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Die Erfindung betrifft eine mit einer Abgasrückführung ausgestattete Brennkraftmaschine mit einer Luftzufuhrleitung für die Luftzufuhr zu einer Brennkammer der Brennkraftmaschine und mit einer Abgasrückführleitung für die Rückführung eines Teils des Abgases, wobei die Abgasrückführleitung in eine Einlassöffnung in der Luftzufuhrleitung mündet, und mit einem der Einlassöffnung gegenüberliegend in der Luftzufuhrleitung angeordneten, eine Prallfläche für das in die Luftzufuhrleitung einströmende Abgas aufweisenden Strömungsleitelement. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Strömungsleitelement zur Anordnung in einer Luftzufuhrleitung und eine entsprechend ausgeführte Luftzufuhrleitung.
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Aus der
JP 2007-205264 ist eine Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine bekannt, deren Abgasrückführleitung quer zu einer Ansaugströmung von Frischluft in eine Einlassöffnung in der Luftzufuhrleitung mündet. Der Einlassöffnung gegenüberliegend ist in der Luftzufuhrleitung eine Prallfläche einer Mischkammer angeordnet, gegen die das einströmende Abgas gelangt. Die Prallfläche verläuft dabei parallel zur Längsachse der Luftzufuhrleitung und ist mit der Innenwandfläche der Luftzufuhrleitung einteilig derart verbunden, dass die Mischkammer durch eine mit einem spitzen Winkel geneigte Wandfläche gegenüber der Luftzufuhrleitung abgeschlossen ist. Hierdurch soll eine gute Durchmischung des Frischgases mit dem rückgeführten Abgas in der Mischkammer erreicht werden, indem das Gasgemisch ausschließlich entgegen der Strömungsrichtung des Frischgases in die Luftzufuhrleitung gelangen kann.
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Die
DE 33 24 343 C1 betrifft eine mit einer Abgasrückführung arbeitende Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, bei der in einem kastenförmig ausgebildeten Luftführungsgehäuse ein Mischkanal integriert ist. In einer Mischstrecke des Mischkanals vermischt sich rückgeführtes Abgas mit der über ein Luftdrosselventil einströmenden Verbrennungsluft, sodass sich das in das Verteilervolumen eintretende Luft-Abgas-Gemisch gleichmäßig auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine verteilt. Im Motorbetrieb strömt Verbrennungsluft durch einen Ansaugstutzen durch einen Luftfilter in einen Deckel und gelangt so auf die Reinluftseite eines mittleren Gehäuseteils. Von dort aus strömt die Luft über ein Luftdrosselventil in den Mischkanal und vermischt sich mit dem Abgas aus der Abgasrückführung in der Mischstrecke. Über Durchtrittsöffnungen erreicht das homogene Luft-Abgas-Gemisch das Verteilervolumen. Hierdurch soll eine gleichmäßige Verteilung des Luft-Abgas-Gemischs auf die einzelnen Zylinder erreicht werden.
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Ferner ist es aus der
DE 28 51 180 A1 bekannt, dass eine Abgasrückführleitung stromab eines Luftdrosselventils in die Luftzuführleitung einmündet, in der das Abgasrückführventil gelagert ist, durch das rückgeführtes Abgas unmittelbar hinter diesem Ventil der durch einen Luftfilter strömenden Luft zugeführt wird.
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Ferner wird bei einer durch die
GB 1 204 726 A bekannten Brennkraftmaschine die rückzuführende Abgasmenge durch eine innerhalb eines Sammelbehälters angeordnete und zugleich von der Drosselklappe der Brennkraftmaschine betätigte Abgasklappe dosiert. Diese dosierte Abgasrückführmenge wird danach in verschiedene Abgaszuführleitungen aufgeteilt und stromaufwärts den Einlasskammern der Einlassventile zugeführt. Hier kann es dazu kommen, dass die an der Mündung der Abgaszuführleitungen in die Einlasskammer herrschenden Drücke einerseits und die Abgasströmung stromabwärts der Zumessklappe andererseits eine ungleichmäßige Abgasrückführmengenverteilung ergeben.
