AT520741B1 - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (20) mit einem Gasverteiler (1), insbesondere einem AGR-Gasverteiler, wobei der Gasverteiler (1) zumindest einen Verteilerraum (5) aufweist, der mit zumindest einer Ladegaszuleitung (3) zur Zuführung von Ladegas in den Verteilerraum (5) und zumindest zwei Abführkanälen (4) zur Abführung des Ladegases aus dem Verteilerraum (5) verbunden ist, der Verteilerraum (5) über eine Verteileröffnung (12) mit den unmittelbar an die Verteileröffnung (12) anschließenden Abführkanälen (4) strömungsverbunden ist und wobei die Verteileröffnung (12) in eine der Anzahl an anschließenden Abführkanälen (4) entsprechenden Zahl an Bereichen (13) unterteilt ist und die Gesamtquerschnittsfläche der Verteileröffnung (12) zu gleichen Teilen auf die Bereiche (13) aufgeteilt ist, wobei jedem Abführkanal (4) ein Bereich zugeordnet ist. Aufgabe der Erfindung ist, einen Gasverteiler bereitzustellen, der eine möglichst gut einstellbare Aufteilung des Ladegases auf die Abführkanäle ermöglicht, ohne dabei einen zu großen Strömungswiderstand aufzuweisen. Dies wird dadurch gelöst, zwischen der Ladegaszuleitung (3) und der Verteileröffnung (12) zumindest ein Umlenkelement (15) angeordnet ist.The invention relates to an internal combustion engine (20) with a gas distributor (1), in particular an EGR gas distributor, wherein the gas distributor (1) has at least one distributor chamber (5) provided with at least one charge gas supply line (3) for feeding charge gas into the distributor space (5) and at least two discharge channels (4) for discharging the charging gas from the distributor chamber (5) is connected, the distributor chamber (5) via a distributor opening (12) with the immediately adjacent to the distributor opening (12) discharge channels (4) is fluidly connected and wherein the distributor opening (12) is subdivided into a number of regions (13) corresponding to the number of subsequent discharge channels (4) and the total cross-sectional area of the distributor opening (12) is divided equally over the regions (13), each discharge channel (12) 4) an area is assigned. The object of the invention is to provide a gas distributor, which allows the best possible adjustable division of the charging gas to the discharge channels, without having to have a large flow resistance. This is achieved by arranging at least one deflection element (15) between the charging gas supply line (3) and the distributor opening (12).
Description
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Gasverteiler, insbesondere einem AGR-Gasverteiler (Abgasrückführungs-Gasverteiler), wobei der Gasverteiler zumindest einen Verteilerraum aufweist, der mit zumindest einer Ladegaszuleitung zur Zuführung von Ladegas in den Verteilerraum und zumindest zwei Abführkanälen zur Abführung des Ladegases aus dem Verteilerraum verbunden ist, der Verteilerraum über eine Verteileröffnung mit den unmittelbar an die Verteileröffnung anschließenden Abführkanälen strömungsverbunden ist und wobei die Verteileröffnung in eine der Anzahl an anschließenden Abführkanälen entsprechenden Zahl an Bereichen unterteilt ist und die Gesamtquerschnittsfläche der Verteileröffnung zu gleichen Teilen auf die Bereiche aufgeteilt ist, wobei jedem Abführkanal ein Bereich zugeordnet ist.Description: The invention relates to an internal combustion engine with a gas distributor, in particular an EGR gas distributor (exhaust gas recirculation gas distributor), the gas distributor having at least one distributor space which has at least one charge gas supply line for supplying charge gas into the distribution space and at least two discharge channels for discharge of the charge gas from the distribution space is connected, the distribution space is connected in terms of flow via a distribution opening to the discharge channels directly adjoining the distribution opening, and the distribution opening is divided into a number of areas corresponding to the number of subsequent discharge channels and the total cross-sectional area of the distribution opening is divided equally into that Areas are divided, an area being assigned to each discharge channel.
[0002] Es ist eine bekannte Maßnahme, einen Teil der Abgase einer Brennkraftmaschine über eine Abgasrückführungsleitung (AGR-Leitung, bzw. „EGR“ für „Exhaust Gas Recirculation“) zum Einlass, insbesondere zum Einlasssammler, zurückzuführen. Damit wird versucht, unter bestimmten Fahrbedingungen unerwünschte Motoremissionen (insbesondere Stickoxide bei Dieselmotoren) bzw. den Treibstoffverbrauch (insbesondere bei Otto-Motoren im Teillastbereich) zu verringern.It is a known measure, a part of the exhaust gases of an internal combustion engine via an exhaust gas recirculation line (EGR line, or "EGR" for "Exhaust Gas Recirculation") to the inlet, in particular to the intake manifold. This is an attempt to reduce undesired engine emissions (especially nitrogen oxides in diesel engines) and fuel consumption (especially in Otto engines in the partial load range) under certain driving conditions.
[0003] Um zu verhindern, dass durch AGR-Einrichtungen die Motorleistung einschließlich der Kraftstoffeffizienz und der Leistungsausgabe negativ beeinflusst werden, wird das rückgeführte Abgas mit Einlassluft geeignet gemischt und das AGR/Luft-Gemisch möglichst gleichmäßig auf jeden Zylinder der Brennkraftmaschine verteilt. Dazu ist es notwendig, eine geeignete AGRVerteilung vorzusehen, die leicht und auf eine kosteneffektive Weise in eine bestehende Motorstruktur eingebunden werden kann.To prevent EGR devices from negatively influencing engine performance, including fuel efficiency and power output, the recirculated exhaust gas is mixed appropriately with intake air and the EGR / air mixture is distributed as evenly as possible to each cylinder of the internal combustion engine. For this, it is necessary to provide a suitable EGR distribution that can be easily and cost-effectively integrated into an existing engine structure.
