DE102007033925A1

DE102007033925A1 - Abgasrückführeinrichtung

Info

Publication number: DE102007033925A1
Application number: DE102007033925A
Authority: DE
Inventors: Uwe Scher; Christian Dr.-Ing. Westphal; Werner Aberle
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführeinrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Partikelabscheider (2), welchem mittels einer Abgasleitung (3) das Abgas einer Brennkraftmaschine zuführbar ist. Hierzu ist in dem Partikelabscheider (2) ein Ventil (4) mit einem axial verschiebbaren Verschlusskörper (7) vorgesehen, welcher in einer ersten Position gegen einen der Abgasrückführleitung (5) zugeordneten ersten Ventilsitz (8) und in einer zweiten Position gegen einen der Abgasauslassleitung (6) zugeordneten zweiten Ventilsitz (9) anliegt, während in einer Zwischenstellung in einer dritten Position ein beliebiger Anteil des Abgases den beiden Leitungen zugeführt wird. Um die gewünschte Abscheidung mitgeführter Feststoffpartikel zu optimieren, ist der erste Ventilsitz (8) im Bereich der maximalen Strömungsgeschwindigkeit einer Düse (10) des Partikelabscheiders (2) angeordnet, sodass die Feststoffpartikel zuverlässig daran gehindert werden, in die Abgasrückführleitung (5) zu gelangen.

