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Die
Erfindung betrifft eine Abgasrückführvorrichtung
für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasmengenregler
und mit einem Gehäuse, in dem ein zentraler Abgaseinlasskanal
und mehrere zur Anzahl der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine
korrespondierende Abgasauslasskanäle angeordnet sind, wobei
zwischen dem Abgaseinlasskanal und den Abgasauslasskanälen
ein bewegbares Verteilerelement angeordnet ist.
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Es
sind diverse Abgasrückführvorrichtungen und -systeme
bekannt. Zur Verminderung der Emissionen wurden in den letzten Jahren
verschiedene Systeme vorgestellt, über die das Abgas zur
Verbesserung der Verbrennung zylinderselektiv zurückgeführt
werden sollte. Dies wurde sowohl über einzelne Klappen
realisiert, die in einzelnen zu den Zylinder führenden
Abgasrückführleitungen angeordnet sind und gemeinsam
betätigt wurden, wie es beispielsweise aus der
DE 19842349 bekannt ist,
als auch über zylinderinterne oder -nahe Abgasrückführung.
Eine derartiges System ist aus der
DE 10 2005 025 904 bekannt. Hier
sind jedoch zusätzliche Rückschlagklappen und
mehrere Dosierventile in den Abgasrückführleitungen
vorzusehen.
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Als
nachteilig bei der externen Abgasrückführung haben
sich insbesondere die großen Volumina der Abgasrückführkanäle
erwiesen. Durch die Einführung einzelner in den Abgasrückführkanälen vorhandener
Drosselorgane konnten niedrigere Schadstoffemissionen erreicht werden,
da eine genaue Restgassteuerung für jeden Zylinder möglich wird.
Allerdings arbeiten diese bekannten Systeme mit einer gemeinsamen
Betätigung für alle einzelnen Abgasrückführkanäle,
so dass jeweils alle Abgasrückführleitungen synchron
geöffnet werden.
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Eine
solche zylinderselektive Rückführung wird durch
die
DE 198 51 922
A1 offenbart, in der hinter einem Abgasrückführventil
ein Rohr in einer Bohrung des Saugrohrs der Verbrennungskraftmaschine angeordnet
ist, welches über eine elektrische Stelleinheit gedreht
werden kann. Dieses Rohr, welches als Verteilerelement wirkt, weist
eine Anzahl von Öffnungen auf, über die eine Verbindung
zu einem zum Saugkanal führenden Abgasrückführkanal
hergestellt werden kann. Hierdurch wird das Abgas erst zu einem
späten Zeitpunkt in die Nähe des Zylinders zurückgeführt,
so dass die Aufladung störende Schwingungen durch rückgeführtes
Abgas im Saugrohr vermieden werden können.
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Zur
weiteren Verbesserung der Rohemissionen werden insbesondere variable
Ventiltriebe entwickelt, deren Möglichkeiten zur internen
Restgassteuerung jedoch sehr komplex und entsprechend kostenintensiv
sind. Nachteilig bei bekannten kostengünstigeren Systemen
zur externen Abgasrückführung sind jedoch die
fehlende Systemdynamik sowie die Bemessung und Beimessung des rückgeführten Abgases
zu den einzelnen Zylindern.
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Es
stellt sich daher die Aufgabe, eine Abgasrückführvorrichtung
zu schaffen, welche zylinderselektiv und zyklusgenau arbeitet, so
dass den einzelnen Zylindern zum jeweils optimalen Zeitpunkt Abgas extern
zugeführt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verteilerelement
korrespondierend zur Drehzahl der Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine
angetrieben und ist das über das Verteilerelement eine
fluidische Verbindung des Abgaseinlasskanals mit je einem der Abgasauslasskanäle
herstellbar ist. Auf diese Weise kann zyklusgenau entsprechend zur Öffnung
der Einlassventile der Verbrennungskraftmaschine jedem einzelnen
Zylinder eine genau dosierte Menge Abgas zum optimalen Zeitpunkt
zurückgeführt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verteilerelement über
eine Kupplung mit der Nockenwelle verbunden und dreht sich mit der
Drehzahl der Nockenwelle. Dies kann beispielsweise über
eine formschlüssige Kupplung oder über entsprechende
Zahnrad- oder Riementriebe gewährleistet werden. Auf diese
Weise wirkt der Antrieb des Verteilerelementes mit exakt der gleichen
Drehzahl wie die Nockenwelle, so dass die Zyklusgenauigkeit auf
einfache Weise sichergestellt ist.
