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Das technische Gebiet betrifft Abgasrückführanordnungen für ein Kraftfahrzeug mit einer Frischgasleitung zum Führen eines Frischgasstromes und mindestens einer Abgaszufuhrleitung zum Zuführen von Abgas in die Frischgasleitung. Des Weiteren betrifft das technische Gebiet Motoren mit einer solchen Abgasrückführanordnung.
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Aus der Praxis sind Abgasrückführanordnungen bekannt, die eine Mischeinheit zum Mischen von Frischgas für einen Verbrennungsmotor und Abgas des Verbrennungsmotors aufweist, die einem Turbolader bzw. einem Verdichterraum des Turboladers vorgeschaltet ist. Bei den bekannten Abgasrückführanordnungen ist eine sich zu dem Verdichterraum des Turboladers erstreckende Frischgasleitung zum Führen des Frischgasstromes vorgesehen. Um das Frischgas mit einem Abgas zu mischen, ist ferner mindestens eine Abgaszufuhrleitung zum Zuführen von Abgas in die Frischgasleitung vorgesehen. Die Abgaszufuhrleitung mündet seitlich in die Frischgasleitung ein, wobei sich das Abgas innerhalb der Frischgasleitung mit dem Frischgas vermischt.
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Es ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung, eine Abgasrückführanordnung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels derer eine verbesserte Vermischung des Abgases mit dem Frischgas möglich ist, um lokale Temperaturspitzen zu vermeiden und somit Verkokungen und möglicherweise Materialschäden an in Strömungsrichtung nachfolgenden Bauteilen, wie beispielsweise dem Verdichterrad eines Turboladers, zu vermeiden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht die Aufgabe darin, einen Motor mit einer solchen Abgasrückführanordnung zu schaffen, mittels dessen die vorstehend genannten Vorteile erzielt werden.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 14 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Abgasrückführanordnung für ein Kraftfahrzeug. Die Abgasrückführanordnung weist eine Frischgasleitung zum Führen eines Frischgasstromes auf. Darüber hinaus ist der Frischgasleitung mindestens eine Abgaszufuhrleitung zum Zuführen von Abgas in die Frischgasleitung zugeordnet. Mithin kann sich das über die Abgaszufuhrleitung in die Frischgasleitung zugeführte Abgas mit dem Frischgas innerhalb der Frischgasleitung vermischen. Bei der durch die Abgasrückführanordnung erzielten Abgasrückführung handelt es sich vorzugsweise um eine sogenannte Niederdruckabgasrückführung. In der Frischgasleitung oder der Wand der Frischgasleitung sind mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, Mündungsöffnungen vorgesehen. Die mindestens zwei oder drei Mündungsöffnungen sind in Umfangsrichtung der Frischgasleitung zueinander versetzt angeordnet. Dabei können die Mündungsöffnungen beispielsweise in Umfangsrichtung miteinander fluchtend oder/und in Längsrichtung der Frischgasleitung zueinander versetzt angeordnet sein. Es ist jedoch ebenso möglich, dass die Mündungsöffnungen derart weit in Längsrichtung der Frischgasleitung zueinander versetzt sind, dass diese nicht in Umfangsrichtung miteinander fluchtend angeordnet sind. Bei den mindestens zwei oder drei Mündungsöffnungen handelt es sich vorzugsweise um voneinander separat ausgebildete Mündungsöffnungen. Über die genannten Mündungsöffnungen ist das über die Abgaszufuhrleitung zugeführte Abgas der Frischgasleitung zuführbar oder zugeführt, so dass sich das Abgas innerhalb der Frischgasleitung mit dem Frischgas vermischen kann.
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Dank der mindestens zwei oder drei in Umfangsrichtung der Frischgasleitung zueinander versetzt angeordneten Mündungsöffnungen in der Frischgasleitung wird eine gute und gleichmäßige Vermischung des Abgases mit dem Frischgas innerhalb der Frischgasleitung erzielt. Auf diese Weise werden unzulässig hohe lokale Temperaturen in oder an nachfolgenden Bauteilen der Abgasrückführanordnung vermieden. Somit können Ölverkokungen und Einbrennungen von Ablagerungen an nachfolgenden Bauteilen, wie beispielsweise dem Laufzeug oder Verdichterrad eines nachfolgenden Verdichters eines Turboladers, besonders sicher verhindert werden. Auch wird aufgrund der guten und gleichmäßigen Vermischung des Abgases mit dem Frischgas innerhalb der Frischgasleitung eine besonders hohe Abgasrückführrate erzielt. Auch wird die Strömung des Frischgases innerhalb der Frischgasleitung dank der Verwendung von einfachen Mündungsöffnungen in der Frischgasleitung im Gegensatz zu Lösungen, bei denen sich die Abgaszufuhrleitung in den Frischgasstrom innerhalb der Frischgasleitung erstreckt, nur geringfügig beeinflusst, so dass ein nachfolgendes Bauteil innerhalb der Abgasrückführanordnung, wie beispielsweise das Verdichterrad des Verdichters eines Turboladers, gleichmäßig und weitgehend verwirbelungsfrei angeströmt werden kann.
