DE102016010582A1

DE102016010582A1 - Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016010582A1
Application number: DE102016010582.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Boemer Andreas
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-09-03
Also published as: DE102016010582B4

Abstract

Beschrieben wird eine Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine und mit wenigstens einer Abgasrückführleitung (1) zum Einleiten von Abgas in eine Frischluftleitung (2) der Brennkraftmaschine, wobei die wenigstens eine Abgasrückführleitung (1) einen in Strömungsrichtung des rückzuführenden Abgases in die Frischluftleitung (2) ragenden Endabschnitt (4) mit einer axial offenen Mündungsöffnung (5) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine.
Aus der EP 1 875 061 B1 ist eine Abgasrückführeinrichtung bekannt, die mit einer Abgasrückführleitung zum Einleiten von Abgas in eine Frischluftleitung der Brennkraftmaschine ausgestattet ist. Des Weiteren ist ein Abgasrückführventil zum Steuern der Abgasrückführleitung vorgesehen. Eine Hülse in der Frischluftleitung ist relativ zur Frischluftleitung axial verstellbar angeordnet und ist hierzu an der Frischluftleitung axial verstellbar gelagert. Außerdem umfasst das Abgasrückführventil eine Stelleinrichtung, mit deren Hilfe die Hülse relativ zur Frischluftleitung verstellt werden kann. Durch die Verstellbarkeit der Hülse kann die Relativlage der Mündungsöffnung innerhalb der Düsenkontur eingestellt werden. Bei der Durchströmung der Düsenkontur kommt es zu einer Änderung des in der Frischluftströmung herrschenden Drucks, wobei der aktuelle Druckwert von der aktuellen Position innerhalb der Düsenkontur abhängt. Dementsprechend kann der an der Mündungsöffnung herrschende Druck durch Einstellen der Relativlage zwischen Mündungsöffnung und Hülse variiert werden. Mit dem an der Mündungsöffnung herrschenden Druck korreliert jedoch auch die Menge der rückgeführten Abgase, also die Abgasrückführrate. Letztlich kann somit durch Positionieren der Hülse relativ zur Mündungsöffnung die Abgasrückführrate eingestellt werden. Das ist aufwendig und störanfällig.
Das Abgasrückführventil ist mit einem Verschlusskörper ausgestattet, der bezüglich der Hülse ortsfest angeordnet ist. Dieser Verschlusskörper ist dabei koaxial zur Mündungsöffnung positioniert. Bei einer Verstellung der Hülse entgegen der Frischluftströmung nähert sich der Verschlusskörper der Mündungsöffnung an. Bei maximal stromauf verstellter Hülse wirkt der Verschlusskörper mit der Mündungsöffnung zum Einstellen eines minimalen Öffnungsquerschnitts der Abgasrückführleitung zusammen. Die Abgasrückführleitung durchdringt die Hülle der Frischluftleitung, um die rückgeführten Abgase in die Frischluftleitung einleiten zu können.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, dass für die miteinander konkurrierenden Ziele a) hohe maximale Abgasrückführrate durch hohe Saugwirkung, b) niedriger Gesamtdruckverlust und c) gute räumliche Vermischung der Abgase mit der Frischluft ein Optimum gefunden werden muss.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Durch die erfindungsgemäße flexible Anordnung der Abgaseinleitung kann durch Simulationsrechnungen und/oder Prüfstandsversuche ein Optimum der variablen Parameter gefunden werden. Für die Serienfertigung der Abgaseinleitung kann dieses Optimum z. B. durch eine Gusskonstruktion fixiert werden oder es wird eine erfindungsgemäß variable Apparatur konstruiert, welche die Position der Abgaseinleitung jeweils betriebszustandsabhängig optimal einstellt.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsformen kann die Stelleinrichtung, mit deren Hilfe die Hülse relativ zur Frischluftleitung axial verstellt werden kann, mit wenigstens einem elektromagnetischen Stellantrieb ausgestattet sein, der mittels elektromagnetischer Kräfte die Hülse axial verstellen kann. Da somit seitens des Stellantriebs bewegliche Bauteile wegfallen, reduziert sich auch die Gefahr einer Verrußung oder Versottung von Komponenten des Stellantriebs. Gleichzeitig ist es möglich, den Stellantrieb außerhalb der Frischluftleitung anzuordnen, wodurch der komplette Stellantrieb weder den Abgasen noch der Frischluft ausgesetzt ist.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung weist die Vorrichtung einen Turbolader und/oder einen Abgasrückführkühler auf.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es zeigen:
1: Abgasrückführeinrichtung mit Aktuator
2: Abgasrückführeinrichtung mit niedriger Saugwirkung auf das zurückgeführte Abgas durch niedrige Einragtiefe x₁
3: Abgasrückführeinrichtung mit hoher Saugwirkung auf das zurückgeführte Abgas durch große Einragtiefe x₂ > x₁
4: Abgasrückführeinrichtung mit weiter erhöhter Saugwirkung auf das zurückgeführte Abgas durch vergrößerten Winkel α₂ > α₁
5: Abgasrohr mit vorteilhaftem schrägen Austritt
6: Innenkontur einer beispielhaften Ausführung mit abgeschrägtem Abgasrohr
7: Ergebnisse einer beispielhaften Ausführung aus der Computational-Fluid-Dynamics-Simulation
