SE506515C2 - Överladdad förbränningsmotor, förträdesvis av dieseltyp, försedd med en anordning för avgasåterföring - Google Patents

Description

506 515 styrs i beroende av motorpararnetrar. I detta fall uppvisar avgassystemet en relativt stor volym, vilket medför de ovan påtalade nackdelama vad avser motorns respons.

Generellt för de båda kända lösningarna gäller dessutom att det ställs höga krav på den turbin och den kompressor som ombesörjer avgasåterföringen. Närnnda komponenter utsätts för hårda påfrestningar avseende tryck och temperatur och detta reducerar möjligheten att skapa tillräcklig Smörjning för att klara god livslängd hos komponenterna och tillräcklig täthet för att förhindra att olja inte tillförs avgassystemet på sätt som äventyrar motorns förmåga att klara uppställda ernissionskrav.

Uppñnningens syfte Föreliggande uppfinning har till uppgift att åstadkomma en ingressvis angiven förbränningsmotor som reducerar de ovannämnda nackdelarna vid den kända tekniken.

Kraven på de komponenter som ombesötjer avgasåterföringen skall minska så att den slutliga lösningen blir ekonomiskt konkurrenskraftig. En väsentlig uppgift är att under dessa förutsättningar förhindra att smörjolja läcker ut i avgassystemet under inverkan av motorns överladdningstryck.

Detta åstadkoms genom vad som anges i patentkravets l kärmetecknande del. Genom förekomsten av ventiler som styr flödet genom avgasåterföringsledningen såväl nedströms som uppströms om kompressom samt en ventil som styr avgasflödet till den turbin som driver den kompressor som driver avgasåterföringen och den angivna styrningen av dessa ventiler möjliggörs en enklare och tillförlitligare lösning av den anordning som ombesörjer avgasåterföringen. Vidare säkerställs vid stängda ventiler att kompressom ej utsätts för motoms överladdningstryck och att därmed smörjolja riskerar att läcka ut i avgassystemet. Dessutom kommer vid stängda ventiler både motoms inloppsystem och avgassystem att uppvisa små volymer varigenom de fördelar detta medför kan utnyttjas till fullo.

Vid en fördelaktig utföringsforrn är en av ventilema i avgasåterföringsledningen belägen uppströms och invid en kylare för de återförda avgaserna. Kylaren är i sin tur belägen uppströms kompressom vilket tillsammans möjliggör ett relativt svalt läge för ventilen 506 515 samtidigt som den döda volym i den första ledningen som ska fyllas innan turbinen börjar arbeta minimeras. Detta reducerar reaktionstiderna i avgasåterföringssystemet. Övriga uppfinningen utmärkande särdrag framgår av efterföljande patentkrav och nedanstående beskrivning av en uppfmningen utmärkande utföringsform. Beskrivningen görs med hänvisning till bifogad figur .

Figurförteckning Fig. 1 visar schematiskt ett uppñnningsenligt system för avgasåterföring vid en turboladdad dieselmotor.

Beskrivning av ett utföringsexemgl I figuren 1 visas en turboöverladdad förbränningsmotor 1, företrädesvis av dieseltyp.

Uppñnningen har sin tillämpning även på andra typer av motorer, där avgasåterföring försvåras på grund av att inloppstrycket är högre än avgastrycket vid de driftfall då avgasåterledning önskas.

Motorns överladdning åstadkoms med ett första turboaggregat, fortsättningsvis benämnt överladdaraggregat 9, där en av avgasema driven turbin 4, härefter benämnd överladdarturbin, driver en kompressor 5, härefter benämnd överladdarkompressor. Överladdarturbinen 4 och - kompressorn 5 är rotationsfast kopplade på en gemensam drivaxel 28. I figuren är inloppsluftens flöde markerade med heldragna flödespilar medan avgasflödet markerats med streckprickade flödespilar.

Avgasema från fórbränningsmotom samlas upp i en avgassamlare 3,3 ', vilken här är delad i två separata grenar 3 respektive 3", vilka ansluter till överladdarturbinens 4 inlopp. Överladdarturbinen 4 är på konventionellt sätt försedd med så kallad delad inloppssnäcka för att avgaspulser från den ena motorcylindergruppen ej skall störa renspolningen av cylindrama i den andra gruppen. I detta exempel används avgassamlaren 3,3' för att beteckna alla de komponenter såsom grenrör, rörledningar och liknande som ingår i motorns avgassystem för att leda avgasema från cylindrarna 8 till 506 515 överladdarturbinen 4. Nedströms överladdarturbinen 4 är vidare belägen en avgasbroms 50 här av typen spjällventil.

