- ~ turledningen 10, så att avgaserna kan ledas in och blandas med den komprimerade luf- ten i den tredje delen 7c av inloppsledningen. Blandningen av avgasema och den kom- primerade luften leds därefter, via törgreningen 15, till dieselmotoms l respektive cy- lindrar. En dieselmotor 1 som är utrustad med EGR kan med en sådan kylning i två steg i EGR-kylarna 13a, b tillhandahålla en temperatur av de återcirkulerande avgaser- I na vilken väsentligen motsvarar temperaturen hos den komprimerade lufien efter att den kylts i laddluflkylaren 8. Därmed tillhandahåller blandningen av avgaser och kom- i primer-ad lufi som leds till diesehnotom 1 en väsentligen motsvarande temperatur som temperaturen hos den komprimerade lufien som leds till en dieselmotor utan EGR.

Med föreliggande uppfirming kan således en dieselmotor som är utrustad med EGR tillhandahålla en väsentligen motsvarande prestanda som en dieselmotor som inte är utrustad med EGR. uppfinningen a; pa inte: sm begränsad :in de pa :aningen beskfim uuzsfingsformema utan kan varieràs fritt inom patentkravens ramar.

Claims (10)

10 115 20 25 30 528 621 Patentkrav

1. l. Arrangemang för áteroírkiilation av avgaser hos en överladdadförbränningsmotor (l), varvid arrangemanget innefattar en avgasledning (3) som är avsedd att leda ut av- gaser firán törbränningsmotom (1), en inloppsledning (7) som är avsedd att leda lufi till förbränningsrnotorn (1), en kompressor (5) som är inrättad att komprimerat luften i in- loppsledningen (7) till ett övertryck, och en returledning (10), som förbinder avgasled- ningen (3) med inloppsledningen (7) så att det,'via rettirledníngen (10), möjligt att - _' âtercirkulera avgaser fiån avgasledningen (3) till inloppsledningen (7), att arrangemanget innefattar en första EGR-kylare (13a), i vilken de återcirkulerande avgaserna i returledningen (10) kyls av luften i en del (7b) av inloppsledningen (7) vilken är belägen nedströms kompressom (5) med avseende på luftens strömningsrikt- ning i inloppsledningen (7).

2. “ 2. Arrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att arrangemanget innefattar en andra EGR-kylare (13b) som är inrättad att kyla de âtercirkirlerande avgaserna i returledning- t en (10) i ett andra steg efter att de kylts i den första EGR-kylaren (l Bb).

3. Arrangemang enligt krav 2, kännetecknat av att de återcirkulerande avgaserna är inrättade att kylas av ett medium med omgivningens temperatur i den andra EGR- kylaren (1 Bb). ~

4. Arrangemang enligt krav 2 eller 3, kännetecknat av att de återcirkulerande avgaserna i returledningen (10) är inrättade' att kylas i den andra EGR-kylaren (13b) av luften i en del (7a) av inloppsledningen (7 ) vilken är belägen uppströms -kompressom (5) med avseende på lufiens strömningsrikming i inloppsledningen (7).

5. Arrangemang enligt något av föregående krav, l_<_@etecknat av att luften som sugs in i inlopps1edningen(7) är omgivande lufi. i .

6. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att arrangemanget i innefattar en laddluftkylare (8), som är inrättad att kyla den komprimerade luften i in- - loppsledningen (7). i 10 15' LT! E* 'ca 110*

7. Arrangemang enligt krav 6, känneteeknat av att den komprimerade luften i inlopps- ledningen (7) är inrättad att kylas i laddlufikylaren (8) av ett medium med omgivning- i ens temperatur.

8. Arrangemang enligt krav 7, kännetecknat av att nämnda medium är omgivande lufi.

9.» Arrangemang enligt krav 8, .kännetecknat av att laddluftkylaren (8) och en kylare ' (18) för ñrbränningsmotorns kylsystem är monterade i ett gemensamt område (A) som genomströmtnas av omgivande luft.

10. Arrangemang enligt krav 9, känneteclcnat av att laddlufilcylaren (8) är monterad uppströms kylaren (18) i nämnda gemensamma området (A) med avseende på den om- _ givande luftens strömningsrikming.