DE102006017148A1 - Abgasrückführventil für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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DE102006017148A1
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Abstract

Abgasrückführventil (1) für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem Luftzuführrohr (3) und einem Abgasstrang (4), wobei eine Abgasrückführleitung (5) den Abgasstrang (4) abgasführend mit dem Luftzuführrohr (3) verbindet und das Abgasrückführventil (1) mit seinem Gehäuse (1') in einem Bereich einer Einmündung (6) der Abgasrückführleitung (5) an das Luftzuführrohr (3) angeordnet ist, wobei sich das Abgasrückführventil (1) radial um den Außenumfang um das Luftzuführrohr (3) erstreckt und um eine Längsachse (3') des Luftzuführrohres (3) drehbar angeordnet ist, wobei das Abgasrückführventil (1) von dem Gehäuse (1') radial außen ummantelt ist und dass das Abgasrückführventil (1) und das Luftzuführrohr (3) jeweils zumindest zwei Öffnungen (7, 7', 8, 8') aufweisen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine besonders gute Durchmischung von rückgeführtem Abgas mit Ansaugluft erzielt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführventil für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Mit einem solchen Abgasrückführventil kann den ständig steigenden Anforderungen hinsichtlich einer Verringerung des Schadstoffausstoßes von Brennkraftmaschinen Rechnung getragen werden. Über die Beimischung von Abgas in die Verbrennungs-, bzw. Ansaugluft einer Brennkraftmaschine kann der Stickoxidausstoß der Brennkraftmaschine verringert werden, da mit der Beimischung von Abgas die Sauerstoffkonzentration im Brennraum sinkt und damit eine Verringerung der Verbrennungsgeschwindigkeit erreicht wird, was zu einer Abnahme der Stickoxidbildung führt.
  • Ein gattungsgemäßes Abgasrückführventil ist beispielsweise aus der DE 42 27 739 A1 bekannt. Dieses Abgasrückführventil besitzt ein aus einem Kunststoffwerkstoff gefertigtes Luftführungsrohr für die Zufuhr von frischer Verbrennungs-, bzw. Ansaugluft, die auch bereits, beispielsweise von einem Abgasturbolader vorverdichtet sein kann. Da nach dem Zumischen von Abgas ein Ansaugluft-Abgas-Gemisch vorliegt und dieses Gemisch über das Luftzuführrohr weiter in Richtung zur Brennkraftmaschine transportiert wird, wird unter dem Begriff der Verbrennungs-, bzw. Ansaugluft auch ein solches Luft-Abgas-Gemisch verstanden.
  • Bei dem bekannten Abgasrückführventil wird der Ansaugluft über ein Abgasrückführrohr eine bestimmte Abgasmenge beigemischt, wobei das in das Luftführungsrohr hineinragende Auslassende des Abgasführungsrohrs mittels eines Ventils, einem Tellerventil, geöffnet und geschlossen werden kann, welches wiederum von einer Unterdruckdüse betätigt wird.
  • Nachteilig bei der beschriebenen Ausgestaltung ist eine ungenügende Vermischung zwischen Frischluft und rückgeführtem Abgas, insbesondere wenn das Abgasrückführventil, beispielsweise im Falle einer Niederdruckabgasrückführung, vor einem Verdichter eines Abgasturboladers der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, die die Vermischung von rückgeführtem Abgas mit der Ansaugluft im Luftführungsrohr verbessert.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird rückgeführtes Abgas nicht nur lokal begrenzt an einer Stelle in das Luftzuführrohr eingeleitet, sondern radial verteilt an zumindest zwei Einleitstellen am Außenumfang. Durch diese Maßnahme werden in vorteilhafter Weise Ansaugluft und rückgeführtes Abgas praktisch ideal miteinander vermischt. Aufgrund der besseren Durchmischung von Ansaugluft und rückgeführtem Abgas wird eine gleichmäßigere Verbrennung unterstützt, da Sauerstoff und Inertgas, bzw. Abgas gleichmäßig verteilt im Brennraum vorliegen, wodurch der Schadstoffausstoß, insbesondere von Ruß und Stickoxiden reduziert wird.
  • Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist ein einfaches Öffnen und Schließen des Abgasrückführventils möglich.
  • Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 entspricht zwei bevorzugten Ausführungsvarianten für das erfindungsgemäße Abgasrückführsystem.
  • Die Ausgestaltung gemäß der Patentansprüche 4 und 5 sind bevorzugte Größenbereiche für die Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 3.
  • Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 wird eine besonders gleichmäßige Einströmung von Abgas in die Ansaugluft radial über den gesamten Umfang des Luftzuführrohres erzielt. Diese Ausgestaltung unterstützt nochmals die verbesserte Durchmischung von Ansaugluft und Abgas.
