DE10007243C1 - Abgasrückführvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zumischvorrichtung 1 für eine Abgasrückführanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Frischluftleitung 3 und einer Abgasrückführleitung 2, deren Auslaßöffnung oder Zumischöffnung 5 in die Frischluftleitung 3 mündet, wobei im Bereich der Zumischöffnung 5 der Zumischvorrichtung 1 ein Drallerzeugungselement und/oder ein Turbulenzerzeugungselement 4 vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zumischvorrichtung für eine Abgasrückführanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Frischluftleitung und einer Abgasrückführleitung, deren Aus­ laßöffnung oder Zumischöffnung in die Frischluftleitung mün­ det.

Es ist bereits eine Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art bekannt, die eine zentrische Zuführung des Abgases in die Ladeluftleitung vorsieht. Die Abgase treten hierbei zentrisch zum Frischluftstrom und in gleicher Strömungsrichtung ein. Je nach relativer Abgas- bzw. Frischluftgeschwindigkeit kommt es aber höchstens in den Grenzbereichen zwischen Abgasstrom und Frischluftstrom zu einer Vermischung. Die Vermischung der zu­ geführten Abgase auf der kurzen Strecke zwischen Zumischstelle und Ladeluftverteiler ist daher sehr schlecht, so daß sich der wesentliche Teil des Abgasstroms bis zum letzten Zylinder im Ladeluftverteiler fortpflanzt.

Aus der DE 43 19 380 C2 ist eine Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, mit einem Einlaßsystem, einer Ladeluftleitung, einem Auspuffsystem, ei­ ner Rückführleitung für einen Teilstrom des Abgases sowie ei­ ner mit Ladeluft beaufschlagten Düse-Diffusoreinheit, in die auch die Rückführleitung einmündet, bekannt, wobei die Düse- Diffusoreinheit direkt in der Ladeluftleitung angeordnet ist und durch die Düse-Diffusoreinheit bei entsprechender Ausle­ gung ein Ausgleich der Druckdifferenzen zwischen Auspuff- und Einlaßsystem bewirkt wird, so daß durch die im Bereich einer Querschnittsverengung in die Düse-Diffusoreinheit einmündende Rückführleitung ein Teilstrom der Abgase der verdichteten Ladeluft zugemischt und damit dem Einlaßsystem zugeführt wer­ den kann. Eine optimale Vermischung von Frischluft und Abgas wird jedoch nicht gewährleistet, weil das Abgas im Randbereich einströmt und keine weiteren, zusätzlich erzeugten Verwirbe­ lungen bzw. Turbulenzen eine weitere Vermischung der beiden Gasströme fördern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mischstelle bzw. Zuführvorrichtung für eine Abgasrückführanlage derart auszubilden und anzuordnen, daß eine optimale Zumischung des Abgases zur Frischluft gewährlei­ stet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung erfinderisch dadurch gelöst, daß im Be­ reich der Zumischöffnung der Zumischvorrichtung ein Draller­ zeugungselement und/oder ein Turbulenzerzeugungselement vorge­ sehen ist.

Hierdurch wird erreicht, daß das der Fischluft zu­ geführte Abgas optimal eingemischt wird, so daß in der nach­ folgenden Mischzone bzw. Mischstrecke ein nahezu homogenes Frischluft-Abgasgemisch entsteht, insbesondere auch deshalb, weil über den gesamten Querschnitt der Ladeluftleitung eine Verwirbelung der beiden Gasströme entsteht.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß das Drallerzeugungselement und/oder das Turbulenzerzeugungselement Teil einer Zumischvor­ richtung und als Drallkanal ausgebildet ist, wobei der Drall­ kanal auf seiner Innenseite im Bereich der Zumischöffnung Lei­ telemente oder Leitbleche für das Abgas aufweist und die Lei­ telemente schraubenförmig und/oder schneckenförmig ausgebildet sind. Das einströmende Abgas wird im Bereich der Zu­ mischöffnung der Abgasrückführleitung durch die auf der Innen­ seite befindlichen Leitbleche in Rotation versetzt bzw. er­ fährt eine Drallbewegung, so daß eine optimale Einmischung des Abgases in den Frischluftstrom erreicht wird.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, daß das Drallerzeugungselement und/oder das Turbulenzer­ zeugungselement der Zumischvorrichtung als Drallgitter ausge­ bildet ist, wobei das Drallgitter über den Umfang verteilt an­ geordnete Leitelemente oder Leitbleche aufweist und in der Ab­ gasrückführleitung im Bereich der Zumischöffnung angeordnet ist. Das austretende Abgas bzw. seine Strömungsrichtung er­ fährt somit durch die Leitbleche zum einen eine Radialkompo­ nente und eine Rotationskomponente, so daß diese Überlagerung der beiden zusätzlichen Strömungsbewegungen mit der schon vor­ handenen Axialkomponente eine sehr gute Einmischung des Abga­ ses in den Frischluftstrom gewährleistet.