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In einer Ausführungsform der Abgasrückführanordnung ist die Frischgasleitung unter Ausbildung eines die Frischgasleitung umgebenden Ringraumes oder ringsegmentförmigen Raumes in einem Gehäuse angeordnet, wobei die Abgaszufuhrleitung in das Gehäuse mündet und über dessen Ringraum oder ringsegmentförmigen Raum mit den Mündungsöffnungen in Strömungsverbindung steht. Zum einen sind der Aufbau und die Fertigung der Abgasrückführanordnung hierdurch vereinfacht. So muss nicht jeder der Mündungsöffnungen eine separate Abgaszufuhrleitung zugeordnet sein, vielmehr kann das über die Abgaszufuhrleitung zugeführte Abgas über den Ringraum oder den ringsegmentförmigen Raum auf die Mündungsöffnungen verteilt werden. Handelt es sich beispielsweise um einen in Umfangsrichtung durchgehenden Raum, also einen Ringraum, so muss diesem Ringraum lediglich eine Abgaszufuhrleitung zugeordnet sein. Handelt es sich hingegen um einen in Umfangsrichtung unterbrochenen Raum, also um einen ringsegmentförmigen Raum, so muss diesem ringsegmentförmigen Raum lediglich eine Abgaszufuhrleitung zugeordnet sein. Bei zwei oder mehr ringsegmentförmigen Räumen, die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgen, jedoch voneinander getrennt sind, muss lediglich jedem einzelnen ringsegmentförmigen Raum eine Abgaszufuhrleitung zugeordnet sein. Zum anderen hat es sich gezeigt, dass insbesondere bei niedrigen Betriebstemperaturen oder Außentemperaturen in dem Frischgasstrom oder dem Abgas enthaltene Flüssigkeit weniger stark innerhalb der Frischgasleitung, sondern vielmehr außerhalb der Frischgasleitung, nämlich innerhalb des Ringraumes oder ringsegmentförmigen Raumes, kondensiert. Hierdurch ist die Gefahr des Eintrags von Kondensat in ein nachfolgendes Bauteil, also beispielsweise den Verdichters eines Turboladers, reduziert, wodurch ein sogenannter Wasserschlag am Verdichterrad oder Ähnliches verhindert werden kann. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn an dem Gehäuse Mittel zum Abführen des Kondensats aus dem Ringraum oder ringsegmentförmigen Raum vorgesehen sind.
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In einer Ausführungsform der Abgasrückführanordnung sind bei der Verwendung mindestens eines ringsegmentförmigen Raumes mindestens zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende, jedoch voneinander getrennte ringsegmentförmige Räume vorgesehen. Auf diese Weise kann das über die Abgaszufuhrleitungen zugeführte Abgas über annähernd den gesamten Umfang der Frischgasleitung verteilt werden, um eine besonders gute Vermischung mit dem Frischgas zu erzielen.
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Ist anstelle eines in Umfangsrichtung durchgehenden Raumes, also eines Ringraumes, ein ringsegmentförmiger Raum vorgesehen, so weist dieser bezogen auf die Frischgasleitung in einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung einen Umschlingungswinkel von mehr als 90°, vorzugsweise mindestens 120°, auf, um eine sichere Verteilung des Abgases über den Umfang der Frischgasleitung und somit eine besonders gute Vermischung des Abgases mit dem Frischgas über die dem ringsegmentförmigen Raum zugeordneten Mündungsöffnungen zu erzielen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung weist die Frischgasleitung einen ersten Umfangsabschnitt auf, der mit der Abgaszufuhrleitung fluchtend angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass das über die Abgaszufuhrleitung in den Ringraum oder ringsegmentförmigen Raum eintretende Abgas auf den ersten Umfangsabschnitt auftrifft und somit sicher innerhalb des Ringraumes oder ringsegmentförmigen Raumes in Umfangsrichtung verteilt wird. Man könnte bei dieser Ausführungsform auch davon sprechen, dass der erste Umfangsabschnitt der Frischgasleitung einer Austrittsöffnung der Abgaszufuhrleitung gegenüberliegend angeordnet ist, um die angesprochene Verteilung des Abgases innerhalb des Ringraumes oder ringsegmentförmigen Raumes zu bewirken. Letztlich bewirkt die gute Verteilung des Abgases innerhalb des Ringraumes oder ringsegmentförmigen Raumes eine besonders gute Vermischung des Abgases mit dem Frischgas über die dem Ringraum oder ringsegmentförmigen Raum zugeordneten Mündungsöffnungen in der Frischgasleitung. Bei dieser Ausführungsform hat es sich ferner bewährt, wenn sich die Abgaszufuhrleitung in radialer Richtung, gegebenenfalls konzentrisch zu der Frischgasleitung, erstreckt. Alternativ kann die Abgaszufuhrleitung jedoch auch tangential in den Ringraum oder ringsegmentförmigen Raum einmünden, um die angesprochene sichere Verteilung des Abgases innerhalb des Ringraumes oder ringsegmentförmigen Raumes und somit eine gute Vermischung des Abgases mit dem Frischgas zu bewirken.
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Um auszuschließen, dass das aus der Abgaszufuhrleitung austretende und in den Ringraum oder ringsegmentförmigen Raum eintretende Abgas gleich in den Frischgasstrom eintritt, ohne dass es zu einer gleichmäßigen Verteilung des Abgases innerhalb des Ringraumes oder ringsegmentförmigen Raumes kommt, sind in einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung in dem der Austrittsöffnung der Abgaszufuhrleitung zugeordneten ersten Umfangsabschnitt der Frischgasleitung keine Mündungsöffnungen oder allenfalls Mündungsöffnungen mit einem Strömungsquerschnitt vorgesehen, der kleiner als der Strömungsquerschnitt mindestens einer der, vorzugsweise aller, Mündungsöffnungen in einem anderen Umfangsabschnitt der Frischgasleitung ist.
