DE102014009416A1 - Mixing device for charge air supply and exhaust gas recirculation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung, mittels welcher Ladeluft und rückgeführtes Abgas als Ladeluft-Abgasgemisch einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs zuführbar ist, umfassend eine Durchströmleitung für die zugeführte Ladeluft und eine Zuströmleitung für rückgeführtes Abgas, die über einen Leitungsverbindungsbereich, aufweisend wenigstens eine Durchtrittsöffnung (8), in einen als Mischstrecke ausgebildeten Teil der Durchströmleitung einmündet. Ein Endabschnitt (5) der Zuströmleitung (4) umschliesst mittels zweier Schenkel (5a, 5b), die jeweils einen halbringförmigen Kanal für das Abgas ausbilden, die wenigstens eine Durchtrittsöffnung (8) und umgreift die Durchströmleitung (2, 3) im Leitungsverbindungsbereich (11) auf deren Außenumfang zumindest teilweise. Die Zuströmleitung (4) weist im Leitungsverbindungsbereich (11) einen Strömungsveränderungsabschnitt (7) auf, der so ausgeführt ist, dass ein Abgasstrom durch den Strömungsveränderungsabschnitt (7) zumindest teilweise in die beiden durch die Schenkel (5a, 5b) ausgebildeten halbringförmigen Kanäle abgelenkt wird.The invention relates to a mixing device, by means of which charge air and recirculated exhaust gas can be supplied as charge air exhaust gas mixture of an internal combustion engine of a vehicle, comprising a flow-through line for the supplied charge air and an inflow line for recirculated exhaust gas, via a line connection region, comprising at least one passage opening (8), opens into a designed as a mixing section of the flow-through. An end section (5) of the inflow line (4) encloses by means of two legs (5a, 5b), which each form a semi-annular channel for the exhaust gas, the at least one passage opening (8) and surrounds the throughflow line (2, 3) in the line connection area (11 ) on the outer circumference at least partially. The inflow line (4) has, in the line connection region (11), a flow variation section (7) designed so that an exhaust gas flow through the flow variation section (7) is deflected at least partially into the two semi-annular channels formed by the legs (5a, 5b) ,
Description
Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung, mittels welcher Ladeluft und rückgeführtes Abgas als Ladeluft-Abgasgemisch einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs zuführbar ist, umfassend eine Durchströmleitung für die zugeführte Ladeluft und eine Zuströmleitung für rückgeführtes Abgas, die über einen Leitungsverbindungsbereich in einen als Mischstrecke ausgebildeten Teil der Durchströmleitung einmündet.The invention relates to a mixing device, by means of which charge air and recirculated exhaust gas can be supplied as charge air exhaust gas mixture of an internal combustion engine of a vehicle, comprising a flow-through for the supplied charge air and a feed line for recirculated exhaust gas, which opens via a line connection region in a formed as a mixing section of the flow-through ,
Derartige Mischvorrichtungen werden auch als Ladeluftkrümmer mit integriertem Mischer für rückgeführtes Abgas bezeichnet. Aus der Praxis sind gattungsgemäße Mischvorrichtungen bekannt, bei denen die Zuströmleitung endseitig im Leitungsverbindungsbereich zylindrische oder konische Mischer oder sog. Blütenmischer aufweist, die über eine Durchgangsöffnung in die Durchströmleitung eingesteckt sind und dort mittels zusätzlicher Befestigungsmittel gehaltert werden müssen.Such mixing devices are also referred to as charge air manifolds with integrated recirculated exhaust gas mixer. From the practice of generic mixing devices are known in which the inflow end end in the line connection area cylindrical or conical mixer or so-called. Flower mixer has inserted through a through hole in the flow line and there must be supported by means of additional fasteners.
