SE521968C2 - Förfarande och anordning för avgasrecirkulering i en förbränningsmotor jämte dylik motor - Google Patents

Description

_25 'Ü 30 nunn- n n v ø vc q 2 1 9 6 8 šïï* - a' - Det är tidigare känt att utnyttja ett separat överladdnings- aggregat för att åstadkomma den önskade höjningen av avgaser- nas tryck, exempelvis genom WO96/18030 och WO96/18031. En nackdel med dessa lösningar är behovet av det extra överladd- ningsaggregatet eller annat tryckhöjande organ, vilket gör lösningarna både dyrbara och utrymmeskrävande.

Som känd teknik med avseende på föreliggande uppfinning kan nämnas US-A-5 611 203 och US-A-5 611 204, vilka visar hur av- gaser återleds till inloppet vid turboöverladdade dieselmoto- rer genom en i inloppsledningen insatt venturianordning eller en annan typ av ejektor. Systemen enligt dessa skrifter ut- nyttjar det låga statiska trycket, som råder i en viss sektion av ejektoranordningen, till att pumpa in ett EGR-flöde i ladd- ningsluften.

Ett betydande problem, som vidlåder anordningar enligt dessa skrifter är uppkomsten av strömningsförluster i inloppsled- ningen på grund av anordningarnas konfiguration. Som exempel innebär utnyttjande av reglerspjäll i en by-pass-ledning ett tryckfall med resulterande effektförlust för motorn.

UPPFINNINGENS ÅNDAMÅL Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att anvisa en lösning på eller reducering av problemen med den kända tekni- ken. Ett huvudsyfte är således att erhålla en enklare och mer effektiv överföring av EGR-gaserna vid en förbränningsmotor.

Enligt uppfinningen àstadkommes detta vid ett förfarande och en anordning av inledningsvis nämnt slag genom de särdrag som anges i den kännetecknande delen av patentkravet 1 respektive 6. 70093; 00-05-22 ”_ 25 “ißß » n | ; o: 521 968 §Pïïßfiä}:ë«r““ - . ~ | - - a - a - ~ nu Genom uppfinningen möjliggörs att strömningsförlusterna mini- meras eftersom spjäll och liknande regleranordningar blir onö- diga. Vidare kan all inloppsluft utnyttjas för reglerad EGR- pumpning i venturin då ingen by-pass-ledning behöver inrättas.

Detta ger stora fördelar eftersom tryckfallet över venturi- anordningen kan hållas vid ett minimum. Sammantaget blir resultatet bättre motorprestanda.

Genom att strömningspåverkan kan varieras genom inställning av åtminstone ett parti av väggen kan såväl mängd som tidpunkt för àterföringen optimeras. Denna inställning är enkel att åstadkomma och medför en effektiv variation, medförande att EGR-àterföringen enkelt kan optimeras för det rådande drifts- fallet. Inställningen kan företrädesvis styras genom att medelst programmering av motorns ordinarie styrdator infoga en lämplig sekvens, vilken lämpligen arbetar utifrån data erhållna från motorns ordinarie parametersensorer.

Genom att inställningen åstadkommes genom vridning, erhålls ett enkelt kontrollerat rörelsemönster.

Kanalen för inledning av EGR-gaser i venturin kan inrättas mynnande i en fast eller rörlig vägg allt efter vad som är lämpligt vid den specifika installationen.

Det föredrages att venturiväggen har ett sidoordnat urtag, i vilket det inställbara väggpartiet är variabelt införbart. Pâ detta sätt erhålls en enkel konstruktion, och möjliggörs att venturin kan göras i princip urkopplad med resulterande mini- mala tryckfall då det inställbara väggpartiet är helt infört i urtaget. 70093; 00-05-22 »ruin ”_ 25 nu u. u » u w I . g, gg .Q li I I OI I fll I n a. u» .- nn a u »u- u o uu u. u n. o. ou» c nu ~ w u | u v u o o. o u n v 0 I a « a . u n u. n. v... u" Det föredrages vidare att det inställbara väggpartiets upp- strömsparti är utformat för att tillsammans med urtagets anslutande vägg, vid införda lägen av det införbara väggpar- tiet, bilda ett utrymme där i drift en naturlig virvel kan uppkomma och kvarstanna. Detta kan uppnås t.ex. genom att dessa väggdelar bildar ett utrymme med väsentligen liksidigt dvs. triangulärt tvärsnitt, att ytorna innesluter en vinkel av c:a 60°.

