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Die Erfindung betrifft eine Abgaseinleitvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Luftansaugkanal, einer Abgasrückführleitung, über welche Abgas in den Luftansaugkanal rückführbar ist, einem Abgasverteilerrohr, welches sich beabstandet von Wänden des Luftansaugkanals im Luftansaugkanal parallel zum Luftansaugkanal erstreckt und fluidisch mit der Abgasrückführleitung verbunden ist, Mitteln zur Befestigung des Abgasverteilerrohres im Luftansaugkanal, wobei am Umfang des Verteilerrohres zumindest ein elastisch verformbares Verteilerrohrpositioniermittel angeordnet ist.
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Abgaseinleitvorrichtungen werden benötigt, um Abgas in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine zur Schadstoffreduzierung zurückführen zu können. Hierzu wird das Abgas üblicherweise entweder in den Sammelraum eines Saugrohres oder in den Luftansaugkanal vor dem Saugrohr eingeleitet. Um dabei eine möglichst gute Verteilung des Abgases im Luftstrom zu erhalten und somit eine möglichst gleichmäßige Versorgung der einzelnen Zylinder mit rückgeführtem Abgas sicher zu stellen, wurden verschiedene Einleitvorrichtungen bekannt, die das Abgas über den Umfang verteilt in den Luftstrom leiten.
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Die Form der Einleitung von radial außen ins Innere des Luftansaugkanals führt jedoch häufig zu Temperaturproblemen an der Einleitstelle, insbesondere wenn ungekühltes heißes Abgas in einen über einen Ladeluftkühler gekühlten Luftstrom eingeleitet wird. Sowohl ein Auskondensieren des Abgases als auch Verspannungen zwischen den Abgas und den Luft führenden Bauteilen sind häufig die Folge. Diese mechanischen Spannungen können gegebenenfalls zu unerwünschten Spannungsrissen führen.
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Daher sind zusätzlich Abgaseinleitvorrichtungen bekannt geworden, bei denen ein Verteilerrohr etwa konzentrisch in das Innere des Luftansaugkanals eingesetzt wird. Dieses Verteilerrohr wird über einen Anschlussstutzen mit Abgas versorgt, der sich durch die Wand des Luftansaugkanals in das Innere erstreckt.
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Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 39 16 466 A1 bekannt. Bei dieser Abgaseinleitvorrichtung ist im Sammelvolumen des Saugrohres ein Verteilerrohr angeordnet, welches sich durch eine Außenwand des Sammelvolumens erstreckt. Um zu einer schwingungsresistenten spannungsarmen Ausführung zu gelangen, wird die Abgasrückführleitung über Isolierelemente aus Keramik gegenüber der Saugrohrwand isoliert, wodurch thermische Spannungen zwischen den Bauteilen zuverlässig vermieden werden. Diese Isolierelemente sind sowohl im Bereich des Durchbruchs als auch zur Lagerung im Saugrohr vorgesehen. Entsprechend wird der Kontakt des Abgases mit der kalten Wand des Saugrohres vermieden, so dass eine verstärkte Kondensatbildung vermieden wird. Auch wird die Kondensatbildung nach dem Abstellen des Motors deutlich verringert. Dennoch entstehendes Kondensat wird gleichmäßig verteilt, so dass ein Wasserschlag bei Neustart verhindert wird.
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Die Position des Verteilerrohres im Saugrohr ist zwar durch die beschriebene Ausführung definiert, jedoch besteht insbesondere bei Anordnung eines derartigen Verteilerrohres in einer vorgelagerten Ansaugleitung das Problem, dass bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der beiden Rohre aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen erneut thermische Spannungen zwischen den Rohren und dem Isolierelement auftreten können, die erneut zu Materialschädigungen führen können.
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Eine ähnliche Abgaseinleitvorrichtung, jedoch für eine einzelne Luftansaugleitung vor dem Saugrohr ist aus der
DE 602 23 229 T2 bekannt. Diese weist ebenfalls ein zentral in der Ansaugleitung angeordnetes Verteilerrohr mit über den Umfang und die Länge verteilten Öffnungen auf. Die Befestigung erfolgt über Halter, welche mit der Wand der Ansaugleitung verbunden sind. Somit liegt hier eine starre, gegen unterschiedliche thermische Ausdehnung empfindliche Verbindung vor. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund problematisch, dass das Verteilerrohr und die Halter möglichst kostengünstig herstellbar sein sollen, so dass es wünschenswert ist mit möglichst großen Toleranzen herstellen zu können.