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Wie bereits zuvor angedeutet, kann dem Ringraum oder dem einen oder mehreren ringsegmentförmigen Räumen jeweils nur eine Abgaszufuhrleitung zugeordnet sein. Um dabei sicherzustellen, dass über die jeweiligen dem Ringraum oder ringsegmentförmigen Raum zugeordneten Mündungsöffnungen unabhängig von dem Abstand in Umfangsrichtung zu der Austrittsöffnung der jeweiligen Abgaszufuhrleitung eine annähernd gleiche Abgasmenge in die Frischgasleitung zugeführt wird, um eine gute und gleichmäßige Vermischung von Abgas und Frischgas zu erzielen, weist in einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung zumindest eine der, vorzugsweise alle, Mündungsöffnungen in einem zweiten Umfangsabschnitt der Frischgasleitung, der in Umfangsrichtung näher an dem ersten Umfangsabschnitt angeordnet ist als ein dritter Umfangsabschnitt der Frischgasleitung, einen kleineren Strömungsquerschnitt als mindestens eine der, vorzugsweise alle, Mündungsöffnungen in dem dritten Umfangsabschnitt auf. Dabei können die Umfangsabschnitte beispielsweise in Umfangsrichtung miteinander fluchtend oder/und in Längsrichtung der Frischgasleitung zueinander versetzt angeordnet sein. Es ist jedoch ebenso möglich, dass die Umfangsabschnitte derart weit in Längsrichtung der Frischgasleitung zueinander versetzt sind, dass diese nicht in Umfangsrichtung miteinander fluchtend angeordnet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung, die eine spezielle Variante der vorangehend beschriebenen Ausführungsform darstellt, ist der Strömungsquerschnitt der Mündungsöffnungen in der Frischgasleitung jeweils je größer, desto weiter diese in Umfangsrichtung von dem ersten Umfangsabschnitt entfernt oder beabstandet sind.
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Grundsätzlich können die zuvor erwähnten Mündungsöffnungen eine beliebige Form aufweisen. Sowohl in strömungstechnischer Hinsicht als auch in fertigungstechnischer Hinsicht hat es sich jedoch bewährt, wenn der Strömungsquerschnitt der Mündungsöffnungen kreisförmig ist, wie dies in einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung der Fall ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung ist mindestens eine Reihe von in Umfangsrichtung miteinander fluchtend oder hintereinanderliegend angeordneten Mündungsöffnungen in der Frischgasleitung vorgesehen. Hierdurch wird nicht nur die Vermischung von Abgas und Frischgas verbessert, vielmehr ist auch die Fertigung der Frischgasleitung mitsamt den darin vorgesehenen Mündungsöffnungen vereinfacht.
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Um eine sichere und gleichmäßige Vermischung von Abgas und Frischgas zu erzielen, sind in einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung mindestens zwei Längsrichtung der Frischgasleitung voneinander beabstandete Reihen der zuvor genannten Art vorgesehen. Auf diese Weise kann die Vermischung von Abgas und Frischgas über einen größeren Längsabschnitt der Frischgasleitung erfolgen, wodurch die Vermischung verbessert ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung, bei der mindestens zwei in Längsrichtung der Frischgasleitung voneinander beabstandete Reihen von in Umfangsrichtung miteinander fluchtend angeordneten Mündungsöffnungen in der Frischgasleitung vorgesehen sind, fluchten die Mündungsöffnungen der einen Reihe in Längsrichtung der Frischgasleitung mit Mündungszwischenräumen zwischen den Mündungsöffnungen der benachbarten anderen Reihe, so dass die Vermischung des Abgases mit dem Frischgas nicht nur über einen größeren Längsabschnitt der Frischgasleitung, sondern auch über einen in Summe größeren Umfangsbereich der Frischgasleitung erfolgen kann, was zu einer guten oder gleichmäßigen Vermischung von Abgas und Frischgas führt.
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Um den Ringraum oder ringsegmentförmigen Raum sicher auszubilden und eine sichere Führung des Frischgases innerhalb der Frischgasleitung zu erreichen, ist die Frischgasleitung in einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung mittels eines Eingangs- oder/und Ausgangsflansches an dem Gehäuse festgelegt. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der Eingangs- oder/und Ausgangsflansch separat von der Frischgasleitung oder/und dem Gehäuse ausgebildet ist, um die Fertigung der Abgasrückführanordnung zu vereinfachen. Um eine vorteilhafte Kombination von Funktionen zu erreichen und somit auch eine Teilevielzahl zu vermeiden, ist der Eingangs- oder/und Ausgangsflansch besonders bevorzugt derart ausgebildet, dass dieser nicht nur der Festlegung der Frischgasleitung an dem Gehäuse, sondern auch der Begrenzung oder/und Abdichtung des Ringraums oder ringsegmentförmigen Raums dient. So ist der Ringraum oder ringsegmentförmige Raum vorzugsweise in Längsrichtung der Frischgasleitung durch den Eingangs- oder/und Ausgangsflansch begrenzt oder/und abgedichtet. Zum Zwecke der Abdichtung ist es ferner bevorzugt, wenn dies unter Zwischenlage einer Dichtung zwischen dem Gehäuse einerseits und dem Eingangs- oder/und Ausgangsflansch andererseits erfolgt.
