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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere
eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein zugehöriges Betriebsverfahren.
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Um
immer strenger werdenden Emissionsbestimmungen genügen zu können, ist
es insbesondere im Hinblick auf die Emission von Stickoxiden allgemein
bekannt, im Betrieb einer Brennkraftmaschine entstehende Abgase
teilweise der Brennkraftmaschine erneut zur Verbrennung zuzuführen. Die
Abgase werden hierzu Frischgas zugemischt, das der Brennkraftmaschine
zur Verbrennung zugeführt
wird. Die Abgase ersetzen im Magerbetrieb der Brennkraftmaschine
somit mehr oder weniger das Frischgas. Diese Vorgehensweise wird
als Abgasrückführung oder
kurz AGR bezeichnet.
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Um
im Betrieb der AGR eine überhöhte Mischtemperatur
am Einlass der Brennkraftmaschine zu vermeiden, ist es bekannt,
die rückgeführten Abgase
vor der Einleitung in das Frischgas zu kühlen. Im Anwendungsbereich
der AGR lassen sich relativ günstige
Emissionswerte, vor allem im Hinblick auf die Stickoxide erzielen.
Es ist jedoch üblich,
die AGR nur in einem unteren Drehzahl- und Lastbereich der Brennkraftmaschinen
zur realisieren. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Frischgasaufladung
ist es bei höheren
Drehzahlen nicht mehr ohne weiteres möglich, einen hinreichenden
Druckgradienten zwischen der Entnahmestelle des Abgases und der
Einleitstelle des rückgeführten Abgases
zu erzielen. Beispielsweise kann der Druck im Frischgas mittels
einer Drosselklappe abgesenkt werden. Zusätzlich oder alternativ kann
auf der Abgasseite der Druck erhöht
werden, sofern ein Abgasturbolader mit verstellbarer Leitschaufelgeometrie
auf der Turbinenseite verwendet wird. Beide Maßnahmen führen jedoch zu einer signifikanten
Reduzierung des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine. Ein reduzierter
Wirkungsgrad führt
zu einem höheren
Kraftstoffverbrauch, was letztlich wieder erhöhte Schadstoffemission mit
sich bringt. Es besteht daher ein Bedürfnis, die AGR auch bei hohen
Drehzahl- und Lastbereichen realisieren zu können, ohne dabei den Wirkungsgrad
der Brennkraftmaschine deutlich zu verschlechtern.
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Hier
setzt die vorliegende Erfindung an. Die Erfindung beschäftigt sich
mit Problem, für
eine AGR-Einrichtung eine verbesserte Ausführungsform sowie ein geeignetes
Betriebsverfahren anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnen,
dass sie grundsätzlich über den
gesamten Drehzahl- und Lastbereich der Brennkraftmaschine realisierbar sind,
ohne dabei den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine signifikant zu
reduzieren.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in der Frischgasströmung mit
Hilfe eines aerodynamischen Auftriebsprofils lokal einen Unterdruck
zu erzeugen, der ausreicht, hinreichend Abgas anzusaugen. Auf diese
Weise treibt die Frischgasströmung
in Verbindung mit dem Auftriebsprofil die AGR selbst an, so dass
zusätzliche
Maßnahmen,
wie Drosselung der Frischgasströmung
zur Reduzierung des Frischgasdrucks oder Drosselung der Abgasströmung zur
Steigerung des Abgasdrucks, dadurch entfallen können. Gleichzeitig entfällt damit
auch eine entsprechende Beeinträchtigung
des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine. Darüber hinaus hängt der am
Auftriebsprofil realisierbare Unterdruck von der Strömungsgeschwindigkeit
des Frischgases ab, die ihrerseits mit der Drehzahl und mit der
Last der Brennkraftmaschine korreliert. Dies hat zur Folge, dass
bei höheren
Drehzahl- und Lastbereichen zwangsläufig auch eine höhere Strömungsgeschwindigkeit
im Frischgas vorliegt, die aufgrund der Aerodynamik am Auftriebsprofil
einen entsprechend stärkeren
Unterdruck erzeugt. Auf diese Weise lässt sich eine hinreichende
AGR mit Hilfe der erfindungsgemäßen AGR-Einrichtung
grundsätzlich über den
gesamten Drehzahl- und Lastbereich der Brennkraftmaschine realisieren.