Som alternativ kan ett deformerbart membran vara inrättat, vilket överbryggande ansluter det inställbara väggpartiets uppströmsparti till urtagets anslutande vägg. Härigenom erhålls en väsentligen slät väggkonfiguration även vid införda lägen av det inställbara väggpartiet.

Om EGR-kanalens mynning i venturin är riktad väsentligen i inloppsluftens strömningsriktning uppnås att tryckpulser i EGR-kanalen inte reducerar pumpeffekten.

Det föredrages att venturins tvärsnitt är väsentligen rek- tangulärt med reglerbar höjd. Denna geometri ger enkel utform- ning och inställbarhet.

Ytterligare för uppfinningen utmärkande särdrag och fördelar framgår av efterföljande beskrivningsexempel.

RITNINGSBESKRIVNING Uppfinningen exemplifierande utföringsformer ska nu närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 schematiskt visar en utföringsform av uppfinningen i samband med en fyrtakts turboöverladdad dieselmotor, Fig 2 visar mer i detalj en anordning enligt en första ut- föringsform av uppfinningen, och 70093; 00-05-22 L_ 25 u-»ya 521 968 ?fi¥,ïP}fl*“ v ~ u | - f . - n ~ . u Fig 3 visar en anordning enligt en andra utföringsform av uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Fig 1 visar schematiskt en förbränningsmotor 1 av kolvmotortyp med cylindrar anordnade i en rak cylinderbank. Motorn är en fyrtakts dieselmotor avsedd exempelvis för ett tyngre fordon såsom en lastbil eller en buss. Varje cylinder är i respektive cylinderhuvud på konventionellt sätt försedd med åtminstone en inloppsventil för tillförsel av förbränningsluft och åtmin- stone en avgasventil för bortförsel av avgaser från förbrän- ningen. Ett inloppsrör 2 leder inloppsluft till cylindrarna under det att en avgassamlare 3 leder avgaserna från cylind- rarna till turbinen T och sedan vidare till avgasröret.

Vidare är anordnad en överföringskanal 4, som är inrättad att överföra EGR-gaser från cylindrarnas avgassida till deras in- loppssida. Överföringskanalen 4 mynnar i inloppsröret 2 efter en laddluftkylare 5 och före en förgrening till cylindrarna. I överföringsledningen är inrättad en EGR-styrventil 6, med vilken överföringen kan avbrytas och eventuellt i viss mån styras. Överföringskanalen 4 mynnar i en sektion av inloppsledningen, i vilken en venturi 9 är anordnad, och detta på så sätt att flödet av inloppsgaser, vilka trycks fram av kompressorn C, vid passagen av venturin modifieras av denna för alstrandet av ett undertryck eftersom luften vid passage av ett här beläget konvext krökt parti erhåller en hastighetsökning. Enligt upp- finningen inleds EGR-gaserna till nämnda sektion i ett parti i anslutning till venturin där således undertryck råder. Genom utformning av venturin 9, i synnerhet, bl. a. med avseende på krökning och utsträckning i strömningsriktningsled kan till- 70093; 00-05-22 __ 25 ”il 30 o u u - nu .nu uno l ~I I' " ' a o. n. .. u. - s ». u :- u u» n. .a av u u nu.. . _ va. nu. vv II III I P . n u- - n. n I ~ I I P . .x _ _... . . . . . . . . . . . n försäkras att ett adekvat undertryck kan erhållas så att en lämplig mängd EGR-gaser kan överföras. Med S indikeras en styrdator för reglering av venturin som svar pá parameter- signaler från motorn.