Description

Die Erfindung betrifft eine mit einem Partikelabscheider ausgestattete Abgasrückführeinrichtung für das Abgas einer Brennkraftmaschine mit einer mit einem Lufteinlass der Brennkraftmaschine verbundenen Luftzuführleitung und mit einer mit einem Abgasauslass der Brennkraftmaschine verbundenen Abgasleitung, wobei die Abgasleitung über eine mittels eines Ventils verschließbare Abgasrückführleitung mit der Luftzuführleitung sowie mit einer einen Abgasauslass aufweisenden Abgasauslassleitung verbunden ist.
Bei einer solchen Abgasrückführeinrichtung gemäß DE 31 18 739 A1 ist die Abgasrückführeinrichtung derart aufgebaut, dass das Abgas durch eine zyklonartige Staubsammeltrommel nach dem Prinzip der Entladungstheorie für statische Elektrizität gereinigt wird. Über einen Lufteinlass wird dieses gereinigte Abgas der Brennkraftmaschine zugeführt und zusammen mit dem Brennstoff bei einer niedrigen Temperatur verbrannt, um dadurch in dem Abgas enthaltende Stickstoffoxide (NO_x) zu reduzieren.
Die Abgasrückführeinrichtung ist so aufgebaut, dass die Abgasleitung des Abgasverteilers eine Abzweigung aufweist, sodass eine zyklonartige Staubsammeltrommel einen Teil des aus dem Abgasverteiler kommenden Abgases abzieht und gleichzeitig den anderen Teil des Abgases durch eine abgasführende Leitung in die Umgebung austreten lässt. An einer bestimmten Stelle der mit dem elektrostatischen Filter verbundenen Abgasrückführleitung ist ein Steuerventil eingebaut, um die Eingangsströmung des Abgases in die Luftzuführleitung zu steuern. Hierzu wird eine Vakuumleitung entsprechend dem Arbeitszustand des Motors verwendet.
Aus WO 00/28203 A1 ist ein Niederdruck-Abgasrückführ-System mit einem Partikelfilter für eine einen Turbolader aufweisende Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, bekannt. Eine Rückführleitung für Abgas mündet hier vor einem Verdichter des Turboladers in einen Einlassluftkanal, der in einer Ventilvorrichtung eine Drossel aufweist. Die Drossel kann zwischen offener und geschlossener Stellung in jede beliebige Zwischenstellung gebracht werden, um die gewünschte Menge Frischluft mit Abgas zu mischen.
Eine ähnliche Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine ist als Niederdruck-Abgasrückführ-System weiterhin in WO 98/55759 A1 offenbart, wobei ein Gegendruckventil vorgesehen ist, das hinter einem Abzweig einer Abgasrückführungsleitung angeordnet ist. Das Gegendruckventil soll der Erzeugung eines hinreichenden Differenzdruckes zwischen einem Einlass eines Verdichters und einem Filter dienen.
Ferner ist aus DE 40 07 516 C2 ein Niederdruck-Abgasrückführ-System für einen Dieselmotor bekannt, wobei ein einer Abgasturbine eines Turboladers nachfolgender Partikelfilter vorgesehen ist, hinter dem eine in eine Ansaugluftleitung mündende Abgasrückführleitung abzweigt. Die Ansaugluftleitung besitzt vor einer Einmündung der Abgasrückführleitung eine regelbare Drossel. Die Ansaugluftleitung geht über einen Lader des Turboladers in eine an den Dieselmotor angeschlossene Ladeluftleitung über.
Eine Kolbenbrennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens zur Verminderung von NO_x-Emission beschreibt DE 44 39 940 A1 . Diese Kolbenbrennkraftmaschine weist einen Abgasturbolader und eine Einrichtung zur Rückführung einer Abgasteilmenge zur Ladeluft auf. Es ist eine Abgasrückführleitung vorgesehen, die mit einer Abgasleitung in einem Bereich vor einer Turbine des Abgasturboladers und mit einer Ladeluftleitung in einem Ansaugbereich eines Verdichters des Abgasturboladers in Verbindung steht. Ferner sind ein Partikelfilter und ein Kühler in der Abgasrückführleitung angeordnet.
Aus DE 197 28 353 C1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader bekannt, der eine im Abgasleitungssystem angeordnete Abgasturbine und einen von der Abgasturbine angetriebenen, in einer Frischluftzuführung angeordneten Ladeluftverdichter aufweist. Außerdem ist eine Abgasrückführleitung vorgesehen, die aus dem Abgasleitungssystem in Abgasströmungsrichtung hinter der Abgasturbine abzweigt und in die Frischluftzuführung in Strömungsrichtung nach dem Ladeluftverdichter in eine Ladeluftleitung der Frischluftzuführung einmündet.
Einen Abgaskühler mit einem Bypass-Rohr und einem Abgasrückführungsventil offenbart WO 02/10574 A1 . Darüber hinaus ist aus EP 1 275 838 A1 ein Abgasrückführsystem für einen Motor bekannt, das einen Kühler für Abgas, einen den Kühler umgehenden Bypass, ein Kühlerventil und ein Bypassventil aufweist.
Als nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Abgasrückführeinrichtungen erweist sich, dass bei den bekannten Abgasrückführeinrichtungen lediglich ein eingeschränkter Partikelschutz realisiert ist. Insbesondere können Partikel nahezu ungehindert in die Abgasauslassleitung gelangen.
Man könnte noch daran denken, einerseits die Abgasrückführleitung, andererseits die Abgasauslassleitung mit jeweils einem Partikelfilter auszustatten, um so unerwünschte Partikel herausfiltern zu können. Hierdurch wird jedoch der Aufwand wesentlich erhöht.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abgasrückführeinrichtung der eingangs genannten Art wesentlich zu verbessern. Insbesondere soll bei zugleich geringen Herstellkosten ein hoher Wirkungsgrad der Abgasrückführeinrichtung erreicht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Abgasrückführeinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also die Abgasrückführeinrichtung derart ausgeführt, dass mittels der Abgasleitung das Abgas dem Partikelabscheider zuführbar ist und mittels des Ventils ein einstellbarer Anteil des zugeführte Abgases zu der Abgasrückführleitung einerseits und/oder der Abgasauslassleitung andererseits zuführbar ist. Hierdurch wird mit geringem Aufwand die Zuführung der Partikel zu der Abgasrückführleitung ebenso wie zu der Abgasauslassleitung wirkungsvoll verhindert, indem zunächst der gesamte Abgasstrom in den Partikelabscheider gelangt. Der so von Partikeln befreite Abgasstrom wird dann variabel, insbesondere frei wählbar auf die Abgasrückführleitung und die Abgasauslassleitung verteilt, sodass in jedem Fall ein ausreichender Volumenstrom des insoweit gereinigten Abgases insbesondere für die Abgasrückführung verfügbar ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass das Ventil im Inneren des Partikelabscheiders angeordnet ist, um eine besonders kompakte und einfach zu realisierende Bauform zu schaffen, die einen vergleichsweise geringen Bauraum erfordert und bei welcher zudem in optimaler Weise die in dem Ventil jeweils einstellbaren Strömungsverhältnisse für die Abscheidung der Partikel nutzbar sind.
