DE102018104483A1

DE102018104483A1 - Abgasrückführungsmischer

Info

Publication number: DE102018104483A1
Application number: DE102018104483.6A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2018-09-20
Also published as: CN108730074A; US10408169B2; RU2018105974A; US20180266366A1; CN108730074B; RU2018105974A3

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für einen Abgasrückführungsmischer bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Mischer getrennte Kammern beinhalten, die dazu konfiguriert sind, Abgas und Ansauggas aufzunehmen, wobei sich das Abgas und das Ansauggas in einem Auslass des Mischers vereinigen. Der Auslass des Mischers ist an einer Schnittstelle einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Fläche des Mischers angeordnet.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen einen Abgasrückführungsmi scher.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK/KURZDARSTELLUNG
Höhere Verbrennungs- und Abgastemperaturen können unter höherer Verbrennungsmotorlast und/oder gesteigerten Verbrennungsmotorbedingungen auftreten. Diese höheren Temperaturen können Stickstoffoxid(NO_x)-Emissionen erhöhen und einen beschleunigten Abbau des Katalysatormaterials in dem Verbrennungsmotor und Abgassystem verursachen. Bei der Abgasrückführung (AGR) handelt es sich um einen Ansatz zum Bekämpfen dieser Auswirkungen. AGR-Strategien können den Sauerstoffgehalt der Ansaugluft reduzieren, indem diese mit Abgas verdünnt wird. Wenn das verdünnte Luft/Abgas-Gemisch anstelle von nicht mit Abgas gemischter Luft zur Verbrennung in den Verbrennungsmotor geleitet wird, treten niedrigere Verbrennungs- und Abgastemperaturen auf. Die AGR erhöht zudem die Kraftstoffeffizienz bei benzinbetriebenen Verbrennungsmotoren, indem Drosselverluste und Wärmeabgabe reduziert werden.
Um eine geeignete Steuerung der AGR-Verdünnungsgrade zu ermöglichen und die Verbrennungsstabilität beizubehalten, wird in manchen Beispielen die AGR mit Ansaugluft über einen AGR-Mischer homogenisiert. Ein beispielhafter Ansatz ist durch Vaught et al. in der US-Patentschrift 8.056.340 gezeigt. Dort ist eine ringförmige AGR-Kammer in einem Ring um einen ringförmigen Vorsprung angeordnet, der einen Strömungsquerschnitt durch die Fläche eines Ansaugkanals beschränkt. Die AGR-Kammer ist fluidisch an einen engeren Abschnitt des Ansaugkanals gekoppelt, an dem ein Vakuum gebildet werden kann, um das AGR-Mischen mit Ansaugluft zu fördern.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme im Zusammenhang mit solchen Systemen erkannt und eine Reihe von Lösungsansätzen entwickelt. Als ein Beispiel können Teile der Ansaugluft durch den ringförmigen Vorsprung ohne AGR-Mischen strömen. Dies kann zu einer mageren AGR-Verteilung führen, deren Folge erhöhte Emissionen und verringerte Verbrennungsstabilität sind.
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch einen Mischer gelöst werden, der einen hohlen, ringförmigen Ring umfasst, der eine fluidisch an einen AGR-Kanal gekoppelte erste Kammer und eine zweite, getrennte Kammer aufweist, die fluidisch an einen Ansaugkanal über Einlässe gekoppelt ist, welche auf einer stromabwärtigen Fläche angeordnet sind, und wobei die erste und die zweite Kammer fluidisch an einen Auslass gekoppelt sind, der entlang eines Zwischenabschnitts zwischen einer stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Fläche benachbart zu einer Beschränkung eines Ansaugkanals angeordnet ist. Auf diese Weise vereinen sich AGR- und Ansauggase, bevor sie zu dem Ansaugkanal strömen.