I fig 2 visas venturin 9 mer i detalj, varav framgår ett in- ställbart väggparti 10 i maximalt in i ledningen 2 inbringat läge 10' respektive maximalt från ledningen 2 utfört läge 10" från ett urtag 12. EGR-överföringskanalen 4 mynnar ungefär mitt för det parti i venturin 9 där det största undertrycket råder. Det föredrages att kanalen 4 är inrättad i en fast vägg i venturin, men den kan även mynna i det inställbara vägg- partiets 10 ovanyta (ej visat). Det föredrages även att myn- ningen av kanalen 4 i venturin är inriktad i flödesriktningen för att förbättra överföringsförhållandena.

Med ll indikeras en vridaxel, med vilken väggpartiet 9 kan om- ställas för reglering av mängden/andelen inmatade EGR-gaser. I princip gäller att det inbringade läget 10' medför ett större undertryck och större andel inmatade EGR-gaser, under det att det utförda läget 10" medför mindre eller eventuellt ingen som helst andel inmatade EGR-gaser.

Tvärsnittet genom A - A av den visade venturin är rektangu- lärt, vilket betyder att väggpartiets 10 in mot ledningen rik- tade yta är enkelkrökt. Utformningen av denna yta och dess ut- sträckning i längdled och höjdled utprovas och dimensioneras efter motordata och önskade EGR-inblandningsförhållanden.

Urtaget 12 tjänar således för upptagning av väggpartiet 10 i olika återdragna lägen. Det föredras att väggpartiets upp- strömsparti 14 och urtagets 12 anslutande yta 13 i olika åter- dragna lägen bildar ett utrymme med ett tvärsnitt i vilket en 70093; 00-05-22 , æ ”Äw |>,»1 521 968 äfiääfiffgfih a. u» naturlig virvel V kan bildas och kvarstanna i drift. Detta ger en ostörd drift utan oönskade tryckfluktuationer, vilket annars skulle kunna uppträda om instabila virvlar skulle före- komma i detta läge.

Styrning av den mängd avgaser som ska återledas sker medelst styrsystemet S (fig. 1), vilket på i och för sig känt sätt kommunicerar med givare för avkänning av härför lämpliga motorparametrar. För kylning av de överförda EGR-gaserna är (och 3) kylaren 7 inrättad. På fig. 2 framgår även ett ställ- don 17, vilket styrs av styrsystemet S (fig. 1) och kan vara försett med elektriskt, hydrauliskt eller pneumatiskt driven motor.

Fig 3 visar en utföringsvariant, vid vilken det är fäst ett deformerbart membran 15, vilket ger en anslutande kurva mellan väggpartiet 10 och den fasta väggen 16. Membranet kan som exempel vara utfört av fjäderstål.

Venturins 9 utformning kan således varieras efter den aktuella applikationen. Detta gäller även ledningens utformning, men vid den föredragna utföringsformen med en ledning med rektangulärt tvärsnitt, skapas likartade, fördelaktiga ström- ningsförhàllanden över väggpartiets 10 bredd. Rörelsemönstret hos väggpartiet 10 kan vara annorlunda med införande i led- ningen 2 på annat sätt, t. ex. genom förskjutning. Större delar av väggen kan även vara deformerbara än bara membranet .

Inom ramen för uppfinningen ligger att endast vissa av en motors cylindrar bidrar till EGR-återföringen, t. ex. genom den ena banken i en V-motor. 70093; 00-05-22 Uppfinningen har beskrivits mot bakgrund av en överladdad fyr- takts förbränningsmotor, men den är även tillämplig för andra typer av förbränningsmotorer, vid vilka liknande problem respektive förutsättningar råder. 70093; 00-05-22

Claims (16)

10 15 20 25 30 521 968 9 n u non o. Patentkrav:

1. l. Förfarande för avgasrecirkulering (EGR) i en förbrännings- motor (l), varvid EGR-gaser inmatas i motorns inloppsledning (2) för att tillsammans med inloppsluften ledas till motorn, och varvid EGR-gaserna inleds i en sektion av inloppsled- ningen, i vilken är anordnad en för modifiering av inloppsluf- tens strömning avsedd venturi (9), i vilken på grund av ström- ningspàverkan ett reducerat tryck råder, varvid EGR-gaserna inleds i ett parti i venturin där undertryck råder för inmatning av EGR-gaserna, kännetecknat av att åtminstone ett parti av venturins (9) vägg (10) inställes för variation av venturins tvärsektion och därmed för önskad anpassning till rådande driftförhàllanden.