Nachteilig hieran ist, dass diese mehrteilige Ausführung der Mischvorrichtung in der Herstellung und der Montage kostenaufwändig ist. Ferner wurde durch die Erfinder festgestellt, dass die bekannten Mischvorrichtungen keine optimale Durchmischung des rückgeführten Abgases mit der Frischluft bzw. Ladeluft ermöglichen und damit keine hinreichende Homogenisierung des Abgas-Luftgemisches gewährleisten.The disadvantage of this is that this multi-part design of the mixing device in the manufacture and assembly is costly. Furthermore, it was found by the inventors that the known mixing devices do not allow optimal mixing of the recirculated exhaust gas with the fresh air or charge air and thus ensure no adequate homogenization of the exhaust air-air mixture.
Eine unerwünschte Folge der unzureichenden Homogenisierung des Ladeluft-Abgasgemischs besteht darin, dass bei mehreren Zylindern einzelne übermäßig mit Abgas gespeist werden, was eine erhöhte Partikelemission zur Folge hat.An undesirable consequence of the insufficient homogenization of the charge-air exhaust gas mixture is that with several cylinders, individuals are excessively fed with exhaust gas, which results in increased particle emission.
Die
Als nachteilig bei einer derartigen Mischvorrichtung ist der Umstand anzusehen, dass die Einlasseinrichtung etwa Spannungen ausgesetzt ist, wenn die Abgasrückführleitung in Folge eines Hindurchströmens von heißem Abgas eine besonders starke Temperaturerhöhung erfährt.A disadvantage of such a mixing device is the circumstance that the inlet device is exposed to approximately voltages when the exhaust gas recirculation line undergoes a particularly strong increase in temperature as a result of a passage of hot exhaust gas.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Mischvorrichtung bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Mischvorrichtungen vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, eine Mischvorrichtung, mittels welcher Ladeluft und rückgeführtes Abgas als Ladeluft-Abgasgemisch einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs zuführbar ist, bereitzustellen, die kostensparend herstellbar ist und eine verbesserte Gleichverteilung des Abgasanteils im Ladeluft-Abgasgemisch mit sich bringt.It is thus an object of the invention to provide an improved mixing device with which the disadvantages of conventional mixing devices can be avoided. The object of the invention is, in particular, to provide a mixing device by means of which charge air and recirculated exhaust gas can be supplied as charge air exhaust gas mixture of an internal combustion engine of a vehicle, which can be produced cost-effectively and brings about improved uniform distribution of the exhaust gas part in the charge air exhaust gas mixture.
Diese Aufgaben werden durch eine Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.These objects are achieved by a mixing device having the features of the main claim. Advantageous embodiments and applications of the invention are the subject matter of the dependent claims and are explained in more detail in the following description with partial reference to the figures.
Es wird eine Mischvorrichtung vorgeschlagen, mittels welcher Ladeluft bzw. Frischgas und rückgeführtes Abgas als Ladeluft-Abgasgemisch einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs zuführbar sind. Gegebenenfalls wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung statt des Begriffs „Ladeluft” auch der Begriff „Frischluft” verwendet. Beide Begriffe sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung als gleichbedeutend anzusehen.It is proposed a mixing device, by means of which charge air or fresh gas and recirculated exhaust gas can be supplied as charge air exhaust gas mixture of an internal combustion engine of a vehicle. If appropriate, the term "fresh air" is used in the context of the present invention instead of the term "charge air". Both terms are to be regarded as synonymous in the context of the present invention.
Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung umfasst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine Durchströmleitung für die zugeführte Ladeluft und eine Zuströmleitung für rückgeführtes Abgas, welche über einen Leitungsverbindungsbereich in einen als Mischstrecke ausgebildeten Teil der Durchströmleitung einmündet, wobei der Verbindungsbereich wenigstens eine Durchtrittsöffnung aufweist, die vorzugsweise radial in Bezug auf die Durchströmleitung durchströmbar ist.The mixing device according to the invention comprises in accordance with the prior art, a flow-through for the supplied charge air and an inflow line for recirculated exhaust gas, which opens via a line connection region in a designed as a mixing section of the flow passage, wherein the connecting portion has at least one passage opening, preferably radially in Reference to the flow-through can be flowed through.