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In
einer weiterführenden Ausgestaltung weist das Verteilerelement
eine Einlassöffnung auf, die eine fluidische Verbindung
zum Abgaseinlasskanal aufweist und eine Auslassöffnung
auf, welche mit je einem der Abgasauslasskanäle verbindbar
ist. Somit wird bei einer Übersetzung von 1:1 zwischen
der Nockenwelle und dem Verteilerelement jeweils das Abgas beispielsweise
genau zu dem Zeitpunkt zu dem jeweiligen Zylinder zurückgeführt,
bei dem eine Öffnung des Einlassventils vorliegt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Abgasrückführvorrichtung
ein Steuerelement aufweist, welches über ein Stellelement
bewegbar ist und mittels dessen die Freigabe der fluidischen Verbindung
zwischen der Auslassöffnung des Verteilerelementes und
den Abgasauslasskanälen der Abgasrückführvorrichtung
im Vergleich zum Phasenwinkel der Nockenwelle verschiebbar ist.
Ein derartiges Steuerelement wirkt somit als den Abgasrückführstrom
im Vergleich zur jeweiligen Öffnung der Einlassventile
zeitlich verschiebendes Element, so dass beispielsweise Abgas, falls
gewünscht, vorgelagert werden kann. Je nach Betriebszustand
des Motors ist somit eine Anpassung des Zeitpunktes zum Rückführen
des Abgas zum Zylinder möglich, so dass ein jeweils optimaler
Zeitpunkt einstellbar ist.
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In
einer besonderen Ausführungsform weist das Verteilerelement
eine zylinderförmige Außenfläche auf,
wodurch eine Drehung des Verteilerelementes bei gleichzeitig möglicher
sicherer Abdichtung gewährleistet wird.
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In
einer hierzu weiterführenden Ausführungsform weist
das Verteilerelement an seiner zylinderförmigen Außenfläche
eine erste Nut auf, die sich zumindest in axialer Richtung erstreckt
und als Auslassöffnung dient und eine zweite Nut auf, die
mit der ersten Nut in fluidischer Verbindung steht, sich jedoch über
den Umfang der Außenfläche des Verteilerelementes
erstreckt und als Einlassöffnung dient. Diese Nut wird
bei einer derartigen Ausführung bei geöffnetem
Abgasmengenregler mit Abgas gefüllt, so dass bei Drehung
der zylinderförmigen Außenfläche das
Abgas über die erste Nut zum Abgasauslass strömen
kann. Eine derartige Strömung erfolgt jeweils, wenn eine Überdeckung
zwischen der Auslassöffnung und dem Abgasauslasskanal vorhanden
ist. Eine derartige Überdeckung findet pro Zylinder einmal
je Umdrehung des Verteilerelementes statt. So kann auf einfache
und kostengünstige Weise eine Verteilung über
ein Verteilerelement realisiert werden.
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In
einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist
das Verteilerelement axial verschiebbar im Gehäuse angeordnet
und die erste Nut ist auf der Außenfläche des
Verteilerelementes unter einem Winkel zur Mittelachse angeordnet,
so dass das Verteilerelement gleichzeitig als Steuerelement dient. Bei
einer derartigen unter einem Winkel zur Mittelachse verlaufenden
Nut wird der Phasenwinkel der Überschneidung des Abgasauslasskanals
mit der Auslassöffnung des Verteilerelementes im Vergleich zum
Nockenwellenwinkel durch die axiale Verschiebung des Kolbens geändert,
so dass auf einfache Art und Weise die Funktion des Verteilerelementes
und des zur Phasenverschiebung dienenden Steuerelementes in einem
Bauteil vereinigt werden.
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In
einer alternativen Ausführungsform weist das Verteilerelement
eine kreisförmige Grundfläche auf, in der eine
Einlassöffnung ausgebildet ist, die mit einer Auslassöffnung
fluidisch verbunden ist, die an der Außenfläche
des Zylinders angeordnet ist. Ein derartiges Verteilerelement kann
im Vergleich zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel axial
kleiner gebaut werden. Die Anströmung erfolgt bei einer
derartigen Anordnung axial, so dass je nach zur Verfügung
stehendem Bauraum eine der Ausführungsformen bevorzugt
werden kann.
