DE102008024571B4 - Exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Abgasrückführvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
mit einem Abgasmengenregler
und mit einem Gehäuse,
in dem eine Abgaseinlassöffnung
und mehrere zur Anzahl der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine entsprechende Abgasauslassöffnungen angeordnet sind,
wobei zwischen der Abgaseinlassöffnung und den Abgasauslassöffnungen ein bewegbares Verteilerelement angeordnet ist,
welches korrespondierend zur Drehzahl einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben ist und
zumindest ein Auslassfenster und zumindest ein Einlassfenster aufweist,
so dass über das Verteilerelement eine fluidische Verbindung der Abgaseinlassöffnung mit je einer der Abgasauslassöffnungen herstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verteilerelement (3) rohrförmig ausgebildet ist und eine zur Anzahl der Abgasauslassöffnungen (28) korrespondierende Anzahl an Auslassfenstern (5) aufweist, die korrespondierend zum Zündversatz des Verbrennungsmotors über den Umfang des Verteilerelementes (3) verteilt angeordnet sind, wobei die Abgasauslassöffnungen (28) des Gehäuses (2) unmittelbar in die Einlasskanäle des Zylinderkopfes münden.Exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine
with an exhaust gas quantity regulator
and with a housing,
in which an exhaust gas inlet opening
and a plurality of exhaust gas outlet openings corresponding to the number of cylinders of the internal combustion engine are arranged,
wherein a movable distributor element is arranged between the exhaust gas inlet opening and the exhaust gas outlet openings,
which is driven corresponding to the rotational speed of a camshaft of the internal combustion engine and
has at least one outlet window and at least one inlet window,
so that a fluidic connection of the exhaust gas inlet opening with one of the exhaust gas outlet openings can be produced via the distributor element,
characterized in that
the distributor element (3) has a tubular design and has a number of outlet windows (5) corresponding to the number of exhaust gas outlet openings (28), which are distributed corresponding to the ignition offset of the internal combustion engine over the circumference of the distributor element (3), the exhaust gas outlet openings (28) of the housing (2) open directly into the inlet channels of the cylinder head.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasmengenregler und mit einem Gehäuse, in dem eine Abgaseinlassöffnung und mehrere zur Anzahl der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine entsprechende Abgasauslassöffungen angeordnet sind, wobei zwischen der Abgaseinlassöffnung und den Abgasauslassöffnungen ein bewegbares Verteilerelement angeordnet ist, welches korrespondierend zur Drehzahl einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben ist und eine zur Anzahl der Abgasauslassöffnungen korrespondierende Anzahl an Auslassfenstern und zumindest ein Einlassfenster aufweist, so dass über das Verteilerelement eine fluidische Verbindung der Abgaseinlassöffnung mit je einer der Abgasauslassöffnungen herstellbar ist.The The invention relates to an exhaust gas recirculation device for one Internal combustion engine with an exhaust gas flow regulator and with a Casing, in which an exhaust gas inlet opening and a plurality corresponding to the number of cylinders of the internal combustion engine Abgasauslassöffungen are arranged, wherein between the exhaust gas inlet opening and the exhaust gas outlet openings a movable distributor element is arranged, which corresponds to the Speed of a camshaft of the internal combustion engine driven is and corresponding to the number of Abgasauslassöffnungen Number of outlet windows and at least one inlet window, so that over the distributor element has a fluidic connection of the exhaust gas inlet opening with one each of the exhaust outlet openings can be produced.
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
Zusätzlich ist
aus der
Diese Schaltwalze beherrscht den Abgasauslass der Verbrennungskraftmaschine, so dass durch Verschließen dieses Abgasauslasses das Abgas direkt vom Auslassventil eines ausstoßenden Zylinders zum Auslassventil eines ansaugenden Zylinders geführt wird. Es handelt sich somit ebenfalls um eine Form der internen Abgasrückführung, bei der die Abgasmengensteuerung lediglich über die Öffnung eines zusätzlichen Entlüftungsventils erfolgt.These Shift drum dominates the exhaust outlet of the internal combustion engine, so by closing this exhaust outlet the exhaust gas directly from the exhaust valve of an ejecting cylinder is led to the exhaust valve of a suctioning cylinder. It is therefore also a form of internal exhaust gas recirculation, at the exhaust gas quantity control only through the opening of an additional vent valve he follows.