  • Um eine betriebspunktabhängige Verdrehung des Abgasrückführventils zu gewährleisten, ist dieses gemäß Patentanspruch 7 von einem Stellelement verdrehbar.
  • In bevorzugter Weise ist das Stellelement gemäß Patentanspruch 8 elektrisch und/oder mechanisch oder pneumatisch oder hydraulisch verstellbar.
  • Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 9 ist besonders vorteilhaft, da durch die hervorragende Temperaturhomogenisierung im Bereich des Abgasrückführventils das Verdichterrad von ungleichmäßiger thermischer Beaufschlagung verschont bleibt. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Verdichterrades erhöht, wodurch die Drehzahl des Verdichterrades reduziert werden kann, woraus wiederum eine größere Lebensdauer des Verdichterrades, bzw. des gesamten Abgasturboladers resultiert.
  • Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 10 wird rückgeführtes Abgas bei bestimmten Betriebspunkten aufgrund der Druckverhältnisse in das Luft zuführrohr gesaugt. Hiermit kann der Staudruck im Abgasstrang reduziert werden, wodurch wiederum der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erhöht wird.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in drei Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit einem Niederdruckabgasrückführsystem und einem Hochdruckabgasrückführsystem;
  • 2 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Abgasrückführventil in geöffneter Stellung;
  • 3 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Abgasrückführventil in geschlossener Stellung.
  • 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 2 mit einem Niederdruckabgasrückführsystem 10 und einem Hochdruckabgasrückführsystem 11. Die Brennkraftmaschine 2 weist sechs Zylinder 16 auf, die jeweils einlassseitig mit einem Luftsammler 21 und abgasseitig mit einem Abgaskrümmer 22 gasführend verbunden sind. Der Abgaskrümmer 22 mündet ebenfalls gasführend in einen Abgasstrang 4. Der Luftsammler 21 mündet entsprechend gasführend in einen Ansaugstrang 12. Der Abgasstrang 4 und er Ansaugstrang 12 sind durch einen Abgasturbolader 9 miteinander verbunden, wobei ein Verdichtergehäuse 9' im Ansaugstrang 12 und ein Turbinengehäuse 9'' im Abgasstrang 4 angeordnet ist. Eine nicht dargestellte Turbine des Abgasturboladers 9 treibt ein ebenfalls nicht dargestelltes Verdichterrad des Abgasturboladers 9 an.
  • Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 2 durchströmt eine Ansaugluft, die Strömungsrichtung ist durch Pfeile schematisch dargestellt, zuerst einen Luftfilter 20, weiter durch ein Luftzuführrohr 3 und ein Abgasrückführventil 1, anschließend durch das Verdichtergehäuse 9', einen Ladeluftkühler 13, ein Hochdruckabgasrückführventil 15 der Hochdruckabgasführung 11 und durch den Luftsammler 21 in die sechs Zylinder 16. Unter dem Abgasrückführventil 1 wird in der vorliegenden Beschreibung ein Verschlusselement verstanden, mit dem eine gasführende Verbindung verschließ- und wieder öffenbar ist. Die in den Zylindern 16 mit Kraftstoff verbrannte Ansaugluft verlässt die Brennkraftmaschine 2 durch den Abgassammler 22 und strömt weiter in das Turbinengehäuse 9'' des Abgasturboladers 9. Von dort durchströmt das Abgas weiter eine erste Abgasreinigungsanlage 17, ein Drosselorgan 19 sowie eine zweite Abgasreinigungsanlage 18. Zusätzlich ist die Hochdruckabgasrückführung 11 von dem Abgas durchströmbar, welches vom Abgassammler 22 kommend zuerst einen Hochdruckabgaskühler 14 durchströmt und anschließend mit dem Hochdruckabgasrückführventil 15 in den Ansaugstrang zur Ansaugluft rückgeführt wird. Ferner ist es möglich mit dem Drosselorgan 19 das Abgas im Abgasstrang 4 in Strömungsrichtung des Abgases nach der ersten Abgasreinigungsanlage 17 aufzustauen, so dass dieses durch die Niederdruckabgasrückführung 10, die unmittelbar nach der ersten Abgasreinigungsanlage 17 angeordnet ist, zuerst einen Niederdruckabgaskühler 23 durchströmt und anschließend das Abgasrückführventil 1, welches am Verdichtergehäuse 9' des Abgasturboladers 9 angeordnet ist. Mit dem Abgasrückführventil 1 wird das durch die Niederdruckabgasrückführung 10 rückgeführte Abgas mit der Ansaugluft im Luftzuführrohr 3 vor dem Verdichtergehäuse 9' erfindungsgemäß vermischt.