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In
einer hierzu weiterführenden Ausführung weist
die kreisförmige Grundfläche des Verteilerelementes
eine ringförmige Nut auf, die als Einlassöffnung
dient und deren Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser
der zylinderförmigen Außenfläche. Somit
wird auch bei axialem, jedoch nicht zentralem Einlass ständig
die Nut mit Abgas gefüllt, vorausgesetzt, ein vorgeschalteter
Abgasmengenregler lässt einen derartigen Abgasstrom zu.
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Alternativ
hierzu weist das Verteilerelement eine zentrale Einlassöffnung
auf. Bei einer derartigen Einlassöffnung können
größere Durchströmungsquerschnitte im
Verteilerelement realisiert werden. Auch die Herstellung eines derartigen
Elementes ist im Vergleich zum Vorbeschriebenen kostengünstiger.
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Vorzugsweise
weist das Steuerelement eine hohlzylindrische Wand mit Durchgangsöffnungen auf,
deren Anzahl der Anzahl der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine
entspricht, wobei die hohlzylindrische Wand zumindest mit dem Abschnitt,
in dem die Durchgangsöffnungen angeordnet sind, zwischen
dem Verteilerelement und den Abgasauslasskanälen angeordnet
ist und wobei die Ausdehnung der Durchgangsöffnungen in
Umfangsrichtung kleiner ist als die Ausdehnung der sich in Strömungsrichtung
anschließenden Enden der Abgasauslasskanäle. Ein
derartiges Steuerelement kann beispielsweise als einseitig offener
Hohlzylinder ausgeführt werden und somit das Verteilerelement
radial umschließen. Durch Verdrehen dieses Steuerelementes
im Vergleich zu den Abgasauslasskanälen kann wiederum der
Phasenwinkel im Vergleich zum Phasenwinkel der Nockenwelle vor-
oder nachgelagert, also verschoben werden. Auch eine Verdrehung
neben die Abgasauslasskanäle ist denkbar, wodurch der Abgasstrom
vollständig gestoppt würde. Die Durchgangsöffnungen
können von der Ausdehnung in Umfangsrichtung etwa die Größe
aufweisen wie die Austrittsöffnung des Verteilerelementes,
so dass zu einem bestimmten Zeitpunkt pro Umdrehung eine genaue Überdeckung
beider Öffnungen vorhanden wäre. Zu diesem Zeitpunkt
würde der maximale Abgasstrom zu dem jeweiligen Zylinder
zurückgeführt werden.
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In
einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist
der Abgasmengenregler durch das Steuerelement gebildet, welches
axial verschiebbar im Gehäuse angeordnet ist, wobei die
axiale Höhe der Durchtrittsöffnung der Höhe
der sich anschließenden Enden der Abgasauslasskanäle
entspricht. Dies bedeutet, dass das durch eine axiale Verschiebung
des Steuerelementes das jeweils zu öffnende Fenster im
Vergleich zum Abgasauslasskanal verkleinert würde. Hierdurch
wäre eine Abgasmengenregelung bei gleichzeitiger möglicher
Phasenverschiebung realisierbar. Dies bedeutet, dass mit wenigen
Bauteilen sowohl die rückgeführte Abgasmenge als
auch der Zeitpunkt genau an die Anforderungen der Verbrennungskraftmaschine
angepasst werden könnten.
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In
einer zu den beiden vorbeschriebenen Ausführungen alternativen
Form ist das Steuerelement als drehbar angeordnete Scheibe mit einer
zur Zylinderzahl entsprechenden Anzahl an axialen Durchgangsöffnungen
ausgebildet und ist zwischen ei nem mit der Drehzahl der Nockenwelle
rotierenden Verteilerelement mit einer Einlass- und Auslassöffnung
und einem Teil des Gehäuses angeordnet, in dem eine zur
Zylinderanzahl entsprechende Anzahl an Abgasauslasskanälen
ausgebildet ist, wobei die zum Steuerelement gewandten Enden der
Abgasauslasskanäle in Umfangsrichtung eine größere
Erstreckung aufweisen als die Durchgangsöffnungen des Steuerelementes.
Es ergibt sich somit ein sehr flach bauendes Verteiler- und Steuerelement,
welches im Übrigen auf gleiche Weise wie in den anderen
Beispielen die zyklusgenaue und zylinderselektive Abgasrückführung
sicherstellt. Vorteilhaft ist hier, dass eine vollständige
axiale Durchströmung ohne Richtungsänderung der
Strömungswege realisiert wird.