Dabei ist es besonders praxisgerecht, wenn gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung der Anteil des der Abgasrückführleitung einerseits und/oder der Abgasauslassleitung andererseits zuführbaren Abgases zwischen 0 und 100% stufenlos einstellbar ist, sodass eine bedarfsgerechte Zuführung eines jeweils in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erforderlichen Volumenstroms sichergestellt ist. Das Ventil ist hierzu beispielsweise als eine zwischen den die Abgasrückführleitung oder die Abgasauslassleitung verschließenden Stellungen schwenkbewegliche Klappe ausgeführt.
Weiterhin erweist es sich als besondere zielführend, wenn mittels des Ventils zu der ersten Position, in welcher die Abgasrückführleitung verschlossen ist, zumindest eine weitere Position einstellbar ist, in welcher die Abgasauslassleitung zumindest teilweise verschlossen ist. Hierdurch wird erstmals in besondere effektiver Weise die variable Abgaszufuhr zu der Abgasrückführleitung einerseits oder der Abgasauslassleitung andererseits dazu genutzt, zugleich die von dem Abgas zugeführten Partikel aufgrund der Strömungsdynamik im Wesentlichen der in Strömungsrichtung des Partikelabscheiders angeordneten Abgasauslassleitung zuzuführen, sodass mitgeführte Partikel wirksam daran gehindert werden, in die Abgasrückführleitung zu gelangen.
Hierbei zeigt sich eine Ausgestaltung dann als besonders gewinnbringend, wenn das Ventil derart ausgeführt ist, dass das durch die Abgasleitung zugeführte und der Abgasrückführleitung zuführbare Abgas einer wesentlichen Änderung der Strömungsrichtung unterworfen ist, sodass allein aufgrund der Massenträgheit der zugeführten Partikel eine optimale Trennung erreicht wird und diese Partikel problemlos aufgefangen werden können.
Insbesondere erweist es sich hierbei in der Praxis als vorteilhaft, wenn der Partikelabscheider eine Einrichtung zur Strömungsablenkung des mittels der Abgasleitung zugeführten Abgases von der Abgasrückführleitung hat, sodass also der Abgasstrom nicht etwa in die Abgasrückführleitung gelenkt, sondern vielmehr von dieser abgelenkt wird. Das der Brennkraftmaschine zuzuführende Abgasvolumen wird dann mittels der Abgasrückführleitung angesaugt, wobei von der Abgasleitung mitgeführte Partikel nicht erfasst werden.
Dabei ist es besonders praxisgerecht, wenn der Partikelabscheider ein der Abgasrückführleitung zugeordnetes Entnahmerohr aufweist, welches in einer dem zugeführten Abgasstrom entgegengesetzten Richtung durchströmbar ist. Hierdurch erfolgt also eine Strömungsumkehrung, durch welche die Strömungsdynamik in optimaler Weise zur Abscheidung der Partikel genutzt werden kann.
Insbesondere kann hierzu gemäß einer besonders zweckmäßigen Abwandlung das Entnahmerohr parallel oder koaxial zu der Abgasleitung in dem Partikelabscheider angeordnet sein.
Dieser vorteilhafte Effekt lässt sich zudem weiter verbessern, wenn gemäß eine Ausführungsform der Erfindung der Partikelabscheider und/oder das Ventil zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases mit einer Düse ausgestattet sind und die Eintrittsöffnung der Abgasrückführleitung im Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Abgases angeordnet ist, wobei die Orientierung der Abgasrückführleitung entgegen der Strömungsrichtung des zugeführten Abgases vorgesehen ist. Somit kann die zusätzliche Beschleunigung des zugeführten Abgasvolumenstroms für eine weiter verbesserte Abscheidung fester Partikel genutzt werden.
Das Ventil könnte als eine schwenkbewegliche Klappe ausgeführt sein. Besonders Erfolg versprechend ist es hingegen, wenn gemäß einer besonders praxisnahen Abwandlung der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung das Ventil einen insbesondere axial verschiebbaren Verschlusskörper hat, welcher in einer ersten Extremlage gegen einen der Abgasrückführleitung zugeordneten ersten Ventilsitz und in einer zweiten Extremlage gegen einen der Abgasauslassleitung zugeordneten zweiten Ventilsitz, die jeweilige Leitung verschließend anliegt. Hierdurch wird eine einfache Aufteilung der Abgasteilströme zu der Abgasrückführleitung sowie zu der Abgasauslassleitung erreicht, wobei die Strömungsrichtung von dem jeweiligen Anteil des Teilstroms weitgehend unabhängig ist. Insbesondere kann also unabhängig von dem Anteil des Teilstroms die der Abgasrückführleitung zuzuführende Abgasströmung der zugeführten Abgasströmung der Abgasleitung entgegengesetzt sein. Durch eine vertikale Einbauposition des Verschlusskörpers kann dabei zudem die Schwerkraft optimal genutzt werden, sodass beispielsweise unter dem Einfluss der Schwerkraft der Verschlusskörper die Abgasauslassleitung verschließt.
Weiterhin hat es sich bereits als besonders Erfolg versprechend erwiesen, wenn der Partikelabscheider als ein Grob-Partikelabscheider ausgeführt und in der Abgasleitung vor dem Grob-Partikelabscheider ein Partikelfilter angeordnet ist, wobei der Partikelfilter in der Nähe der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipdarstellung eine erfindungsgemäße Abgasrückführeinrichtung 1 für eine nicht gezeigte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Abgasrückführeinrichtung 1 hat einen Partikelabscheider 2, welchem mittels einer Abgasleitung 3 das Abgas einer Brennkraftmaschine und mittels eines Ventils 4 variabel einer Abgasrückführleitung 5 oder Abgasauslassleitung 6 zuführbar ist. Das Ventil 4 hat hierzu einen axial verschiebbaren Verschlusskörper 7, welcher in einer ersten Position gegen einen der Abgasrückführleitung 5 zugeordneten ersten Ventilsitz 8 und in einer zweiten Position gegen einen der Abgasauslassleitung 6 zugeordneten zweiten Ventilsitz 9, die jeweilige Leitung verschließend anliegt, während in einer Zwischenstellung in einer dritten Position ein beliebiger Anteil des Abgases den beiden Leitungen zugeführt wird. Um die gewünschte Abscheidung mitgeführter Feststoffpartikel zu optimieren ist der erste Ventilsitz 8 im Bereich der maximalen Strömungsgeschwindigkeit einer Düse 10 des Partikelabscheiders 2 angeordnet, sodass die Feststoffpartikel zuverlässig daran gehindert werden, in die in entgegengesetzter Richtung durchströmbare Abgasrückführleitung 5 zu gelangen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3118739 A1 [0002]
- WO 00/28203 A1 [0004]
- WO 98/55759 A1 [0005]
- DE 4007516 C2 [0006]
- DE 4439940 A1 [0007]
- DE 19728353 C1 [0008]
- WO 02/10574 A1 [0009]
- EP 1275838 A1 [0009]

