DE102004047990B4

DE102004047990B4 - Luftansauganordnung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102004047990B4
Application number: DE102004047990.9A
Authority: DE
Inventors: Mark Steven Huebler
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2014-01-02
Anticipated expiration: 2024-10-02
Also published as: US6945238B2; US20050072409A1; DE102004047990A1

Abstract

Luftansaugsystem (10) für einen Motor, wobei das Luftansaugsystem (10) aufweist: eine Rohrleitung (32), die einen Durchgang definiert, der dafür konfiguriert ist, während eines Betriebs des Motors Luft von der Atmosphäre zu einem Ansaugkrümmer (14) zu befördern, wobei die Rohrleitung (32) einen als AGR-Quelle konfigurierten AGR-Einlass (38) in den Durchgang definiert; eine Platte (50) mit einer ersten Seite (54) und einer zweiten Seite (58), wobei die Platte (50) den Durchgang in ein erstes Volumen (52), das zumindest teilweise durch die erste Seite (54) definiert ist, und ein zweites Volumen (56) teilt, das zumindest teilweise durch die zweite Seite (58) definiert ist; wobei die Platte (50) und der AGR-Einlass (38) so ausreichend angeordnet sind, dass während eines Betriebs des Motors zumindest ein Teil des AGR vom AGR-Einlass (38) durch das erste Volumen entlang der ersten Seite (54) der Platte (50) strömt und Luft durch sowohl das erste als auch das zweite Volumen entlang der ersten Seite (54) bzw. der zweiten Seite strömt; dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugkrümmer (14) eine lang gestreckte zylindrische Kammer (18) mit einem Gaseinlass (22) an einem Ende definiert; und dass die Platte (50) koaxial mit einer Drossel (40) mittig in der Rohrleitung (32) angeordnet ist, so dass das erste Volumen (52) und das zweite Volumen (56) gleich sind.