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Vorzugsweise
ist der Abgasmengenregler ein Abgasrückführventil,
welches im Abgaseinlasskanal angeordnet ist und beispielsweise als
Kegelventil ausgeführt werden kann. Mit einem derartigen
Ventil kann zuverlässig eine genaue Abgasmenge dosiert werden.
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Diese
Ausführungen erhöhen deutlich die bisher bekannte
Systemdynamik und verbessern die AGR-Beimessung eines jeden Zylinders.
So kann zyklusgenau dosiert und somit die Verbrennung bei Abgasrückführung
optimiert werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben.
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1 zeigt
die Anordnung einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung
an einem Verbrennungsmotor in schematischer Darstellung.
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2 zeigt
in geschnittener Darstellung eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung
in Seitenansicht.
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3 zeigt
eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung
in geschnittener Darstellung.
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4 zeigt
eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung
in geschnittener Darstellung.
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5 zeigt
eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung
aus 4 in geschnittener Darstellung.
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6 zeigt
eine Seitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abgasrückführventils
in geschnittener Darstellung.
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Die 1 zeigt
eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit vier Zylindern 2,
die über ein Saugrohr 3 mit Luft versorgt werden.
Hinter einem Abgaskrümmer 4 wird Abgas über
eine externe Abgasrückführleitung 5 zur
Verbrennungskraftmaschine 1 zurückgeführt.
Der übrige Abgasstrom strömt über eine
Turbine 6 in die Atmosphäre. Das Saugrohr 3 erhält
die Luft über einen mit der Turbine 6 gekoppelten
Verdichter 7. In der Abgasrückführleitung 5 ist
ein Abgasmengenregler 8 angeordnet, der sich vor einer
Abgasrückführvorrichtung 9 befindet,
in welche das geregelte Abgas vom Abgasmengenregler 8 einströmt. Von
der Abgasrückführvorrichtung 9 führen
vier Einzelabgasrückführleitungen 10 zu
den Einzelansaugkanälen des Saugrohres 3 oder
direkt zu den einzelnen Einlasskanälen der Zylinder 2 der
Verbrennungskraftmaschine. Erfindungsgemäß ist
die Abgasrückführvorrichtung 9 mit einer
Nockenwelle 11 der Verbrennungskraftmaschine 1 gekoppelt.
Auf welche Weise diese Kopplung zur zyklusgenauen Rückführung
des Abgases erfolgen kann, ist in den folgenden Figuren dargestellt.
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Die 2 zeigt
ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
bei dem die Abgasrückführvorrichtung 9 aus
einem Gehäuse 12 besteht, in dem ein Abgaseinlasskanal 13 ausgebildet
ist, der mit einem Verteilerelement 14 korrespondiert,
welches über eine Kupplung 15, die an einem Zapfen 25 des
Verteilerelementes 14 ausgebildet ist, mit der Nockenwelle 11 verbindbar
ist und sich somit im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit
Nockenwellendrehzahl im Gehäuse 12 dreht.
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Neben
dem im Gehäuse 12 angeordneten Abgaseinlasskanal 13 sind
am Gehäuse 12 vier Abgasauslasskanäle 16 ausgebildet
entsprechend zur Anzahl der Zylinder 2 der Verbrennungskraftmaschine 1,
von denen in der Figur zwei ersichtlich sind. Entsprechend zur zylindrischen
Form des sich drehenden Verteilerelementes 14 ist der Abgaseinlasskanal 13 radial
im zylinderförmigen Gehäuse 12 angeordnet,
während die vier Abgasauslasskanäle 16 in
gleichmäßigem Abstand, also im Abstand von jeweils
90° zueinander gleichmäßig an der Grundfläche
des Gehäuses 12 verteilt und in axialer Richtung verlaufend
ausgebildet. Im Inneren des Gehäuses 12 ist um
das Verteilerelement 14 im Gehäuse 12 eine umlaufende
Nut 17 ausgeformt, die einen Kanal 18 bildet, über
den einströmendes Abgas aus dem Abgaseinlasskanal 13 gleichmäßig über
den Umfang des Verteilerelementes 14 verteilt wird. Dieser
Kanal 18 weist eine ständige fluidische Verbindung
zu einer Einlassöffnung 19 des Verteilerelementes 14 auf,
so dass jeweils über die Einlassöffnung 19 Abgas
in das Verteilerelement 14 strömen kann.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel verläuft im Verteilerelement 14 ein
Strömungskanal 20, der in einer axial verlaufenden
Auslassöffnung 21 mündet und eine ständige
fluidische Verbindung zwischen der Auslassöffnung 21 und
dem Abgaseinlasskanal 13 sicherstellt. Diese Auslassöffnung 21 ist
in gleichem radialen Abstand zur Drehachse des Verteilerelementes 14 angeordnet
wie die Abgasauslasskanäle 16 des Gehäuses 12,
so dass bei jeder Drehung des Verteilerelementes 14 jeweils
eine Überschneidung der Auslassöffnung 21 mit
jedem der Abgasauslasskanäle 16 stattfindet. Selbstverständlich wäre
es auch denkbar, das Verteilerelement 14 als flache Scheibe
auszuführen und somit Abgas in den gesamten Bereich oberhalb
des Verteilerelementes 14 einzuleiten, so dass dann eine
axiale Durchgangsöffnung durch die Scheibe die Funktionen
des Kanals 20 sowie der Einlassöffnung 19 und
der Auslassöffnung 21 erfüllen würde.