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Die
mit Hilfe des Auftriebsprofils erzielbare AGR-Rate hängt vom
jeweiligen Unterdruck am Auftriebsprofil ab. Dieser Un terdruck kann
durch Beeinflussung verschiedener Parameter variiert werden. Beispielsweise
kann der Anstellwinkel eines mit dem Auftriebsprofil versehenen
Flügelkörpers gegenüber der
Frischgasströmung
verändert
werden. Ebenso kann der Flügelkörper durch
Vorflügel
und/oder Nachflügel
oder Klappen aerodynamisch beeinflusst werden, um den Unterdruck
zu variieren. Beispielsweise lässt
sich der Flügelkörper hinsichtlich
seiner Formgebung durch Vorflügel
und/oder Nachflügel oder
Klappen aerodynamisch so auslegen, dass dieser in Verbindung mit
der Anströmgeschwindigkeit des
Frischgases und des jeweiligen Anstellwinkels relativ genau den
geforderten Unterdruck für
die Abgaseinleitung herstellt. Des Weiteren kann die Strömungsgeschwindigkeit
des Frischgases im Bereich des Flügelkörpers verändert werden, um den am Flügelkörper erzielbaren
Unterdruck zu beeinflussen. Beispielsweise führt eine im Bereich des Flügelkörpers vorgesehene
Querschnittsverengung in einer Frischgasleitung zu einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit,
die den erzielbaren Unterdruck am Auftriebsprofil verstärkt.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine
mit Abgasrückführung,
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2 eine
perspektivische Ansicht auf einen Flügelkörper,
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3 einen
Längsschnitt
durch den Flügelkörper,
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4 eine
teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht einer AGR-Einheit.
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Entsprechend 1 umfasst
eine Brennkraftmaschine 1, die insbesondere in ein Kraftfahrzeug
eingebaut ist, einen Frischgastrakt 2, der Frischgas zu
Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1 führt, sowie
einen Abgastrakt 4, der Abgase von den Zylindern 3 wegführt. Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Brennkraftmaschine 1, die als Ottomotor oder vorzugsweise
als Dieselmotor ausgestaltet sein kann, außerdem mit einem Abgasturbolader 5 versehen.
Grundsätzlich
kann die Brennkraftmaschine 1 auch mit einer anderen Aufladeeinrichtung
oder ohne Aufladeeinrichtung ausgestattet sein. Der Abgasturbolader 5 umfasst
in üblicher
Weise eine Turbine 6, die in einer Abgasleitung 7 des
Abgastrakts 4 angeordnet ist, sowie einen von der Turbine 6 angetriebenen
Verdichter 8, der in einer Frischgasleitung 9 des Frischgastrakts 2 angeordnet
ist. In dieser Frischgasleitung 9 ist außerdem ein
Ladeluftkühler 10 angeordnet.
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Darüber hinaus
ist die Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasrückführeinrichtung 11 oder AGR-Einrichtung 11 ausgestattet.
Die AGR-Einrichtung 11 umfasst eine Abgasrückführleitung 12 oder AGR-Leitung 12,
die eingangsseitig an die Abgasleitung 7 und ausgangsseitig
an eine Abgasrückführeinheit 13 oder
AGR-Einheit 13 angeschlossen ist. Diese AGR-Einheit 13 ist
in die Frischluftleitung 9 eingebunden. Die AGR-Einrichtung 11 weist
außerdem
einen Flügelkörper 14 auf,
der mit einem Auftriebsprofil 15 ausgestattet ist und in
der AGR-Einheit 13 angeordnet ist. Die AGR-Einheit 13 bildet
dabei einen vom Frischgas durchströmbaren Bestandteil der Frischgasleitung 9.