Gemäß allgemeinen Gesichtspunkten der Erfindung umschließt ein Endabschnitt der Zuströmleitung mittels zweier Schenkel, die jeweils einen halbringförmigen Kanal für das Abgas ausbilden, die wenigstens eine Durchtrittsöffnung. Ferner umgreift der Endabschnitt mittels der zwei Schenkel die Durchströmleitung im Leitungsverbindungsbereich auf deren Außenumfang zumindest teilweise.According to general aspects of the invention, an end section of the inflow line encloses the at least one passage opening by means of two legs, which each form a semi-annular channel for the exhaust gas. Further, the end portion surrounds the flow passage in the line connection region on the outer circumference at least partially by means of the two legs.
Im Rahmen der Erfindung besteht auch die Möglichkeit, dass die beiden Schenkel bzw. halbringförmigen Ringkanäle an ihren in Strömungsrichtung des Abgases liegenden Endbereichen miteinander fluidisch derart verbunden sind, dass ein umlaufender Ringkanal gebildet wird.In the context of the invention, there is also the possibility that the two legs or semi-annular ring channels are fluidly connected to one another at their end regions lying in the flow direction of the exhaust gas such that a circumferential annular channel is formed.
Ferner weist die Zuströmleitung im Leitungsverbindungsbereich einen Strömungsveränderungsabschnitt auf, der so ausgeführt ist, dass ein Abgasstrom durch den Strömungsveränderungsabschnitt zumindest teilweise in die beiden durch die Schenkel ausgebildeten halbringförmigen Kanäle abgelenkt wird und anschließend über die wenigstens eine Durchtrittsöffnung im Wesentlichen ringförmig in die Durchströmleitung einströmt. Furthermore, the inflow line in the line connection region has a flow variation section which is embodied such that an exhaust gas flow through the flow variation section is deflected at least partially into the two semi-annular channels formed by the legs and then flows into the flow-through line substantially annularly via the at least one passage opening.
Die besondere Geometrie der Mischvorrichtung für die Abgase, mit der der Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung ausgestattet ist, macht es möglich, im Verbindungsbereich dieser Mischvorrichtung eine intensive Vermischung der Ladeluft und der rückgeführten Abgase zu realisieren, mit der am Auslass aus der Mischvorrichtung eine hinreichende Homogenisierung des Abgas-Luftgemisches gewährleistet wird.The special geometry of the mixing device for the exhaust gases, with which the internal combustion engine is equipped according to the invention, makes it possible to realize an intensive mixing of the charge air and the recirculated exhaust gases in the connection region of this mixing device, with the sufficient homogenization of the at the outlet from the mixing device Exhaust air mixture is ensured.
Der Strömungsveränderungsabschnitt ist vorzugsweise mittig in einem Endbereich der Zuströmleitung an einem dem Zuführrohr zugewandten Umfangsabschnitt des Durchführrohrs angeordnet.The flow change section is preferably arranged centrally in an end region of the inflow line on a peripheral section of the feed-through tube facing the feed tube.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist der Strömungsveränderungsabschnitt als Strömungsteiler, vorzugsweise als Strömungssteg, ausgeführt, der so angeordnet ist, dass sich ein Abgasstrom am Strömungssteg in zwei Abgasteilströme aufteilt, die über die wenigstens eine Durchtrittsöffnung in den als Mischstrecke ausgebildeten Teil der Durchströmleitung zweiflutig radial einmünden. Der Strömungsteiler oder Strömungssteg kann hierbei im Wesentlichen konzentrisch zu den zwei die Ringkanäle ausbildenden Schenkeln angeordnet sein.According to an advantageous embodiment, the flow change section is designed as a flow divider, preferably as a flow web, which is arranged so that an exhaust gas stream at the flow web divides into two partial exhaust streams, which open via the at least one passage opening in the form of a mixing section part of the flow path two-way radially. The flow divider or flow web can in this case be arranged essentially concentrically with respect to the two legs forming the annular channels.