1 zeigt eine Abgasrückführeinrichtung mit Aktuator an einer Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem nicht dargestellten Turbolader und mit einer Abgasrückführleitung 1 zum Einleiten von Abgas in eine Frischluftleitung 2 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine, mit einem nicht dargestellten Abgasrückführkühler, wobei die Abgasrückführleitung 1 einen in Strömungsrichtung des rückzuführenden Abgases nach dem Abgasrückführventil und dem Abgasrückführkühler und vor dem Sammler 8 in die Frischluftleitung 2 ragenden Endabschnitt 4 mit einer axial offenen Mündungsöffnung 5 aufweist.
In 2 wird eine Abgasrückführeinrichtung mit Aktuator an einer Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine gezeigt, mit einem nicht dargestellten Turbolader und mit einer Abgasrückführleitung 1 zum Einleiten von Abgas in eine Frischluftleitung 2 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine, mit einem nicht dargestellten Abgasrückführkühler, mit einem nicht dargestellten als Flatterventil ausgebildeten Abgasrückführventil zum Steuern der Abgasrückführleitung 1, wobei die Abgasrückführleitung 1 einen in Strömungsrichtung des rückzuführenden Abgases nach dem Flatterventil und dem Abgasrückführkühler und vor dem Sammler 8 in die Frischluftleitung 2 ragenden Endabschnitt 4 mit einer axial offenen Mündungsöffnung 5 aufweist und die mit niedriger Saugwirkung auf das zurückgeführte Abgas wirkt. Dies wird durch die niedrige Einragtiefe x₁ verursacht. Die Vermischung von Abgas und Frischluft ist hier nicht so effektiv als bei der in 1 dargestellten Anordnung und der Gesamtdruckverlust ist niedriger.
3 zeigt eine Abgasrückführeinrichtung mit hoher Saugwirkung auf das zurückgeführte Abgas durch die große Einragtiefe x₂ > x₁ der Abgasrückführleitung 1 in die Frischluftleitung 2 der Abgasrückführeinrichtung mit Aktuator an einer Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine gezeigt, mit einem nicht dargestellten Turbolader und mit einer Abgasrückführleitung 1 zum Einleiten von Abgas in eine Frischluftleitung 2 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine, mit einem nicht dargestellten Abgasrückführkühler, mit einem nicht dargestellten und als Flatterventil ausgebildeten Abgasrückführventil zum Steuern der Abgasrückführleitung 1, wobei die Abgasrückführleitung 1 einen in Strömungsrichtung des rückzuführenden Abgases nach dem Flatterventil und dem Abgasrückführkühler und vor dem Sammler 8 in die Frischluftleitung 2 ragenden Endabschnitt 4 mit einer axial offenen Mündungsöffnung 5 aufweist. Durch Variation des Neigungswinkels α kann die Saugwirkung, der Gesamtdruckverlust und die Vermischung von Abgas und Frischluft variiert werden. Dies kann mit oder ohne gleichzeitige Variation der Einragtiefe x erreicht werden.
In 4 wird eine Abgasrückführeinrichtung mit weiter erhöhter Saugwirkung auf das zurückgeführte Abgas durch den vergrößerten Winkel α₂ gegenüber der Darstellung in 3 an einer Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine gezeigt, mit einem nicht dargestellten Turbolader und mit einer Abgasrückführleitung 1 zum Einleiten von Abgas in eine Frischluftleitung 2 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine, mit einem nicht dargestellten Abgasrückführkühler, mit einem nicht dargestellten und als Flatterventil ausgebildeten Abgasrückführventil zum Steuern der Abgasrückführleitung 1, wobei die Abgasrückführleitung 1 einen in Strömungsrichtung des rückzuführenden Abgases nach dem Flatterventil und dem Abgasrückführkühler und vor dem Sammler 8 in die Frischluftleitung 2 ragenden Endabschnitt 4 mit einer axial offenen Mündungsöffnung 5 aufweist.
5 zeigt ein Abgasrohr mit einem vorteilhaftem schrägen Austritt des rückgeführten Abgases in der Frischluftleitung 2 einer Abgasrückführeinrichtung mit Aktuator an einer Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem nicht dargestellten Turbolader und mit einer Abgasrückführleitung 1 zum Einleiten von Abgas in eine Frischluftleitung 2 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine, mit einem nicht dargestellten Abgasrückführkühler, mit einem nicht dargestellten als Flatterventil ausgebildeten Abgasrückführventil zum Steuern der Abgasrückführleitung 1, wobei die Abgasrückführleitung 1 einen in Strömungsrichtung des rückzuführenden Abgases nach dem Flatterventil und dem Abgasrückführkühler und vor dem Sammler 8 in die Frischluftleitung 2 ragenden Endabschnitt 4 mit einer axial offenen Mündungsöffnung 5 aufweist. Durch Variation der Geometrie des schrägen Austritts kann die Saugwirkung, der Gesamtdruckverlust und die Vermischung von Abgas und Frischluft variiert werden. Dies kann mit oder ohne gleichzeitige Variation der Einragtiefe x und/oder des Neigungswinkels α erreicht werden.
In 6 wird die Innenkontur einer beispielhaften Ausführung mit abgeschrägtem Abgasrohr, das in die Frischluftleitung 2 ragt, dargestellt.
7 zeigt die Ergebnisse der in 6 gezeigten beispielhaften Ausführung aus der Computational-Fluid-Dynamics-Simulation in Abhängigkeit der Einragtiefe des Abgasrohres in der Frischluftleitung 2 in Millimetern. Der oben beschriebene Einfluss der Einragtiefe x und der Geometrie des Austritts (schräg/gerade) auf die Saugwirkung (Abgasmassenstrom) und den Gesamtdruckverlust (Totaldruckverlust) sind deutlich zu erkennen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasrückführleitung
2: Frischluftleitung
3: Abgasrückführventil
4: Endabschnitt
5: Mündungsöffnung
6: Stelleinrichtung
7: Hülse
8: Sammler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1875061 B1 [0002]