Förbränningsmotorns inloppsluftfördelningsrör 2 överför på sedvanligt sätt den i överladdarkompressom 5 trycksatta luften till motorns cylindrar 8. Likaså på i och för sig känt sätt är nedströms överladdarkompressom 5 men uppströms inloppsluftfördelningsröret 2 en laddluftkylare 11 anordnad. Vidare förses på konventionellt sätt överladdarkompressorns 5 inloppssida med filtrerad luft 41.

Ett andra turboaggregat 10, härefter benänmt EGR-aggregat, är anordnat på sådant sätt att dess turbin 6, härefter benänmd EGR-turbin, kan tilledas ett första delavgasflöde 21 i en avgaskanal 27 från avgassarnlaren 3,3 '. Avgaskanalen 27 medför därmed en parallell inkoppling av EGR-turbinen 6 relativt överladdarturbinen 4. Delavgasflödet 21 som leds i avgaskanalen 27 leds sålunda förbi överladdarturbinen 4. Efter att ha passerat EGR- turbinen 6 leds delavgasflödet 21 i avgaskanalen 27 till en sarnmankopplingspunkt 23 där avgaser som passerat överladdarturbinen 4 blandas med det första delavgasflödet 21 för vidareledning i förbränningsmotorns avgassystem till sedvanliga ljuddämpare och eventuella avgasreningsutrustningar (icke visade).

EGR-turbinen 6 är kopplad rotationsfast på en gemensam axel 29 till en kompressor 7, härefter benämnd EGR-kompressor, för drivning av densamma. EGR-kompressorn 7 är avsedd att mottaga och trycksätta ett andra delavgasflöde 22, som är skilt från det första delavgasflödet 21, innan det återledes till motoms inloppsluftfördelningsrör 2. EGR- kompressom 7 är anordnad i en avgasåterledningskanal 20, som förbinder avgassarnlaren 3,3' med inloppsluftfördelningsröret 2.

Regleringen av EGR-aggregatet 10 sker genom tre reglerventiler 15, 16, 17 , av vilka ventilen 15 styr det första delavgasflödet 21 genom EGR-turbinen 6 samt ventilema 16 och 17 det andra delavgasflödet 22 genom EGR-kompressom 7.

Ventilerna 15, 16 och 17 innefattar reglerdon 24, 30, 31 som styr ventilernas öppníngsgrad inklusive stängning på i och för sig känt sätt i beroende av signaler från en styrenhet 32 för ett elektroniskt styrsystem för motom. Styrenheten 32 reglerar reglerdonen och därmed ventilema 15 - 17 i beroende av detekterade motorparametrar 506 515 såsom motorvarvtal, motortemperatur samt laddlufttryck, vilka tillsammans representerar motoms driftstillstånd. Parametrarna detekteras av styrenheten 32 genom på motom anordnade givare 33,34 respektive 35. Vidare kan en flödesgivare 42, exempelvis innefattande en venturimätare, i ledningen 20 nedströms EGR-kompressom 7 ge signal representerande överförd EGR-mängd till styrenheten 32. Denna signal liksom signaler representativa för de aktuella motorparametrama erhåller styrenheten 32 via insignalledningarna 39. I beroende därav reglerar styrenheten 32 reglerdonen med signaler på prickmarkerade reglerledníngarna 38. Styrenheten 32 suörnförsörjes av ett batteri 43.

De till inloppssidan återledda avgaserna genom ledningen 20 konditioneras genom en kylare 12 anordnad i ledningen 20 uppströms EGR-kompressom 7, sett i det återledda delavgasflödets riktning. Denna placering medför att EGR-kompressorstegets höjning av temperaturen på de återledda avgaserna kan kompenseras med en motsvarande sänkning ikylaren 12.