2. Förfarande enligt krav l, kännetecknat av att inställning sker genom vridning av det inställbara väggpartiet (10).

3. Förfarande enligt krav l eller 2, kännetecknat av att EGR- gaserna inleds genom en kanal (4) mynnande i en fast vägg (20) hos venturin (9).

4. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att EGR-gaserna inleds genom en kanal (4) mynnande i det in- ställbara väggpartiet (10).

5. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att EGR-gaserna införs väsentligen i inloppsgasernas ström- ningsriktning (R) i venturin (9).

6. Anordning för avgasrecirkulering (EGR) i en förbrännings- motor (1), innefattande organ för att inmata EGR-gaser i motorns inloppsledning för att tillsammans med inloppsluften 7009313; 01-10-15 10 15 20 25 30 521 968 10 ledas till motorn, organ för att inleda EGR-gaserna i en sek- tion av inloppsledningen, i vilken är anordnad en för modifie- ring av inloppsluftens strömning avsedd venturi (9), i vilken på grund av strömningspàverkan ett reducerat tryck råder, varvid EGR-gaserna är anordnade att inledas i ett parti i venturin där undertryck råder för inmatning av EGR-gaserna, kännetecknad av att åtminstone ett parti av venturins (9) vägg (10) är inställbart för variation av venturins (9) tvärsektion och därmed för önskad anpassning till rådande driftförhàllan- den.

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad av att åtminstone en del av det inställbara väggpartiet (10) är vridbar.

8. Anordning enligt krav 6 eller 7, kännetecknad av en kanal (4) mynnande i en fast vägg (20) hos venturin (9) för inled- ning av EGR-gaser.

9. Anordning enligt något av kraven 6 - 8, kännetecknad av en kanal (4) mynnande i det inställbara väggpartiet (10) hos ven- turin för inledning av EGR-gaser.

10. Anordning enligt något av kraven 6 - 9, kännetecknad av ett urtag (12) sidoordnat venturin (9), i vilket det inställ- bara väggpartiet (10) är variabelt utförbart.

11. Anordning enligt kravet 10, kännetecknad av att det in- ställbara väggpartiets (10) uppströmsparti (14) är utformat för att tillsammans med urtagets (12) anslutande vägg (13), vid införda lägen av det införbara väggpartiet (10), bilda ett utrymme där i drift en naturlig virvel (V) av inloppsluft kan uppkomma och kvarstanna. 7009310; 01-10-15 10 15 20 521 968 11 u o :av u.

12. Anordning enligt kravet 10, kännetecknad av ett deformer- bart membran (15), vilket är inrättat att överbryggande ansluta det inställbara väggpartiets (10) uppströmsparti (14) till urtagets (12) anslutande vägg (13).

13. Anordning enligt något av kraven 8 - 12, kännetecknad av att en mynning av kanalen (4) i venturin (9) är riktad väsent- ligen i inloppsluftens strömningsriktning.

14. Anordning enligt något av kraven 6 - 13, kännetecknad av att den innefattar ett ställdon (17) innefattande en elekt- risk, hydraulisk eller pneumatisk motor för omställning av det inställbara väggpartiet.

15. Anordning enligt något av kraven 6 - 14, kännetecknad av att venturins (9) tvärsnitt är väsentligen rektangulärt med reglerbar höjd.

16. Överladdad dieselmotor, kännetecknad av att den innefattar en anordning enligt något av kraven 6 - 15. 70093b; 01-10-15