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Weiterhin ist es durch die
DE 30 25 106 A1 bekannt, das Abgas über Abgaszuführleitungen mittels Turbulenzdüsen unmittelbar stromaufwärts den Einlassventilen zuzuführen, mit dem Ziel, eine Verwirbelung des den Verbrennungszylindern zugeführten Gasgemischs zu bewirken, um eine homogene Durchmischung von rückgeführtem Abgas und zugeführtem Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzielen.
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Als nachteilig erweist sich beim Stand der Technik die mit dem Strömungsleitelement verbundenen Verluste bei der Abgasrückführung. Dies beeinträchtigt das ohnehin in einigen Betriebspunkten geringe Druckgefälle in der Abgasrückführung. Um auch die zukünftig geltenden Emissionsgrenzwerte einhalten zu können, sind daher zusätzliche Maßnahmen erforderlich, die in der Praxis zu einem unerwünschten Mehraufwand führen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine, ein Strömungsleitelement sowie eine Luftzufuhrleitung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass auftretende Verluste bei der Abgasrückführung wesentlich reduziert oder sogar vollständig vermieden werden können und dennoch eine gute Verteilung des rückgeführten Abgases in der zugeführten Frischluft sichergestellt ist.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Brennkraftmaschine vorgesehen, bei der das Strömungsleitelement in der Luftzufuhrleitung im freien Querschnitt derart angeordnet ist, dass die Luftzufuhrleitung beiderseits des Strömungsleitelements von der zugeführten Frischluft durchströmbar ist. Die Erfindung geht dabei von der überraschenden Erkenntnis aus, dass es für eine gute Durchmischung nicht erforderlich ist, das Abgas entgegen der Strömungsrichtung der Luftzufuhr in der Luftzufuhrleitung abzulenken, sondern das eine optimale Durchmischung allein durch ein beiderseits durchströmbares Strömungsleitelement erreicht werden kann. Das Strömungsleitelement bildet also keine in Strömungsrichtung geschlossene Mischkammer, sondern vielmehr genügt eine nahezu verlustfrei umströmbare Prallfläche, sodass sich eine weitgehend laminare Strömung in der Luftzufuhrleitung ausbilden kann.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Strömungsleitelement mit einem die Einlassöffnung einschließenden Randbereich einer Innenwandfläche der Luftzufuhrleitung einen Strömungskanal mit konstanter Querschnittsfläche einschließt. In dem so geschaffenen Strömungskanal wird bei einer entsprechenden Dimensionierung das rückgeführte Abgas an dem Strömungsleitelement reflektiert, wobei eine Gleichverteilung über die gesamte Querschnittsfläche erfolgt. Zugleich wird ein Diffusoreffekt verbunden mit Druckverlusten vermieden. Zusätzlich kann mittels des Strömungsleitelements auch ein Drall um die Mittellängsachse der Luftzufuhrleitung erzeugt werden, um die Durchmischung bei äußerst geringen Druckverlusten weiter zu verbessern.
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Weiterhin erweist es sich als besonders Erfolg versprechend, wenn die Abgasrückführleitung im Bereich der Einlassöffnung im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittellängsachse der Luftzufuhrleitung verläuft. Hierdurch wird ein Querstrom erzeugt, um so die Duschmischung weiter zu verbessern.
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Das Strömungsleitelement könnte im Bereich eines Rohrbogens der Luftzuführleitung als ein gebogenes Formteil ausgeführt sein. Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn das Strömungsleitelement zumindest abschnittsweise als eine ebene Prallwand ausgeführt und parallel zu der Längsachse der Luftzufuhrleitung im Bereich der Einlassöffnung angeordnet ist, um so den mit einer im Vergleich zu der zugeführten Frischluft wesentlich höheren Geschwindigkeit eintretenden Volumenstrom der Abgasrückführung eine annähernde Gleichverteilung in der Luftzufuhrleitung zu ermöglichen. Insbesondere werden dadurch Trennungseffekte aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Frischluft- und der Abgasrückführvolumenströme vermieden.
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Das Strömungsleitelement könnte als ein gestreckter Profilkörper, beispielsweise ähnlich einem Tragflügelprofil, ausgeführt sein. Besonders einfach ist hingegen eine Abwandlung, bei welcher das Strömungsleitelement als ein einfaches Blech mit einem geringen Strömungswiderstand ausgeführt ist.