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Zwischen
dem Verteilerelement 14 und dem Gehäuse 12 mit
den Abgasauslasskanälen 16 ist zusätzlich
ein Steuerelement 22 angeordnet, welches vier Durchgangsöffnungen 23 aufweist,
die ebenfalls in gleichem radialen Abstand zur Drehachse des Verteilerelementes 14 angeordnet
sind wie die Auslassöffnung 21 bzw. die Abgasauslasskanäle 16.
Dieses Steuerelement 22 ist ebenfalls als kreisförmige Scheibe
ausgeführt und weist einen zentralen Zapfen 26 auf, über
den das kreisförmige Steuerelement 22 mittels
eines nicht dargestellten Stellelementes im Gehäuse 12 gedreht
werden kann.
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Die
Durchgangsöffnungen 23 des Steuerelementes 22 sind
in Umfangsrichtung des Steuerelementes 22 kürzer
ausgebildet als korrespondierende Enden 24 der Abgas auslasskanäle 16.
Hierdurch wird es möglich, durch leichtes Verdrehen des
Steuerelementes 22, den Zeitpunkt der Abgasrückführung
zum jeweiligen Zylinder 2 im Vergleich zum Nockenwellendrehwinkel
nach hinten bzw. vorne zu verschieben.
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Wird
nun beispielsweise die Durchgangsöffnung 23 des
Steuerelementes 22 im Vergleich zur Drehrichtung der Nockenwelle
in entgegengesetzter Richtung verdreht, erfolgt eine frühere Überschneidung
der Auslassöffnung 21 des Verteilerelementes 14 mit
der entsprechenden Durchgangsöffnung 23 des Verteilerelementes 22,
so dass früher Abgas zu den Zylindern 2 geführt
wird. Selbstverständlich ist auch eine Verdrehung in die
entgegengesetzte Richtung zum Hinauszögern der Abgasrückführung
während des Zyklusses denkbar.
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Zu
Sicherstellung der Funktion ist es notwendig, das Verteilerelement 14 als
auch das Steuerelement 22 gegeneinander und zum Gehäuse 12 abzudichten,
was beispielsweise über als Labyrinthdichtung 60 wirkende
Nuten und korrespondierende Stege erfolgen kann. Die Lagerung des
Steuerelementes 22 und des Verteilerelementes 14 erfolgt über
die sich axial erstreckenden Zapfen 25, 26, die
in den Erfordernissen entsprechenden Lagereinheiten 27 im Gehäuse 12 angeordnet
sind. Zusätzlich können zur Abdichtung nach außen
weitere Dichtelemente verwendet werden.
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In
der Beschreibung der folgenden Figuren werden für funktionsgleiche
Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Die
alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen
Abgasrückführvorrichtung 9 gemäß 3 besteht
aus einem mehrteiligen Gehäuse 12, in dem wiederum
das Verteilerelement 14 angeordnet ist, welches eine zylinderförmige
Außenfläche 30 aufweist. Das Verteilerelement
weist an seinen axialen Enden jeweils einen Zapfen 25, 42 auf,
von denen der eine als Kupplung 15 zur Nockenwelle 11 dient und
der andere im Gehäuse 12 gelagert ist.