Die bekannten Systeme zur internen Abgasrückführung erfordern einen hohen Regelungs- und Montageaufwand sowie variable Ventiltriebe, so dass derartige Systeme sehr kostenintensiv sind.The known systems for internal exhaust gas recirculation require a high Regulation and assembly costs and variable valve trains, so that such Systems are very expensive.
Zylinderselektiv und zyklusgenau arbeitende Systeme mit externer Abgasrückführung sind wenig bekannt. Durch die Einführung einzelner in den Abgasrückführkanälen vorhandener Drosselorgane, die jeweils einem Zylinder zugeordnet sind, konnten niedrigere Schadstoffemissionen erreicht werden, da eine genauere 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.cylinder selective and exact cycle systems with external exhaust gas recirculation are little known. By the introduction single present in the exhaust gas recirculation channels Throttling bodies, each associated with a cylinder, could lower Pollutant emissions are achieved, as a more accurate residual gas control for each Cylinder possible becomes. However, these known systems work with a common activity for all individuals Exhaust gas recirculation channels, so that in each case all exhaust gas recirculation lines opened synchronously become.
Eine
solche zylinderselektive Rückführung wird
durch die
Zur
Lösung
dieses Problems wird in der
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich daher die Aufgabe, eine Abgasrückführvorrichtung zu schaffen, welche zylinderselektiv und zyklussynchron arbeitet, jedoch den Nachteil der großen folgenden Volumina der Abgaskanäle beseitigt, so dass gasdynamische Effekte des kompressiblen Abgases vermieden werden und eine hohe Systemdynamik erreicht wird. So soll den einzelnen Zylindern zum jeweils optimalen Zeitpunkt Abgas extern und zylindernah zugeführt werden können. Der Montageaufwand und die Bauteilanzahl sollen gleichzeitig minimiert werden.Based on this prior art, therefore, the object is to provide an exhaust gas recirculation device, which works cylinder-selective and cyclic synchronous, but eliminates the disadvantage of the large following volumes of the exhaust ports, so that gas-dynamic effects of compressible exhaust gas can be avoided and a high system dynamics is achieved. Thus, the individual cylinders should be able to be fed externally and close to the cylinder at the optimum time. The assembly effort and the number of components should be minimized simultaneously.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verteilerelement rohrförmig ausgebildet ist und eine zur Anzahl der Abgasauslassöffnungen korrespondierende Anzahl an Auslassfenstern aufweist, die korrespondierend zum Zündversatz des Verbrennungsmotors über den Umfang des Verteilerelementes verteilt angeordnet sind, wobei die Abgasauslassöffnungen des Gehäuses unmittelbar in die Einlasskanäle des Zylinderkopfes münden. Hierdurch wird eine zyklusgenau und zylinderselektiv arbeitende externe Abgasrückführungsrichtung geschaffen, welche hoch dynamisch arbeitet, und durch ihre kurzen und gleichen Weglängen von den Auslassfenstern zu jedem der Zylinder die Synchronität zum Verbrennungsablauf optimiert.These Task is solved by that the distributor element is tubular is formed and one to the number of Abgasauslassöffnungen corresponding number of outlet windows, the corresponding to the ignition offset of the internal combustion engine the circumference of the distributor element are arranged distributed, wherein the exhaust outlet openings of the housing directly into the inlet channels of the cylinder head open. As a result, a cycle-accurate and cylinder-selective working external exhaust gas recirculation direction created, which works highly dynamically, and by their short and same path lengths from the exhaust windows to each of the cylinders, the synchronism with the combustion process optimized.
Vorzugsweise ist das Verteilerelement über eine Kupplung mit der Nockenwelle verbunden und dreht sich mit der Drehzahl der Nockenwelle. Bei einer derartigen Ausführung sind durch die Koppelung zusätzlichen Antriebe notwendig.Preferably is the distributor element over a Coupling is connected to the camshaft and rotates at the speed the camshaft. In such an embodiment are additional by the coupling Drives necessary.