  • 2, in der für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen gelten wie in 1, zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Abgasrückführventil 1. Koaxial um eine Längsachse 3' des Luftzuführrohrs 3 erstreckt sich das Abgasrückführventil 1 mit seinem Gehäuse 1' 360° um das Luftzuführrohr 3. An das Gehäuse 1' ist die Abgasrückführleitung 5 angeordnet, durch die Abgas im Bereich einer Einmündung 6 in das Gehäuse 1' einströmt. Die Abgasströmungsrichtung ist mit zwei kleinen Pfeilen dargestellt.
  • Erfindungsgemäß weist das Luftzuführrohr 3 radial an seinem Umfang Öffnungen 8, 8' auf. Das Abgasrückführventil 1 weist zu den Öffnungen 8, 8' korrespondierende Öffnungen 7, 7' auf. In 2 sind die Öffnungen 7, 7', 8, 8' überlappend dargestellt, wodurch Abgas durch alle Öffnungen 7, 7', 8, 8' von dem Gehäuse 1' durch das Abgasrückführventil 1 in das Luftzuführrohr 3 eingebracht wird. Stellvertretend für den Eintritt von Abgas durch sämtliche Öffnungen 7, 7', 8, 8' ist die Strömungsrichtung des Abgases durch einen einzelnen Pfeil dargestellt. Vorzugsweise ist das Gehäuse 1' direkt an ein Verdichtergehäuse 9' eines Abgasturboladers 9 angeordnet. Eine Ansaugluftdrehrichtung bzw. Verdichterraddrehrichtung ist im Inneren des Luftzuführrohres 3 durch einen kreissegmentförmigen Pfeil dargestellt. Um der Brennkraftmaschine 2 betriebspunktabhängig eine definierte Menge Abgas in das Luftzuführrohr 3 rückzuführen, ist das Abgasrückführventil 1 gegenüber dem Luftzuführrohr 3 drehbar angeordnet. Eine Verdrehrichtung des Abgasrückführventils 1 um das Luftzuführrohr 3 ist durch einen kreissegmentartigen Doppelpfeil zwischen dem Abgasrückführventil 1 und dem Gehäuse 1' dargestellt.
  • In 3, in der ebenfalls für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern gelten wie in den 1 und 2, ist der Schnitt durch das erfindungsgemäß ausgestaltete Abgasrückführventil 1 aus 2 nochmals dargestellt, jedoch mit einem gegenüber dem Luftzuführrohr 3 verdrehtem Abgasrückführventil 1. Dies bedeutet, dass die korrespondierenden Öffnungen 7, 7', 8, 8' geschlossen sind und somit kein Abgas durch das Abgasrückführventil 1 in das Luftzuführrohr 3 strömt.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 7, 7', 8, 8' Bohrungen, mit einem bevorzugten Durchmesser zwischen 1 und 15 mm. In weiteren Ausführungsbeispielen können es jedoch auch Schlitze sein, mit einer bevorzugten Schlitzlänge zwischen 3 und 50 mm sowie einer Schlitzbreite zwischen 1 und 15 mm. Der Abstand des Gehäuses 1' ist im Bereich der Einmündung 6 zum Abgasrückführventil 1 größer, als auf der der Einmündung 6 abgewandten Seite. Durch diese geometrische Ausgestaltung werden Strömungsverluste innerhalb des Gehäuses 1' ausgeglichen, so dass durch alle Öffnungen 7, 7', 8, 8' eine nahezu gleiche Abgasmenge rückgeführt wird. Diese Ausgestaltung verbessert nochmals die ohnehin sehr gute Durchmischung von Ansaugluft und rückgeführtem Abgas.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verfügen das Luftzuführrohr 3 sowie das Abgasrückführventil 1 jeweils über acht Öffnungen 7, 7', 8, 8' in anderen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl von korrespondierenden Öffnungen jedoch auch kleiner oder größer sein. Auch können mehrere korrespondierende Öffnungen 7, 7', 8, 8' sowohl am Umfang als auch in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sein.
  • Um die rückgeführte Abgasmenge einstellbar zu machen, ist das Abgasrückführventil von einem nicht dargestellten Stellelement verdrehbar. Das nicht dargestellte Stellelement ist beispielsweise elektrisch und/oder mechanisch oder pneumatisch oder hydraulisch betreibbar.