[0004] Die US 2015/0020781 A1 beschreibt dazu Gasmischer, welche auch als Verteiler wirken, wobei Leitplatten vorgesehen sind, welche das Ladegas über Abführkanäle verteilen. Jedoch ist die Aufteilung des Ladegases nicht optimal wählbar über alle Abführkanäle, da insbesondere die vom Einlass weiter entfernten Kanäle mit geringeren Gasmengen versorgt werden. In der Regel wird eine gleichmäßige Verteilung gewünscht.For this purpose, US 2015/0020781 A1 describes gas mixers which also act as distributors, guide plates being provided which distribute the charging gas via discharge ducts. However, the division of the charge gas cannot be optimally selected over all discharge channels, since in particular the channels further away from the inlet are supplied with smaller amounts of gas. As a rule, an even distribution is desired.
[0005] In der KR 10 2007 0046570 A1 wird ein Gasverteiler zur gleichmäßigen Verteilung von Ladegas für eine Brennkraftmaschine beschrieben, wobei in einem Verteilerraum eine als Barriere ausgebildete Lochplatte mit Löchern verschiedener Größe angeordnet ist. Dadurch wird das einströmende Ladegas auf definierte Art, über darunterliegende Abführkanäle, aufgeteilt. Nachteilig ist jedoch, dass diese Ausführung zu einem sehr großen Gaswiderstand für das Ladegas führt.[0005] KR 10 2007 0046570 A1 describes a gas distributor for uniformly distributing charge gas for an internal combustion engine, a perforated plate designed as a barrier with holes of different sizes being arranged in a distributor space. As a result, the inflowing charge gas is divided in a defined way, via discharge ducts below. However, it is disadvantageous that this design leads to a very large gas resistance for the charging gas.
[0006] In der AT 002 434 U1 wird eine Verteilung des Ladegases über einen Verteilerknoten beschrieben. Diese Ausführungsform weist einen geringeren Strömungswiderstand auf, nachteilig ist dabei jedoch, dass trotz der Strömungsberuhigung des Ladegases im Verteilerknoten die Abführkanäle stark unterschiedlich versorgt werden.AT 002 434 U1 describes a distribution of the charge gas via a distributor node. This embodiment has a lower flow resistance, but it is disadvantageous that despite the flow calming of the charging gas in the distributor node, the discharge channels are supplied in very different ways.
[0007] In der US 2008/0135026 A1 wird ein Verteilerraum mit einer Verteileröffnung beschrieben, welche entsprechend der Zahl an Abführkanälen Segmente aufweist, die mit je einem Abführkanal verbunden sind. Dies hat den Vorteil, dass das geführte Gas gleichmäßiger auf die Abführkanäle aufgeteilt wird. Jedoch kann es bei einer besonders starken Pulsation der Gaseinleitung trotzdem zu einer ungleichen Verteilung kommen.Is described a distributor space with a distributor opening, which has segments corresponding to the number of discharge channels, each of which is connected to a discharge channel. This has the advantage that the gas that is guided is distributed more evenly among the discharge channels. However, a particularly strong pulsation of the gas inlet can still lead to an uneven distribution.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist damit, eine Brennkraftmaschine mit einem Gasverteiler bereitzustellen, der eine möglichst gleichmäßige Aufteilung des Ladegases auf die Abführkanäle ermöglicht, ohne dabei einen zu großen Strömungswiderstand aufzuweisen.The object of the invention is to provide an internal combustion engine with a gas distributor, which enables the most uniform possible distribution of the charge gas to the discharge channels, without having too great a flow resistance.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen der Ladegaszuleitung und der Verteileröffnung zumindest ein Umlenkelement angeordnet ist.This object is achieved in that at least one deflection element is arranged between the charge gas supply line and the distributor opening.
[0010] Durch die gleiche Aufteilung der Gesamtquerschnittsfläche auf die Bereiche wird sicher1 /15[0010] The equal division of the total cross-sectional area over the regions ensures that 1/15
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Patentamt gestellt, dass kein Abführkanal mit mehr Ladegas versorgt wird als ein anderer. Gleichzeitig kann eine derartige Ausführungsform leicht hergestellt werden, da beispielsweise zuerst die Verteileröffnung geschaffen wird und nachträglich in Bereiche aufgeteilt wird. Diese Aufteilung kann beispielsweise durch Wände erfolgen, die die Verteileröffnung in die Bereiche unterteilt und diese untereinander abgrenzt. Die Verteileröffnung kann dabei kreisrund sein, aber auch jede andere Form besitzen. Die Anordnung im Verteilerraum ist besonders vorteilhaft, da sich das Ladegas im Verteilerraum vermischen, bzw. strömungsberuhigen kann. Damit wird die gleichmäßige Aufteilung sichergestellt und die Pulsationsabhängigkeit verringert.Patent office provided that no discharge duct is supplied with more charging gas than another. At the same time, such an embodiment can be easily produced, since, for example, the distributor opening is created first and is subsequently divided into regions. This division can take place, for example, through walls which divide the distributor opening into the areas and delimit them from one another. The distributor opening can be circular, but can also have any other shape. The arrangement in the distribution space is particularly advantageous since the charge gas can mix in the distribution space or can calm down. This ensures an even distribution and reduces the dependence on pulsation.
[0011] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verteileröffnung als Verteilerstern ausgeführt. Als Verteilerstern wird dabei eine Anordnung verstanden, die mehrere Abführöffnungen aufweist, die durch im Wesentlichen radial um einen Mittelpunkt angeordnete, gerade Wände voneinander begrenzt sind. Dies stellt eine besonders kompakte und einfache Anordnung dar, wobei durch die symmetrische Anordnung der Wände zueinander eingestellt werden kann, dass die Abführkanäle gleichmäßig versorgt werden. Dabei kann im Fall von zwei Abführkanälen auch nur eine Wand vorgesehen sein, die die Verteileröffnung in zwei gleichgroße, vorzugsweise als Halbkreise ausgeführte Bereiche unterteilt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Wand oder die Wände konzentrisch in der Verteileröffnung angeordnet sind und so die Bereiche von innen nach außen voneinander abgegrenzt werden.In a preferred embodiment, the distributor opening is designed as a distributor star. A distribution star is understood to mean an arrangement which has a plurality of discharge openings which are delimited from one another by straight walls which are essentially arranged radially around a center point. This represents a particularly compact and simple arrangement, it being possible for the symmetrical arrangement of the walls to be adjusted so that the discharge channels are supplied uniformly. In the case of two discharge channels, it is also possible to provide only one wall which divides the distributor opening into two regions of the same size, preferably designed as semicircles. Alternatively, it can also be provided that the wall or the walls are arranged concentrically in the distributor opening and so the areas are delimited from the inside to the outside.