Claims

Eine mit einem Partikelabscheider (2) ausgestattete Abgasrückführeinrichtung (1) für das Abgas einer Brennkraftmaschine mit einer mit einem Lufteinlass der Brennkraftmaschine verbundenen Luftzuführleitung und mit einer mit einem Abgasauslass der Brennkraftmaschine verbundenen Abgasleitung (3), wobei die Abgasleitung (3) über eine mittels eines Ventils (4) verschließbare Abgasrückführleitung (5) mit der Luftzuführleitung sowie mit einer, einen Abgasauslass (Abgasanlage) aufweisenden Abgasauslassleitung (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Abgasleitung (3) das Abgas dem Partikelabscheider (2) zuführbar ist und mittels des Ventils (4) ein einstellbarer Anteil des zugeführte Abgases zu der Abgasrückführleitung (5) einerseits und/oder der Abgasauslassleitung (6) andererseits zuführbar ist.
Abgasrückführeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (4) im Inneren des Partikelabscheiders (2) angeordnet ist.
Abgasrückführeinrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des der Abgasrückführleitung (5) einerseits und/oder der Abgasauslassleitung (6) andererseits zuführbaren Abgases zwischen 0 und 100% stufenlos einstellbar ist.
Abgasrückführeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Ventils (4) zu der ersten Position, in welcher die Abgasrückführleitung (5) verschlossen ist, zumindest eine weitere Position einstellbar ist, in welcher die Abgasauslassleitung (6) zumindest teilweise verschlossen ist.
Abgasrückführeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (4) derart ausgeführt ist, dass das durch die Abgasleitung (3) zugeführte und der Abgasrückführleitung (5) zuführbare Abgas einer wesentlichen Änderung der Strömungsrichtung, insbesondere einer Strömungsumkehrung unterworfen ist.
Abgasrückführeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelabscheider (2) eine Einrichtung zur Strömungsablenkung des mittels der Abgasleitung (3) zugeführten Abgases von der Abgasrückführleitung (5) hat.
Abgasrückführeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelabscheider (2) ein der Abgasrückführleitung (5) zugeordnetes Entnahmerohr aufweist, welches in einer dem zugeführten Abgasstrom entgegen gesetzten Richtung durchströmbar ist.
Abgasrückführeinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Entnahmerohr parallel oder koaxial zu der Abgasleitung in dem Partikelabscheider angeordnet sein.
Abgasrückführeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelabscheider (2) und/oder das Ventil (4) zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases mit einer Düse (10) ausgestattet sind.
Abgasrückführeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung der Abgasrückführleitung (5) im Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Abgases angeordnet ist, wobei die Orientierung der Abgasrückführleitung (5) entgegen der Strömungsrichtung des zugeführten Abgases vorgesehen ist.
Abgasrückführeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (4) einen insbesondere axial verschiebbaren Verschlusskörper (7) hat, welcher in einer ersten Extremlage (Position 1) gegen einen der Abgasrückführleitung (5) zugeordneten ersten Ventilsitz (8) und in einer zweiten Extremlage (Position 3) gegen einen der Abgasauslassleitung (6) zugeordneten zweiten Ventilsitz (9), die jeweilige Leitung verschließend anliegt.
Abgasrückführeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelabscheider (2) als ein Grob-Partikelabscheider ausgeführt und in der Abgasleitung (3) in Strömungsrichtung vor dem Grob-Partikelabscheider ein Partikelfilter angeordnet ist.