Als ein Beispiel ist der Auslass entlang eines Abschnitts des Ansaugkanals angeordnet, wobei der Mischer eine größte Beschränkung erzeugt. Auf diese Weise kann ein Vakuum AGR und Einlassluft aus der ersten bzw. der zweiten Kammer durch den Auslass und in den Ansaugkanal ziehen. Die zweite Kammer ist dazu konfiguriert, Gase an einer zu dem Auslass stromabwärtigen Stelle aufzunehmen. Somit kann ungemischte Ansaugluft (z. B. AGR-freie Ansaugluft) und/oder ein Ansaugluft/AGR-Gemisch nach dem Strömen durch den Auslass durch den Mischer zirkulieren. Dies kann die Wahrscheinlichkeit dafür erhöhen, dass AGR mit Ansaugluft gemischt wird. Somit kann die Verteilung von AGR auf jeden der Zylinder eines Verbrennungsmotors gleichmäßiger sein.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beheben.
Figurenliste

1 zeigt eine Ausführungsform eines Verbrennungsmotors, der zum Aufnehmen von zurückgeführtem Abgas konfiguriert ist.
2 zeigt eine isometrische Ansicht eines Abgasrückführungs(AGR)-Mischers, der in einem Einlass angeordnet ist.
3 zeigt eine Stromabwärts-nach-stromaufwärts-Ansicht des AGR-Mischers.
2 - 3 sind ungefähr maßstabsgetreu dargestellt.
4 zeigt eine Querschnittsansicht des AGR-Mischers gemäß einer in 2 veranschaulichten Schnittebene.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für einen Abgasrückführungsmischer. Der Abgasrückführungsmischer kann in einem Verbrennungsmotoreinlass angeordnet und fluidisch an einen Auslass eines AGR-Kanals gekoppelt sein, wie in 1 gezeigt. Bei dem Mischer handelt es sich um einen ringförmigen Ring mit gekrümmten Flächen zum Erhöhen des Mischens von Abgas und Ansauggas, wie in 2 gezeigt. Der Mischer kann einen Abschnitt des Verbrennungsmotoreinlasses so beschränken, dass in der Beschränkung ein Vakuum erzeugt wird. Der Mischer ist symmetrisch um eine zentrale Achse eines Ansaugrohrs so beabstandet, dass eine Öffnung einen Ansaugluftstrom dorthindurch zulässt, wie in 3 gezeigt. Ein beispielhafter Strom von Ansauggasen und Abgasen ist in 4 gezeigt.
2 - 4 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Falls derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können sie in mindestens einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander anliegend bzw. zueinander benachbart sein. Zum Beispiel können Komponenten, die in flächenteilendem Kontakt zueinander liegen als in flächenteilendem Kontakt bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei nur ein Raum dazwischen ist und keine anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander dargestellt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in zumindest einem Beispiel als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden, und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne können sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionierung von Elementen der Figuren in Bezug aufeinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein anderes Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren dargestellt sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (z. B. als rund, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Ferner können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Noch ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden. Es versteht sich, dass eine oder mehrere Komponenten, die als „im Wesentlichen ähnlich und/oder identisch“ bezeichnet werden, sich je nach Herstellungstoleranzen (z. B. mit 1 - 5 % Abweichung) voneinander unterscheiden.
Die nachstehenden Figuren können einen Mischer beschreiben, der einen hohlen, ringförmigen Ring umfasst, der eine fluidisch an einen AGR-Kanal gekoppelte erste Kammer und eine zweite, getrennte Kammer aufweist, die fluidisch an einen Ansaugkanal über Einlässe gekoppelt ist, welche auf einer stromabwärtigen Fläche angeordnet sind, und wobei die erste und die zweite Kammer fluidisch an einen Auslass gekoppelt sind, der entlang eines Zwischenabschnitts zwischen einer stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Fläche benachbart zu einer Beschränkung eines Ansaugkanals angeordnet ist. Es gibt genau acht Einlässe und acht Auslässe. Eine radiale Höhe der stromaufwärtigen Fläche nimmt in einer von der Schnittstelle stromaufwärtigen Richtung relativ zu einer Richtung des Ansaugluftstroms ab. Eine radiale Höhe der stromabwärtigen Fläche nimmt in einer von der Schnittstelle stromabwärtigen Richtung relativ zu einer Richtung des Ansaugluftstroms ab.