In einer alternativen Ausführung ist das rohrförmige Verteilerelement direkt oder indirekt über einen Elektromotor mit der Drehzahl der Nockenwelle angetrieben, so dass keine Ketten- oder Riementriebe notwendig sind was insbesondere den Wartungsaufwand des Verbrennungsmotors reduziert. Des Weiteren wird auf einfache Art und Weise ein Phasing zum Drehwinkel der Nockenwelle möglich.In an alternative embodiment is the tubular one Distributor element directly or indirectly via an electric motor with the speed of the camshaft is driven so that no chain or belt drives are necessary which in particular the maintenance reduced the internal combustion engine. Furthermore, it is based on simple Way phasing the angle of rotation of the camshaft possible.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse des Verteilerelementes am Saugrohr und am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine angeflanscht. Dies vereinfacht den leckagefreien Einbau in den Verbrennungsmotor.In an advantageous embodiment, the housing of the distributor element flanged to the intake manifold and the cylinder head of the internal combustion engine. This simplifies the leak-free installation in the internal combustion engine.
Vorteilhafterweise ist der Phasenwinkel des Verteilerelementes im Vergleich zur Nockenwelle über den Elektromotor oder über ein Steuerelement verschiebbar. Hierdurch wird bezüglich der Steuerung des Abgasstroms eine Alternative zum vollvariablen Ventiltrieb geschaffen, indem Abgas beispielsweise vor- oder nachgelagert werden kann. In jedem Fall ist durch eine derartige Ausführung ein optimaler Zeitpunkt zur Abgaszuführung je nach Lastzustand des Verbrennungsmotors einstellbar.advantageously, is the phase angle of the distributor element compared to the camshaft over the Electric motor or over a control displaceable. This is with respect to the Control of the exhaust gas flow an alternative to the fully variable valve train created by exhaust gas, for example, upstream or downstream can. In any case, by such a design is a optimal time for the exhaust gas supply adjustable depending on the load condition of the internal combustion engine.
In weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Abgaseinlassöffnung am axialen Ende des Gehäuses des Verteilerelementes angeordnet und das zugehörige Einlassfenster durch ein axial offenes Ende des rohrförmigen Verteilerelementes gebildet. Hierdurch entsteht eine besonders einfache Anbindung des Abgasrückführkanals an das Verteilerelement.In Another embodiment of the invention, the exhaust inlet opening on axial end of the housing arranged the distributor element and the associated inlet window by a axially open end of the tubular Distributor element formed. This creates a particularly simple Connection of the exhaust gas recirculation channel to the distributor element.
In einer besonders vorteilhaften alternativen Ausführung führt die Abgaseinlassöffnung bezüglich der Längserstreckung des Verteilerelementes zentral in einen Ringspalt des Gehäuses und am Verteilerelement sind über den Umfang verteilt Einlassfenster angeordnet, die mit dem Ringspalt fluidisch verbunden sind. Somit wird eine stetige Zufuhr von Abgas in das Verteilerelement sichergestellt, die zentral erfolgt, wodurch die vorhandenen Weglängen verkürzt werden, so dass die Dynamik des Systems zusätzlich erhöht wird.In In a particularly advantageous alternative embodiment, the exhaust gas inlet opening leads with respect to longitudinal extension the distributor element centrally in an annular gap of the housing and on the distributor element are over The perimeter distributed intake windows arranged with the annular gap are fluidically connected. Thus, a steady supply of exhaust gas ensured in the distribution element, which takes place centrally, whereby the available path lengths be shortened, so that the dynamics of the system is additionally increased.
Vorzugsweise weist das Gehäuse mehrere Abgaseinlassöffnungen auf, von denen jede mit zumindest einem Einlassfenster des Verteilerelementes fluidisch verbindbar ist, wobei die Einlassfenster jeweils zentral zwischen einem Paar benachbarter Auslassfenster angeordnet sind und im Verteilerelement Trennwände angeordnet sind, die jeweils das einem Einlassfenster zugeordnete Paar Auslassfenster vom benachbarten Paar Auslassfenster trennt. Durch diese Anordnung der Ein- und Auslassfenster zueinander sind die Strömungswege für das Abgas im Verteilerelement von jedem Einlassfenster zum Auslassfenster gleich. Durch diese gleichen Laufzeiten wird die Zyklusgenauigkeit zusätzlich erhöht.Preferably shows the case several exhaust gas inlet openings each of which is fluidic with at least one inlet window of the distributor element is connectable, with the inlet windows each centrally between a pair of adjacent outlet windows are arranged and in the distributor element partitions are arranged, each associated with an inlet window Pair of outlet windows separates from the adjacent pair of outlet windows. By this arrangement of the inlet and outlet windows to each other are the flow paths for the Exhaust gas in the distributor element from each inlet window to the outlet window equal. These cycle times are the cycle accuracy additionally elevated.