Claims

Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine und mit wenigstens einer Abgasrückführleitung (1) zum Einleiten von Abgas in eine Frischluftleitung (2) der Brennkraftmaschine, wobei die wenigstens eine Abgasrückführleitung (1) einen in Strömungsrichtung des rückzuführenden Abgases in die Frischluftleitung (2) ragenden Endabschnitt (4) mit einer axial offenen Mündungsöffnung (5) aufweist.
Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (1) eine Stelleinrichtung (6) zum axialen Verstellen der Hülse (7) relativ zur Frischluftleitung (2) aufweist.
Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (1) bzw. ihr Endabschnitt (4) in der Frischluftleitung (2) axial verstellbar ausgeführt ist.
Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (1) eine Stelleinrichtung (6) zum Verstellen des Anstellwinkels der Hülse (7) relativ zur Strömungslängsachse der Frischluftleitung (2) aufweist.
Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frischluftleitung (2) innen einen konstanten Querschnitt aufweist.
Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Abgasrückführleitung (1) im Bereich ihrer Mündungsöffnung (5) von der Frischluftleitung (2) vollständig umhüllt ist.
Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Turbolader aufweist.
Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Abgasrückführkühler aufweist.
Verfahren zur Entwicklung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche zum Einsatz kommt.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche zum Einsatz kommt.