Ferner ist es vorteilhaft, daß sich die Abgasrückführleitung oder die Zumischöffnung tangential zur Frischluftleitung erstreckt. Somit tritt der Abgasstrom ebenfalls tangential in die Frischluftleitung ein. Diese Strömungsbewegung des eintre­ tenden Abgases überlagert sich nun an der Zumischstelle mit der im wesentlichen axial verlaufenden Frischluftströmung. Das Ergebnis führt zu einer Mischungsströmung, die sowohl Bewe­ gungsanteile in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung aufweist, so daß eine äußerst kurze Mischungsstrecke erreicht wird.

Vorteilhaft ist es auch, daß die Zumischvorrichtung im Bereich der Zumischöffnung ein Prallelement für das Abgas aufweist, wobei das Prallelement als Kegel oder Platte ausgebildet ist und auf seiner Oberfläche schraubenförmig und/oder schneckenförmig angeordnete Leitelemente oder Leitbleche auf­ weist. Das axial aus der Abgasrückführleitung austretende Ab­ gas erfährt durch das kegelige Prallelement eine Radialkompo­ nente, der sich auf Grund der spiralförmigen Leitbleche eine Bewegungskomponente in Umfangsrichtung überlagert. Hinzu kommt ein Verwirbelungseffekt beim Ablösen der Strömung am Ende bzw. an der Kante des Prallelements. Das Ergebnis ist wiederum eine sehr gute Einmischung des Abgases in den Frischluftstrom.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß die Abgasrückführ­ leitung im Bereich der Zumischöffnung schraubenförmig, schneckenförmig, spiralförmig, exzentrisch und/oder konzen­ trisch ausgebildet ist. Somit erfährt der gesamte Abgasstrom einen Drehimpuls bzw. Drall, und die Zumischung in den Frisch­ luftstrom wird optimiert.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß das Drallerzeugungselement und/oder das Turbulenzer­ zeugungselement in der Abgasrückführleitung und/oder in der Frischluftleitung im Bereich der Zumischöffnung exzentrisch und/oder konzentrisch angeordnet ist. Das Erzeugen von Drall- und/oder Turbulenzbewegungen kann in der Abgasströmung und/oder in der Frischluftströmung induziert werden, da sich der jeweilige Zumischeffekt durch Impulsaustausch der beiden Strömungen fortpflanzt.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und An­ ordnung ist es von Vorteil, daß die Zumischöffnung als Düse oder Diffusor ausgebildet und koaxial in der Frischluftleitung angeordnet ist, wobei das Durchmesserverhältnis von Frischluftleitung zu Abgasrückführleitung einen Wert zwischen drei und zehn aufweist. Je nach gegebenen Druckverhältnissen in der Abgasleitung bzw. der Frischluftleitung kann über die Querschnittsform der Zumischöffnung das Zumischen begünstigt bzw. das Druckverhältnis optimiert werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Ein- und Auslaßleitungssystems einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein Drallgitter an der Mündungsstelle der Ab­ gasrückführleitung 2,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel mit einem als Kegel ausgebildeten Prallelement im Bereich der Mündungsstelle der Abgasrückführleitung 2,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Drallkanals mit Leitblech,

Fig. 5 eine tangentiale Anordnung der Abgasrückführ­ leitung 2 an die Frischluftleitung und

Fig. 6 eine schraubenförmig bzw. schneckenförmig aus­ gebildete Abgasrückführleitung 2 mit mittigem Abgasauslaß in der Frischluftleitung.