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Auch aus der
WO 2008/046987 A1 ist eine Abgaseinleitvorrichtung bekannt, die konzentrisch zum Luftansaugkanal angeordnet ist. Hierzu sind am Umfang des inneren Rohres gebogene Bleche mit Zacken angeordnet, die eine Bewegung des Rohres im Luftansaugkanal verhindern sollen. Eine zentrierende Verspannung im Kanal ist nicht vorgesehen.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Abgaseinleitvorrichtung bereitzustellen, welche für Kaltlandeinsätze geeignet ist, wobei eine möglichst kostengünstige Herstellung bei Vermeidung von Schäden durch thermische Spannungen erreicht werden soll. Zusätzlich soll auch eine Nachrüstung einer derartigen Einleitvorrichtung für Motoren mit konventionell aufgebauter Abgasrückführung möglich sein.
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Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.
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Dadurch, dass das Verteilerrohr im Luftansaugkanal über das zumindest eine Verteilerrohrpositioniermittel verspannt ist, welches als Mittel zur Befestigung dient und ein vorgespanntes Federelement aufweist, entsteht eine automatische Zentrierung des Verteilerrohres, welche lediglich durch Klemmwirkung entsteht. Entsprechend ist eine Relativbewegung durch thermische Ausdehnung oder auch durch auftretende Schwingungen zwischen dem Abgasverteilerrohr und dem Luftansaugkanal möglich, ohne dass Beschädigungen durch thermische Spannungen entstehen können. Zusätzlich müssen keine engen Toleranzen bei der Herstellung der Einzelteile eingehalten werden, so dass eine kostengünstige Herstellung möglich ist. Durch diese Art der Befestigung ist auch eine Nachrüstung eines derartigen Verteilerrohres in den Ansaugkanal möglich. Das Federelement ist unempfindlich gegen thermische Belastung, da es aus thermisch belastbaren Materialien, wie beispielsweise Federstahl hergestellt werden kann. Die Vorspannung durch die Federn sorgt für eine ausreichende Klemmwirkung zur Fixierung.
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In einer weiterführenden Ausführung erstrecken sich das zumindest eine Verteilerrohrpositioniermittel und zumindest ein starrer Befestigungsbolzen im Wesentlichen radial vom Umfang des Verteilerrohres in den Luftansaugkanal. Der Befestigungsbolzen und das Verteilerrohrpositioniermittel können in diesem Fall gegenüberliegend angeordnet werden, so dass eine Klemmwirkung der Feder gegen den Befestigungsbolzen entsteht. So wird der Aufbau besonders einfach gehalten.
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In einer weiterführenden Ausführungsform weist jedes Verteilerrohrpositioniermittel einen Rohrstutzen auf, der sich vom Abgasverteilerrohr radial erstreckt und In dem das Federelement angeordnet ist, welches mit seinem ersten Ende gegen eine Außenwand des Verteilerrohres anliegt und mit seinem entgegengesetzten Ende gegen einen Bolzen oder eine Kugel anliegt, der oder die aus dem Rohrstutzen nach radial außen ragt. So entsteht eine Führung des Federelementes und des Bolzens. Diese Ausführung ist besonders einfach herzustellen und zu montieren.
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Eine zusätzliche innere Führung des Federelementes wird dadurch erreicht, dass am Bolzen ein zylinderförmiger Fortsatz ausgebildet ist, der sich in das Innere des Federelementes erstreckt. Eine unerwünschte seitliche Verformung der Federelemente wird somit vermieden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das nach radial außen weisende offene Ende des Rohrstutzen eine Einschnürung auf, durch die der Bolzen ragt, der einen Absatz aufweist, welcher den Bolzen in zwei Abschnitte trennt, wobei der erste Abschnitt einen Durchmesser aufweist, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrstutzens jedoch größer ist als der Innendurchmesser der Einschnürung und der zweite Abschnitt einen Durchmesser aufweist, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Einschnürung. So entsteht eine genaue Führung des Bolzens im Rohrstutzen in jeder Lage des Bolzens, da dieser an jeweils zwei Positionen im Rohrstutzen radial gehalten wird. Des Weiteren wird ein Herausfallen des Bolzens und somit auch der Feder aus dem Rohrstutzen vermieden.