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In
der AGR-Leitung 12 kann zweckmäßig ein Abgasrückführkühler 16 oder
AGR-Kühler 16 angeordnet
sein.
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Entsprechend 2 besitzt
der Flügelkörper 14 ein
unsymmetrisch Auftriebsprofil 15, d.h., die eine Flügelseite,
hier die Oberseite, besitzt eine stärkere Krümmung als die andere Flügelseite,
hier die Unterseite. Dies entspricht im wesentlichen einem üblichen
Tragflügelprofil,
wie es an den Tragflächen von
Flugzeugen zur Anwendung kommt. Die stärker gekrümmte Flügelseite (Oberseite) wird auch
als Profilaußenseite
bezeichnet, während
die schwächer
gekrümmte
Flügelseite
(Unterseite) auch als Profilinnenseite bezeichnet wird.
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Der
Flügelkörper 14 ist
in der Frischgasleitung 9 innerhalb der AGR-Einheit 13 so
angeordnet, dass sein Auftriebsprofil 15 bei vorliegender
Frischgasströmung
und abhängig
vom jeweiligen Anstellwinkel des Auftriebsprofils 15 gegenüber der
ankommenden Frischgasströmung
an einer Flügelseite, hier
an der stärker
gekrümmten
Oberseite oder Profilaußenseite,
eine Unterdruckzone 17 aufweist, die hier durch eine geschweifte
Klammer gekennzeichnet ist. Diese Unterdruckzone 17 kann
sich – je
nach Anstellwinkel – über einen
relativ großen
Bereich der Profilaußenseite
erstrecken, kann also größer oder kleiner
sein als der durch die geschweifte Klammer angedeutete Bereich.
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Der
Flügelkörper 14 ist
in der Unterdruckzone 17 mit wenigstens einer Abgasaustrittsöffnung 18 ausgestattet.
Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist nur eine einzige
Abgasaustrittsöffnung 18 vorgesehen,
die als Schlitz ausgestaltet ist, der sich quer zur Frischgasströmung erstreckt. Die
Abgasaustrittsöffnung 18 ist
mit der AGR-Leitung 12 bzw. 12' kommunizierend
verbunden, von der in 2 nur ein kleiner Teil dargestellt
ist. Durch Anschließen
der AGR-Leitung 12, 12' an die Abgasaustrittsöffnung 18 kommuniziert
diese mit der Unterdruckzone 17 und erzeugt da durch eine
Abgas von der Abgasleitung 7 zur Frischgasleitung 9 ansaugende
Druckdifferenz.
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Der
Flügelkörper 14 ist
in der Frischgasleitung 9 bzw. in der AGR-Einheit 13 um
eine Schwenkachse 19 schwenkverstellbar angeordnet. Diese Schwenkachse 19 erstreckt
sich dabei quer zur Frischgasströmung,
so dass durch Verschwenken des Flügelkörpers 14 der Anstellwinkel
des Auftriebsprofils 15 gegenüber der Frischgasströmung einstellbar
ist. Der am Auftriebsprofil 15 erzeugbare Auftrieb, also
der in der Unterdruckzone 17 herrschende Unterdruck hängt vom
eingestellten Anstellwinkel ab. Durch Variieren des Anstellwinkels
kann somit der in der Unterdruckzone 17 herrschende Unterdruck
eingestellt werden.
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Entsprechend 2 ist
die AGR-Leitung 12, 12' an ihrem dem Flügelkörper 14 zugewandten Ende
mit einem Rohr 20 bzw. 20' ausgestattet. Dieses Rohr 20, 20' erstreckt sich
im Montagezustand koaxial zur Schwenkachse 19 und kommuniziert
mit der Abgasaustrittsöffnung 18.
Hierzu ist das Rohr 20, 20' in eine im Flügelkörper 14 ausgebildete
Zylinderöffnung 21 eingesteckt.