I driftstillstånd där motorn utsätts för hög belastning ger åtminstone en av givama insignal till styrenheten vilken representerar högt laddtryck. Samtidigt uppstår högt tryck i avloppssystemet vilket i viss mån kompenserar för det höga laddtrycket när avgaser ska tillföras inloppet via ledningen 20. Vid hög motorbelastning ñnns krav på att kunna återföra avgaser till inloppssidan för att därigenom kunna minska avgasemissionerna.

Avgaser önskar man tillföra inloppsluften för att förbränningen inne i motorns cylindrar av den däri insprutade bränslemängden ska kunna ske vid en lägre temperatur än vad som armars skulle blivit fallet. Därigenom reduceras effektivt bildningen av kväveoxider, vilka är en av de avgasföroreningskomponenter som är mest angelägna att minska.

Med andra ord kommer vid hög motorbelastning ventilema 15 -17 att vara öppna för att möjliggöra största möjliga EGR.

I fall av ingen EGR vilket sker exempelvis när motorn har låg belastning kommer ingen av ventilema 15 och 17 att vara öppna. Detta innebär att om ventilen 16 skulle vara 506 515 öppen kommer inloppstrycket att utsätta EGR-kompressom 7 för ett relativt högt tryck via ledningen 20 nedströms EGR-kompressom 7.

Inte heller sker någon EGR när motom avgasbromsar dvs när avgasbromsventílen 50 stryper avgasflödet nedströms överladdarturbinen 4. Genom att ledningen 27 mynnar nedströms avgasbromsen 40 så undviks en stor tryckdifferens över EGR-turbinen 6 och därmed även att EGR-turboaggregatet utsätts för risk att dess smörjolja pressas ut från dess lagringar av avgastrycket med sämre Smörjning som följd.

Genom att konstruera det styrprogram som via styrenheten 32 styr utsignalema till ventilemas 15 - 17 styrdon så att dessa öppnar och stänger ventilema 15 - 17 íberoende av motorns driftstillstånd på sätt som ovan angivits kan sålunda påfrestningarna på EGR turboaggregatet väsentligt sänkas.

Claims (4)

10 15 20 25 30 506 515 Patentkrav

1. Överladdad förbränningsmotor, företrädesvis av Dieseltyp, försedd med en anordning för avgasâterföring mellan motoms avloppssystem (3, 3 Ü och dess inloppssystem (2), vilken anordning innefattar en första ledning (20) som förbinder avloppssystemet med inloppssystemet nedströms ett i inloppssystemet befintligt överladdningsaggregat (9), vilken första ledning innefattar en kompressor (7) för drivning av avgaser från motorns avloppssystem till dess inloppssystem, vilken kompressor drivs av en i avloppssystemet befintlig första turbin (6), en första ventil (17) som påverkar gasflödet genom den första ledningen i beroende av parametrar representerande motoms driftstillstånd samt en andra ventil (15) som påverkar gasflödet genom den första turbinen i beroende av parametrar representerande motoms driftstillstånd kännetecknad av att en tredje ventil (16) påverkar gasflödet genom den första ledningen (20) i beroende av parametrar representerande motoms driftstillstånd, att den första ventilen (17) är belägen uppströms kompressom (7) och den tredje ventilen (16) är belägen nedströms kompressom (7) samt att ett styrsystem (32) för motorn avger signaler representerande nämnda motorparametrar, vilka signaler tillser att den första och den tredje ventilen (17, 16) förhindrar gasflöde genom den första ledningen (20) samtidigt som den andra ventilen ( 15) tillåter gasflöde genom den första turbinen (6).

2. Förbränningsmotor enligt patentkravet 1 kännetecknar! av att den första ventilen (17) är belägen uppströms och invid en kylare (12) för gasflödet i den första ledningen (20) medan den tredje ventilen (16) är belägen invid den första ledningens anslutning till motoms inloppsgrenrör.

3. Förbränningsmotor enligt patentkravet 1 eller 2 där motom är försedd med ett överladdningsaggregat av turbotyp (9), vars turbin (4) är parallellkopplad med en andra ledning (27) i vilken den första turbinen (6) ingår kännetecknad av att en avgasbroms (50) är belägen nedströms turboaggregatets turbin (4) sarnt att den andra ledningen (27) ansluter till avloppssystemet nedströms avgasbromsen (50).

4. Förbränningsmotor enligt patentkravet 3 kännetecknad av att den andra ventilen (15) är belägen uppströms den första turbinen (6) och invid dess inlopp.