Description

Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 03. Oktober 2003 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 60/508583, die in ihrer Gesamtheit hiermit durch Verweis einbezogen ist.
Diese Erfindung bezieht sich auf Luftansaugsysteme für Verbrennungsmotoren, die einen Durchgang zum Zuführen von Luft zu einem Krümmer, einen AGR-Einlass, wodurch AGR in den Durchgang mit der Luft gelangt, und eine Platte enthalten, die den Durchgang so teilt, dass zumindest ein gewisser Teil des AGR durch die Platte abgelenkt wird, um an nur einer Seite der Platte zu strömen.
Die Verwendung eines Systems zur Abgasrückführung, um Abgas eines Verbrennungsmotors (AGR) zu einem Einlassluftweg eines Motors rückzuführen, ist gut bekannt. AGR kann das Niveau bestimmter unerwünschter Komponenten von Motoremissionen wie z. B. Stickoxid (NOx) senken und den Kraftstoffverbrauch verbessern. Bis zu einer Grenze nehmen NOx-Emissionen mit zunehmenden AGR-Pegeln ab. Jenseits der Grenze kann AGR die Ausbildung anderer unerwünschter Komponenten von Motoremissionen erhöhen und das Fahrverhalten des Fahrzeugs verschlechtern.
Die Abgasrückführung ist typischerweise verbunden mit einer Rückführung von Abgas durch einen AGR-Kanal zwischen einer Motorabgasrohrleitung und einem Einlasskanal für Motorfrischluft. Ein Ventil innerhalb des AGR-Kanals (das AGR-Ventil) wird gesteuert, um eine Drosselung innerhalb des AGR-Kanals zu variieren, um den Strom von Abgas dort hindurch zu regulieren. Wenn das AGR nicht erforderlich ist, wird das AGR-Ventil typischerweise durch eine Federvorbelastung in die Stellung für eine volle Drosselung (geschlossen) gesteuert. Die Federvorbelastung muss gewöhnlich beträchtlich sein, um nötigenfalls ein schnelles Schließen des AGR-Ventils sicherzustellen und eine geeignete Abdichtung eines geschlossenen AGR-Ventils sicherzustellen. Wenn das AGR erforderlich ist, wird das AGR-Ventil durch Anlegen eines Stellungssteuersignals an ein mit dem AGR-Ventil mechanisch verbundenes Stellglied in eine offene Stellung gesteuert. Der Öffnungsgrad des AGR-Ventils variiert mit der Größe des Stellungssteuersignals.
Wenn das AGR-Ventil offen ist, gelangt das AGR in den Einlasskanal für Frischluft und strömt zu den Motorzylindern. Für optimale Leistung sollte das AGR sich ganz mit der Frischluft mischen, so dass jeder Zylinder im Wesentlichen identische Verhältnisse von Frischluft und AGR empfängt. Das AGR wird typischerweise unmittelbar vor Eintreten in einen Ansaugkrümmer der Frischluft zugesetzt, um die Ansprechzeit zwischen einem Signal, das dem AGR-Ventil zu öffnen befiehlt, und dem Zeitpunkt, zu dem das AGR den Motorzylinder erreicht, zu minimieren.
Die JP 09-195859 A und die JP 09-195860 A beschreiben ein Luftansaugsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 198 57 578 A1 beschreibt ein Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Venturieinrichtung in ein Einlasssystem.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Luftansaugsystem vorzusehen, das derart ausgebildet ist, dass das AGR sich ganz mit Frischluft mischt, so dass jeder Zylinder im Wesentlichen identische Verhältnisse von Frischluft und AGR empfängt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Das Luftansaugsystem für einen Motor enthält eine Rohrleitung, die einen Durchgang definiert, der dafür konfiguriert ist, Luft aus der Atmosphäre während eines Motorbetriebs zu einem Ansaugkrümmer zu befördern. Die Rohrleitung enthält einen AGR-Einlass, der dafür ausgelegt ist, das AGR dem Durchgang selektiv zuzuführen. Eine Platte mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite teilt den Durchgang in ein erstes Volumen, das zumindest teilweise durch die erste Seite gebildet wird, und ein zweites Volumen, das zumindest teilweise durch die zweite Seite gebildet wird.
Die Platte und der AGR-Einlass sind in Bezug aufeinander ausreichend angeordnet, so dass zumindest ein Teil des AGR von dem AGR-Einlass durch das erste Volumen entlang der erste Seite der Platte strömt und Luft durch sowohl das erste als auch zweite Volumen entlang der ersten Seite bzw. der zweiten Seite während eines Betriebs des Motors strömt. Die Platte zwingt das AGR im ersten Volumen zu einem Teil der Krümmerkammer, so dass es mehr Zeit hat, sich mit Luft zu mischen, was eine einheitlichere AGR-Verteilung unter den Motorzylindern zur Folge hat.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt;
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Luftansaugsystems, das einen Krümmer, einen Ansaugkanal, eine Rohrleitung und ein AGR-Rohr enthält; und
2 eine schematische seitliche Schnittansicht des Luftansaugsystems von 1 (2 ist nicht maßstabsgerecht gezeichnet).
In 1 und 2 ist ein Luftansaugsystem 10 für einen Verbrennungsmotor schematisch dargestellt. Das Luftansaugsystem 10 verteilt Verbrennungsgase, die Frischluft und rückgeführtes Abgas (AGR) einschließen, auf mehrere (nicht dargestellte) Motorzylinder. Das Luftansaugsystem 10 enthält einen Luftansaugkrümmer 14. Der Luftansaugkrümmer 14 in der dargestellten Ausführungsform stammartiger Krümmer 14 (engl. log style manifold), d. h. ein im Wesentlichen zylindrisches langgestrecktes Bauteil. Beispielhafte Krümmerkonfigurationen sind in dem am 29. Oktober 1985 an Rush II et al. erteilten US-Patent Nr. 4,549,506 beschrieben, das in seiner Gesamtheit durch Verweis hiermit einbezogen ist.
Der Krümmer 14 definiert eine langgestreckte, im wesentlichen zylindrische Kammer 18 mit einem Krümmergaseinlass 22 an einem Ende, durch den Gas in die Kammer 18 strömt. Der Luftansaugkrümmer 14 definiert auch mehrere Gasauslässe 24, durch die Gas aus der Kammer 18 über Ansaugkanäle 28 zu den Motorzylindern strömt. Die Gasauslässe 24 und Ansaugkanäle 28 sind entlang der Länge des Krümmers 14 verteilt; somit ist die Distanz zwischen dem Einlass 22 und einem der Auslässe 24 vom Abstand zwischen dem Einlass 22 und irgendeinem der anderen Auslässe 24 verschieden.