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Der Ausgangsflansch zur Festlegung der Frischgasleitung an dem Gehäuse ist in einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung von einem verdichterseitigen Gehäuseteil eines Turboladers gebildet. Mit anderen Worten hat der von einem verdichterseitigen Gehäuseteil eines Turboladers gebildete Ausgangsflansch einerseits die Funktion, die Frischgasleitung an dem Gehäuse festzulegen und gegebenenfalls den Ringraum oder ringsegmentförmigen Raum zu begrenzen und andererseits die Funktion, den verdichterseitigen Bereich eines Turboladers zu begrenzen. Hierdurch wird nicht nur die Teilevielzahl reduziert und der Aufbau der Abgasrückführanordnung vereinfacht, vielmehr kann die Frischgasleitung relativ dicht an der Verdichterseite des Turboladers angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass das Volumen des Ansaugsystems des Verbrennungsmotors verringert und somit das transiente Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors verbessert werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung ist mittels des von dem verdichterseitigen Gehäuseteil des Turboladers gebildeten Ausgangsflansches ein Verdichterraum zur Aufnahme eines Verdichterrades des Turboladers begrenzbar oder begrenzt bzw. abdichtbar oder abgedichtet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung ist das verdichterseitige Gehäuseteil, das den Ausgangsflansch ausbildet, an einem weiteren Gehäuseteil des Turboladers, vorzugsweise einem weiteren Gehäuseteil des den Verdichterraum des Turboladers begrenzenden Gehäuses, befestigbar oder befestigt. Zu diesem Zweck können beispielsweise entsprechende Mittel zur Erzielung einer Schraubverbindung zwischen dem verdichterseitigen Gehäuseteil und dem weiteren Gehäuseteil des Turboladers vorgesehen sein, also beispielsweise Gewinde- oder Schraubbohrungen.
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Um ein Ein- und Austreten von Frischgas bzw. Mischgas in bzw. aus der Frischgasleitung zu ermöglichen, ist in einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung in dem Eingangs- oder/und Ausgangsflansch eine mit der Frischgasleitung in Strömungsverbindung stehende Zufuhr- oder Abfuhröffnung vorgesehen.
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Um beim Eintreten des Frischgases in die Frischgasleitung oder/und beim Austreten des mit dem Abgas vermischten Frischgases aus der Frischgasleitung eine weitgehend verwirbelungsfreie und gleichmäßige Frischgasströmung oder/und Mischgasströmung zu erreichen, ist die Frischgasleitung in einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung unter Erzielung eines gleichbleibenden Strömungsquerschnitts im Übergangsbereich zwischen der Frischgasleitung einerseits und der Zufuhr- oder Abfuhröffnung andererseits an dem Eingangs- oder/und Ausgangsflansch angeordnet. Hierbei sollte sowohl die Form des Strömungsquerschnitts als auch dessen Größe gleichbleibend sein. Alternativ kann im Übergangsbereich zwischen der Frischgasleitung einerseits und der Zufuhr- oder Abfuhröffnung andererseits auch ein zumindest stetiger Übergang vorgesehen sein.
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Um die Fertigung der Abgasrückführanordnung und die Positionierung der Frischgasleitung an dem Eingangs- oder/und Ausgangsflansch zu vereinfachen, ist an dem Eingangs- oder/und Ausgangsflansch eine Vertiefung vorgesehen, in die die Frischgasleitung in Längsrichtung der Frischgasleitung, gegebenenfalls klemmend oder/und unter Zwischenlage einer Dichtung, einsteckbar oder eingesteckt ist. Eine Dichtung würde in diesem Fall bewirken, dass ein Vermischen des Abgases mit dem Frischgas nicht über eventuell verbleibende Zwischenräume zwischen der Frischgasleitung einerseits und dem Eingangs- oder/und Ausgangsflansch andererseits erfolgt, sondern ausschließlich und gezielt über die zuvor erwähnten Mündungsöffnungen in der Frischgasleitung.
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Um die Fertigung der Abgasrückführanordnung zu vereinfachen, ein gleichbleibendes Volumen innerhalb der Frischgasleitung zu erzielen und ein gleichbleibendes Volumen des Ringraumes oder ringsegmentförmigen Raumes zu erreichen, ist die Frischgasleitung in einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung von einem, gegebenenfalls starren, Rohr gebildet. Hierbei ist es beispielsweise möglich, wenn die Mündungsöffnungen in der Wand des Rohres vorgesehen sind, wobei die Mündungsöffnungen dann zum Beispiel als durch Bohren erzeugte Mündungsöffnungen bzw. Bohrungen ausgebildet sein können, um die Fertigung der Frischgasleitung weiter zu vereinfachen.
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Um die mit dem Frischgas zu vermischende Abgasmenge steuern oder/und regeln zu können, ist in einer weiteren Ausführungsform der Abgasrückführanordnung mindestens eine Ventileinrichtung zur Steuerung oder/und Regelung der über die Abgaszufuhrleitung zuführbaren oder zugeführten Abgasmenge vorgesehen. Hierbei hat es sich bewährt, wenn die Ventileinrichtung an dem Gehäuse befestigt oder/und zumindest teilweise in das Gehäuse integriert ist, um einen kompakten und modularen Aufbau zu erzielen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Motor mit einer Abgasrückführanordnung der zuvor beschriebenen Art.
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In einer weiteren Ausführungsform des Motors weist der Motor eine Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) auf.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Abgasrückführanordnung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine teilweise Seitenansicht einer Ausführungsform der Abgasrückführanordnung in geschnittener Darstellung und
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2 eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A von 1.
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1 zeigt eine teilweise Darstellung einer Ausführungsform der Abgasrückführanordnung 2. In 1 sind insbesondere eine Mischeinrichtung 4 und eine Verdichterseite 6 eines Turboladers dargestellt. In 1 sind die einander entgegengesetzten Längsrichtungen 8, 10, die einander entgegengesetzten radialen Richtungen 12, 14 und die einander entgegengesetzten Umfangsrichtungen 16, 18 der Abgasrückführanordnung 2 bzw. der später näher beschriebenen Frischgasleitung der Abgasrückführanordnung 2 anhand entsprechender Pfeile angedeutet.