In den Zeichnungen ist in Fig. 1 mit 13 ein Ein- und mit 14 ein Auslaßleitungssystem einer nicht dargestellten Brennkraft­ maschine bezeichnet, die mit einer Abgasrückführanlage 15 aus­ gestattet ist. Auslaßseitig ist ein Luftfilter 16 vorgesehen, an den sich ein Frischluftlader 17 und eine Frischluftlei­ tung 3 anschließen. Ebenfalls auslaßseitig befindet sich ein Katalysator 19, an den eine Abgasanlage 20 angeschlossen ist.

In die Frischluftleitung 3 ist ein Ladeluftkühler 21 inte­ griert, und nach der Frischluftleitung 3 befindet sich eine Abgasrückführeinrichtung 22. Die Abgasrückführeinrichtung 22 ist über eine Abgasrückführleitung 2 mit einem Abgasrückführ­ ventil 23 verbunden, das ebenfalls über die Abgasrückführlei­ tung 2 mit der Auslaßseite der Brennkraftmaschine in Verbin­ dung steht. Weiterhin ist die Abgasrückführeinrichtung 22 über einen Ladeluftverteiler 24 an Einlaßkanäle 25 angeschlossen.

Die Frischluft wird über den Luftfilter 16 angesaugt und mit­ tels des Frischluftladers 17 verdichtet. Der Frischluftla­ der 17 wird abgasseitig von den ausströmenden Abgasen ange­ trieben, die dann über den Katalysator 19 und die Abgasan­ lage 20 ins Freie ausströmen.

Die verdichtete Frischluft wird im Ladeluftkühler 21 gekühlt und weiter über die Frischluftleitung 3 und die Abgasrück­ führeinrichtung 22 dem Ladeluftverteiler 24 zugeführt. In der Abgasrückführeinrichtung 22 wird der verdichteten und gekühl­ ten Frischluft Abgas zugemischt. Das Abgas wird hierbei über das Abgasrückführventil 23 der Abgasrückführleitung 2 zuge­ führt.

Das Abgasrückführventil 23 regelt über einen Steller den in der Abgasrückführeinrichtung 22 der Frischluft zugeführten Ab­ gasstrom, so daß im Ladeluftverteiler 24 ein homogenes Frisch­ luft-Abgasgemisch entsteht. Dieses homogene Frischluft-Abgas­ gemisch wird über die Einlaßkanäle 25 den nicht dargestellten Zylindern zugeführt.

In Fig. 2 ist mit 1 eine Zumischvorrichtung bezeichnet, die am Ende der Abgasrückführleitung 2 ein Leitbleche 7 aufweisen­ des Drallgitter 8 aufweist. Die Abgasrückführleitung 2 ist hierzu koaxial im Inneren der Frischluftleitung 3 angeordnet. Das aus der Abgasrückführleitung 2 ausströmende Abgas erfährt durch die Leitbleche 7 einen Drall, bzw. es werden durch die Leitbleche lokale Turbulenzgebiete innerhalb der Abgasströmung sowie innerhalb der folgenden Mischströmung erzeugt.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist dort mit 10 ein Prallelement bezeichnet, das als Kegel ausgebildet ist. Der Kegel weist einen Kegelmantel auf, auf dessen Ober­ fläche über den Umfang Leitbleche angeordnet sind. Das aus der Abgasrückführleitung 2 ausströmende Abgas trifft auf den Ke­ gelmantel bzw. dessen Spitze auf und erfährt durch diesen eine radiale Strömungskomponente. Zusätzlich zu dieser radialen Strömungskomponente erfährt die Strömung durch auf der Mantel­ fläche vorgesehenen Leitbleche 7' eine Umfangskomponente und damit wiederum einen Drall mit lokalen Turbulenzen. Der Kegel bzw. das Prallelement 10 wird über Halteelemente 26 zur Abgas­ rückführleitung 2 oder zur Frischluftleitung hin abgestützt.

In Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt. Mit 12 ist ein Drallkanal bezeichnet, auf dessen Innenseite 6 einer Zumischöffnung 5 Leitbleche 7" vorgesehen sind. Die Leitbleche 7" weisen eine schraubenförmige bzw. schneckenför­ mige Anordnung auf und bilden somit einen Drallkanal 12.

Fig. 5 zeigt eine tangentiale Anordnung der Abgasrückführlei­ tung 2 zur Frischluftleitung 3. Das Abgas wird durch die schneckenförmige Einlaufstrecke in eine Dreh- und Drallbewe­ gung versetzt, so daß eine optimale Vermischung des Abgases mit der Frischluft möglich wird.

Fig. 6 zeigt eine im Bereich der Zumischöffnung 5 schrauben­ förmig bzw. schneckenförmig ausgebildete Abgasrückführlei­ tung 2. Sie führt zunächst radial von unten in die Frischluft­ leitung 3 und weist eine zur Frischluftleitung 3 mittig ange­ ordnete Zumischöffnung 5 auf. Das Abgas wird beim Durchströmen des schraubenförmigen bzw. schneckenförmigen Teils der Abgas­ rückführleitung 2 in Rotation versetzt. Durch die Form der Ab­ gasrückführleitung 2 besitzt das aus der Zumischöffnung 5 aus­ tretende Abgas eine Drehrichtung bzw. einen Drall, der das Einmischen des Abgases in den Frischluftstrom begünstigt.

Claims (11)

1. Zumischvorrichtung (1) für eine Abgasrückführanlage (15) einer Brennkraftmaschine mit einer Frischluftleitung (3) und einer Abgasrückführleitung (2), deren Auslaßöffnung oder Zu­ mischöffnung (5) in die Frischluftleitung (3) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Zumischöffnung (5) der Zumischvorrich­ tung (1) ein Drallerzeugungselement und/oder ein Turbulenzer­ zeugungselement (4) vorgesehen ist.

2. Zumischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallerzeugungselement und/oder das Turbulenzerzeu­ gungselement (4) Teil einer Zumischvorrichtung (1) und als Drallkanal (12) ausgebildet ist.

3. Zumischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkanal (12) auf seiner Innenseite (6) im Bereich der Zumischöffnung (5) Leitelemente oder Leitbleche (7) für das Abgas aufweist und die Leitelemente (7) schraubenförmig und/oder schneckenförmig ausgebildet sind.

4. Zumischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallerzeugungselement und/oder das Turbulenzerzeu­ gungselement (4) der Zumischvorrichtung (1) als Drallgit­ ter (8) ausgebildet ist.

5. Zumischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallgitter (8) über den Umfang verteilt angeordnete Leitelemente oder Leitbleche (7, 7') aufweist und in der Ab­ gasrückführleitung (2) im Bereich der Zumischöffnung (5) ange­ ordnet ist.

6. Zumischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abgasrückführleitung (2) oder die Zumischöff­ nung (5) tangential zur Frischluftleitung (3) erstreckt.

7. Zumischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischvorrichtung (1) im Bereich der Zumischöff­ nung (5) ein Prallelement (10) für das Abgas aufweist.

8. Zumischvorrichtung nach einem der Ansprüch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallelement (10) als Kegel oder Platte ausgebildet ist und auf seiner Oberfläche schraubenförmig und/oder schneckenförmig angeordnete Leitelemente oder Leitbleche (7') aufweist.

9. Zumischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführleitung (2) im Bereich der Zumischöff­ nung (5) schraubenförmig, schneckenförmig, spiralförmig, ex­ zentrisch und/oder konzentrisch ausgebildet ist.

10. Zumischvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallerzeugungselement und/oder das Turbulenzerzeu­ gungselement (4) in der Abgasrückführleitung (2) oder in der Frischluftleitung (3) im Bereich der Zumischöffnung (5) kon­ zentrisch und/oder exzentrisch angeordnet ist.

11. Zumischvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischöffnung (5) als Düse oder Diffusor ausgebildet und koaxial in der Frischluftleitung (3) angeordnet ist.