DE102010036298B4

DE102010036298B4 - Brennkraftmaschine mit einer eine Prallhülse aufweisenden Abgasleitung

Info

Publication number: DE102010036298B4
Application number: DE102010036298.0A
Authority: DE
Inventors: Franz Bender
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2021-12-23
Anticipated expiration: 2030-09-04
Also published as: DE102010036298A1

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasleitung (3) und einer Frischluftleitung (4) und mit einer Abgasrückführung, wobei die Abgasleitung (3) in einem Mischbereich in die Frischluftleitung (4) mündet, wobei,- die Abgasleitung (3) in ihrem in die Frischluftleitung (4) mündenden Bereich eine diese umgebende Prallhülse (7) aufweist, die einen direkten Aufprall des Abgases (8) an eine Wandung (9) der Frischluftleitung (4) verhindert,- die Prallhülse (7) von Frischluft (10) hinterströmt ist, so dass zwischen dieser und der Wandung (9) der Frischluftleitung (4) eine isolierende Frischluftschicht strömt,- die Prallhülse (7) bezüglich ihrer Querschnittsform derart ausgebildet ist, dass sich im Einmündungsbereich aufgrund von Temperaturdifferenzen bildendes Kondensat (6) von der Strömung mitgerissen wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Einmündungsbereich der Abgasleitung (3) in die Frischluftleitung (4) ein in einem Messkanal (13) angeordneter Temperaturfühler (14) vorgesehen ist, wobei der Messkanal (13) in den zwischen der Prallhülse (7) und der Wandung (9) der Frischluftleitung (4) gebildeten Ringraum mündet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasleitung und einer Frischluftleitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Mischeinrichtung zum Zumischen eines rückzuführenden Abgasstromes sowie ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Mischeinrichtung bzw. einer derartigen Brennkraftmaschine.
Aus der DE 101 04 228 A1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Abgasleitung und einer Frischluftleitung sowie einer Abgasrückführung bekannt, wobei die Abgasleitung in einem Mischbereich in die Frischluftleitung mündet. Hierbei ist insbesondere in der Frischluftleitung ein Fluidführungselement vorgesehen, welches mit Abstand zur Frischluftleitung angeordnet ist, so dass ein das Fluidführungselement umgebender Ringspalt eine Umströmung desselben an dessen Innen- und Außenseite erzeugt und dadurch einen konvektiven Wärmetransport sowie eine bessere Entkopplung gegenüber an der Innenwandung der Frischluftleitung anliegenden Leitelementen bewirkt.
Aus der DE 103 27 847 A1 ist ein Arbeitsfluidkreislauf mit einem Abgaskanal bekannt, durch welchen Abgas unter Druck von einer Brennkraftmaschine abströmt, wobei die Brennkraftmaschine zusätzlich einen Ladeluftkanal sowie einen Abgasturbolader aufweist. Ein Abgasrückführungskanal erstreckt sich dabei zwischen dem Abgaskanal und dem Ladeluftkanal, umgeht jedoch den Abgasturbolader und liefert einen Pfad für die Rückführung einer vorbestimmten Menge von Abgas in den Ladeluftkanal, so dass das Abgas und die Ladeluft miteinander vermischt werden.
Aus der DE 20 2007 005 986 U1 ist eine Anordnung zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit einem Verbrennungsluftstrom und zur Ableitung eines Abgasstromes von dem Verbrennungsmotor bekannt, umfassend einen Frischluftkanal zur Zuführung des Verbrennungsluftstroms, einen Abgaskanal zur Führung des Abgasstroms, einen Abgasturbolader mit einem verdichterseitig unmittelbar vorgeschalteten Drallerzeuger. Dieser Drallerzeuger ist als Zentrifugalabscheider für im Abgasrückführungsstrom sich bildendes Kondensat ausgebildet.
Aus der DE 10 2005 050 133 A1 ist eine Turboladeranordnung mit einer Brennkraftmaschine und einer Abgasrückführung bekannt, wobei die Anordnung einen Abgaskühler und einen Ladeluftkühler zur Kühlung von zurückgeführtem Abgas und/oder Ladeluft sowie einen Verdichter zur Verdichtung der Ladeluft und zumindest einen Kondensatabscheider aufweist.
Des Weiteren offenbart die WO 2008/ 046 987 A2 eine Abgasrückführungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche ein Abgasrückführungsrohr umfasst, das mit einem Ansaugkrümmerrohr verbunden ist, welches stromaufwärts eines Einlassverteilers angeordnet ist. Das Abgasrückführungsrohr umfasst eine rohrförmige Mischdüse, die in dem Ansaugkrümmerrohr positioniert ist.
Außerdem ist der DE 10 2007 051 712 A1 eine Einlasseinrichtung, mittels welcher Frischluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zuführbar ist und welche eine Durchtrittsöffnung zum Aufnehmen einer der Einlasseinrichtung zugeordneten Abgasrückführleitung aufweist, als bekannt zu entnehmen.
Schließlich ist aus der DE 103 50 521 A1 eine Vorrichtung zur Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen bekannt, bei welcher eine Abgasrückführungsleitung vorgesehen ist, die eine Verzweigung in zwei Zweigleitungen aufweist. Eine Kühleinrichtung ist dabei an einer der beiden Zweigleitungen angeordnet, wobei die Verzweigung derart ausgebildet ist, dass ein Stellglied in Abhängigkeit von der Motorkühlmitteltemperatur den Abgasrückführungsstrom der Abgasrückführungsleitung ganz oder teilweise durch die eine oder die andere Zweigleitung leitet. Hierdurch soll insbesondere in einem Betriebsbereich, in dem ein Katalysator noch nicht voll wirksam ist verhindert werden, dass es zu einer Kühlung des rückgeführten Abgases kommt.