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Vorzugsweise weist das Verteilerrohr über die Länge und den Umfang verteilte Öffnungen auf, über die das Abgas in den Ansaugkanal strömen kann. So entsteht eine gleichmäßige Verteilung des Abgases sowie gegebenenfalls auftretenden Kondensats im Luftstrom, wodurch ein Wasserschlag oder eine ungleichmäßige Füllung der Zylinder mit Abgas zuverlässig vermieden wird. Entsprechend besteht eine Eignung für Kaltlandeinsätze.
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Zur Erzielung einer Isolationswirkung der Positioniermittel zur Wand des Ansaugkanals weisen die Verteilerrohrpositioniermittel und die Befestigungsbolzen einen kleineren Wärmeübergangskoeffizienten auf als das Abgasverteilerrohr und der Luftansaugkanal. Durch diese Isolation wird die Kondensatbildung im Verteilerrohr weiter eingeschränkt, da das Abgas keine kalten Wände berührt.
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Zur besonders günstigen turbulenten Verteilung des Abgases im Luftansaugkanal ist am Ende des Verteilerrohres eine Düse ausgebildet.
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Es wird somit eine Abgaseinleitvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, welche für Kaltlandeinsätze geeignet ist, da eine Kondensatbildung eingeschränkt wird und sich dennoch bildendes Kondensat gleichmäßig auf die Zylinder verteilt wird. Thermische Spannungen zwischen den Gas führenden Leitungen werden vermieden, so dass Spannungsrisse ausgeschlossen werden können. Die Vorrichtung ist gegen Schwingbelastungen und thermische Belastungen unempfindlich und kostengünstig herstellbar. Auch ein Nachrüsten ist möglich.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgaseinleitvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Abgasverteilerrohres einer erfindungsgemäßen Abgaseinleitvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
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2 zeigt eine Schnittansicht des Abgasvertellerrohres aus 1 in einem Luftansaugkanal.
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Die erfindungsgemäße Abgaseinleitvorrichtung besteht aus einem Luftansaugkanal 2, über welchen die Verbrennungsluft zu Zylindern des Verbrennungsmotors geführt wird sowie einem Abgasrückführkanal 4, über den Abgas aus den Zylindern zum Luftansaugkanal 2 zurückgeführt und somit erneut den Zylindern zur Verbrennung zugeführt wird.
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Die Einleitung dieses rückgeführten Abgases in den Luftansaugkanal 2 erfolgt über ein etwa konzentrisch im Luftansaugkanal 2 angeordnetes Verteilerrohr 6, welches fluidisch mit dem Abgasrückführkanal 4 verbunden ist beziehungsweise ein Endstück dieses Abgasrückführkanals 4 bildet.
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Das Verteilerrohr 6 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem ersten Teilstück 8, welches durch eine entsprechende nicht dargestellte Öffnung in einer Wand 16 des Luftansaugkanals 2 ragt und dort unter Zwischenlage einer nicht dargestellten Dichtung mittels eines Flanschstücks 10 am Luftansaugkanal 2 verschraubt wird, sowie einem zweiten Teilstück 12, welches innerhalb des Luftansaugkanals 2 angeordnet ist und sich innerhalb dessen parallel zu diesem erstreckt und mit dem ersten Teilstück 8 über einen Gewindeabschnitt 14 verschraubt ist. Selbstverständlich kann das Verteilerrohr 6 auch einstückig ausgeführt und auf andere Weise durch eine Wand 16 des Luftansaugkanals 2 nach außen zum Abgasrückführkanal 4 geführt werden.
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Am zweiten Teilstück 12 des Verteilerrohres 6 sind über den Umfang verteilte Öffnungen 18 ausgebildet, über die Abgas aus dem Verteilerrohr 6 in den Luftansaugkanal 2 strömen kann. Zusätzlich ist am Ende des Verteilerrohres 6 eine Düse 20 ausgebildet, über die der Hauptstrom des Abgases das Verteilerrohr 6 verlässt. Die Düse 20 bewirkt dabei eine erhöhte Geschwindigkeit des Abgasstromes, so dass dieses turbulent in den Luftansaugkanal 2 einströmt, wodurch eine gute Verteilung im Luftstrom erzielt wird.