Die Zylinderöffnung 21 und das
Rohr 20, 20' sind
dabei so aufeinander abgestimmt, dass das Rohr 20, 20' in der Zylinderöffnung 21 drehbar
gelagert ist. Die Zylinderöffnung 21 ist
im Flügelkörper 14 so
angeordnet, dass die Abgasaustrittsöffnung 18 mit dieser
kommunizierend verbunden ist. Das Rohr 20, 20' dient als Lagerwelle
für den Flügelkörper 14.
Hierzu ist das Rohr 20, 20' bezüglich der Frischgaslei tung 9 ortsfest
angeordnet, insbesondere an der Frischgasleitung 9 bzw.
an der AGR-Einheit 13.
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2 zeigt
zwei Varianten für
das Rohr 20, 20'.
Die exzentrisch zur Schwenkachse 19 dargestellte Ausführungsform
des Rohrs 20 ist relativ kurz und ragt im montierten Zustand,
also bei koaxialer Ausrichtung zur Schwenkachse 19 in axialer
Richtung nur relativ wenig in die Zylinderöffnung 21 hinein,
zumindest soweit, dass eine ordnungsgemäße Drehlagerung des Flügelkörpers 14 gewährleistet
ist. Das Rohr 20 ist axial offen, so dass die rückgeführten Abgase
aus dem Rohr 20 in die Zylinderöffnung 21 und von
dieser über
die Abgasaustrittsöffnung 18 in die
Frischgasleitung 9 gelangen können. Bei dieser Ausführungsform
lässt sich
die AGR-Rate, also die Menge der rückgeführten Abgase z.B. über den
in der Unterdruckzone 17 herrschenden Unterdruck einstellen.
Hierzu wird der Anstellwinkel soweit variiert, bis sich der gewünschte Unterdruck
einstellt. Insbesondere ist es auch möglich, den Anstellwinkel soweit
zu verändern,
bis der Unterdruck in der Unterdruckzone 17 im wesentlichen
eliminiert ist. Dieser Zustand lässt
sich beispielsweise bei negativen Anstellwinkeln erzielen.
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Für die zweite
Variante ist das Rohr 20' koaxial
zur Schwenkachse 19 dargestellt. Dieses Rohr 20' ist deutlich
länger
als das zuvor beschriebene Rohr 20 und ragt im montierten
Zustand in axialer Richtung entsprechend tiefer in die Zylinderöffnung 21 hinein.
Das Rohr 20' erstreckt
sich im inneren der Zylinderöffnung 21 zumindest über die
gesamte Länge
der Abgasaustrittsöffnung 18.
Das Rohr 20' ist
mit zumindest einer radialen Rohröffnung 22 versehen. In
vorliegenden, bevorzugten Fall ist nur eine einzige Rohröffnung 22 vorgesehen,
die als Axialschlitz ausgestaltet ist, der sich parallel zur Schwenkachse 19 bzw.
parallel zur Rohrlängsrichtung
erstreckt. Die Positionierung der Rohröffnung 22 ist auf
die Positionierung der Abgasaustrittsöffnung 18 so abgestimmt, dass
eine Überdeckung
zwischen der Rohröffnung 22 und
der Abgasaustrittsöffnung 18 durch
Variieren des Anstellwinkels des Flügelkörpers 14 steuerbar ist.
Auf diese Weise kann ein Anstellwinkel oder Anstellwinkelbereich
mit maximaler Überdeckung
eingestellt werden, der zur Erzielung maximaler Unterdrücke in der
Unterdruckzone 17 in Verbindung mit einer maximalen AGR-Rate
geeignet ist. Desweiteren lassen sich Anstellwinkel einstellen,
bei denen durch gegenseitige Überlappung
der die Abgasaustrittsöffnung 18 und
die Rohröffnung 22 begrenzenden
Kanten der durchströmbare
freie Querschnitt mehr oder weniger reduziert ist. In Verbindung
mit einem gleichzeitig reduzierten Anstellwinkel lassen sich dadurch
reduzierte AGR-Raten einstellen. Schließlich lässt sich auch ein Anstellwinkel
oder Anstellwinkelbereich einstellen, bei dem keine Überdeckung
zwischen der Abgasaustrittsöffnung 18 und der
Rohröffnung 22 gegeben
ist, so dass die kommunizierende Verbindung zwischen der Abgasaustrittsöffnung 18 und
der AGR-Leitung 12, 12' unterbrochen ist. Die AGR-Rate
ist dann auf den Wert Null eingestellt.