In einer optimierten Ausführung sind die Auslassfenster korrespondierend zum Zündversatz der Verbrennungskraftmaschine auf dem Umfang des Verteilerelementes angeordnet und die Einlassfenster zum zugehörigen Auslassfenster bezüglich der Drehung entsprechend der Zeit, die das Abgas benötigt um vom Einlassfenster zum Auslassfenster zu gelangen, nach vorne versetzt angeordnet. Hierdurch erfolgt der Abgasstrom zum jeweiligen Zylinder immer in der gleichen Menge und zum optimalen Zeitpunkt. Somit wird eine konstante Füllung der Zylinder mit Abgas erreicht.In an optimized version the outlet windows are corresponding to the ignition offset of the internal combustion engine arranged on the circumference of the distributor element and the inlet windows to the associated Outlet window with respect to the rotation corresponding to the time required for the exhaust gas to get from the inlet window to the outlet window, offset to the front arranged. As a result, the exhaust gas flow to the respective cylinder always takes place in the same amount and at the optimal time. Thus, a constant filling the cylinder with exhaust gas reached.
Zur besonders kostengünstigen und einfachen Abdichtung und Lagerung des Verteilerelementes im Gehäuse weist das Verteilerelement an seinen axialen Enden jeweils eine zapfenförmige Verlängerung mit einer Stufe auf, wobei auf dem Zapfenteil größeren Durchmessers jeweils zwischen Gehäuse und Zapfen eine Dichtung angeordnet ist und auf dem Zapfenteil kleineren Durchmessers zwischen Gehäuse und Zapfen jeweils ein Lager angeordnet ist. Hierdurch wird zusätzlich eine einfache Montage erreicht.to particularly cost-effective and easy sealing and storage of the distributor element in casing the distributor element has one at each of its axial ends pin-shaped renewal with a step on, wherein on the pin part of larger diameter each between housing and Pin a seal is arranged and smaller on the pin part Diameter between housing and each pin a bearing is arranged. This will additionally one easy assembly achieved.
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.Preferably, the exhaust gas quantity regulator is an exhaust gas recirculation valve, which is arranged in the exhaust gas inlet channel and can be designed, for example, as a cone valve. With such a valve can reliably metered a precise amount of exhaust gas become.
Diese Ausführungen erhöhen deutlich die bisher bekannte Systemdynamik und verbessern die zyklusgenaue AGR-Beimessung eines jeden Zylinders. So kann die Verbrennung mit Abgasrückführung optimiert werden. Gasdynamische Effekte werden dabei minimiert.These versions increase clearly the previously known system dynamics and improve the exact cycle EGR metering of each cylinder. So can the combustion with Exhaust gas recirculation optimized become. Gas-dynamic effects are minimized.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.One embodiment The invention is illustrated in the figures and will be described below described.
Eine Abgasrückführvorrichtung besteht aus einem vom Auslasskrümmer der Verbrennungskraftmaschine abzweigenden Abgasrückführkanal, in dem ein Abgasmengenregler angeordnet ist, der üblicherweise als bekanntes Abgasrückführventil ausgebildet ist, mittels dessen die rückgeführte Abgasmenge geregelt wird.A Exhaust gas recirculation device consists of one of the exhaust manifold the internal combustion engine branching exhaust gas recirculation channel, in which an exhaust gas quantity regulator is arranged, which is usually as a known exhaust gas recirculation valve is formed, by means of which the recirculated exhaust gas quantity is regulated.