Der Ring umfasst eine äußere Fläche, die in flächenteilendem Kontakt mit einem Ansaugrohr steht. Die Beschränkung entspricht einem Venturi-Hals eines Venturi-Kanals, die stromaufwärtige Fläche entspricht einem Venturi-Einlass des Venturi-Kanals und die stromabwärtige Fläche entspricht einem Venturi-Auslass des Venturi-Kanals, und wobei der Venturi-Kanal entlang einer Öffnung des Rings angeordnet ist. Die Öffnung umfasst eine zentrale Achse, die parallel zu einer Richtung des Abgasstroms verläuft. Der Mischer ist in dem Ansaugkanal fest angebracht. Der Mischer ist symmetrisch um eine zentrale Achse eines Ansaugrohrs angeordnet.
Es wird mit 1 fortgefahren, die ein schematisches Diagramm zeigt, das einen Zylinder eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors 10 in einem Verbrennungsmotorsystem 100 zeigt, das in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Der Verbrennungsmotor 10 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals. Eine Brennkammer 30 des Verbrennungsmotors 10 kann einen Zylinder, der durch Zylinderwände 32 ausgebildet ist, mit einem darin positionierten Kolben 36 beinhalten. Der Kolben 36 kann an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem an mindestens ein Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
Die Brennkammer 30 kann Ansaugluft aus einem Ansaugkrümmer 44 über einen Ansaugkanal 42 aufnehmen und Verbrennungsgase über einen Abgaskanal 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgaskanal 48 können über ein Einlassventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 selektiv mit der Brennkammer 30 in Verbindung stehen. In einigen Beispielen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile beinhalten.
In diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 durch Nockenbetätigung über das Nockenbetätigungssystem 51 bzw. 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere der folgenden Systeme verwenden: System zur Nockenprofilverstellung (cam profile switching - CPS), variablen Nockenansteuerung (variable cam timing - VCT), variablen Ventilansteuerung (variable valve timing - WT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann durch die Ventilpositionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Beispielen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung gesteuert wird, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, beinhalten.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 69 ist in der Darstellung direkt an die Brennkammer 30 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals, das von der Steuerung 12 empfangen wird, direkt in diese einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 69 eine sogenannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 30 bereit. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann zum Beispiel in der Seite der Brennkammer oder in der Oberseite der Brennkammer montiert sein. Der Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzung 69 durch ein Kraftstoffsystem (nicht gezeigt) zugeführt werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler beinhaltet. In einigen Beispielen kann die Brennkammer 30 alternativ oder zusätzlich eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung beinhalten, die in dem Ansaugkrümmer 44 in einer Konfiguration angeordnet ist, die eine sogenannte Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in den Ansaugkanal stromaufwärts von der Brennkammer 30 bereitstellt.
Ein Zündfunke wird der Brennkammer 30 über eine Zündkerze 66 bereitgestellt. Das Zündsystem kann ferner eine Zündspule (nicht gezeigt) zum Erhöhen der Spannung, die der Zündkerze 66 zugeführt wird, umfassen. In anderen Beispielen, wie etwa einem Diesel, kann die Zündkerze 66 weggelassen werden.
Der Ansaugkanal 42 kann eine Drossel 62 beinhalten, die eine Drosselklappe 64 aufweist. In diesem konkreten Beispiel kann die Position der Drosselklappe 64 durch die Steuerung 12 über ein Signal variiert werden, das einem Elektromotor oder einem Aktor bereitgestellt wird, der in der Drossel 62 enthalten ist, wobei es sich um eine Konfiguration handelt, die üblicherweise als elektronische Drosselsteuerung (electronic throttle control - ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 dazu betrieben werden, die Ansaugluft zu variieren, die der Brennkammer 30 neben anderen Verbrennungsmotorzylindern bereitgestellt wird. Die Stellung der Drosselklappe 64 kann der Steuerung 12 durch ein Drosselpositionssignal bereitgestellt werden. Der Ansaugkanal 42 kann einen Luftmassenstromsensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Erfassen einer Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor 10 eintritt, beinhalten.