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Bei Kunststoffsaugrohre können solche Strömungsleitelemente bevorzugt als umspritzte Einlegebleche verwendet werden. Ebenso können diese Elemente als Rippen direkt in das Saugrohr eingegossen werden.
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Weiterhin ist es besonders Erfolg versprechend, wenn das Strömungsleitelement mehrere insbesondere parallel zueinander angeordnete Lamellen aufweist, wobei jeweils ein Teilstrom des rückgeführten Abgases mittels der Lamellen in der Luftzufuhrleitung abgelenkt wird, sodass die Abgasverteilung anteilig an den Lamellen erfolgt. Die Lamellen könnten hierzu beispielsweise parallel oder geringfügig geneigt gegenüber der Hauptströmungsrichtung in der Luftzufuhrleitung angeordnet sein oder dementsprechend ausgerichtete Teilbereiche aufweisen.
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Eine ebenfalls besonders zweckmäßige Gestaltung wird dadurch erreicht, dass die Lamellen quer zur Hauptströmung der Frischluft einander nur abschnittsweise überdecken, d. h. in Richtung der Längsachse der Luftzufuhrleitung zueinander gestaffelt angeordnet sind. Die Lamellen weisen dabei jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu der Einlassöffnung auf und können untereinander einen identischen oder einen unterschiedlichen Abstand aufweisen. Hierdurch trifft jeweils ein Teilstrom des rückgeführten Abgases auf verschiedene Lamellen des Strömungsleitelements, sodass die Gleichverteilung aufgrund der so gebildeten Prallflächen in unterschiedlichen Bereichen des Strömungsquerschnitt mittels der versetzten Lamellen erzeugt wird.
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Dabei ist es besonders sinnvoll, wenn die Lamellen entsprechend dem Strömungsprofil in dem Querschnitt der Luftzufuhrleitung angeordnet sind, um so eine gegebenenfalls abweichende Strömungsgeschwindigkeit über die Querschnittsfläche der Luftzufuhrleitung bei der Abgaszuführung berücksichtigen zu können. Zugleich kann auch ein Ausgleich des Strömungsprofils über den Querschnitt erreicht werden.
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Bei einer weiteren besonders zweckmäßigen Ausgestaltung, bei welcher das Strömungsleitelement eine oder mehrere Durchbrechungen aufweist, wird die gleichmäßige Strömungsverteilung mittels der Durchbrechungen erreicht, durch die ein Teilstrom des rückgeführten Abgases hindurchtritt, sodass die Verteilung nicht auf den zwischen dem rückgeführten Abgases hindurchtritt, sodass die Verteilung nicht auf den zwischen dem Strömungsleitelement und der Einlassöffnung definierten Leitungsbereich der Luftzufuhrleitung beschränkt ist.
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Selbstverständlich kann das Strömungsleitelement zur Nachrüstung vorhandener Brennkraftmaschinen als ein separates Bauelement mit entsprechenden Montageflanschen, beispielsweise auch in einem in die Luftzufuhrleitung einzusetzenden Rohrstück, angeordnet sein. Vorzugsweise ist hierzu das Strömungsleitelement als ein Einlegeblech ausgeführt.
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Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn das Strömungsleitelement mit der Luftzufuhrleitung einteilig verbunden ist, insbesondere eingegossen ist.
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Die zweitgenannte Aufgabe, ein Strömungsleitelement zur Anordnung in einer Luftzufuhrleitung einer mit einer Abgasrückführung ausgestatteten Brennkraftmaschine zu schaffen, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Strömungsleitelement mit einer Halterung ausgestattet ist, die zwischen eine Verbindungsstelle zwischen der Luftzufuhrleitung und einem weiteren Element, insbesondere einer Regelklappe einsetzbar ist. Hierdurch wird die mittels des Strömungsleitelements realisierbare Prallfläche in der Luftzufuhrleitung im freien Querschnitt in einfacher Weise ohne konstruktive Änderungen so realisiert, dass die Luftzufuhrleitung beiderseits des Strömungsleitelements von der zugeführten Frischluft durchströmbar ist. Dabei eignet sich das Strömungsleitelement insbesondere auch zur Nachrüstung vorhandener Brennkraftmaschinen.