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Die Mischeinrichtung 4 weist ein Gehäuse 20 auf, das vorzugsweise als Gussteil ausgebildet ist. Das Gehäuse 20 umgibt einen in den Längsrichtungen 8, 10 durchgehenden Innenraum 22. In der Wand des Gehäuses 20 ist mindestens eine Abgaszufuhrleitung 24 ausgebildet, die einerseits mit Abgas versorgbar ist und andererseits über eine Eintrittsöffnung 26 seitlich in den Innenraum 22 des Gehäuses 20 mündet. Dabei erstreckt sich die Abgaszufuhrleitung 24 in radialer Richtung 12, 14 und konzentrisch zu dem Innenraum 22 bzw. zu der später näher beschriebenen Frischgasleitung innerhalb des Innenraums 22. Darüber hinaus ist an dem Gehäuse 20 ferner eine lediglich schematisch angedeutete Ventileinrichtung 28 befestigt, die der Steuerung oder/und Regelung der über die Abgaszufuhrleitung 24 und die Eintrittsöffnung 26 in den Innenraum 22 zuführbaren oder zugeführten Abgasmenge dient. Wie der 1 zu entnehmen ist, ist die Ventileinrichtung 28 zumindest teilweise in das Gehäuse 20 oder in Abgaszufuhrleitung 24 integriert, um einen besonders kompakten Aufbau der Mischeinrichtung 4 zu erzielen.
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Innerhalb des Innenraums 22 ist eine sich in den Längsrichtungen 8, 10 erstreckende Frischgasleitung 30 zum Führen eines Frischgases oder Frischgasstromes angeordnet. Die Frischgasleitung 30 ist zum einen in die Längsrichtung 8 und zum anderen in die Längsrichtung 10 geöffnet, so dass das Frischgas durch die Frischgasleitung 30 hindurchströmen kann. Die Frischgasleitung 30 ist in der dargestellten Ausführungsform von einem starren Rohr 32 gebildet, das unter Ausbildung eines die Frischgasleitung 30 in radialer Richtung 12 umgebenden Ringraumes 34 in dem Innenraum 22 des Gehäuses 20 angeordnet ist, während innerhalb der Frischgasleitung 30, also in radialer Richtung 14 innerhalb des Rohres 32, ein Mischraum 36 ausgebildet ist. Mit anderen Worten unterteilt die Frischgasleitung 30 den Innenraum 22 des Gehäuses 20 in den Ringraum 34 und den in radialer Richtung 14 innenliegenden Mischraum 36. Die Abgaszufuhrleitung 24 mündet über die Eintrittsöffnung 26 in den in radialer Richtung 12 außenliegenden Ringraum 34. Darüber hinaus sind in der Frischgasleitung 30, genauer gesagt in der Wand des Rohres 32, Mündungsöffnungen 38 vorgesehen, so dass die Abgaszufuhrleitung 24 über die Eintrittsöffnung 26, den Ringraum 34 und die Mündungsöffnungen 38 mit dem Mischraum 36 innerhalb der Frischgasleitung 30 in Strömungsverbindung steht. Auf die Mündungsöffnungen 38 wird später nochmals näher eingegangen.
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Die Frischgasleitung 30 ist mittels eines separat von der Frischgasleitung 30 und dem Gehäuse 20 ausgebildeten Eingangsflansch 40 an dem Gehäuse 20 festgelegt und befestigt. Zu diesem Zweck ist das die Frischgasleitung 30 ausbildende Rohr 32 in Längsrichtung 10 klemmend und unter Zwischenlage einer umlaufenden Dichtung 42 in eine Vertiefung 44 in der in Längsrichtung 8 weisenden Seite des Eingangsflansches 40 eingesteckt. Der Eingangsflansch 40 selbst ist hingegen mit der in Längsrichtung 10 weisenden Seite des Gehäuses 20 verschraubt. In entsprechender Weise ist die Frischgasleitung 30 mittels eines separat von der Frischgasleitung 30 und dem Gehäuse 20 ausgebildeten Ausgangsflansches 46 an dem Gehäuse 20 festgelegt und befestigt. Auch in diesem Fall ist das die Frischgasleitung 30 ausbildende Rohr 32 in Längsrichtung 8 klemmend und unter Zwischenlage einer umlaufenden Dichtung 48 in eine in Längsrichtung 10 weisende Vertiefung 50 an dem Ausgangsflansch 46 eingesteckt. Der Ausgangsflansch 46 ist wiederum mit der in Längsrichtung 8 weisenden Seite des Gehäuses 20 verschraubt oder in anderer Weise lösbar mit dem Gehäuse 20 verbunden. Wie aus 1 ersichtlich, ist der Ringraum 34 somit in Längsrichtung 10 durch den Eingangsflansch 40 und in der entgegengesetzten Längsrichtung 8 durch den Ausgangsflansch 46 begrenzt. Sowohl der Eingangsflansch 40 als auch der Ausgangsflansch 46 sind dabei unter Zwischenlage jeweils einer umlaufenden Dichtung 52, 54 an dem Gehäuse 20 abgestützt, so dass der Ringraum 34 sicher abgedichtet ist und in den Ringraum 34 über die Abgaszufuhrleitung 24 zugeführtes Abgas ausschließlich über die zuvor erwähnten Mündungsöffnungen 38 aus dem Ringraum 34 entweichen und in den Mischraum 36 gelangen kann.
