DE102005019776A1 - Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführvorrichtung - Google Patents

Abstract

Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführvorrichtung (1), die Abgas von einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine in einen Saugtrakt (2) der Brennkraftmaschine rückführt, wobei eine Abgasrückführeinleitstelle (3) in einem Mischrohr (4) in Strömungsrichtung einer Frischluft vor einem Luftsammler (5) angeordnet ist und wobei das Mischrohr (4) vor Eintritt in den Luftsammler (5) bezüglich einer zu einer Brennkraftmaschinenlängsachse (8) weitgehend parallel angeordneten Achse (8') eine Krümmung (α) zwischen 250° und 340° aufweist.
Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung werden das rückgeführte Abgas und die Frischluft ideal miteinander vermischt, so dass alle Zylinder der Brennkraftmaschine ein weitgehend gleichmäßiges Mischungsverhältnis von zurückgeführtem Abgas und Frischluft erhalten.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Sie geht von der europäischen Patentschrift EP 0 790 393 B1 aus. In dieser ist eine 8-Zylinder-Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführvorrichtung beschrieben. Die Abgasrückführvorrichtung leitet Abgas von einem Abgassammler der Brennkraftmaschine in den Saugtrakt der Brennkraftmaschine zurück. Der Saugtrakt besteht aus einem Luftsammler mit einzelnen Saugrohren, die Luft zu den Zylindern der Brennkraftmaschine leiten, sowie einem Mischrohr, welches in Frischluftströmungsrichtung vor dem Sammler angeordnet ist. In dem Mischrohr befindet sich die Abgasrückführeinleitstelle für das rückgeführte Abgas. Durch die vorgelagerte Abgasrückführeinleitstelle wird die Frischluft mit dem rückgeführten Abgas auf der Strecke zu den Zylindern gut gemischt, bevor das Frischluft-Abgasgemisch in die einzelnen Zylinder geleitet wird.
• Aufgrund einer immer strengeren Abgasgesetzgebung ist es erforderlich, jedem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine sehr exakt das gleiche Mischungsverhältnis von Frischgas zu rückgeführtem Abgas zuzuführen. Mit der im Stand der Technik vorgeschlagenen Ausgestaltung ist es heute kaum möglich, die vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte einzuhalten.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der es möglich ist, jedem Zylinder der Brennkraftmaschine sehr exakt das gleiche Mischungsverhältnis von Frischgas zu rückgeführtem Abgas zuzuführen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Mischrohr vor Eintritt in den Luftsammler bezüglich einer zu der Brennkraftmaschinenlängsachse weitgehend parallel angeordneten Achse eine Krümmung (α) zwischen 250° und 340° aufweist.
• Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung ist eine extrem einfache und gleichzeitig ausgezeichnet stabile betriebspunktunabhängige Abgasrückführgleichverteilung je Zylinder sichergestellt. Hieraus resultieren Funktionsvorteile für den Brennkraftmaschinenbetrieb, sowie die Erreichung strengster geforderter Emissionsgrenzwerte.
• Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 gestattet eine einfache und kostengünstige Fertigung von Mischrohr und Luftsammler.
• Die Anordnung des Hitzeschutzelementes gemäß Patentanspruch 3 stellt eine fertigungstechnisch einfache Anbindung der Abgasrückführvorrichtung an den Saugtrakt dar.
• Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in einer ersten Figur näher erläutert, in einer zweiten Figur ist die Wirkung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung in einem Diagramm dargestellt.
• 1 zeigt eine Aufsicht in einen Hohlraum eines einstückigen Saugtraktes;
• 2 zeigt in einem Diagramm eine relative Abweichung einer Abgasrückführrate zum Mittelwert pro Zylinder einer Brennkraftmaschine.
• 1 zeigt die Aufsicht in einen Hohlraum eines einstückigen, zwei Mal geschnittenen Saugtraktes 2, bestehend aus einem Luftsammler 5 und einem Mischrohr 4. Der Luftsammler 5 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine vorgesehen, kann jedoch an jede beliebige Zylinderzahl, sowohl von Reihenbrennkraftmaschinen als auch von Brennkraftmaschinen mit V-förmiger Zylinderanordnung, angepasst werden. Ein Frischluftstrom aus dem Luftsammler 5 zu den einzelnen Zylindern Z1 bis Z4 ist durch vier Pfeile schematisch dargestellt. Das Mischrohr 4 weist eine gestrichelt dargestellte Längsachse 4' auf. Ein Pfeil 7 zeigt auf einen Frischlufteintritt des Mischrohrs 4. Im Bereich des Frischlufteintritts 7 befindet sich eine Abgasrückführeinleitstelle 3, an der durch die Abgasrückführvorrichtung 1 rückgeführtes Abgas in das Mischrohr 4 eingeleitet wird. An der Abgasrückführleinleitstelle 3 befindet sich ein Hitzeschutzelement 6 zur thermischen Entkopplung des Mischrohres 4 von dem rückgeführten heißen Abgas. Das rückgeführte Abgas ist im Bereich des Hitzeschutzelementes 6 mit kleinen Pfeilen schematisch dargestellt. Das Hitzeschutzelement 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Einleitrohr mit einer Prallfläche. In weiteren Ausführungsvarianten kann auch eine Ringeinleitung oder eine Mischdüse an der Einleitstelle oder eine Jet Abgasrückführeinleitstelle vorgesehen werden.