Die Ansaugkanäle 28 sind, wie der Fachmann versteht, mit (nicht dargestellten) Einlassöffnungen verbunden, die in einem (nicht dargestellten) Zylinderkopf ausgebildet sind. (Nicht dargestellte) nockenwellenbetriebene Einlassventile öffnen, um während jeweiliger Ansaugtakte Gas von den Ansaugkanälen 28 zu den Motorzylindern strömen zu lassen, und schließen, um während jeweiliger Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßtakte eine Fluidverbindung zwischen Zylindern und den Ansaugkanälen 28 zu verhindern. Das dargestellte Luftansaugsystem 10 ist für einen Motor ausgelegt, der zwei Einlassventile pro Zylinder nutzt. Dementsprechend steht jeder Zylinder mit der Kammer 18 über zwei Ansaugkanäle 28, einen primären Ansaugkanal und einen sekundären Ansaugkanal, in Fluidverbindung. Innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung kann das Luftansaugsystem jedoch nur einen Ansaugkanal pro Zylinder aufweisen.
Das Luftansaugsystem 10 kann bei jedem beliebigen Verbrennungsmotor genutzt werden. Ein Kraftstoffeinspritzsystem wird vorzugsweise genutzt, um Kraftstoffdampf in die Ansaugkanäle 28 einzuspritzen, wenn das Luftansaugsystem 10 bei einem Ottomotor genutzt wird.
Der Krümmer 14 ist vorzugsweise aus einem leichten, hochtemperaturbeständigen Thermoplast wie z. B. Polyamid 66 (Nylon 66) hergestellt. Innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung muss jedoch das Material des Ansaugkrümmers 14 nicht auf einen Kunststoff beschränkt sein, sondern kann auch herkömmliche Materialien wie z. B. Stahl, Aluminium, Magnesium etc. einschließen.
Eine Rohrleitung 32, die in der vorliegenden Ausführungsform ein Zip-Rohr (engl. zip tube) ist, definiert einen Durchgang 34. Der Durchgang 34 steht an einem Ende 36 typischerweise durch einen (nicht dargestellten) Filter mit der Atmosphäre ausreichend in Verbindung, um Luft in den Durchgang 34 zu ziehen, d. h. der Durchgang steht mit der Atmosphäre in Fluidverbindung. Die Rohrleitung 32 definiert auch einen AGR-Einlass 38 nahe dem Gaseinlass 22. Die Rohrleitung 32 ist mit dem Gaseinlass 22 verbunden, so dass der Durchgang 34 mit der Kammer 18 in Fluidverbindung steht. Der Durchgang 34 ist somit dafür ausgelegt, während eines Betriebs des Motors zumindest Luft und AGR enthaltendes Gas in die Kammer 18 zu befördern. Eine Drosselklappe 40 reguliert die Stromrate von Frischluft aus der Atmosphäre, und ein AGR-Ventil 44 reguliert die AGR-Stromrate. Das AGR-Ventil wird durch ein (nicht dargestelltes) Motorsteuermodul selektiv betätigt. Herkömmliche AGR-Zufuhrsysteme weisen ein Stahlrohr 48 auf, das in einem (nicht dargestellten) isolierenden Material eingeschlossen ist, um umgebende Komponenten zu schützen.
Ein Platte 50 innerhalb der Rohrleitung 32 teilt den Durchgang 34 in ein oberes Volumen 52, das zum Teil durch eine erste Seite 54 der Platte 50 definiert wird, und ein unteres Volumen 56, das zum Teil durch eine zweite Seite 58 der Platte 50 definiert wird. Das obere Volumen 52 und das untere Volumen 56 definieren separate Kanäle innerhalb des Durchgangs 34. Die Platte 50 kann innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung ein integraler Teil der Rohrleitung sein oder auch nicht. Die Platte teilt während eines Motorbetriebs durch den Durchgang 34 strömende Luft in zwei Ströme: ein erster Strom 60 strömt durch das obere Volumen 52 entlang der ersten Seite 54 der Platte 50, und ein zweiter Strom 62 strömt durch das untere Volumen 56 entlang der zweiten Seite 58 der Platte 50. In der dargestellten Ausführungsform ist die Platte 50 bezüglich des AGR-Einlasses 38 so ausreichend angeordnet, dass das AGR auf nur einer Seite 54 der Platte 50 in den Durchgang 34 gelangt. Je nach der Gestaltung des Luftansaugsystems 10 kann es jedoch wünschenswert sein, dass ein kleiner prozentualer Anteil des AGR auf der anderen Seite 58 der Platte strömt. Um dies zu erreichen, kann die Platte 50 stromabwärts bezüglich des AGR-Einlasses 38 angeordnet sein, oder ein (nicht dargestellter) zweiter AGR-Einlass kann einen kleinen AGR-Betrag direkt so leiten, dass er auf der anderen Seite 58 der Platte 50 strömt.
Die Platte 50 lenkt oder leitet die durch das obere Volumen 52 entlang der ersten Seite 54 strömende AGR zum oberen Teil 64 der Krümmerkammer 18 um, so dass es mehr Zeit und Raum hat, um sich darin mit Luft zu mischen, bevor es über die Auslässe 24 in die Ansaugkanäle 28 eintritt, was eine einheitlichere AGR-Verteilung unter den Motorzylindern zur Folge hat. Ohne die das AGR ablenkende Platte 50 kann das AGR in einigen Fällen eine Tendenz aufweisen, zum dem Einlass 22 nächstgelegenen Auslass 24 zu strömen. Die Platte 50 ist vorzugsweise so angeordnet, um ihren Effekt auf den Frischluftstrom im Durchgang 34 für einen maximalen volumetrischen Wirkungsgrad zu minimieren.
Obgleich das beste Verfahren zum Ausführen der Erfindung ausführlich beschrieben wurde, erkennt der Fachmann für die Technik, auf die sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum praktischen Umsetzen der Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche. Ein Luftansaugsystem für einen Verbrennungsmotor enthält eine Rohrleitung, die einen Durchgang definiert, der Luft zu einem Krümmer befördert. Ein AGR-Einlass in der Rohrleitung ermöglicht, dass sich das AGR mit der Luft mischt. Eine Platte ist im Durchgang so ausreichend angeordnet, dass Luft im Durchgang in zwei Ströme geteilt wird. Einer der Ströme strömt auf einer Seite der Platte, und der andere Strom strömt auf der anderen Seite der Platte. Die Platte ist bezüglich des AGR-Einlasses so ausreichend angeordnet, dass zumindest ein Teil des AGR und vorzugsweise der größere Teil des AGR, das in den Durchgang eintritt, abgelenkt wird, um auf nur einer Seite der Platte zu strömen. Die Platte lenkt zumindest einen gewissen Teil des AGR so ab, dass er mehr Zeit und Raum hat, um sich darin mit der Luft zu mischen, bevor er in einen Motorzylinder angesaugt wird. Die Platte ermöglicht somit eine einheitlichere AGR-Verteilung unter Motorzylindern, was verglichen mit dem Stand der Technik bessere Emissionen und einen besseren Kraftstoffverbrauch zur Folge hat.