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Weiterhin wird die Aufgabe auch durch eine als Saugrohr ausgeführte Luftzufuhrleitung gelöst, die eine Einlassöffnung für eine Abgasrückführleitung einer Brennkraftmaschine hat, in der das Strömungsleitelement angeordnet ist und mittels derer durch bloßen Austausch gegenüber vorhandenen Leitungen die gewünschte Prallfläche realisierbar ist.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in
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1 ein in einer Luftzufuhrleitung einer Brennkraftmaschine angeordnetes Strömungsleitelement;
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2 ein in der Luftzufuhrleitung angeordnetes Strömungsleitelement mit mehreren Lamellen;
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3 ein Strömungsleitelement zur Anordnung in der in 1 gezeigten Luftzufuhrleitung in einer perspektivischen Darstellung.
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1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasrückführung 2 für die Luftzufuhr zu einer Brennkammer der nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine 1. Hierzu ist eine Abgasrückführleitung 3 mit einer Einlassöffnung 4 in einer Luftzufuhrleitung 5 für die Frischluft verbunden. Um in diesem Bereich eine gute Durchmischung der zugeführten Frischluft mit dem Abgas der Abgasrückführung 2 zu erreichen, ist der Einlassöffnung 4 gegenüberliegend in der Luftzufuhrleitung 5 ein Strömungsleitelement 6 mit einer Prallfläche 7 für das in die Luftzufuhrleitung 5 einströmende Abgas angeordnet. Um eine Beeinträchtigung der Frischluftströmung und die damit verbundenen Druckverluste zu vermeiden, ist das Strömungsleitelement 6 mit seiner Prallfläche 7 in der Luftzufuhrleitung 5 derart im freien Querschnitt angeordnet, dass die Luftzufuhrleitung 5 im Betrieb beiderseits des Strömungsleitelements 6 von der zugeführten Frischluft durchströmt wird. Die gewünschte ebene Prallfläche 7 wird zu diesem Zweck durch ein Blech gebildet, das parallel zu der Längsachse der Luftzufuhrleitung 5 gegenüberliegend der Einlassöffnung 4 angeordnet ist.
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Bei einer in 2 dargestellten Variante ist ein Strömungsleitelement 8 mit mehreren Prallflächen 9 ausgestattet, die an drei parallel zueinander gleich beabstandete Lamellen 10, 11, 12 gebildet sind. Die Lamellen 10, 11, 12 weisen eine unterschiedliche Erstreckung in Strömungsrichtung auf, sodass jeweils ein Teilstrom des Abgases aus der Abgasrückführleitung 3, insbesondere also übereinstimmende Teil-Volumenströme auf jede Lamelle 10, 11, 12 treffen. Hierdurch wird eine noch weiter optimierte Durchmischung der Frischluft mit dem Abgas bei einem sehr geringen Druckverlust erreicht. Insbesondere wird eine gute Durchmischung und Gleichverteilung in der Luftzufuhrleitung 5 mit geringem Aufwand durch das grundsätzlich auch problemlos nachrüstbare Strömungsleitelement 8 realisiert, wie dies auch aus 3 ersichtlich ist.
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Zur weiteren Verdeutlichung zeigt 3 das in 1 gezeigte Strömungsleitelement 6 zur Anordnung in der Luftzufuhrleitung 5 in einer perspektivischen Darstellung. Das Strömungsleitelement 6 ist hierzu mit einer als Flansch ausgeführten Halterung 13 ausgestattet, die zwischen eine Verbindungsstelle zwischen der in 1 gezeigten Luftzufuhrleitung 5 und einem weiteren Element, beispielsweise einer Regelklappe, einsetzbar ist. Hierdurch wird die mittels des Strömungsleitelements 6 realisierbare Prallfläche in der Luftzufuhrleitung im freien Querschnitt in einfacher Weise ohne konstruktive Änderungen realisierbar. Das Strömungsleitelement 6 weist an seiner der Halterung 13 zugewandten Kante eine nahezu halbkreisförmige Durchbrechung auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-205264 [0002]
- DE 3324343 C1 [0003]
- DE 2851180 A1 [0004]
- GB 1204726 A [0005]
- DE 3025106 A1 [0006]