[0012] Als Abführkanal wird in diesem Sinne ein Strömungsweg für das Abführgas verstanden, welches einen Teil des Abgases vom Gasverteiler in Richtung eines Verbrennungsraumes abführt. Dieser kann unterschiedlich gestaltet sein, beispielsweise als Rohr, als gegossener Kanal oder als Leitung.In this sense, a discharge channel is understood to be a flow path for the discharge gas, which discharges part of the exhaust gas from the gas distributor in the direction of a combustion chamber. This can be designed differently, for example as a pipe, as a cast channel or as a line.
[0013] In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Verteilerraum zumindest eine Mantelfläche und zumindest eine Grundfläche aufweist, wobei die Ladegaszuleitung über eine in der Mantelfläche angeordnete Zuleitungsöffnung in den Verteilerraum mündet und die Verteileröffnung in der Grundfläche des Verteilerraums angeordnet ist. Die Mantelfläche ist am Rand der Grundfläche angeordnet und umgibt diese. Dabei kann beispielsweise noch eine zweite, vorzugsweise der ersten Grundfläche gegenüberliegende, Grundfläche vorgesehen sein und die Mantelfläche diese miteinander verbinden. Alternativ kann die Mantelfläche aber auch spitz oder stumpf zusammenlaufen, wodurch nur eine Grundfläche nötig ist. Durch die Anordnung der Verteileröffnung an einer Grundfläche wird sichergestellt, dass die Abführkanäle gleichmäßig versorgt werden. Durch eine derartige Ausführungsform lässt sich außerdem die Pulsationsabhängigkeit der Versorgung der Abführkanäle vermeiden.In a preferred embodiment it is provided that the distribution space has at least one lateral surface and at least one base area, the charge gas supply line opening into the distribution space via a supply opening arranged in the lateral surface and the distribution opening being arranged in the base area of the distribution space. The lateral surface is arranged at the edge of the base area and surrounds it. In this case, for example, a second base surface, preferably opposite the first base surface, can also be provided and the lateral surface connect these to one another. Alternatively, the lateral surface can also converge pointedly or bluntly, as a result of which only one base surface is required. The arrangement of the distributor opening on a base surface ensures that the discharge channels are supplied evenly. Such an embodiment can also avoid the pulsation dependence of the supply of the discharge channels.
[0014] Besonders vorteilhaft ist, wenn drei Abführkanäle über die Verteileröffnung mit dem Verteilerraum verbunden sind. In diesem Fall können radial angeordnete Wände, welche die Bereiche voneinander abgrenzen, im Winkel von 120° zueinander stehen.It is particularly advantageous if three discharge channels are connected to the distributor space via the distributor opening. In this case, radially arranged walls which delimit the regions from one another can be at an angle of 120 ° to one another.
[0015] Weiters kann vorgesehen sein, dass der Verteilerraum in Normalebenen einer Mittelachse eine im Wesentlichen punktsymmetrische Form aufweist und/oder eine um die Mittelachse im Wesentlichen rotationssymmetrische Form aufweist. Dabei ist bevorzugter Weise jeder Punkt der Mantelfläche des Verteilerraumes punktsymmetrisch in der Normalebene, besonders vorzugsweise drehsymmetrisch, in Bezug zu einer Mittelachse des Verteilerraumes ausgebildet. Durch diese symmetrische Form kann sich das Ladegas besonders gut mischen und die Weitergabe von Pulsationen kann weiter verhindert werden.[0015] It can further be provided that the distribution space has a substantially point-symmetrical shape in normal planes of a central axis and / or has a shape that is essentially rotationally symmetrical about the central axis. In this case, each point of the lateral surface of the distributor space is preferably point-symmetrical in the normal plane, particularly preferably rotationally symmetrical, with respect to a central axis of the distributor chamber. This symmetrical shape allows the charge gas to mix particularly well and the transmission of pulsations can be further prevented.
[0016] Vorteilhaft ist, wenn der Verteilerraum zumindest eine im Wesentlichen topf- oder schüsselartige Form mit einer Mantelfläche und zumindest eine Grundfläche aufweist. Durch eine topf- oder schüsselartige Form des Verteilerraumes wird das einströmende Ladegas zuerst im Raum verteilt, bevor es in die Abführkanäle geleitet wird. Dabei kommt es auch zu Zirkulationsströmen und einer dadurch gleichmäßigen Verteilung des Ladegases im Verteilerraum.It is advantageous if the distribution space has at least an essentially pot-like or bowl-like shape with a lateral surface and at least one base surface. Due to a pot-like or bowl-like shape of the distribution space, the incoming charge gas is first distributed in the space before it is led into the discharge channels. This also leads to circulation currents and thus a uniform distribution of the charge gas in the distribution room.
[0017] Die Mantelfläche des Verteilerraums hat vorzugsweise eine zylindrische Form, wobei dabei auch zylindrische Formen nicht nur mit kreisrunden, sondern auch mit elliptischen oder ovalen Grundflächen gemeint sind. Die Mantelfläche kann aber auch durch eine Drehfläche,The lateral surface of the distribution space preferably has a cylindrical shape, whereby cylindrical shapes are also meant not only with circular, but also with elliptical or oval base areas. The lateral surface can also be turned,
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Patentamt beispielsweise einen Kreiszylinder, Konus oder Torus gebildet sein. Dabei kann der Verteilerraum aber auch Vorsprünge oder Vertiefungen aufweisen.Patent office, for example, a circular cylinder, cone or torus can be formed. The distribution space can also have projections or depressions.