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An
der zylinderförmigen Außenfläche 30 ist eine
erste Nut 31 angeordnet, welche sich an der zylinderförmigen
Außenfläche 30 in Axial- und gleichzeitig
in Umfangsrichtung erstreckt. Dies bedeutet, dass diese erste Nut 31 in
einem Winkel zur Dreh achse des Verteilerelementes 14 angeordnet
ist. Diese erste Nut 31 dient gleichzeitig als Auslaßöffnung 21 für
in das Gehäuse 12 strömende Abgas zu
einem am Gehäuse ausgebildeten Abgasauslasskanal, der sich
radial zum Verteilerelement 14 erstreckt und als Kanal 20 zur
fluidischen Verbindung mit einer Einlassöffnung 19 des
Verteilerelementes 14. Diese Einlassöffnung 19 wird
durch eine zweite Nut 32 gebildet, die sich in Umfangsrichtung
erstreckt und in fluidischer Verbindung zu einem im Gehäuse 12 ausgebildeten
Abgaseinlasskanal 13 steht, der sich radial erstreckt.
Im Abgaseinlasskanal ist ein Abgasmengenregler 8 in Form
eines Abgasrückführventils angeordnet, welches
an das Gehäuse 12 angeflanscht ist.
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Insgesamt
sind wiederum gleichmäßig über den Umfang
verteilt vier Abgasauslasskanäle 16 im Gehäuse 12 ausgebildet,
die sich radial erstrecken und von denen auch in diesem Ausführungsbeispiel zwei
ersichtlich sind. Wird das Verteilerelement 14 nun mit
Nockenwellendrehzahl gedreht so entsteht erneut pro Umdrehung einmal
pro Abgasauslasskanal 16 eine fluidische Verbindung dessen
zum Abgaseinlasskanal 13, so dass Abgas zum jeweiligen
angeschlossenen Zylinder 2 zurückgeführt
wird. Entsprechend ist die Abgasrückführvorrichtung
auch hier für eine Vierzylinder-Verbrennungskraftmaschine
geeignet.
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Des
Weiteren ist im Gehäuse 12 ein Kühlkanal 33 ausgebildet,
der sich in mehreren Windungen um die erste Nut 31 erstreckt,
so dass das Abgas gleichzeitig in dieser Abgasrückführvorrichtung 9 gekühlt
werden kann.
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Das
Verteilerelement 14 ist nicht nur drehbar im Gehäuse 12 angeordnet,
sondern kann gleichzeitig auch über ein nicht dargestelltes
Stellelement axial im Gehäuse 12 verschoben werden.
Hierdurch wird erreicht, dass die schräg verlaufende erste
Nut 31 zu den Abgasauslasskanälen 16 verschoben
wird, wodurch die jeweilige Verbindung zwischen Abgaseinlasskanal 13 und
den Abgasauslasskanälen 16 im Vergleich zum vorhandenen
Drehwinkel der Nockenwelle 11 und somit zum Öffnungszeitpunkt
der Einlassventile verschoben wird. Entsprechend dient dieses Verteilerelement 14 gleichzeitig
als Steuerelement 22, so dass eine zyklusgenaue Dosierung
und beispielsweise eine Vorlagerung des rückgeführten Abgases
zum Einlassventil möglich werden. Der Zeitpunkt der Zuführung
ist somit von der axialen Stellung des Verteilerelementes 14 abhängt.
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Es
sollte deutlich sein, dass bei einer derartigen Ausführung
die Kupplung 15 zur Nockenwelle 11 entsprechend
ausgeführt werden muss und zur axialen Verstellung beispielsweise
der Zapfen 25 mit dem entsprechenden Stellelement verbunden
werden muss. Auch bei dieser Ausführung muss eine entsprechende
Lagerung und Abdichtung des Verteilerelementes vorgesehen werden.
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In
der 4 ist eine weitere alternative Abgasrückführvorrichtung 9 dargestellt,
welche wiederum ein in einem Abgaseinlasskanal 13 angeordneten Abgasmengenregler 8 aufweist, über
den Abgas in das Gehäuse 12 strömen kann.
Dieses Gehäuse 12 ist wiederum mehrteilig ausgebildet,
wobei in dem an den Abgasmengenregler 8 anschließenden
Gehäuseteil wiederum ein Kühlkanal 33 ausgebildet
ist.