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Um
eine Ablagerung von Verunreinigungen, insbesondere von Rußpartikeln,
an den die Abgasaustrittsöffnung 18 begrenzen den
Kanten und an den die Rohröffnung 22 begrenzenden
Kanten zu vermeiden bzw. zu reduzieren, können die einander überstreichenden
Kanten relativ scharfkantig ausgestaltet sein, so dass diese bei
entsprechenden Drehverstellungen wie eine Schere zusammenwirken
und bereits vorhandene Ablagerungen abtrennen und lösen.
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Entsprechend
den 2 und 3 kann der Flügelkörper 14 in
der Unterdruckzone 17 zusätzlich wenigstens eine Frischgasaustrittsöffnung 23 aufweisen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind mehrere solche Frischgasaustrittsöffnungen 23 vorgesehen. Diese
Frischgasaustrittsöffnungen 23 sind
bezüglich der
Abgasaustrittsöffnung 18 stromab
angeordnet, und zwar unmittelbar stromab, also relativ dicht oder nahe
an der Abgasaustrittsöffnung 18.
Mit Hilfe der Frischgasaustrittsöffnungen 23 kann
Frischgas aus dem Flügelkörper 14 ausgeblasen
werden.
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Beispielsweise
kann das Ausblasen des Frischgases durch den Flügelkörper 14 durchdringende
Frischgaskanäle 27 realisiert
werden. Auf diese Weise strömt
Frischgas durch die Frischgaskanäle 27 aus
dem Überdruckgebiet
auf der Profilunterseite zu dem Unterdruckgebiet auf der Profiloberseite.
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Diese
Frischgasausblasung erfolgt dabei gezielt so, dass sich an der zugehörigen Flügeloberfläche ein
Frischgasfilm ausbilden kann. Dieser Frischgasfilm erstreckt sich
dann von den Frischgasaustrittsöffnungen 23 stromab
in Richtung einer Abströmkante 24 des
Flügelkörpers 14.
Dieser Frischgasfilm verhindert einen direkten Kontakt des Flügelkörpers 14 mit
den rückgeführten Abgasen
und schützt
diesen dadurch vor einer Verschmutzung.
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Insbesondere
bei einem Dieselmotor sind die rückgeführten Abgase
mit Rußpartikeln
beladen. Bei herkömmlichen
AGR-Einrichtungen
sind diese Rußpartikel
die Ursache für
eine Vielzahl von Problemen und Funktionsstörungen, da sie sich an Stellelementen,
Ventilen und der gleichen ablagern und deren Funktion beeinträchtigen.
Durch den mit Hilfe der Frischgasaustrittsöffnungen 23 erzielten
Frischgasfilm auf der den rückgeführten Abgasen
ausgesetzten Oberfläche
des Flügelkörpers 14 kann
eine derartige Verschmutzung des Flügelkörpers 14 effektiv verhindert
oder zumindest deutlich reduziert werden. Die Erzeugung dieses Schutzfilms
entspricht dabei im wesentlichen der Erzeugung eines Kühlfilms
bei Leitschaufeln von Gasturbinen, bei denen durch das Innere der
Leitschaufeln ein Kühlgas
zugeführt
und durch Kühlgasbohrungen
an die Oberfläche
der Leitschaufeln gelangt, um dort einen Kühlgasfilm zum Schutz der Leitschaufeloberfläche vor
einer direkten Heißgasbeaufschlagung
zu erzeugen.