In
der in den
Das
Verteilerelement
Auf
dem ersten Zapfenteil
Am
gegenüberliegenden
zweiten axialen Ende
Das
Verteilerelement
Das
Steuerelement
Wie
weiter vorne bereits beschrieben, weist das Verteilerelement
Am
Gehäuse
Die
Einlassfenster
In
einer optimierten Ausführung
ist der Ringspalt
Wird
nun Abgas über
das Abgasrückführventil
dosiert in den Abgasrückführkanl geleitet
erreicht dieses zunächst
die Abgaseinlassöffnung
In
Eine derartige Abgasrückführvorrichtung ermöglicht somit eine zyklusgenaue und zylinderselektive Rückführung des Abgases zu den Zylindern. Aufgrund der kurzen realisierten Weglängen und der entsprechenden Anordnung der Ein- und Auslassfenster erfolgt die Rückführung hochdynamisch und optimierbar zum Verbrennungszeitpunkt. Hierdurch können Emissionen von Verbrennungskraftmaschinen weiter verringert werden. Es entsteht somit eine prozesssynchrone Abgasrückführsteuerung mit sehr geringen Totzeiten. Zusätzlich besteht eine hohe Integration zu den Bauteilen Saugrohr und Zylinderkopf, so dass der Bauraum- und Montageaufwand optimiert wird.A Such exhaust gas recirculation device allows thus a cycle-accurate and cylinder-selective recirculation of the exhaust gas to the cylinders. Due to the short realized path lengths and the corresponding Arrangement of the inlet and outlet windows, the return is highly dynamic and can be optimized at the time of combustion. This can cause emissions be further reduced by internal combustion engines. It arises Thus, a process-synchronous exhaust gas recirculation control with very low Dead. additionally there is a high integration to the components intake manifold and cylinder head, so that the installation space and assembly costs are optimized.
Selbstverständlich ist der Schutzumfang nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann statt der Kopplung zur Nockenwelle beispielsweise ein eigener Antrieb für das Verteilerelement in Form eines mit Nockenwellengeschwindigkeit drehenden Elektromotors vorgesehen werden.Of course, the scope of protection is not limited to the embodiment described. So instead of the coupling to Nockenwel For example, a separate drive for the distributor element may be provided in the form of an electric motor rotating with camshaft speed.
Dieser kann dann bei entsprechender Ansteuerung ebenfalls, ohne zusätzliche Bauteile verwenden zu müssen, zur Phasenverschiebung genutzt werden. Auch kann das Verteilerelement direkt in das Saugrohr oder den Zylinderkopf integriert werden.This can then also with appropriate control, without additional Having to use components be used for phase shift. Also, the distributor element be integrated directly into the intake manifold or the cylinder head.
Die Zuführung des Abgases zum Gehäuse kann auch von einem axialen Ende des rohrförmigen Verteilerelementes erfolgen, wobei dann der Versatz der Ein- und Auslassfenster zueinander entsprechend der Weglängen anzupassen ist.The feed of the exhaust gas to the housing can also take place from an axial end of the tubular distributor element, where then the offset of the inlet and outlet windows to each other accordingly the path lengths to adapt.
Auch kann beispielsweise bei einer vierzylindrigen Verbrennungskraftmaschine das Gehäuse zwei Abgaseinlassöffnungen aufweisen, die jeweils mit den auf einem festen Umfang verteilten Einlassfenstern korrespondieren. Bei einer derartigen Ausführung können dann im gleichen Abstand zu beiden Seiten der auf einem festen Umfang verteilten Einlassfenster die korrespondierenden Auslassfenster angeordnet werden. Zusätzlich sollten dann in der Mitte des Verteilerelementes zwischen den korrespondierenden Gruppen von Einlassfenstern und Auslassfenstern eine Trennwand angeordnet werden, wodurch vorteilhafte Effekte bezüglich der Gleichverteilung der Abgasmenge auf alle vier Zylinder zu erwarten sind.Also For example, in a four-cylinder internal combustion engine the case two Exhaust gas inlet openings each having the distributed on a fixed circumference Inlet windows correspond. In such an embodiment can then at the same distance to both sides of the on a fixed circumference distributed inlet window arranged the corresponding outlet window become. additionally should then be in the middle of the distribution element between the corresponding Groups of inlet windows and outlet windows arranged a partition become, whereby advantageous effects regarding the uniform distribution the exhaust gas quantity can be expected on all four cylinders.
Weitere konstruktive Änderungen im Sinne des Hauptanspruchs sind ebenfalls denkbar.Further constructive changes in the sense of the main claim are also conceivable.
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