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Der zuvor erwähnte Ausgangsflansch 46 ist in der dargestellten Ausführungsform von einem verdichterseitigen ersten Gehäuseteil 56 gebildet. Man könnte man auch davon sprechen, dass der Ausgangsflansch 46 einstückig mit dem ersten Gehäuseteil 56 ausgebildet ist. Das den Ausgangsflansch 46 ausbildende erste Gehäuseteil 56 ist an einem zweiten Gehäuseteil 58 der Verdichterseite 6 des Turboladers lösbar befestigt, in der dargestellten Ausführungsform über eine in 1 angedeutete Schraubverbindung. Das den Ausgangsflansch 46 ausbildende erste Gehäuseteil 56 und das zweite Gehäuseteil 58 der Verdichterseite 6 des Turboladers begrenzen einen Verdichterraum 60, in den das Mischgas einströmen kann und in dem ein nicht näher dargestelltes Verdichterrad des Turboladers aufnehmbar oder aufgenommen ist.
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Um ein Einströmen von Frischgas in Längsrichtung 8 über den Eingangsflansch 40 in den Mischraum 36 der Frischgasleitung 30 zu ermöglichen, ist in dem Eingangsflansch 40 eine Zufuhröffnung 62 vorgesehen, die mit dem Mischraum 36 innerhalb der Frischgasleitung 30 in Strömungsverbindung steht. Um weiterhin ein Strömen von Mischgas in Längsrichtung 8 von dem Mischraum 36 innerhalb der Frischgasleitung 30 über den Ausgangsflansch 46 bzw. das erste Gehäuseteil 56 in den Verdichterraum 60 zu ermöglichen, ist in dem Ausgangsflansch 46 bzw. dem ersten Gehäuseteil 56 eine Abfuhröffnung 64 vorgesehen, die einerseits mit dem Mischraum 36 in der Frischgasleitung 30 und andererseits mit dem Verdichterraum 60 in Strömungsverbindung steht. Das die Frischgasleitung 30 ausbildende Rohr 32 ist dabei unter Erzielung eines gleichbleibenden Strömungsquerschnitts im Übergangsbereich 66 zwischen der Frischgasleitung 30 einerseits und der Zufuhröffnung 62 andererseits an dem Eingangsflansch 40 angeordnet, während das genannte Rohr 32 ferner unter Erzielung eines gleichbleibenden Strömungsquerschnitts im Übergangsbereich 68 zwischen der Frischgasleitung 30 einerseits und der Abfuhröffnung 64 andererseits an dem Ausgangsflansch 46 bzw. dem ersten Gehäuseteil 56 angeordnet ist. Mit anderen Worten wird in den Übergangsbereichen 66, 68 nicht nur ein Strömungsquerschnitt gleichbleibender Größe, sondern auch ein Strömungsquerschnitt gleicher Form erzielt. Alternativ kann in den Übergangsbereichen 66, 68 jedoch auch eine Veränderung der Strömungsquerschnittsgröße oder/und der Strömungsquerschnittsform erfolgen, in diesem Fall sollte jedoch zumindest ein stetiger Übergang in den Übergangsbereichen 66, 68 vorgesehen sein.
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Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, sind bei der Abgasrückführanordnung 2 mindestens zwei in Umfangsrichtung 16, 18 der Frischgasleitung 30 zueinander versetzt angeordnete Mündungsöffnungen 38 in der Wand des die Frischgasleitung 30 ausbildenden Rohres 32 vorgesehen, über die das Abgas, das über die Abgaszufuhrleitung 24 in den Ringraum 34 eingeleitet wurde, dem Mischraum 36 der Frischgasleitung 30 in radialer Richtung 14 nach innen zuführbar oder zugeführt ist. Das die Frischgasleitung 30 ausbildende Rohr 32 weist einen der Eintrittsöffnung 26 der Abgaszufuhrleitung 24 in radialer Richtung 12 nach außen zugewandten ersten Umfangsabschnitt 70 auf, der mithin in radialer Richtung 12, 14 mit der Abgaszufuhrleitung 24 bzw. der Eintrittsöffnung 26 der Abgaszufuhrleitung 24 fluchtend angeordnet ist. Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, sind in dem ersten Umfangsabschnitt 70 keinerlei Mündungsöffnungen 38 vorgesehen. Alternativ könnten jedoch auch in dem ersten Umfangsabschnitt 70 Mündungsöffnungen 38 vorgesehen sein, diese würden dann jedoch einen Strömungsquerschnitt aufweisen, der kleiner als der Strömungsquerschnitt mindestens einer der, vorzugsweise aller, Mündungsöffnungen 38 in einem anderen Umfangsabschnitt des die Frischgasleitung 30 ausbildenden Rohres 32 ist.
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Darüber hinaus weist das die Frischgasleitung 30 ausbildende Rohr 32 zweite Umfangsabschnitte 72 auf, die in Umfangsrichtung 16, 18 näher an dem ersten Umfangsabschnitt 70 angeordnet sind als dritte Umfangsabschnitte 74 des die Frischgasleitung 30 ausbildenden Rohres 32, wobei die Mündungsöffnungen 38 in den zweiten Umfangsabschnitten 72 einen kleineren Strömungsquerschnitt, also insbesondere eine kleinere Querschnittsgröße, als die Mündungsöffnungen 38 in den dritten Umfangsabschnitten 74 aufweisen. Entsprechendes gilt auch für die weiteren in 2 angedeuteten Umfangsabschnitte, nämlich die vierten Umfangsabschnitte 76 und die fünften Umfangsabschnitte 78. In der dargestellten Ausführungsform ist der Strömungsquerschnitt, also insbesondere die Querschnittsgröße, der Mündungsöffnungen 38 je größer, desto weiter diese in Umfangsrichtung 16, 18 von dem ersten Umfangsabschnitt 70 entfernt sind. Überdies sind die Strömungsquerschnitte aller Mündungsöffnungen 38 in der dargestellten Ausführungsform kreisförmig, vorzugsweise als Bohrlöcher, ausgebildet.