• Erfindungsgemäß weist das Mischrohr 4 in Strömungsrichtung der Frischluft vor dem Eintritt in den Saugtrakt 2 eine Krümmung α von 300° bezüglich einer weitgehend parallel zu einer Brennkraftmaschinenlängsachse 8 ausgerichteten Achse 8' auf. Der Winkel α kann in anderen Ausführungsbeispielen zwischen 250° und 340° betragen. Wie unten in 2 dargestellt, wird durch diese Krümmung des Mischrohres 4 zwischen der Abgasrückführeinleitstelle 3 und dem Luftsammler 5 eine unerwartet hohe Vermischung, d. h. Homogenität des Frischluft-Abgasgemisches für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine erzielt.
• Wie in 1 erkennbar, sind das Mischrohr 4 und der Luftsammler 5 einstückig und materialeinheitlich ausgeführt. Dies ermöglicht eine schnelle, einfache und kostengünstige Fertigung. Das Mischrohr 4 und der Luftsammler 5 können beispielsweise aus Kunststoff (durch verschweißte Schalen oder in Schmelzkerntechnik) oder im Aludruckguss oder im Sandguss ausgeführt werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist aber auch für alle anderen Herstellverfahren anwendbar. Die Anordnung des Hitzeschutzelementes 6 im Bereich der Abgasrückführeinleitstelle 3 ermöglicht ferner eine einfache Fertigung der gesamten Abgasrückführvorrichtung. Ferner kann das Mischrohr 4 auch als ein Kühler ausgeführt sein.
• Als weitere Variationsparameter zur Beeinflussung der Abgasrückführverteilung und der Luftmassengleichverteilung je Zylinder stehen zur Verfügung: Veränderung von
• – Länge und Querschnittsfläche des Mischrohres 4,
• – dem Eintrittswinkel des Mischrohres 4 in den Luftsammler 5,
• – der Lage des Mischrohreintrittes in den Luftsammler 5 bezüglich der
• – Längsachse 8 der Brennkraftmaschine,
• – der Lage der Abgasrückführeinleitstelle 3 in das Mischrohr 4,
• – der geometrischen Ausgestaltung des Mischrohrüberganges an den Luftsammler 5, d. h. Querschnitt und Winkellage des Überganges, sowie Drehung um die Längsachse 4'.
• Die Erfindung ist ferner kombinierbar mit jeder gängigen Drallklappensteuerung im Rahmen beispielsweise eines Zweikanalkonzepts (Drall- und Tangentialkanal zur gezielten Drallbeeinflussung bzw. Drallspreizung).
• 2 zeigt die relative Abweichung der Abgasrückführrate zum Mittelwert der Abgasrückführrate pro Zylinder Z1 bis Z4 für eine Brennkraftmaschine mit einem konventionellen Saugtrakt im Vergleich zu einem erfindungsgemäßen Saugtrakt. Der Wert der relativen Abweichung zum Mittelwert in [%] ist für jeweils vier Zylinder eines konventionellen und eines erfindungsgemäßen Saugtrakts über die Y-Koordinate aufgetragen. Je Zylinder 1 bis 4 ist ein Doppelbalken dargestellt, wobei jeweils der linke Balken die relative Abweichung für den konventionellen und der rechte Balken für den erfindungsgemäßen Saugtrakt angibt. So beträgt die relative Abweichung der Abgasrückführrate zum Mittelwert des ersten Zylinders des konventionellen Saugtrakts +6,82 %, des zweiten Zylinders +7,65 %, des dritten Zylinders –2,93 % und des vierten Zylinders –11,11 %. Demgegenüber sind die relativen Abweichungen der Abgasrückführraten zum Mittelwert für den erfindungsgemäß ausgestalteten Saugtrakt unerwartet niedrig. Die Werte betragen für Zylinder 1: –1,67 %, Zylinder 2: –1,42 %, Zylinder 3: +1,85 % und Zylinder 4: +1,26 %. Somit ist in vorteilhafter Weise eine ausgezeichnete, stabile, betriebspunktunabhängige Abgasrückführratengleichverteilung je Zylinder sichergestellt. Hieraus resultieren Funktionsvorteile für den Brennkraftmaschinenbetrieb, sowie für die Erreichung der gesetzlich geforderten Emissionsgrenzwerte.

1

Abgasrückführvorrichtung

2

Saugtrakt

3

Abgasrückführeinleitstelle

4

Mischrohr

4'

Längsachse

5

Luftsammler

6

Hitzeschutzelement

7

Frischlufteintritt

8

Brennkraftmaschinenlängsachse

8'

Achse

Z1

Zylinder 1

Z2

Zylinder 2

Z3

Zylinder 3

Z4

Zylinder 4

Claims (3)

1. Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführvorrichtung (1), die Abgas von einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine in einen Saugtrakt (2) der Brennkraftmaschine rückführt, wobei eine Abgasrückführeinleitstelle (3) in einem Mischrohr (4) in Strömungsrichtung einer Frischluft vor einem Luftsammler (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (4) vor Eintritt in den Luftsammler (5) bezüglich einer zu einer Brennkraftmaschinenlängsachse (8) weitgehend parallel angeordneten Achse (8') eine Krümmung (α) zwischen 250° und 340° aufweist.
2. Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (4) und der Luftsammler (5) einstückig und materialeinheitlich sind.
3. Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hitzeschutzelement (6) im Bereich der Abgasrückführeinleitstelle (3) vorgesehen ist.