Ein Abgassensor 126 ist laut Darstellung an den Abgaskanal 48 gekoppelt, der einer Emissionssteuervorrichtung 72 gemäß einer Richtung des Abgasstroms stromaufwärts angeordnet ist. Bei dem Sensor 126 kann es sich um einen beliebigen Sensor zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases handeln, wie etwa eine lineare Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Breitband- oder Weitbereichlambdasonde), eine Zweizustands-Lambdasonde oder EGO-Sonde, eine HEGO-Sonde (beheizte EGO-Sonde), einen NO_x-, HC- oder CO-Sensor. In einem Beispiel ist der stromaufwärtige Abgassensor 126 ein UEGO-konfigurierter, um eine Ausgabe, wie etwa ein Spannungssignal, bereitzustellen, die zu der in dem Abgas enthaltenen Menge an Sauerstoff proportional ist. Die Steuerung 12 wandelt die Lambdasondenausgabe über eine Lambdasondenübertragungsfunktion in ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases um.
Die Emissionssteuervorrichtung 72 ist in der Darstellung entlang des Abgaskanals 48 zu dem Abgassensor 126 stromabwärts angeordnet. Bei der Vorrichtung 72 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (three way catalyst - TWC), eine NO_x-Falle, ein selektives katalytisches Reduktionsmittel (selective catalytic reductant - SCR), verschiedene andere Emissionssteuerungsvorrichtungen oder Kombinationen daraus handeln. In einigen Beispielen kann die Emissionssteuervorrichtung 72 durch das Betreiben von mindestens einem Zylinder des Verbrennungsmotors innerhalb eines bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 regelmäßig zurückgesetzt werden.
Ein System 140 zur Abgasrückführung (AGR) kann einen gewünschten Teil des Abgases über einen AGR-Kanal 152 aus dem Abgaskanal 48 in den Ansaugkrümmer 44 leiten. Das dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellte Ausmaß der AGR kann durch die Steuerung 12 über ein AGR-Ventil 144 variiert werden. Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System 140 dazu verwendet werden, die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Brennkammer zu regulieren, womit ein Verfahren zum Steuern des Zeitpunkts der Zündung während einiger Verbrennungsmodi bereitgestellt wird.
Ein Mischer 68 ist an einer Schnittstelle zwischen dem AGR-Kanal 152 und dem Ansaugkrümmer 44 angeordnet. Alternativ dazu kann der AGR-Kanal 152 Abgas zu dem Ansaugkanal 42 leiten, und somit ist der Mischer 68 entsprechend in dem Ansaugkanal 42 angeordnet. Der Mischer 68 ist dazu konfiguriert, Abgas aus dem AGR-Kanal 152 aufzunehmen, bevor das Abgas in den Ansaugkrümmer 44 strömt. Anders gesagt, das Abgas aus dem AGR-Kanal 152 strömt direkt in den Mischer 68, ohne durch irgendwelche anderen Komponenten zu strömen. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, beschränkt der Mischer 68 einen Durchflussbereich des Einlasses, um ein Vakuum zu erzeugen. Der Mischer 68 umfasst ferner Kammern zum Aufnehmen von Abgas und Ansauggas, die durch das Vakuum aus ihren jeweiligen Kammern gezogen werden und sich in dem Einlass mischen können.