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform kann der Strömungsveränderungsabschnitt als Verengung bzw. Einschnürung der Zuströmleitung ausgeführt sein, beispielsweise gebildet durch zwei mittig in einem Endbereich der Zuströmleitung angeordnete Vorsprünge bzw. Strömungskanten, die zueinander gegenüberliegend oben und unten in den Strömungsweg des Abgases hineinragen.According to a further embodiment, the flow variation section can be embodied as a constriction or constriction of the inflow line, for example formed by two projections or flow edges arranged centrally in an end region of the inflow line and projecting into the flow path of the exhaust gas opposite one another at the top and bottom.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform weist die Durchströmleitung im Verbindungsbereich eine Querschnittsverengung auf. Dies bewirkt eine Einschnürung des Ladeluftquerschnitts im Verbindungsbereich nach dem Prinzip einer Venturi-Düse und erhöht die Einströmrate des rückgeführten Abgases. Ferner kann auf diese Weise die Durchmischung erhöht und damit eine weitere Verbesserung der Gleichverteilung des rückgeführten Abgases im Ladeluftstrom erreicht werden.According to a preferred embodiment, the throughflow line in the connection region has a cross-sectional constriction. This causes a constriction of the charge air cross-section in the connection region according to the principle of a Venturi nozzle and increases the inflow rate of the recirculated exhaust gas. Further, the mixing can be increased in this way, and thus a further improvement in the uniform distribution of the recirculated exhaust gas in the charge air stream can be achieved.
Für eine gute Durchmischung über den Umfang des Ladeluftstromes ist es weiterhin vorteilhaft, die wenigstens eine Durchgangsöffnung durch einen Ringspalt oder durch zwei gegenüberliegende halbringförmige Spalte auszubilden. Es können aber auch eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen im Verbindungsbereich zwischen Zuströmleitung und Durchströmleitung vorgesehen sein.For a thorough mixing over the circumference of the charge air flow, it is also advantageous to form the at least one passage opening through an annular gap or through two opposite semi-annular gaps. However, it is also possible to provide a plurality of passage openings in the connection region between the inflow line and the throughflow line.
Eine Möglichkeit der erfindungsgemäßen Realisierung sieht vor, dass der Endabschnitt der Zuströmleitung so ausgebildet ist, dass die zwei Schenkel exzentrisch zu der Durchströmleitung angeordnet sind. Daraus kann eine dem Bauraum entsprechend gute Verteilung des zugeführten Abgases über den Umfang des Ladeluftstromes erreicht werden.One possibility of the realization according to the invention provides that the end section of the inflow line is designed such that the two legs are arranged eccentrically to the throughflow line. From this, a distribution of the supplied exhaust gas corresponding to the installation space can be achieved over the circumference of the charge air flow.
Die Schenkel können sichelförmig ausgebildet sein.The legs may be sickle-shaped.
Eine vorteilhafte Aufteilung des Abgasstroms in zwei Abgasteilströme kann erreicht werden, wenn gemäß einer weiteren Variante eine dem auftreffenden Abgasstrom zugewandte Seite des Strömungsveränderungsabschnitts, z. B. des Strömungsstegs, konvex ausgebildet ist, so dass störende Verwirbelungen vor dem Eintritt in den Ladeluftstrom vermieden oder zumindest reduziert werden.An advantageous division of the exhaust gas flow into two partial exhaust gas streams can be achieved if, according to a further variant, an impact gas stream facing the side of the flow change section, z. As the flow ridge, is convex, so that disturbing turbulence avoided before entering the charge air stream or at least reduced.
Die der Durchströmleitung zugewandte Seite des Strömungsstegs kann konkav ausgebildet sein und einen Innenwandteilabschnitt der Durchströmleitung im Verbindungsbereich ausbilden.The side of the flow web facing the throughflow line can be concave and form an inner wall part section of the throughflow line in the connection region.