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Um eine besonders gleichmäßige und gute Vermischung von Abgas und Frischgas innerhalb des Mischraums 36 der Frischgasleitung 30 über einen größeren Längenbereich der Frischgasleitung 30 zu erzielen, sind in der Wand des die Frischgasleitung 30 ausbildenden Rohres 32 drei in Längsrichtung 8, 10 voneinander beabstandete Reihen 80, 82, 84 vorgesehen, die jeweils von in Umfangsrichtung 16, 18 miteinander fluchtend und hintereinanderliegend angeordneten Mündungsöffnungen 38 in der Wand des die Frischgasleitung 30 bildenden Rohres 32 gebildet sind. Um bei dieser Reihenanordnung die Vermischung des Abgases mit dem Frischgas nicht nur durch einen in Längsrichtung 8, 10 langgezogenen Mischbereich zu erzielen, sondern auch eine bezüglich des Umfangs der Frischgasleitung 30 gute und gleichmäßige Vermischung zu erreichen, sind die Mündungsöffnungen 38 der einen Reihe, also beispielsweise der Reihe 80, in Längsrichtung 8, 10 mit Mündungszwischenräumen 86 zwischen den Mündungsöffnungen 38 der benachbarten anderen Reihe, also beispielsweise der Reihe 82, fluchtend und hintereinanderliegend angeordnet, wie dies insbesondere der 1 entnommen werden kann.
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Nachstehend werden die Funktionsweise der Abgasrückführanordnung 2 sowie weitere oder alternative Merkmale derselben unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
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Während des Betriebs des nicht näher dargestellten Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs strömt Frischgas über die Zufuhröffnung 62 in den Mischraum 36 innerhalb der Frischgasleitung 30 und ausgehend von der Frischgasleitung 30 in Längsrichtung 8 als Mischgas aus Frischgas und Abgas über die Abfuhröffnung 64 weiter in den Verdichterraum 60 der Verdichterseite 6 des Turboladers, um über das nicht näher dargestellte Verdichterrad innerhalb des Verdichterraumes 60 verdichtet und anschließend dem Verbrennungsmotor zum Zwecke der Verbrennung zugeführt zu werden. Parallel hierzu erfolgt eine Abgaszufuhr in radialer Richtung 14 durch die Abgaszufuhrleitung 24 in den Ringraum 34 im Rahmen einer Niederdruckabgaszuführung. Hierbei wird die über die Abgaszufuhrleitung 24 dem Ringraum 34 zugeführte Abgasmenge durch die zuvor erwähnte Ventileinrichtung 28 gesteuert oder/und geregelt. Das Abgas innerhalb des Ringraums 34 strömt über die Mündungsöffnungen 38 in der Wand des die Frischgasleitung 30 ausbildenden Rohres 32 in den Mischraum 36 der Frischgasleitung 30, um sich dort mit dem Frischgas zu vermischen und das zuvor erwähnte Mischgas auszubilden, das weiter in Längsrichtung 8 in den Verdichterraum 60 strömt.
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Dank der beschriebenen Ausbildung der Mischeinrichtung 4 wird eine besonders gute und gleichmäßige Vermischung des Abgases mit dem Frischgas innerhalb des Mischraums 36 bewirkt. Hierdurch können Temperaturspitzen an nachfolgenden Bauteilen, wie beispielsweise dem Verdichterrad innerhalb des Verdichterraumes 60, vermieden werden, so dass Ölverkokungen und Einbrennungen von Ablagerungen an dem nachfolgenden Bauteil oder dem Verdichterrad weitgehend ausgeschlossen sind. Mit anderen Worten können Materialschäden an dem nachfolgenden Bauteil bzw. Verdichterrad vermieden werden. Überdies ist eine weitgehend verwirbelungsfreie und gleichmäßige Strömung von Frischgas und Mischgas durch die Zufuhröffnung 62, den Mischraum 36 und die Abfuhröffnung 64 erreicht, zumal diese weder in den Übergangsbereichen 66, 68 noch durch die Mündungsöffnungen 38 negativ beeinflusst wird. Die gute und gleichmäßige Vermischung und Strömung ermöglicht eine hohe Abgasrückführrate und eine sichere Funktionsweise der nachfolgenden Bauteile bzw. des Verdichterrades innerhalb des Verdichterraums 60.