Generell besteht bei einer Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine stets das Problem, dass es bei einem Einleiten eines heißen Abgasstromes in einen vergleichsweise kühlen Frischluftstrom zu Kondensationseffekten kommen kann, wobei dieses abgeschiedene Wasser insbesondere bei extrem kalten Außentemperaturen gefrieren kann und dadurch unter Umständen Funktionselemente, wie beispielsweise eine Drosselklappe, in ihrer Funktion beeinträchtigt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, bei welcher insbesondere funktionsbeeinträchtigende Kondensationseffekte beim Rückführen von Abgas zuverlässig vermieden werden können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten Abgasrückführung in einem Mischbereich, in welchem ein rückzuführender Abgasstrom aus einer Abgasleitung einem Frischluftstrom einer Frischluftleitung zugemischt wird, eine, die Abgasleitung in ihrem in die Frischluftleitung mündenden Bereich umgebende Prallhülse vorzusehen, die einen direkten Aufprall des Abgases an eine Wandung der Frischluftleitung verhindert. Zusätzlich ist die erfindungsgemäß angeordnete Prallhülse von Frischluft hinterströmt, so dass zwischen dieser und der Wandung der Frischluftleitung eine isolierende Frischluftschicht strömt. Diese isolierende Frischluftschicht sorgt zusätzlich für einen Wärmeabtransport, wodurch Kondensationseffekte, hervorgerufen durch die auf die kalte Wandung der Frischluftleitung prallenden, heißen Abgase zuverlässig vermieden werden können. Generell ist dabei die Prallhülse bezüglich ihrer Querschnittsform derart ausgebildet, dass sich im Einmündungsbereich aufgrund von Temperaturdifferenzen bildendes Kondensat von der Strömung innerhalb der Prallhülse mit gerissen wird. Sollte sich somit wider Erwarten doch eine geringe Menge an Kondensat bilden, so kann diese nicht wie bisher in die Frischluftleitung abfließen und dort bei geringen Außentemperaturen für eine Vereisung und damit ein unbrauchbar machen von Funktionselementen sorgen. Gemäß der Erfindung wird das Kondensat nämlich von der in der Prallhülse herrschenden Strömung mitgerissen und der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführt. Durch die beabstandete Anordnung der Prallhülse zur Frischluftleitung und die Hinterströmung derselben kann darüber hinaus ein direkter Kontakt des heißen Abgases mit der vergleichsweise kalten Frischluftleitung und damit eine gefährliche Kondensation an der Wandung der Frischluftleitung zuverlässig verhindert werden. Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist es somit möglich, Kondensationseffekte beim Zumischen von Abgas in die zur Verbrennung vorgesehene Frischluft vorzugsweise auszuschließen, jedoch zumindest so stark zu reduzieren, dass eine unter Umständen doch auftretende Kondensatmenge von der in der Prallhülse herrschenden Strömung mitgerissen wird und dadurch nicht in die Frischluftleitung gelangen und dort beispielsweise durch eine Vereisung zu einem Fixieren von beweglichen Drosselklappen führen kann. Die erfindungsgemäße Prallhülse ist dabei einerseits kostengünstig und andererseits fertigungstechnisch einfach herzustellen, so dass der mit der Erfindung erzielbare hohe Zusatznutzen mit vergleichsweise geringen zusätzlichen Kosten erzielbar ist.
Ferner ist es vorgesehen, dass im Einmündungsbereich der Abgasleitung in die Frischluftleitung ein in einem Messkanal angeordneter Temperaturfühler vorgesehen ist, wobei der Messkanal in den zwischen der Prallhülse und der Wandung der Frischluftleitung gebildeten Ringraum mündet.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist die Prallhülse über Stege mit der Frischluftleitung und/oder mit der Abgasleitung verbunden. Hier gibt es prinzipiell die Möglichkeit, die Prallhülse über Stege direkt an einem freien Ende der Abgasleitung anzuordnen, so dass bei einer Montage der Abgasleitung in der Frischluftleitung die Abgasleitung zusammen mit der daran montierten Prallhülse direkt in die Frischluftleitung eingesteckt wird. Alternativ hierzu ist auch denkbar, dass die Prallhülse im Bereich der Frischluftleitung über die genannten Stege angebunden ist, so dass bei einer Montage der Abgasleitung in der Frischluftleitung die Abgasleitung lediglich in der Art eines Tankrüssels in die Frischluftleitung einsteckbar und fixierbar ist. Die Stege sind dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie einen Strömungsquerschnitt der Frischluft- bzw. Abgasleitung nicht oder zumindest nur marginal beeinflussen, wodurch keine negativen Beeinträchtigungen des Strömungsverhaltens zu erwarten sind.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:

1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine bzw. einen erfindungsgemäßen Mischbereich mit einer Prallhülse nach einer ersten Ausführungsform,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einer anderen Prallhülse.

Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 eine Mischeinrichtung 2 zum Zumischen eines rückzuführenden Abgases 8 aus einer Abgasleitung 3 in einen Frischluftstrom einer Frischluftleitung 4 auf. Im Bereich des Zumischens von heißem Abgas 8 aus der Abgasleitung 3 in vergleichsweise dazu kältere Frischluft 10 der Frischluftleitung 4, kann es zu unerwünschten Kondensationseffekten kommen, die insbesondere bei sehr kalten Außentemperaturen zu einem Vereisen des Kondensats und damit beispielsweise zu einer Funktionsbeeinträchtigung von Funktionselementen, wie beispielsweise einer Drosselklappe 5 kommen. Das sich im Bereich der Einmündung der Abgasleitung 3 in die Frischluftleitung 4 bildende Kondensat 6 kann nämlich ohne die erfindungsgemäße Ausgestaltung nach unten in die Frischluftleitung 4 abfließen und dort bei kalten Außentemperaturen gefrieren und dadurch ein Verstellen der Drosselklappe 5 verhindern. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 bzw. die erfindungsgemäße Mischeinrichtung 2 weisen aus diesem Grund an der Abgasleitung 3 in ihrem die Frischluftleitung 4 mündenden Bereich eine die Abgasleitung 3 umgebende Prallhülse 7 auf, die einen direkten Aufprall von aus der Abgasleitung 3 ausströmenden Abgas 8 an bzw. auf eine Wandung 9 der Frischluftleitung 4 verhindert. Die Prallhülse 7 ist dabei erfindungsgemäß von Frischluft 10 hinterströmt, so dass zwischen dieser und der Wandung 9 der Frischluftleitung 4 eine isolierende und wärmeabführende Frischluftschicht strömt. Zusätzlich ist die Prallhülse 7 erfindungsgemäß bezüglich ihrer Querschnittsform derart ausgebildet, dass sich im Einmündungsbereich aufgrund von Temperaturdifferenzen wider Erwarten doch bildendes Kondensat 6 von der dort herrschenden Strömung mitgerissen wird und nicht in andere Bereiche, beispielsweise in den Bereich der Drosselklappe 5 abfließen und dort durch Vereisen Beschädigungen hervorrufen kann.
Die Prallhülse 7 ist dabei über Stege 11 mit der Frischluftleitung 4 und/oder über Stege 11' mit der Abgasleitung 3 verbunden und dadurch fixiert. Die Abgasleitung 3 weist in ihrem in die Frischluftleitung 4 einmündenden Bereich ausschließlich radiale Auslassöffnungen 12 auf, wodurch ein verbessertes Einströmverhalten des Abgases 8 in die Frischluftleitung 4 erfolgen kann. Insbesondere ist durch den entgegen der Strömungsrichtung verschlossenen Endbereich der Abgasleitung 3 gewährleistet, dass die in der Frischluftleitung 4 strömende Frischluft 10 nicht dem in der Abgasleitung 3 strömenden Abgas 8 drucktechnisch entgegentritt. Die gemäß den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen weisen dabei an der Abgasleitung 3 jeweils vier radiale Auslassöffnungen 12 auf.
Darüber hinaus ist im Einmündungsbereich der Abgasleitung 3 in die Frischluftleitung 4 ein in einem Messkanal 13 angeordnete Temperaturfühler 14 vorgesehen, wobei der Messkanal 13 in den zwischen der Prallhülse 7 und der Wandung 9 der Frischluftleitung 4 gebildeten Ringraum mündet. Wie den 1 und 2 dabei zu entnehmen ist, tritt auch in diesem Ringraum lediglich ein Frischluftstrom auf, jedoch in keinem Fall Kondensat 6, so dass es durch die erfindungsgemäße Prallhülse 7 nicht zu einem Vereisen des Messkanals 13 und dadurch zu einer Funktionsstörung des Temperaturfühlers 14 kommen kann. Die Prallhülse 7 kann dabei generell aus Metall, insbesondere aus Aluminium, aber auch aus anderen temperaturbeständigen Werkstoffen ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 kann Bestandteil eines nicht gezeigten Kraftfahrzeuges sein, wodurch der mit der Prallhülse 7 versehene Mischbereich 2 dazu beiträgt, insbesondere die stromauf der Prallhülse 7 in der Frischluftleitung 4 angeordnete Drosselklappe 5 funktionsfähig zu halten. Durch die speziell ausgebildete Prallhülse 7 wird nämlich einerseits die Kondensatbildung ausgeschlossen, zumindest jedoch stark reduziert, da der heiße Abgasstrom nicht mehr direkt auf die vergleichsweise kühle Wandung 9 der Frischluftleitung 4 trifft. Sollte sich wider Erwarten dennoch Kondensat 6 bilden, so wird dieses aufgrund der erfindungsgemäßen Querschnittsform, beispielsweise einer sich in Strömungsrichtung verjüngenden Querschnittsform der Prallhülse 7 mitgerissen und einer Verbrennung zugeführt und kann sich demzufolge nirgends unerwünscht ablagern. Da die erfindungsgemäße Prallhülse 7 fertigungstechnisch einfach und zugleich kostengünstig herstellbar ist, kann der erhebliche Zusatznutzen mit lediglich marginalen Mehrkosten erreicht werden.