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Der
Abgaseinlasskanal 13 erstreckt sich zum Verteilerelement 14,
welches in vorliegender Ausführungsform eine kreisförmige
Grundfläche 40 aufweist, in der eine ringförmige
Nut 41 ausgebildet ist, die als Einlassöffnung 19 des
Verteilerelementes zum Abgaseinlasskanal 13 dient. Diese
ringförmige Nut 41 weist einen kleineren Durchmesser
auf als die zylinderförmige Außenfläche 30 des
Verteilerelementes 14. Sie weist eine fluidische Verbindung über
den Kanal 20 zu einer radial verlaufenden Auslassöffnung 21 auf, über
die eine fluidische Verbindung zu jeweils einem der vier Abgasauslasskanäle 16 hergestellt werden
kann, die wiederum im Gehäuse 12 ausgebildet sind.
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Das
Verteilerelement 14 weist auch in dieser Ausführung
zwei Zapfen 25, 42 auf, wobei am Ende des Zapfens 25 die
Kupplung 15 zur Nockenwelle 11 ausgeformt ist.
Des Weiteren dient dieser Zapfen 25 als eine Lagerstelle
des Verteilerelementes 14 im Gehäuse 12,
wobei diese Lagereinheit 43 als Kugellager ausgebildet
ist. Der in entgegengesetzter axialer Richtung verlaufende Zapfen 42 ist
ebenfalls in zwei Lagern 44, 45 gelagert, deren
Außenring jeweils an einem im Wesentlichen glockenförmig
ausgebildeten Steuerelement 22 anliegen. Dieses Steuerelement weist
somit eine hohlzylindrische Wand 48 auf, die das Verteilerelement 14 radial
umgibt, während die obere Fläche des glockenförmigen
Steuerelementes 22 die zur Grundfläche 40 entgegen
gesetzte Oberfläche 46 des Verteilerelementes 14 abdeckt.
Das Steuerelement 22 ist über ein Stellelement 47 drehbar
im Gehäuse 12 angeordnet.
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Aus
der 5, welche einen Schnitt entlang der Linien E-E
der Figur darstellt, wird deutlich, dass auch dieses Steuerelement 22 Durchgangsöffnungen 23 aufweist,
deren Erstreckung in Umfangsrichtung kleiner ist als das zu den
Durchgangsöffnungen 23 gewandte Ende 24 der
Abgasauslasskanäle 16. Bezüglich der
Umfangserstreckung noch kleiner ausgeführt ist die Auslassöffnung 21 des
Verteilerelementes 14.
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Aus
dieser Ansicht wird sehr deutlich, dass bei Drehung des Verteilerelementes 14 mit
Nockenwellengeschwindigkeit pro Umdrehung jeder der vier Abgasauslasskanäle 16 einmal
von der Auslassöffnung 21 überstrichen
wird, so dass zu diesem Zeitpunkt in den entsprechenden Abgasauslasskanal 16 Abgas
strömen kann, vorausgesetzt, der Abgasmengenregler 8 gibt
einen entsprechenden Querschnitt frei. Nimmt man nun an, dass sich
das Verteilerelement 14 im Uhrzeigersinn dreht und bewegt
man gleichzeitig über das Stellelement 47 das
Steuerelement 22 entgegen des Uhrzeigersinnes, beispielsweise
so, dass jeweils die vordere Kante der Durchgangsöffnung 23 und
das Ende 24 der Abgasauslasskanäle 16 übereinander
liegen, so wird deutlich, dass die fluidische Verbindung im Vergleich
zur Drehung der Nockenwelle 11 und somit zur Öffnung
des jeweiligen Einlassventils zeitlich nach vorne verschoben wird.
Entsprechend kann auch bei Verdrehung des Steuerelementes 22 im
Uhrzeigersinn der Zeitpunkt der Abgasrückführung
im Vergleich zum Zeitpunkt der Öffnung des Einlassventils
des Zylinders 2 nach hinten verschoben werden.
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Des
Weiteren wird deutlich, dass es möglich ist, das Steuerelement 22 soweit
zu verdrehen, dass die Durchgangsöffnungen 23 außerhalb
des Bereichs der Enden 24 der Abgasauslasskanäle 16 angeordnet
ist, wodurch der rückgeführte Abgasstrom vollständig
unterbrechbar ist.
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Betrachtet
man nun wiederum 4, so wird des Weiteren deutlich,
dass bei gleicher Höhe der Durchgangsöffnungen 23 und
der Enden 24 der Abgasauslasskanäle durch axiale
Verschiebung des Verteilerelementes 14 auch eine Abgasmengenregelung
möglich wäre, so dass der vorgeschaltete Abgasmengenregler 8 entfallen
könnte. Hierzu wäre selbstverständlich
eine zusätzliche axiale Stelleinheit am Steuerelement 22 vorzusehen.
