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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. 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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Eine gattungsgemäße AGR-Einrichtung ist beispielsweise aus der
JP 2000-97111 A bekannt. Sie umfasst einen Flügelkörper zur Abgasrückführung, der in der Frischgasleitung um eine Schwenkachse schwenkverstellbar angeordnet ist, derart, dass ein Anstellwinkel des Auftriebsprofils gegenüber der Frischgasströmung einstellbar ist, wobei die AGR-Leitung an ihrem flügelseitigen Ende ein Rohr aufweist, das mit der wenigstens einen Abgasaustrittsöffnung kommuniziert.
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Aus der
DE 102 24 584 A1 ist ein Saugmodul bekannt, das stationäre Strömungsprofile enthält, über die eine Abgasrückführung realisiert wird. Aus der
JP H11-294266 A ist eine Abgasrückführung über ein stationäres Tragflügelprofil bekannt.
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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 da mit 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 erfindungsgemäße AGR-Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sich das Rohr der AGR-Leitung koaxial zur Schwenkachse erstreckt und als Lagerwelle dient, an welcher der Flügelkörper schwenkverstellbar gelagert ist.
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Die mit Hilfe des Auftriebsprofils erzielbare AGR-Rate hängt vom jeweiligen Unterdruck am Auftriebsprofil ab. Dieser Unterdruck 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 einen 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 dadurch 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 Frischgasleitung 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 begrenzenden 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, ausgestattet, 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 Zwangskopplung 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.