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasleitung (3) und einer Frischluftleitung (4) und mit einer Abgasrückführung, wobei die Abgasleitung (3) in einem Mischbereich in die Frischluftleitung (4) mündet, wobei, - die Abgasleitung (3) in ihrem in die Frischluftleitung (4) mündenden Bereich eine diese umgebende Prallhülse (7) aufweist, die einen direkten Aufprall des Abgases (8) an eine Wandung (9) der Frischluftleitung (4) verhindert, - die Prallhülse (7) von Frischluft (10) hinterströmt ist, so dass zwischen dieser und der Wandung (9) der Frischluftleitung (4) eine isolierende Frischluftschicht strömt, - die Prallhülse (7) bezüglich ihrer Querschnittsform derart ausgebildet ist, dass sich im Einmündungsbereich aufgrund von Temperaturdifferenzen bildendes Kondensat (6) von der Strömung mitgerissen wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Einmündungsbereich der Abgasleitung (3) in die Frischluftleitung (4) ein in einem Messkanal (13) angeordneter Temperaturfühler (14) vorgesehen ist, wobei der Messkanal (13) in den zwischen der Prallhülse (7) und der Wandung (9) der Frischluftleitung (4) gebildeten Ringraum mündet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallhülse (7) über Stege (11,11') mit der Frischluftleitung (4) und/oder mit der Abgasleitung (3) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (3) in ihrem in die Frischluftleitung (4) einmündenden Bereich ausschließlich radiale Auslassöffnungen (12) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (3) in ihrem in die Frischluftleitung (4) einmündenden Bereich vier radiale Auslassöffnungen (12) aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallhülse (7) aus Metall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf der Prallhülse (7) in der Frischluftleitung (4) eine Drosselklappe (5) vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Prallhülse (7) in Strömungsrichtung verjüngt.
Mischeinrichtung (2) zum Zumischen eines rück zuführenden Abgasstroms (8) aus einer Abgasleitung (3) in einen Frischluftstrom (10) einer Frischluftleitung (4), wobei, - die Abgasleitung (3) in ihrem in die Frischluftleitung (4) mündenden Bereich eine diese umgebende Prallhülse (7) aufweist, die einen direkten Aufprall des Abgases (8) an eine Wandung (9) der Frischluftleitung (4) verhindert, - die Prallhülse (7) von Frischluft (10) hinterströmt ist, so dass zwischen dieser und der Wandung (9) der Frischluftleitung (4) eine isolierende Frischluftschicht strömt, - die Prallhülse (7) bezüglich ihrer Querschnittsform derart ausgebildet ist, dass sich im Einmündungsbereich aufgrund von Temperaturdifferenzen bildendes Kondensat (6) von der Strömung mitgerissen wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Einmündungsbereich der Abgasleitung (3) in die Frischluftleitung (4) ein in einem Messkanal (13) angeordneter Temperaturfühler (14) vorgesehen ist, wobei der Messkanal (13) in den zwischen der Prallhülse (7) und der Wandung (9) der Frischluftleitung (4) gebildeten Ringraum mündet.
Kraftfahrzeug mit einer Mischeinrichtung (2) nach Anspruch 8 oder mit einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.