Die Steuerung 12 ist in 1 als Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das in diesem konkreten Beispiel als Festwertspeicher 106 (z. B. ein nichtflüchtiger Speicher) dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen verschiedene Signale von an den Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der Messung von eingeleitetem Luftmassenstrom (mass air flow - MAF) von dem Luftmassenstromsensor 120; der Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eines Motorpositionssignals von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einer anderen Art), der eine Position der Kurbelwelle 40 erfasst; der Drosselposition von einem Drosselpositionssensor 65; und eines Signals für den Krümmerabsolutdruck (manifold absolute pressure - MAP) von dem Sensor 122. Ein Motordrehzahlsignal kann durch die Steuerung 12 von dem Kurbelwellenpositionssensor 118 erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal stellt zudem eine Angabe des Vakuums oder Drucks in dem Ansaugkrümmer 44 bereit. Es ist zu beachten, dass verschiedene Kombinationen der vorstehenden Sensoren verwendet werden können, wie etwa ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor und umgekehrt. Während des Verbrennungsmotorbetriebs kann das Verbrennungsmotordrehmoment von der Ausgabe des MAP-Sensors 122 und der Verbrennungsmotordrehzahl abgeleitet werden. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der detektierten Verbrennungsmotordrehzahl eine Grundlage zum Schätzen der in den Zylinder eingeleiteten Ladung (einschließlich Luft) darstellen. In einem Beispiel kann der Kurbelwellenpositionssensor 118, der zudem als Verbrennungsmotordrehzahlsensor verwendet werden kann, eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen je Umdrehung der Kurbelwelle produzieren.
Auf dem Festwertspeicher 106 eines Speichermediums können computerlesbare Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die von dem Prozessor 102 zum Durchführen der nachstehend beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten, die vorweggenommen, jedoch nicht ausdrücklich aufgeführt werden, ausgeführt werden können.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Verbrennungsmotorbetrieb basierend auf den empfangenen Signalen und Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen.
Unter Bezugnahme auf 2, ist nun eine Ausführungsform 200 eines Einlasses 202 gezeigt, der ein Ansaugrohr 204 mit dem darin gekoppelten Mischer 68 umfasst. Somit können die vorstehend vorgestellten Komponenten in den nachfolgenden Figuren ähnlich nummeriert sein. Wie gezeigt, ist ein Abschnitt des Ansaugrohrs 204 weggelassen, um den darin angeordneten Mischer 68 deutlicher abzubilden. Das Ansaugrohr 204 weist in seiner vollständigen Form eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf. In einem Beispiel kann der Einlass 202 dem Ansaugkrümmer 44 aus 1 im Wesentlichen ähnlich sein. Alternativ dazu kann der Einlass 202 dem Ansaugkanal 42 aus 1 im Wesentlichen ähnlich sein.
Es ist ein Achsensystem 290 gezeigt, das drei Achsen, eine x-Achse in der horizontalen Richtung, eine y-Achse in der vertikalen Richtung und eine z-Achse in einer Richtung, die sowohl zur x- als auch zur y-Achse senkrecht verläuft, umfasst. Eine zentrale Achse 295 des Ansaugrohrs 204 ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Der Mischer 68 kann symmetrisch um die zentrale Achse 295 angeordnet sein. Eine Gesamtrichtung des Ansaugluftstroms ist durch die Pfeile 298 abgebildet. Wie gezeigt, strömt die Ansaugluft in eine Richtung, die im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse 295 verläuft. Die Ausführungsform 200 veranschaulicht den Mischer 68 in einer relativ zu der Richtung des Ansaugluftstroms Stromaufwärts-nach-stromabwärts-Richtung.
Bei dem Mischer 68 kann es sich um ein einzelnes bearbeitetes Stück handeln. Der Mischer 68 kann aus einem oder mehreren von einem Keramikmaterial, einer Metalllegierung, einem Siliziumderivat oder anderen geeigneten Materialien bestehen, die in der Lage sind, hohen Temperaturen zu standzuhalten und gleichzeitig bei einem Ansaugstrom auftretende Reibung abzumildern, sodass der Ansaugluftstrom kontinuierlich ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Mischer 68 eine oder mehrere Beschichtungen und Materialien umfassen, sodass das Abgas Flächen des Mischers 68 berühren kann, ohne dass sich Ruß oder andere Abgaskomponenten auf dem Mischer 68 ablagern.