[0018] Besonders vorteilhaft ist auch, wenn die Verteileröffnung zu den Abführkanälen führende Abführöffnungen aufweist, die drehsymmetrisch um die Mittelachse angeordnet sind. Beispielsweise können Abführöffnungen der Abführkanäle als Kreissegmente ausgeführt sein. Alternativ können auch Bohrungen drehsymmetrisch in der Grundfläche angeordnet sein. Mit Mittelachse wird dabei eine Achse verstanden, die bei Ausführungsformen mit nur einer Grundfläche durch dessen Mittelpunkt verläuft und sich im Wesentlichen normal zur Grundfläche des Verteilerraumes erstreckt, oder bei Ausführungsformen mit zwei Grundflächen durch die Mittelpunkte beider Grundflächen verläuft.It is also particularly advantageous if the distributor opening has discharge openings leading to the discharge channels, which are arranged in a rotationally symmetrical manner about the central axis. For example, discharge openings of the discharge channels can be designed as circular segments. Alternatively, bores can also be arranged in a rotationally symmetrical manner in the base area. The central axis is understood to mean an axis which, in embodiments with only one base area, runs through its center and extends essentially normal to the base area of the distributor space, or in embodiments with two base areas runs through the center points of both base areas.
[0019] Es kann vorgesehen sein, dass ein Mittelpunkt der Verteileröffnung auf einer Mittelachse des Verteilerraums liegt. Insbesondere, wenn der Verteilerraum eine der bereits beschriebenen Symmetrien entlang der Mittelachse aufweist, ist dies sinnvoll.[0019] It can be provided that a center point of the distributor opening lies on a central axis of the distributor space. This is particularly useful if the distribution space has one of the symmetries along the central axis already described.
[0020] Vorteilhaft ist, wenn die Ladegaszuleitung so an der Mantelfläche des Verteilerraums angeordnet ist, dass das Ladegas in einer im Wesentlichen normal zu einer Mittelachse des Verteilerraumes verlaufenden Richtung, vorzugsweise in radialer Richtung in den Verteilerraum einströmbar ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ladegaszuleitung so an der Mantelfläche angeordnet ist, dass das zugeführte Ladegas exzentrisch zur Mittelachse in den Verteilerraum einströmt. Dies verbessert die Strömung im Verteilerraum und es kann eine, beispielsweise zirkulierende, Hauptströmungsrichtung im Verteilerraum vorgegeben werden oder eine Entstehung einer besonders starken Hauptströmung bei geeigneter Anordnung bewusst verhindert werden.It is advantageous if the charge gas supply line is arranged on the lateral surface of the distributor space in such a way that the charge gas can flow into the distributor space in a direction that is essentially normal to a central axis of the distributor space, preferably in a radial direction. It can also be provided that the charge gas feed line is arranged on the lateral surface such that the charge gas supplied flows eccentrically to the central axis into the distributor space. This improves the flow in the distribution space and a, for example circulating, main flow direction can be specified in the distribution space or the formation of a particularly strong main flow can be deliberately prevented with a suitable arrangement.
[0021] Weiters kann vorgesehen sein, dass zumindest eine mit dem Verteilerraum über zumindest eine Zuleitungsöffnung verbundene Ladegaszuleitung im Wesentlichen normal zu einer Mittelachse des Verteilerraumes angeordnet ist. Dadurch wird die Verteilung des Ladegases im Verteilerraum weiter verbessert.Furthermore, it can be provided that at least one charge gas supply line connected to the distribution space via at least one supply opening is arranged substantially normal to a central axis of the distribution space. This further improves the distribution of the charge gas in the distribution room.
[0022] Weiters ist vorteilhaft, wenn die Ladegaszuleitung radial an der Mantelfläche des Verteilerraums angeordnet ist. Dies führt zu einer homogeneren Vermischung und Verteilung des Ladegases im Verteilerraum. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die Ladegaszuleitung tangential an der Mantelfläche des Verteilerraumes erfolgt. Dadurch kann das Ladegas unregelmäßig im Verteilerraum verwirbelt werden.It is also advantageous if the charge gas supply line is arranged radially on the lateral surface of the distributor space. This leads to a more homogeneous mixing and distribution of the charge gas in the distribution room. Alternatively, however, it can also be provided that the charge gas supply line is tangential to the lateral surface of the distributor space. As a result, the charge gas can be swirled irregularly in the distribution room.
[0023] Es kann auch vorteilhaft sein, wenn sich die Ladegaszuleitung im Bereich der Zuleitungsöffnung verbreitert oder ihren Querschnitt vergrößert. Damit lässt sich eine Strömungsberuhigung erreichen, bevor das Ladegas in den Verteilerraum eintritt.It can also be advantageous if the charge gas supply line widens in the area of the supply opening or increases its cross section. This allows the flow to settle before the charge gas enters the distribution space.
[0024] Besonders vorteilhaft ist, dass zwischen der Ladegaszuleitung und der Verteileröffnung, vorzugsweise im Verteilerraum zwischen einer Zuleitungsöffnung der Ladegaszuleitung und der Verteileröffnung, besonders vorzugsweise abstehend von einer Grundfläche des Verteilerraumes, zumindest ein Umlenkelement angeordnet ist. Das Umlenkelement kann zu einer Umlenkung oder Verwirbelung der Ladegasströmungen führen und dadurch ungünstige Strömungen, die die Versorgungsverhältnisse zwischen den Abführkanälen verschieben, verhindern.It is particularly advantageous that at least one deflecting element is arranged between the charge gas feed line and the distributor opening, preferably in the distributor space between a feed opening of the charge gas feed line and the distributor opening, particularly preferably projecting from a base area of the distributor space. The deflecting element can lead to a deflection or swirling of the charge gas flows and thereby prevent unfavorable flows which shift the supply conditions between the discharge channels.