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Bei
einem entsprechenden Anstellwinkel besitzt das Auftriebsprofil 15 an
einer von der Unterdruckzone 17 abgewandten Flügelseite,
hier an der Unterseite bzw. an der Profilinnenseite eine Überdruckzone,
die hier durch eine geschweifte Klammer 25 angedeutet ist.
Der Flügelkörper 14 ist
nun im Bereich dieser Überdruckzone 25 mit
wenigstens einer Frischgaseintrittsöffnung 26 ausgestattet.
Des Weiteren ist im Flügelkörper 14 wenigstens
ein bereits oben erwähnter
Frischgaskanal 27 ausgebildet. Jeder Frischgaskanal 27 verbindet
eine Frischgaseintrittsöffnung 26 mit
einer Frischgasaustrittsöffnung 23.
D.h., es sind ebenso viele Frischgaseintrittsöffnungen 26 und Frischgaskanäle 27 vorhanden
wie Frischgasaustrittsöffnungen 23.
Durch die Druckdifferenz zwischen Unterdruckzone 17 und Überdruckzone 25 wird
eine Frischgasausblasung an der Unterdruckseite erzwungen. Die Dimensionierung
der Frischgaseintrittsöffnungen 26,
der Frischgasaustrittsöffnungen 23 und
der Frischgaskanäle 27 ist
dabei gezielt so ausgelegt, dass einerseits eine hinreichende Frischgasausblasung
erreicht wird, während
andererseits dadurch der Unterdruck in der Unterdruckzone 17 hinreichend
groß bleibt.
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Wie 2 zu
entnehmen ist, ist der Flügelkörper 14 an
einer Antriebswelle 28 drehfest angebracht. Diese Antriebswelle 28 erstreckt
sich koaxial zur Schwenkachse 19 und somit koaxial zum
Rohr 20 bzw. 20',
das als Lagerwelle dient. Die Antriebswelle 28 ist an einer
Wandung der Frischgasleitung 9 bzw. der AGR-Einheit 13 um
die Schwenkachse 19 drehbar gelagert.
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Entsprechend 4 ist
die Antriebswelle 28 außerhalb der Frischgasleitung 9 mit
einem Stellantrieb 29 antriebsverbunden. Dieser Stellantrieb 29 kann
hydraulisch, elektrisch, elektromechanisch oder pneumatisch arbeiten.
Vorzugsweise ist der Stellantrieb 29 mit einem Getriebe 30,
das hier exemplarisch als Planetengetriebe ausgestaltet ist, ausgestat tet, um
mit relativen großen
Momenten den Flügelkörper 14 in
der jeweils eingestellten Stellung stabil halten zu können. Hierzu
ist die Antriebswelle 28, die in 4 nicht
erkennbar ist, drehfest mit einem Planetenradträger 31 verbunden,
an dem Planetenräder 32 drehbar
gelagert sind. Die Planetenräder 32 kämmen in üblicher
Weise die Innenverzahnung eines drehfest angeordneten Gehäuses 33.
Der Stellantrieb 29 treibt ein Sonnenrad 34 an,
das mit den Planetenrädern 32 kämmt.
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Der
Stellantrieb 29 ist außerdem
mit einer Rückstellfeder 35 ausgestattet,
die ebenfalls direkt oder indirekt an der Antriebswelle 28 angreift,
und zwar so, dass sie über
die Antriebswelle 28 den Flügelkörper 14 in eine Ausgangsstellung
vorspannt, in der keine oder nur eine minimale AGR stattfindet. Beispielsweise
besitzt der Flügelkörper 14 in
dieser Ausgangsstellung einen Anstellwinkel, der den Unterdruck
in der Unterdruckzone 17 im wesentlichen eliminiert und/oder
der aufgrund der Relativlage zwischen dem geschlitzten Rohr 20' und dem Flügelkörper 14 die
Abgasaustrittsöffnung 18 sperrt.