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Erfindungsgemäß sind am Umfang des Verteilerrohres 6 elastisch verformbare Verteilerrohrpositioniermittel 22 befestigt, welche sich in radialer Richtung zur Wand 16 des Luftansaugkanals 2 erstrecken. Radial gegenüberliegend zu den im Ausführungsbeispiel zwei Verteilerrohrpositioniermitteln 22 ist jeweils ein starrer Befestigungsbolzen 24 angeordnet, der sich ebenfalls von einer Außenwand 26 des Verteilerrohres 6, an der er befestigt ist, zur Wand 16 erstreckt, gegen die der Befestigungsbolzen 24 anliegt. Die Verteilerrohrpositioniermittel 22 und die Befestigungsbolzen 24 dienen als Mittel zur Befestigung des Verteilerrohres 6 im Luftansaugkanal 2.
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Die Verteilerrohrpositioniermittel 22 weisen einen Rohrstutzen 28 auf, der an der Außenwand 26 befestigt ist und sich radial von dieser erstreckt. An seinem nach außen weisenden Ende weist dieser Rohrstutzen 28 eine Einschnürung 30 auf, welche eine Öffnung 32 begrenzt, durch die ein Bolzen 34 aus dem Innern des Rohrstutzens 28 zur Wand 16 des Luftansaugkanals 2 ragt. Dieser Bolzen 34 besteht aus insgesamt drei Abschnitten. Ein erster Abschnitt 36 weist einen Durchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrstutzens 28 und größer als der Innendurchmesser der Öffnung 32. Über diesen ersten Abschnitt 36 wird der Bolzen 34 somit im Rohrstutzen 28 geführt. Dieser Abschnitt 36 wird durch einen Absatz 38 begrenzt, der im voll ausgefahrenen Zustand gegen die Einschnürung 30 anliegt und der einen Übergang zu einem zweiten Abschnitt 40 des Bolzens 34 bildet, der einen Durchmesser aufweist, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Öffnung 32, durch die er in den Luftansaugkanal 2 ragt. In entgegengesetzter Richtung erstreckt sich vom ersten Abschnitt 36 ein dritter Abschnitt in Form eines zylinderförmigen Fortsatzes 42 geringeren Durchmessers, der umgeben ist von einem Federelement 44 in Form einer Schraubenfeder, deren erstes Ende gegen die Außenwand 26 des Verteilerrohres anliegt und deren entgegengesetztes zweites Ende gegen den ersten Abschnitt 36 des Bolzens 34 anliegt.
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Das Federelement 44 befindet sich im Rohrstutzen 28 in einem vorgespannten Zustand, so dass der Bolzen 34 gegen die Wand 16 des Luftansaugkanals 2 gedrückt wird. Hierdurch wird der gegenüberliegende starre Befestigungsbolzen 24 ebenfalls gegen die Wand 16 gedrückt, so dass das Verteilerrohr 6 im Luftansaugkanal 2 verspannt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind aufgrund des viereckigen Querschnitts des Luftansaugkanals jeweils zwei Verteilerrohrpositioniermittel 22 und zwei gegenüberliegende Befestigungsbolzen 24 verwendet worden.
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Um auch einen Wärmeübergang vom Abgasverteilerrohr 6 zur Wand 16 des Luftansaugkanals 2 möglichst zu verhindern, sind die Bolzen 24, 34 aus einem Material mit geringem Wärmeübergangskoeffizienten hergestellt. Hier können beispielsweise Keramiken verwendet werden.
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Die vorliegende Anordnung hat den Vorteil, dass eine starre Befestigung des Verteilerrohres im Luftansaugkanal nicht mehr erfolgen muss und dennoch eine zuverlässige Befestigung erreicht wird. Diese ist jedoch sowohl gegen Schwingbelastung als auch gegen thermische Belastungen und den daraus resultierenden Kräften durch Ausdehnung vollkommen unempfindlich. Zusätzlich besteht eine Toleranzunempfindlichkeit, da keine starre Befestigung erforderlich ist. Dennoch wird eine gleichmäßige Verteilung auftretenden Schmelzwassers auch bei kalten Außentemperaturen im Abgasstrom erreicht, so dass Wasserschlag vermieden wird.
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Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Verschiedene andere Ausführungen der elastisch verformbaren Verteilerrohrpositioniermittel sind ebenfalls denkbar. So kann beispielsweise anstelle des Bolzens eine Kugel verwendet werden, gegen die das Federelement anliegt. Diese würde durch eine Einschnürung am Ende des Rohrstutzens in diesem gehalten. Auch die konstruktive Ausführung des Verteilerrohres ist modifizierbar.