[0025] Das Umlenkelement kann beispielsweise in der Ladegaszuleitung angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Umlenkelement im Verteilerraum angeordnet ist. Dadurch wird die Verwirbelung und Mischung besonders im Verteilerraum erreicht.The deflection element can for example be arranged in the charge gas feed line. It can also be provided that the deflection element is arranged in the distribution space. This results in turbulence and mixing, especially in the distribution room.
[0026] Um einen noch besseren Effekt bei einem kompakt ausgeführten Umlenkelement zu erreich, kann vorgesehen sein, dass das Umlenkelement an jener Grundfläche des Verteilerraumes angeordnet ist, an der die Verteileröffnung angeordnet ist.In order to achieve an even better effect with a compactly designed deflection element, it can be provided that the deflection element is arranged on that base surface of the distributor space on which the distributor opening is arranged.
[0027] Zur Verhinderung ungewünschter direkter Strömungen von der Zuleitungsöffnung zur Verteileröffnung kann das Umlenkelement zwischen der Zuleitungsöffnung und der Verteileröffnung angeordnet werden.To prevent undesired direct flows from the feed opening to the distributor opening, the deflection element can be arranged between the feed opening and the distributor opening.
[0028] Wenn vorgesehen ist, dass das Umlenkelement zumindest eine Leitfläche aufweist, mitIf it is provided that the deflecting element has at least one guide surface with
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AT 520 741 B1 2019-07-15 österreichisches patentamt der in den Verteilerraum einströmendes Ladegas in eine Richtung entlang einer Mantelfläche des Verteilerraums ablenkbar ist, wobei vorzugsweise die Leitfläche konvex zu einer Hauptströmungsrichtung des durch die Ladegaszuleitung in den Verteilerraum einströmende Ladegases ausgeführt ist, so kann damit eine effektive Umleitung des Ladegases bei trotzdem geringen Strömungswiderstand erreicht werden. Dabei sind diesen Richtungen entlang der Mantelfläche gemeint, dass sich die Strömung der Erstreckung der Mantelfläche folgend bewegt. Im Falle einer zylindrischen Mantelfläche sind dies beispielsweise kreisförmige Strömungen. Dabei ist nicht wesentlich, dass das gesamte einströmende Ladegas abgelenkt wird, es kann auch nur ein Teil abgelenkt oder nur ein Teil des abgelenkten Ladegases in Richtung entlang einer Mantelfläche abgelenkt werden.AT 520 741 B1 2019-07-15 Austrian patent office, the charge gas flowing into the distribution space can be deflected in one direction along a lateral surface of the distribution space, the guide surface preferably being convex to a main flow direction of the charge gas flowing into the distribution space through the charge gas supply line, so so that an effective diversion of the charge gas can be achieved with low flow resistance. These directions along the lateral surface mean that the flow moves following the extension of the lateral surface. In the case of a cylindrical outer surface, these are, for example, circular flows. It is not essential that the entire inflowing charge gas is deflected, only a part of it can be deflected or only a part of the deflected charge gas can be deflected in the direction along a lateral surface.
[0029] Besonders vorteilhaft ist, wenn das Umlenkelement eine Höhenerstreckung aufweist, die zwischen 30% und 70%, vorzugsweise 50% einer Verteilerhöhe des Verteilerraumes beträgt, und/oder dass das Umlenkelement eine Breitenerstreckung aufweist, die zwischen 75% und 120%, vorzugsweise 100% einer Zuleitungsbreite der Zuleitungsöffnung beträgt. Damit wird eine ausreichende Verwirbelung bzw. Umleitung durch das Umlenkelement erreicht. Dabei wird unter Breitenerstreckung die lichte Weite zwischen zwei gegenüberliegenden Kanten des Umlenkelements und unter Verteilerhöhe die lichte Höhe entlang der Mittelachse verstanden. Das Umlenkelement kann als wandartiges Element mit im Wesentlichen gleichbleibender Höhenund Breitenerstreckung aufgeführt sein. Es kann aber auch entlang seiner Breitenerstreckung unterschiedliche Höhen oder entlang seiner Höhenerstreckung unterschiedliche Breitenerstreckungen aufweisen. Das Umlenkelement kann aber auch jede andere, unter Umständen mehrteilige Form, beispielsweise eine Rampenform oder eine Gitterform aufweisen. Es sind auch Öffnungen im Umlenkelement möglich.It is particularly advantageous if the deflecting element has a height that is between 30% and 70%, preferably 50% of a distributor height of the distributor space, and / or that the deflecting element has a width that is between 75% and 120%, preferably 100% of a feed line width of the feed opening is. Sufficient swirling or redirection is thus achieved by the deflecting element. The term width is understood to mean the clear width between two opposite edges of the deflecting element and the distributor height means the clear height along the central axis. The deflecting element can be listed as a wall-like element with essentially constant height and width. However, it can also have different heights along its width or different widths along its height. However, the deflection element can also have any other, possibly multi-part shape, for example a ramp shape or a lattice shape. Openings in the deflecting element are also possible.
[0030] Der Gasverteiler kann dazu verwendet werden, nur zur Rezirkulation verwendetes Abgas auf mehrere Abführkanäle aufzuteilen. Dazu ist es vorteilhaft, wenn das Ladegas rückgeführtes Abgas der Brennkraftmaschine ist. Die Teile des Abgases können nach deren Aufteilung mit Frischluft vermischt werden.The gas distributor can be used to divide exhaust gas used only for recirculation over several discharge channels. For this purpose, it is advantageous if the charge gas is recirculated exhaust gas from the internal combustion engine. The parts of the exhaust gas can be mixed with fresh air after their division.
[0031] Der Gasverteiler kann aber auch dazu verwendet werden, ein bereits gemischtes Ladegas aufzuteilen. Dem entsprechend kann das Ladegas auch eine Mischung aus Abgas und Frischluft sein.[0031] However, the gas distributor can also be used to split an already mixed charging gas. Accordingly, the charge gas can also be a mixture of exhaust gas and fresh air.