Für den Fall,
dass der Stellantrieb 29 ausfällt, bewirkt die Rückstellfeder 35 ein
automatisches Einstellen der Ausgangsstellung des Flügelkörpers 14.
In dieser Ausgangsstellung liegt dann bestenfalls keine AGR, zumindest
jedoch eine stark reduzierte oder minimale AGR vor. Fehlende oder
minimale AGR führt
zwar zu einer erhöhten
Stickoxidemission, wird jedoch in Kauf genommen, da der Betrieb
der Brennkraftmaschine 1 mit einer zu hohen AGR-Rate zu
einer gravierenden Beschädigung
der Brennkraftmaschine 1 führen kann.
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In
der AGR-Leitung 12 ist außerhalb der Frischgasleitung 9 ein
Abgasrückführsperrventil 36 oder
kurz AGR-Sperrventil 36 angeordnet. Mit Hilfe dieses AGR-Sperrventils 36 kann
die AGR-Leitung 12 bei Bedarf vollständig gesperrt werden. Ein Sperren
der AGR-Leitung 12 ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn
die AGR-Rate auf den wert Null eingestellt werden soll, um dann
eine Falschströmung
von Frischgas durch die AGR-Leitung 12 in
die Abgasleitung 7 sicher zu verhindern. Darüber hinaus
muss die AGR-Leitung 12 bei bestimmten Anwendungen gesperrt
werden, beispielsweise dann, wenn die Brennkraftmaschine 1 bzw.
das damit ausgestattete Fahrzeug eine Motorbremse aufweist, die
bei ihrer Betätigung
den Abgasdruck an der AGR-Entnahmestelle stark erhöht. Beispielsweise
ist die Motorbremse nach, also stromab der AGR-Entnahmestelle des Abgases im Abgastrakt 4 angeordnet.
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Um
einen zusätzlichen
Stellantrieb für
die Betätigung
des AGR-Sperrventils 36 zu vermeiden, ist bei der hier
gezeigten Ausführungsform
das AGR-Sperrventil 36 über
eine Zwangskopplung 37 mit dem Stellantrieb 29 zur
Betätigung
des Flügelkörpers 14 gekoppelt.
Diese Zwangskopplung 37 arbeitet dabei so, dass das AGR-Sperrventil 36 die AGR-Leitung 12 dann
sperrt, wenn der Stellantrieb 29 den Flügelkörper 14 in die bereits
weiter oben genannte Ausgangstellung verstellt. Da in dieser Ausgangsstellung
eine minimale AGR-Rate, vorzugsweise die AGR-Rate Null erwünscht ist,
kann dieser Wunsch durch die Betätigung
des AGR-Sperrventils 36 zum Sperren der AGR-Leitung 12 erfüllt werden. Die
hier gezeigte Zwangskopp lung 37 umfasst einen Antriebshebel 38,
der einerseits mit dem Planetenradträger 31 und andererseits
mit einem Umlenkhebel 39 eines Gestänges 40 jeweils gelenkig,
z.B. über Kugelgelenke,
verbunden ist. Über
den Antriebshebel 38 lässt
sich eine Drehung des Planetenradträgers 31 um die Schwenkachse 19 in
eine Schwenkverstellung des Umlenkhebels 39 um eine Achse 45 umwandeln,
die senkrecht zur Schwenkachse 19 verläuft. Der Umlenkhebel 39 selbst
ist Bestandteil des Gestänges 40,
das auf geeignete Weise mit dem AGR-Sperrventil 36 verbunden
ist. Die Bewegung des Umlenkhebels 39 wird über einen
Stab 46 des Gestänges 40 in
eine entsprechende Verstellbewegung eines Ventilglieds 41 des
AGR-Sperrventils 36 umgewandelt. Das Ventilglied 41 dreht
um eine zur Achse 45 parallele Drehachse 47.