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Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass bei niedrigen Betriebstemperaturen und Umgebungstemperaturen Flüssigkeit innerhalb des zugeführten Frischgases oder Abgases verstärkt an der in radialer Richtung 12 nach außen weisenden Seite des die Frischgasleitung 30 ausbildenden Rohres 32 oder innerhalb des Ringraums 34 kondensiert, und somit nicht oder nur in verringertem Maße an der in radialer Richtung 14 nach innen weisenden Seite des die Frischgasleitung 30 ausbildenden Rohres 32 oder in dem Mischraum 36, was zur Folge hat, dass weniger Flüssigkeit in den Verdichterraum 60 gelangt, wo diese zu einem nachteiligen Wasserschlag an dem Verdichterrad führen würde. Mithin ist hierdurch eine sichere und beschädigungsfreie Funktion des Verdichterrades innerhalb des Verdichterraums 60 sichergestellt. Um innerhalb des Ringraums 34 anfallendes Kondensat aus dem Ringraum 34 abzuführen, können ferner entsprechende Mittel 88 zur Abfuhr des Kondensats oder der Flüssigkeit aus dem Ringraum 34 vorgesehen sein, wie dies in 1 schematisch angedeutet ist. Diese Mittel 88 sollten jedoch derart ausgebildet sein, dass die Abfuhr des Kondensats oder der Flüssigkeit aus dem Ringraum 34 während des Normalbetriebes des Verbrennungsmotors nicht auch zu einer Abfuhr von Abgas aus dem Ringraum 34 führt, wobei zu diesem Zweck beispielsweise regel- oder/und steuerbare Mittel 88 zur Abfuhr des Kondensats oder der Flüssigkeit aus dem Ringraum 34 vorgesehen sein können.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Abgasrückführanordnung 2 ist der die Frischgasleitung 30 umgebende Ringraum 34 und somit ein in Umfangsrichtung 16, 18 durchgehender oder geschlossener Raum 34 vorgesehen. Dies ist vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufig erforderlich. So kann in einer nicht näher dargestellten Ausführungsform, die im Übrigen der vorangehend beschriebenen Ausführungsform entspricht, anstelle des Ringraums 34 ein ringsegmentförmiger Raum vorgesehen sein. In einem solchen Fall sollte der ringsegmentförmige Raum bezogen auf die Frischgasleitung 30 einen Umschlingungswinkel von mehr als 90°, vorzugsweise mindestens 120°, aufweisen, um möglichst viele in Umfangsrichtung 16, 18 voneinander beabstandete und zueinander versetzte Mündungsöffnungen 38 erreichen zu können. Auch können zwei oder mehr in Umfangsrichtung 16, 18 aufeinanderfolgende, jedoch voneinander getrennte ringsegmentförmige Räume anstelle des Ringraums 34 vorgesehen sein. Die Verwendung eines oder mehrerer ringsegmentförmiger, voneinander getrennter Räume, über die das Abgas von der Abgaszufuhrleitung 24 den Mündungsöffnungen 38 zuführbar ist, hat sich insbesondere dann bewährt, wenn die Abstützung des die Frischgasleitung 30 ausbildenden Rohres 32 in radialer Richtung 12, 14 an dem Gehäuse 20 ergänzend oder alternativ zu dem Eingangsflansch 40 oder/und dem Ausgangsflansch 46 über hervorstehende Ansätze an der in radialer Richtung 14 dem Innenraum 22 zugewandten Seite des Gehäuses 20 oder/und über in radialer Richtung 12 nach außen hervorstehende Ansätze an der in radialer Richtung 12 nach außen weisenden Seite des die Frischgasleitung 30 ausbildenden Rohres 32 bewirkt sein soll. So können beispielsweise sich in Längsrichtung 8, 10 erstreckende Stützrippen zur Abstützung der Frischgasleitung 30 in radialer Richtung 12, 14 vorgesehen sein, die den zuvor erwähnten Ringraum 34 in einen oder mehrere der zuvor erwähnten ringsegmentförmigen Räume unterteilen. Bei mehreren ringsegmentförmigen Räumen sollte darauf geachtet werden, dass jedem der ringsegmentförmigen Räume jeweils eine Abgaszufuhrleitung im Sinne der Abgaszufuhrleitung 24 der vorbeschriebenen Art zugeordnet ist.
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Da vorstehend lediglich eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sei klargestellt, dass grundsätzlich eine Vielzahl von Variationen und Abweichungen möglich sind. Es sei ferner klargestellt, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder den Aufbau nicht einschränken. Vielmehr stellen die Zusammenfassung und die beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine praktische Anleitung für den Fachmann dar, auf deren Grundlage der Fachmann zu zumindest einer beispielhaften Ausführungsform gelangen kann. Dabei ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Veränderungen betreffend die Funktion und die Anordnung der unter Bezugnahme auf die in den beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass von dem Bereich der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalenten abgewichen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Abgasrückführanordnung
- 4
- Mischeinrichtung
- 6
- Verdichterseite
- 8
- Längsrichtung
- 10
- Längsrichtung
- 12
- radiale Richtung
- 14
- radiale Richtung
- 16
- Umfangsrichtung
- 18
- Umfangsrichtung
- 20
- Gehäuse
- 22
- Innenraum
- 24
- Abgaszufuhrleitung
- 26
- Eintrittsöffnung
- 28
- Ventileinrichtung
- 30
- Frischgasleitung
- 32
- Rohr
- 34
- Ringraum
- 36
- Mischraum
- 38
- Mündungsöffnungen
- 40
- Eingangsflansch
- 42
- Dichtung
- 44
- Vertiefung
- 46
- Ausgangsflansch
- 48
- Dichtung
- 50
- Vertiefung
- 52
- Dichtung
- 54
- Dichtung
- 56
- erstes Gehäuseteil
- 58
- zweites Gehäuseteil
- 60
- Verdichterraum
- 62
- Zufuhröffnung
- 64
- Abfuhröffnung
- 66
- Übergangsbereich
- 68
- Übergangsbereich
- 70
- erster Umfangsabschnitt
- 72
- zweiter Umfangsabschnitt
- 74
- dritter Umfangsabschnitt
- 76
- vierter Umfangsabschnitt
- 78
- fünfter Umfangsabschnitt
- 80
- Reihe
- 82
- Reihe
- 84
- Reihe
- 86
- Mündungszwischenräume
- 88
- Mittel zur Abfuhr