[0032] Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest ein Abführkanal in eine zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine führende Ansaugleitung mündet, wobei vorzugsweise jeder Abführkanal in genau eine zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine führende Ansaugleitung mündet.It can also be provided that at least one discharge channel opens into an intake line leading to a cylinder of the internal combustion engine, preferably each discharge channel opening into exactly one intake line leading to a cylinder of the internal combustion engine.
[0033] In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten erfindungsgemäßen, nicht einschränkenden Ausführungsvariante näher erläutert. Es zeigen:The present invention is explained in more detail below on the basis of the non-restrictive embodiment variant according to the invention shown in the figures. Show it:
[0034] Fig. 1 [0035] Fig. 2 [0036] Fig. 3 [0037] Fig. 4 [0038] Fig. 5 [0039] Fig. 6 [0040] Fig. 7 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasverteilers 1 an einem Frischluftverteiler in einer perspektivischen Ansicht; den Gasverteiler 1 in einer Seitenansicht; den Gasverteiler 1 in einer Draufsicht;Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7 show an embodiment of a gas distributor 1 according to the invention on one Fresh air distributor in a perspective view; the gas distributor 1 in a side view; the gas distributor 1 in a plan view;
den Gasverteiler 1 in einem Schnitt gemäß einer Linie IV-IV in Fig. 2;the gas distributor 1 in a section along a line IV-IV in Fig. 2;
den Gasverteiler 1 in einem Schnitt gemäß einer Linie V-V in Fig. 2;the gas distributor 1 in a section along a line V-V in Fig. 2;
den Gasverteiler 1 in einem Schnitt gemäß einer Linie Vl-Vl in Fig. 3;the gas distributor 1 in a section along a line VI-VI in Fig. 3;
einen Teil der den Gasverteiler 1 beinhaltenden Gasführung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 20 in einer schematischen Darstellung.a part of the gas routing containing the gas distributor 1 of an internal combustion engine 20 according to the invention in a schematic representation.
[0041] Die in den Figuren gezeigte Ausführungsform eines Gasverteilers 1 ist auf einem Frischluftverteiler 2 angeordnet (Fig. 1, 2, 3). Der Frischluftverteiler 2 ist aus zwei Mantelteilen zusammengesetzt. Der Gasverteiler 1 weist eine Ladegaszuleitung 3 in Form eines Rohrstückes, drei Abführkanäle 4 in Form von flachen Kanälen und einen dazwischen angeordneten zylindri4/15The embodiment of a gas distributor 1 shown in the figures is arranged on a fresh air distributor 2 (FIGS. 1, 2, 3). The fresh air distributor 2 is composed of two jacket parts. The gas distributor 1 has a charge gas supply line 3 in the form of a pipe section, three discharge channels 4 in the form of flat channels and a cylinder 14/15 arranged in between
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Patentamt sehen Verteilerraum 5 auf. Eine an einer Grundfläche 10 des Verteilerraums 5 angeordnete Verteileröffnung 12, Teile der Ladegaszuleitung 3, des Verteilerraums 5 und der Abführkanäle 4 sind als gemeinsames Gehäuseteil einstückig ausgeführt. Die Abführkanäle 4 sind teilweise durch dieses gemeinsame Gehäuseteil und teilweise, auf der dem Frischluftverteiler 2 zugewandten Seite, durch den Mantel des Frischluftverteilers 2 begrenzt. Dies vermindert die Menge an verwendetem Mantelmaterial und stellt eine fertigungsgerechte, platzsparende Ausführung dar. Alternativ können auch der Frischluftverteiler 2 und die Abführkanäle 4 als eigenständige Bauteile ausgeführt werden. Die Anordnung der Abführkanäle 4 sollte vorzugsweise so geschehen, dass die Leitungslängen besagter Kanäle so gut als möglich gleiche Länge, bzw. gleiche Durchflusswiderstände haben. Dies unterstützt die entsprechende Gleichverteilung.Patent office look at distribution room 5. A distributor opening 12 arranged on a base surface 10 of the distributor chamber 5, parts of the charge gas supply line 3, the distributor chamber 5 and the discharge channels 4 are designed in one piece as a common housing part. The discharge ducts 4 are partly delimited by this common housing part and partly by the jacket of the fresh air distributor 2 on the side facing the fresh air distributor 2. This reduces the amount of jacket material used and represents a space-saving design suitable for production. Alternatively, the fresh air distributor 2 and the discharge channels 4 can also be designed as independent components. The arrangement of the discharge ducts 4 should preferably be such that the line lengths of said ducts have the same length or the same flow resistance as well as possible. This supports the corresponding equal distribution.
[0042] Die Abführkanäle 4 sind im stromabwärtigen Bereich teilweise durch zusätzliche Mantelteile 6, 6a begrenzt. Am stromabwärtigen Ende jedes Abführkanals 4 ist je eine Vermischungsöffnung 7 angeordnet, welche in je eine Ansaugleitung 8 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine 20 mündet. Dabei werden die drei Ansaugleitungen 8 mit dem durch die Vermischungsöffnungen 7 transportierten Ladegas und auch mit Frischluft durch den Frischluftverteiler 2 versorgt. Die Abführkanäle 4 verlaufen entlang der Oberflächen des Frischluftverteilers 2 und der jeweiligen Ansaugleitung 8.The discharge channels 4 are partially delimited in the downstream area by additional jacket parts 6, 6a. At the downstream end of each discharge channel 4 there is a mixing opening 7, which opens into an intake line 8 of an internal combustion engine 20, not shown. The three intake lines 8 are supplied with the charge gas transported through the mixing openings 7 and also with fresh air through the fresh air distributor 2. The discharge channels 4 run along the surfaces of the fresh air distributor 2 and the respective intake line 8.