Gemäß einer weiteren Variante besteht die Möglichkeit, dass sich die wenigstens eine Durchgangsöffnung an einem Endbereich in Strömungsrichtung des Abgases verengt, so dass z. B. das über die beiden Ringspalte verteilt einströmende Abgasvolumen möglichst überall mit der gleichen Einströmgeschwindigkeit auf den Ladeluftstrom trifft.According to another variant, there is the possibility that the at least one passage opening narrows at an end region in the flow direction of the exhaust gas, so that z. B. the distributed over the two annular gaps inflowing exhaust gas volume wherever possible with the same inflow velocity meets the charge air flow.
Die Mischvorrichtung kann als einstückiges Formteil ausgebildet sein, was eine kostensparende Herstellung ermöglicht.The mixing device may be formed as a one-piece molded part, which allows a cost-saving production.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn zumindest der Endabschnitt der Zuströmleitung mit der Durchströmleitung einstückig verbunden ist, um einen dichten Abschluss zu erzielen.Moreover, it is advantageous if at least the end section of the inflow line is integrally connected to the throughflow line in order to achieve a tight closure.
Ebenso ist es vorteilhaft, die Zuströmleitung und die Durchströmleitung wenigstens im Verbindungsbereich als einstückiges Formteil, vorzugsweise als Gussteil, auszubilden, so dass die Mischvorrichtung kostensparend herstellbar ist.Likewise, it is advantageous to design the inflow line and the throughflow line at least in the connection region as a one-piece molded part, preferably as a cast part, so that the mixing device can be produced in a cost-saving manner.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit einer Mischvorrichtung, wie hierin offenbart.The invention further relates to a vehicle, in particular a utility vehicle, with a mixing device as disclosed herein.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:The above described preferred embodiments and features of the invention are arbitrarily combinable with each other. Further details and advantages of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Die
Gleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass die in der Zeichnung gezeigten verschiedenen Ansichten der Mischvorrichtung
Die Mischvorrichtung
Die Mischvorrichtung
Das Einlassrohr
Der aus dem Abgasstrang des Motors entnommene Anteil an rückgeführtem Abgas durchläuft eine Kühlstrecke und gelangt in die Zuströmleitung
Die Zuströmleitung
Die Zuströmleitung
Dies ist in den Ansichten der
Dieses Einströmen der rückgeführten Abgase in Form von Teilströmen, die ringförmig und radial in den Ladeluftstrom eingeleitet werden, der im Innenbereich der Mischvorrichtung
Wie in den
Wie in der Ansicht der
Die beiden halbringförmigen, in Durchflussrichtung umfangsseitig auf gleicher Höhe angeordneten Durchlassspalte
Eine Besonderheit dieser Ausführungsform liegt darin, dass der im Leitungsverbindungsbereich
Die Verengung
Die Verengung
Die Verengung
Die Verengung
Die vorstehende Erläuterung unter Verwendung der drei Abgasteilströme A1, A2 und A3 soll nur der Veranschaulichung der Funktionsweise der Mischvorrichtung
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden, ohne den zugehörigen Bereich zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern die Erfindung soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Although the invention has been described with reference to particular embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted for without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications can be made without leaving the associated area. Accordingly, the invention should not be limited to the disclosed embodiments, but the invention is intended to embrace all embodiments which fall within the scope of the appended claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 811, 81
- Mischvorrichtungmixing device
- 2, 32, 3
- DurchströmleitungDurchströmleitung
- 44
- Zuströmleitunginflow
- 5, 855, 85
- Endabschnittend
- 5a, 5b5a, 5b
- Schenkel (Ringkanäle)Legs (ring channels)
- 66
- Bereich der Durchströmleitung mit verengtem QuerschnittArea of the flow-through line with a narrowed cross-section
- 7, 877, 87
- Strömungsstegflow web
- 8, 888, 88
- DurchtrittsöffnungThrough opening
- 8a8a
- Endbereichend
- 99
- Wandwall
- 11, 81111, 811
- Verbindungsbereichconnecting area
- AA
- Abgasstromexhaust gas flow
- A1, A2, A3A1, A2, A3
- AbgasteilstromPartial exhaust gas stream
- BB
- LadeluftstromCharge air flow
- CC
- Abgas-LadeluftgemischExhaust charge air mixture
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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