  • Wie bereits erwähnt, ist das Abgasrückführventil 1 in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante direkt an das Verdichtergehäuse 9' eines Abgasturboladers 9 angeordnet. Auch eine Integration des Abgasrückführventils 1 in das Verdichtergehäuse 9' ist denkbar. Durch die ideale Vermischung von Ansaugluft und rückgeführtem Abgas wird das Verdichterrad nicht mit einem thermisch ungleichmäßigen Gasgemisch beaufschlagt, wodurch seine Lebensdauer verlängert wird. Weiter wird der Wirkungsgrad des Verdichters durch die gleichmäßige Temperaturbeaufschlagung erhöht, wodurch die Drehzahl des Abgasturboladers 9 gesenkt und dessen Lebensdauer erhöht werden kann.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist das Luftzuführrohr 3 im Bereich des Abgasrückführventils 1 als eine Venturi-Düse ausgebildet. Durch diese geometrische Ausgestaltung wird bei bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine 2 das Abgas aufgrund der vorliegenden Druckverhältnisse in das Luftzuführrohr 3 gesaugt, wodurch eine zusätzliche Drosselung durch das Drosselorgan 19 entfallen kann, was zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine 2 führt.
  • Auch ist es möglich, dass das Abgasrückführventil 1 das Luftzuführrohr 3 nicht vollständig um 360° zu umschließt, sondern nur so weit, dass alle korrespondierenden Öffnungen 7, 7', 8, 8' verschließbar sind.
    • 1
    Abgasrückführventil
    1'
    Gehäuse
    2
    Brennkraftmaschine
    3
    Luftzuführrohr
    3'
    Längsachse
    4
    Abgasstrang
    5
    Abgasrückführleitung
    6
    Einmündung
    7, 7'
    Öffnung
    8, 8'
    Öffnung
    9
    Abgasturbolader
    9'
    Verdichtergehäuse
    9''
    Turbinengehäuse
    10
    Niederdruckabgasrückführung
    11
    Hochdruckabgasrückführung
    12
    Ansaugstrang
    13
    Ladeluftkühler
    14
    Hochdruckabgaskühler
    15
    Hochdruckabgasrückführventil
    16
    Zylinder
    17
    Erste Abgasreinigungsanlage
    18
    Zweite Abgasreinigungsanlage
    19.
    Drosselorgan
    20
    Luftfilter
    21
    Luftsammler
    22
    Abgaskrümmer
    23
    Niederdruckabgaskühler

Claims (10)

  1. Abgasrückführventil (1) für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem Luftzuführrohr (3) und einem Abgasstrang (4), wobei eine Abgasrückführleitung (5) den Abgasstrang (4) abgasführend mit dem Luftzuführrohr (3) verbindet und das Abgasrückführventil (1) mit seinem Gehäuse (1') in einem Bereich einer Einmündung (6) der Abgasrückführleitung (5) an das Luftzuführrohr (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Abgasrückführventil (1) radial um den Außenumfang um das Luftzuführrohr (3) erstreckt und um eine Längsachse (3') des Luftzuführrohres (3) drehbar angeordnet ist, wobei das Abgasrückführventil (1) von dem Gehäuse (1') radial außen ummantelt ist und dass das Abgasrückführventil (1) und das Luftzuführrohr (3) jeweils zumindest zwei Öffnungen (7, 7', 8, 8') aufweisen.
  2. Abgasrückführsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7, 7', 8, 8') im Abgasrückführventil (1) zu den Öffnungen im Luftzuführrohr (3) korrespondierend sind.
  3. Abgasrückführsystem nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7, 7', 8, 8') Bohrungen und/oder Schlitze sind.
  4. Abgasrückführsystem nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bohrungsdurchmesser zwischen 1 und 15 mm beträt.
  5. Abgasrückführsystem nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlitzlänge zwischen 3 und 50 mm und eine Schlitzbreite zwischen 1 und 15 mm beträgt.
  6. Abgasrückführsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand vom Gehäuse (1') zum Abgasrückführventil (1) im Bereich der Einmündung (6) größer ist als auf der der Einmündung (6) abgewandten Seite.
  7. Abgasrückführsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführventil (1) von einem Stellelement verdrehbar ist.
  8. Abgasrückführsystem nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement elektrisch und/oder mechanisch oder pneumatisch oder hydraulisch verstellbar ist.
  9. Abgasrückführsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) einen Abgasturbolader (9) aufweist und das Abgasrückführventil (1) an ein Verdichtergehäuse (9') des Abgasturboladers (9) angeordnet ist.
  10. Abgasrückführsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftzuführrohr (3) im Bereich des Abgasrückführventils (1) als eine Venturidüse ausgebildet ist.
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DE19636806A1 (de) * 1996-09-11 1998-03-12 Pierburg Ag Luftansaugrohr für Brennkraftmaschinen

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