Des Weiteren wäre selbstverständlich die freie
Höhe des Gehäuses 12, welches in der
dargestellten Ausführungsform das Steuerelement 22 axi al
begrenzt, anders zu wählen. Auch bei dieser Ausführung
sind selbstverständlich entsprechende Abdichtungen vorzusehen.
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß der 6 ist ähnlich
zu dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel,
wobei der Abgaseinlasskanal 13 in dieser Ausführungsform
zentral im Bereich der Drehachse des Verteilerelementes 14 angeordnet
ist. Entsprechend weist auch das Steuerelement 22 eine entsprechende
axial verlaufende Durchgangsöffnung 50 auf, die
in die zentrale Einlassöffnung 19 des Verteilerelementes 14 mündet.
Im Verteilerelement 14 ist erneut der Kanal 20 zur
fluidischen Verbindung zur radial verlaufenden Auslassöffnung 21 des
Verteilerelementes 14 ausgebildet, welcher in vorbeschriebener
Weise über die radiale Durchgangsöffnung 23 des
Steuerelementes 22 mit dem jeweiligen Abgasauslasskanal 16 durch
Drehung des Verteilerelementes 14 verbindbar ist.
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Wie
im vorbeschriebenen Beispiel weist selbstverständlich das
Verteilerelement 14 eine einzelne Auslassöffnung 21 auf,
während das Steuerelement 22 sowie das Gehäuse 12 wiederum
vier Abgasauslasskanäle 16 bzw. vier Durchgangsöffnungen 23 aufweisen,
von denen zwei ersichtlich sind.
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Zur
Gewichtsverminderung ist das Verteilerelement 14 mit Hohlräumen 51 ausgeführt.
Durch die zentrale Einleitung des Abgases muss das nicht dargestellte
Stellelement selbstverständlich zum Antrieb des Steuerelementes 22 bei
der vorliegenden Ausführungsform anders angeordnet werden.
Hierzu ist am Steuerelement 22 ein Zahnrad 52 ausgebildet, das
mit einem nicht dargestellten Zahnrad kämmt, welches beispielsweise
auf der Welle eines Stellelementes 47 angeordnet sein kann.
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Die
Lagerung des Verteilerelementes 14 erfolgt in diesem Fall
einseitig über zwei Kugellager, die die Lagereinheit 27 bilden,
wobei der zur Nockenwelle 11 führende Zapfen 25 deutlich
verlängert ausgebildet werden muss. Des Weiteren ist aus
der Zeichnung ersichtlich, dass sowohl das außen liegende Gehäuse 12 als
auch das Verteilerelement 14 und das Steuerelement 22 korrespondierende
Nuten und Stege aufweisen, die wie im ersten Ausführungsbeispiel
als Labyrinthdichtungen 60 dienen. Zusätzlich ist
im Bereich des Abgaseinlasskanals 11 eine ringförmige
Dichtung 53 angeordnet, welche dem gleichen Zweck dient.
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Es
wird deutlich, dass durch die beschriebenen Ausführungsformen
eine Abgasrückführvorrichtung geschaffen wird,
welche zylinderselektiv und zyklusgenau arbeitet, wobei eine Phasenverschiebung zum
Drehwinkel der Nockenwelle und somit zum Öffnungszeitpunkt
des Einlassventils der jeweiligen Zylinder möglich wird.
Hierdurch können Emissionen von Verbrennungskraftmaschinen
weiter verringert werden. Es entsteht somit eine prozesssynchrone Abgasrückführsteuerung
mit sehr geringen Totzeiten.
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Selbstverständlich
sind zu diesem Zweck verschieden konstruktiv von den beschriebenen
Ausführungsformen abweichende Abgasrückführvorrichtungen
denkbar, wobei erfindungsgemäß insbesondere der
Antrieb des Verteilerelementes mit einer zur Drehzahl der Nockenwelle
korrespondierenden Drehzahl gegeben sein sollte, um eine Verbindung des
jeweiligen Abgasrückführkanals entsprechend zum
Zyklus des Verbrennungsmotors herzustellen. Denkbar ist es auch,
die Steueröffnungen des Verteilerelementes konturiert auszuführen,
um den Volumenstromverlauf gegebenenfalls über die Öffnung
eines Einlassventils zu ändern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19842349 [0002]
- - DE 102005025904 [0002]
- - DE 19851922 A1 [0004]