[0043] Die Ladegaszuleitung 3 weist an seinem stromaufwärtigen Ende ein Verbindungsglied 3a zur Verbindung mit einer Abgas führenden Leitung oder einem Ladegas führenden Rohr auf, welches den Gasverteiler 1 mit Ladegas versorgt. In der dargestellten Ausführungsform ist dies komprimiertes und gekühltes Abgas. Die Ladegaszuleitung 3 weist im Bereich des Verbindungsgliedes 3a einen zunächst runden Querschnitt auf, der sich dann aber weiter stromabwärts etwas abflacht und verbreitert. Sie vergrößert ihren Querschnitt im Bereich der Zuleitungsöffnung 9, und nimmt dabei eine im Wesentlichen viereckige Form mit abgerundeten Kanten an. Sie endet in einer Zuleitungsöffnung 9, welche in den Verteilungsraum 5 führt. Das Ladegas wird damit vom Verbindungsglied 3a zur Zuleitungsöffnung 9 geleitet und somit eine Hauptströmungsrichtung 16 des Ladegases definiert. Ein Teil der Ladegaszuleitung 3 und des Verteilerraums 5 wird durch einen Deckelteil 11 gebildet, der an seinen Rändern einen Flansch zur Abdichtung aufweist.The charging gas supply line 3 has at its upstream end a connecting member 3a for connection to an exhaust gas-carrying line or a charging gas-carrying pipe which supplies the gas distributor 1 with charging gas. In the illustrated embodiment, this is compressed and cooled exhaust gas. The charge gas feed line 3 has an initially round cross section in the area of the connecting member 3 a, which then flattens and widens somewhat further downstream. It increases its cross-section in the area of the feed opening 9 and assumes an essentially square shape with rounded edges. It ends in a feed opening 9 which leads into the distribution space 5. The charge gas is thus directed from the connecting member 3a to the feed opening 9 and thus defines a main flow direction 16 of the charge gas. A part of the charge gas supply line 3 and the distribution space 5 is formed by a cover part 11, which has a flange for sealing at its edges.
[0044] Die Ladegaszuleitung 3 mündet im Wesentlichen radial in Bezug auf eine Mittelachse 5a in den Verteilungsraum 5 ein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Längsmittelebene E der Ladegaszuleitung 3 um eine Exzentrizität e von der Mittelachse 5a beabstandet.The charge gas supply line 3 opens into the distribution space 5 essentially radially with respect to a central axis 5a. In the exemplary embodiment shown, a longitudinal center plane E of the charge gas supply line 3 is spaced apart from the central axis 5a by an eccentricity e.
[0045] Der Verteilungsraum 5 weist im Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, nur die dem Frischluftverteiler 2 zugewandte Grundfläche 10 weist einen sich konisch nach Innen absenkenden, äußeren Außenring auf (Fig. 6). Darüber hinaus weist der Verteilerraum 5 eine flache, der Grundfläche 10 gegenüberliegenden weitere Grundfläche 28 und eine die Grundflächen 10, 28 verbindenden Mantelfläche 17 auf. Die Mantelfläche 17 ist in Normalebenen der Mittelachse 5a punktsymmetrisch. Sie ist darüber hinaus sogar rotationsymmetrisch entlang der Mittelachse 5a, welche sich durch die Mittelpunkte der Grundflächen 10, 28 erstrecken und normal zu diesen verläuft. Damit weist er eine im Wesentlichen topf- oder schüsselförmige Form auf, die sich entlang seiner Höhenerstreckung zuerst über einen kurzen Abschnitt konisch erweitert und dann einen gleichbleibenden Durchmesser aufweist. Mittig an der Mantelfläche 17 des Zylinders ist die Zuleitungsöffnung 9 angeordnet, die eine im Wesentlichen rechteckige Form besitzt.The distribution space 5 in the exemplary embodiment has a substantially cylindrical shape, only the base surface 10 facing the fresh air distributor 2 has an outer ring which tapers inwards and outwards (FIG. 6). In addition, the distributor space 5 has a flat further base surface 28 opposite the base surface 10 and a lateral surface 17 connecting the base surfaces 10, 28. The lateral surface 17 is point-symmetrical in the normal planes of the central axis 5a. In addition, it is even rotationally symmetrical along the central axis 5a, which extend through the central points of the base surfaces 10, 28 and extends normal to them. It thus has an essentially pot-shaped or bowl-shaped shape, which first widens conically along its height over a short section and then has a constant diameter. The supply opening 9, which has an essentially rectangular shape, is arranged in the center of the lateral surface 17 of the cylinder.
[0046] Im Zentrum der dem Frischluftverteiler 2 zugewandten Grundfläche 10 ist die Verteileröffnung 12 angeordnet, welche als Verteilerstern ausgeführt ist (Fig. 4, 5). In einer alternativen Ausführungsform kann an der gegenüberliegenden weiteren Grundfläche 28 ebenso eine weitere Verteileröffnung vorgesehen sein. Die Verteileröffnung 12 der Grundfläche 10 weist drei Bereiche 13 in Form von Öffnungen auf, die im Beispiel als gleich große und gleich geformte, 120° abdeckende Kreissegmente ausgeführt sind, wobei sie drehsymmetrisch um einen auf der Mittelachse 5a des Verteilerraumes 5 liegenden Mittelpunkt R der Verteileröffnung 12 angeordnet sind. Sie sind an den zueinander zeigenden Seiten über Sternwände 14 begrenzt. DamitIn the center of the base 10 facing the fresh air distributor 2, the distributor opening 12 is arranged, which is designed as a distributor star (FIGS. 4, 5). In an alternative embodiment, a further distributor opening can also be provided on the opposite further base area 28. The distributor opening 12 of the base area 10 has three areas 13 in the form of openings, which in the example are designed as equally large and equally shaped, 120 ° covering circular segments, being rotationally symmetrical about a center point R of the distributor opening lying on the central axis 5a of the distributor space 5 12 are arranged. They are delimited on the sides facing one another by star walls 14. In order to
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Patentamt beschreiben die Bereiche 13 zusammen die im Wesentlichen kreisförmige Verteileröffnung 12, welche durch die Sternwände 14 unterteilt wird. Der Mittelpunkt R liegt dabei in der Mittelebene 5a und stellt auch den Mittelpunkt der Grundfläche 10 dar. Eine solche Ausführungsform kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass zuerst diese kreisförmige Verteileröffnung 12 eingebohrt wird und nachträglich die Sternwände 14 angeordnet werden. Alternativ können die Sternwände 14 zusammen mit den umliegenden Teilen des Verteilerraumes 5 hergestellt werden. Jeder der Bereiche 13 als Öffnung führt zu je einem, zwischen dem Verteilerraum 5 und Frischluftverteiler 2 angeordneten Abführkanal 4.The patent office describes the areas 13 together the substantially circular distributor opening 12, which is divided by the star walls 14. The center R lies in the center plane 5a and also represents the center of the base area 10. Such an embodiment can be produced, for example, by first drilling this circular distributor opening 12 and subsequently arranging the star walls 14. Alternatively, the star walls 14 can be produced together with the surrounding parts of the distribution space 5. Each of the areas 13 as an opening leads to a discharge channel 4 arranged between the distribution space 5 and fresh air distributor 2.