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Entsprechend 4 bildet
die dargestellte AGR-Einheit 13 eine komplett vormontierbare
Baugruppe, die als solche in die Frischgasleitung 9 an
einer geeigneten Stelle einsetzbar ist. Die AGR-Einheit 13 umfasst
dabei einen Abschnitt der Frischgasleitung 9, und zwar
denjenigen Abschnitt, in dem der Flügelkörper 14 angeordnet
ist. Vorzugsweise kann besagter Abschnitt der Frischgasleitung 9 wie
hier im wesentlichen einen Rechteckquerschnitt aufweisen, während die
Frischgasleitung 9 stromauf und stromab der AGR-Einheit 13 einen
runden bzw. kreisförmigen
Querschnitt aufweist. Der rechteckförmige Querschnitt optimiert
die auftriebserzeugende Umströmung
des Flügelkörpers 14,
wodurch die Erzeugung die erwünschten
Unterdrucks in der Unterdruckzone 17 besonders effektiv
ist. Beispielsweise begünstigt die
Nähe des Flügelkörpers 14 zur
unteren ebenen Wand der Frischgasleitung 9 durch den sogenannten Bodeneffekt
den Auftrieb. Eine weitere Verbesserung der gewünschten aerodynamischen Effekte
lässt sich mit
Hilfe eines Strömungsgleichrichters 42 erzielen, der
stromauf des Flügelkörpers 14 in
der Frischgasleitung 9 angeordnet ist. Durch den Strömungsgleichrichtung 42 wird
unmittelbar stromauf des Flügelkörpers 14 eine
möglichst
homogene Parallelströmung erzielt,
was die strömungstechnischen
Eigenschaften des Auftriebsprofils 15 verbessert.
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Darüber hinaus
kann die Frischgasleitung 9, insbesondere innerhalb der
AGR-Einheit 13, stromauf des Flügelkörpers 14 eine Querschnittsverengung
aufweisen, die eine Beschleunigung der Frischgasströmung erzwingt.
Diese Querschnittsverengung kann beispielsweise beim Übergang
des runden oder kreisförmigen
Querschnitts zum Rechteckquerschnitt erzielt werden. Eine erhöhte Frischgasgeschwindigkeit
führt zu
einem stärkeren
Auftrieb am Flügelkörper 14 und
somit zu einem verstärkten
Unterdruck in der Unterdruckzone 17. Eine weitere Verbeserung
des Auftriebs am Flügelkörper 14 kann
beispielsweise dadurch erzielt werden, dass der Flügelkörper 14 als
Spaltflügel
ausgestaltet ist und insbesondere einen Vorflügel aufweist und/oder mit einem Nachflügel oder
einer Nachklappe ausgestattet ist. Derartige Spaltflügel sind
bei den Tragflächen
von Flugzeugen allgemein bekannt. Insbesondere dient das Ausfahren
von Vorflügeln
und Nachflügeln
oder Klappen beim Start und bei der Ladung eines Flugzeugs zur deutlichen
Auftriebsvergrößerung.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen AGR-Einrichtung 11 lässt sich
eine AGR grundsätzlich über den
gesamten Drehzahlbereich und den gesamten Lastbereich der Brennkraftmaschine 1 realisieren. Zur
Erzielung der jeweils gewünschten
AGR-Rate wird der hierzu erforderliche Unterdruck durch Einstellen
des Anstellwinkels erzeugt. Dabei lässt sich die jeweilige AGR-Rate
relativ genau einstellen. Darüber
hinaus zeichnet sich der zur Erzeugung des Unterdrucks verwendete
Flügelkörper 14 aufgrund
seines Auftriebsprofils 15 durch einen extrem niedrigen Strömungswiderstandswert
aus, wodurch die Beladung der einzelnen Zylinder 3 der
Brennkraftmaschine 1 durch die Existenz des Flügelkörpers 14 in
der Frischluftleitung 9 nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt wird.
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In 4 ist
durch einen Pfeil 43 eine Frischgasströmung und durch einen Pfeil 44 einen AGR-Strömung, also
die Strömung
der rückgeführten Abgase
angedeutet.