Claims

Luftansaugsystem (10) für einen Motor, wobei das Luftansaugsystem (10) aufweist: eine Rohrleitung (32), die einen Durchgang definiert, der dafür konfiguriert ist, während eines Betriebs des Motors Luft von der Atmosphäre zu einem Ansaugkrümmer (14) zu befördern, wobei die Rohrleitung (32) einen als AGR-Quelle konfigurierten AGR-Einlass (38) in den Durchgang definiert; eine Platte (50) mit einer ersten Seite (54) und einer zweiten Seite (58), wobei die Platte (50) den Durchgang in ein erstes Volumen (52), das zumindest teilweise durch die erste Seite (54) definiert ist, und ein zweites Volumen (56) teilt, das zumindest teilweise durch die zweite Seite (58) definiert ist; wobei die Platte (50) und der AGR-Einlass (38) so ausreichend angeordnet sind, dass während eines Betriebs des Motors zumindest ein Teil des AGR vom AGR-Einlass (38) durch das erste Volumen entlang der ersten Seite (54) der Platte (50) strömt und Luft durch sowohl das erste als auch das zweite Volumen entlang der ersten Seite (54) bzw. der zweiten Seite strömt; dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugkrümmer (14) eine lang gestreckte zylindrische Kammer (18) mit einem Gaseinlass (22) an einem Ende definiert; und dass die Platte (50) koaxial mit einer Drossel (40) mittig in der Rohrleitung (32) angeordnet ist, so dass das erste Volumen (52) und das zweite Volumen (56) gleich sind.
Luftansaugsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der AGR-Einlass (38) und die Platte (50) so ausreichend angeordnet sind, dass zumindest ein Hauptteil des AGR vom AGR-Einlass (38) durch das erste Volumen entlang der ersten Seite (54) der Platte (50) während zumindest eines Teils des Motorbetriebs strömt.
Luftansaugsystem (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Ansaugkrümmer (14), wobei der Krümmer (14) die lang gestreckte Kammer (18) in Fluidverbindung mit dem Durchgang definiert.
Luftansaugsystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, der Krümmer (14) mehrere Auslässe (24) definiert, die entlang der Länge des Krümmers (14) verteilt sind und mit der Kammer (18) in Fluidverbindung stehen.