[0047] Zwischen der Verteileröffnung 12 und der Zuleitungsöffnung 9 ist an der dem Frischluftverteiler 2 zugewandten Grundfläche 10 ein Umlenkelement 15 angeordnet, welches als Wand ausgeführt ist (Fig. 4). Es weist eine der Zuleitungsöffnung 9 zugewandte Leitfläche 31 auf, welche entlang seiner Breite gewölbt und in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung 16 konvex und damit in Bezug zur Verteileröffnung 12 konkav ausgeführt ist. Die Wölbung beschreibt ein Kreissegment um den Mittelpunkt R, womit sich das Umlenkelement 15 konzentrisch zur kreisförmigen Öffnung verhält. Damit lenkt es aus der Zuleitungsöffnung 9 einströmendes Ladegas in mehrere Richtungen, darunter Richtungen 30 entlang der Mantelfläche 17. Darüber hinaus kommt es zu einer Umlenkung über das Umlenkelement 15 in Richtung der weiteren Grundfläche 28.Between the distributor opening 12 and the feed opening 9, a deflection element 15 is arranged on the base 10 facing the fresh air distributor 2, which is designed as a wall (FIG. 4). It has a guide surface 31 facing the inlet opening 9, which is curved along its width and is convex with respect to the main flow direction 16 and thus concave with respect to the distributor opening 12. The curvature describes a segment of a circle around the center R, with which the deflecting element 15 is concentric with the circular opening. It thus directs charging gas flowing in from the inlet opening 9 in several directions, including directions 30 along the lateral surface 17. In addition, there is a deflection via the deflection element 15 in the direction of the further base surface 28.
[0048] Das Umlenkelement 15 weist eine Breitenerstreckung 15b auf, welche 75% einer Zuleitungsbreite 9b der Zuleitungsöffnung 9 ausmacht. Das Umlenkelement 15 weist auch eine Höhenerstreckung 15h auf, welche etwa 40% einer Verteilerhöhe 5h des Verteilerraumes 5 ausmacht. Damit wird das hautsächlich in Hauptströmungsrichtung 16 eingeleitete Ladegas vom Umlenkelement 15 im Verteilerraum 5 in andere Richtungen umgeleitet und verwirbelt. So entsteht eine Strömung im Verteilerraum 5, die eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung des Ladegases im Verteilerraum 5 ermöglicht.The deflection element 15 has a width extension 15b, which makes up 75% of a feed line width 9b of the feed opening 9. The deflection element 15 also has a height extension 15h, which makes up approximately 40% of a distributor height 5h of the distributor space 5. The charge gas introduced mainly in the main flow direction 16 is thus diverted and swirled by the deflection element 15 in the distributor space 5 in other directions. This creates a flow in the distribution space 5, which enables a substantially uniform distribution of the charge gas in the distribution space 5.
[0049] In Fig. 7 wird ein Teil einer Ausführungsform für eine Gasführung einer Brennkraftmaschine 20 dargestellt, in der der erfindungsgemäße Gasverteiler 1 verwendet werden kann. Dabei wird das Abgas einer Brennkraftmaschine 20 mit drei Zylindern über einen Abgassammler 23 von den Verbrennungsräumen gesammelt, teilweise über ein Abgasnachbehandlungssystem 21 abgeführt und teilweise rückgeführt. Die Rückführung erfolgt über einen Vorkühler 22, ein EGR-Ventil 24 zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge und einen weiteren Hochdruck-EGR-Kühler 25, bis das rückgeführte Abgas als Ladegas in den Gasverteiler 1 geführt wird. Das nicht rückgeführte Abgas treibt darüber hinaus einen Turbolader 26 an, der angesaugte Frischluft verdichtet. Diese komprimierte Frischluft wird über einen Frischluftkühler 27 ebenso gekühlt und in den Frischluftverteiler 2 geleitet, der die Frischluft ebenso in drei Teile aufteilt. Jedes der drei Teile des vom Gasverteiler 1 aufgeteilten Abgases wird wie in den anderen Figuren dargestellt mit je einem Teil der aufgeteilten Frischluft vermischt und in je einen Zylinder geleitet.7 shows part of an embodiment for a gas duct of an internal combustion engine 20, in which the gas distributor 1 according to the invention can be used. The exhaust gas of an internal combustion engine 20 with three cylinders is collected from the combustion chambers via an exhaust manifold 23, partially discharged via an exhaust gas aftertreatment system 21 and partially recirculated. The recirculation takes place via a precooler 22, an EGR valve 24 for setting the amount of exhaust gas recirculated and a further high-pressure EGR cooler 25 until the recirculated exhaust gas is fed into the gas distributor 1 as charging gas. The non-recirculated exhaust gas also drives a turbocharger 26, which compresses fresh air drawn in. This compressed fresh air is also cooled via a fresh air cooler 27 and passed into the fresh air distributor 2, which also divides the fresh air into three parts. Each of the three parts of the exhaust gas divided by the gas distributor 1 is mixed with a part of the divided fresh air, as shown in the other figures, and passed into a cylinder.
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