Das Ansaugrohr 204 ist rohrförmig und dazu konfiguriert, Ansaugluft (z. B. Umgebungsluft) durch den Einlass 202 zu leiten. Der Mischer 68 steht über eine äußere ringförmige Fläche 206 in flächenteilendem Kontakt mit einem Innenumfang des Ansaugrohrs 204 derart in Kontakt, dass kein Gas zwischen der äußeren ringförmigen Fläche 206 und dem Ansaugrohr 204 strömen kann. Die äußere ringförmige Fläche 206 kann über Schweißnähte, Klebstoffe und/oder andere eine hermetische Dichtung bereitstellende Kopplungsmittel an das Ansaugrohr 204 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann der Mischer 68 unter Kraftaufwand in den Ansaugkanal 202 geschoben werden. Auf diese Weise umfasst der Mischer 68 einen Außenumfang, der entsprechend kleiner als der Innenumfang des Ansaugrohrs 204 ist, sodass der Mischer 68 entlang des Einlasses 202 angeordnet ist, während er keinen Gasstrom zwischen dem Ansaugrohr 204 und der äußeren ringförmigen Fläche 206 zulässt.
Die äußere ringförmige Fläche 206 umfasst eine Breite, die gleich einem Abstand zwischen einer stromaufwärtigen Kante 207 und einer stromabwärtigen Kante 208 ist. Ein Umfang der stromaufwärtigen Kante 207 ist im Wesentlichen gleich einem Umfang der stromabwärtigen Kante 208. Eine erste Fläche 210 des Mischers 200 ist zwischen der stromaufwärtigen Kante 207 und einer ringförmigen Schnittstelle 212 angeordnet. Eine zweite Fläche 220 ist zwischen der ringförmigen Schnittstelle 212 und der stromabwärtigen Kante 208 angeordnet. Daher ist die erste innere Fläche 210 stromaufwärts der zweiten inneren Fläche 220 relativ zu einer Richtung des einströmenden Ansaugluftstroms (z. B. Pfeile 298) angeordnet. Die erste innere Fläche 210 kann hier als die stromaufwärtige Fläche 210 bezeichnet werden und die zweite innere Fläche 220 kann hier als die stromabwärtige Fläche 220 bezeichnet werden. Die stromaufwärtige 210 und die stromabwärtige Fläche 220 vereinigen sich an der ringförmigen Schnittstelle 212.
In einem Beispiel sind die stromaufwärtige Kante 207 und die stromabwärtige Kante 208 mit Innenflächen des Ansaugrohrs 204 bündig. Auf diese Weise sind die Übergänge von den Innenflächen des Ansaugrohrs 204 zu der ersten 210 und der zweiten 220 Fläche gleichförmig und glatt.
Die stromaufwärtige Fläche 210 und die stromabwärtige Fläche 220 erstrecken sich von der äußeren ringförmigen Fläche 206 und stehen radial in den Einlass 202 vor. Auf diese Weise nimmt eine Beschränkung des Einlasses 202 von der stromaufwärtigen Kante 207 zu der ringförmigen Schnittstelle 212 zu. Gleichermaßen nimmt die Beschränkung des Einlasses 202 von der stromabwärtigen Kante 208 zu der ringförmigen Schnittstelle 212 zu. Anders gesagt, ein Durchflussbereich des Einlasses 202 nimmt von der stromaufwärtigen Kante 207 zu der Schnittstelle 212 ab, wobei der Durchflussbereich an der Schnittstelle 212 am stärksten eingeschränkt ist, und die Einschränkung nimmt von der Schnittstelle 212 zu der stromabwärtigen Kante 208 ab. Die Verengung des zentralen Ansaugkanals kann einen inneren Kanal (z. B. einen Hals) eines Venturi-Kanals innerhalb des Ansaugkanals erzeugen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Die stromaufwärtige 210 und die stromabwärtige 220 Fläche sind radial von der zentralen Achse 295 beabstandet.
Die stromaufwärtige Fläche 210 ist gekrümmt und ist in einer stromabwärtigen Richtung radial immer weniger von der zentralen Achse 295 beabstandet. Die stromabwärtige Fläche 220 ist gekrümmt und ist in einer stromabwärtigen Richtung radial immer weiter von der zentralen Achse 295 beabstandet. Somit sind die stromaufwärtige 210 und die stromabwärtige 220 Fläche ringförmig. Als ein Beispiel kann relativ zu der zentralen Achse 295 die stromaufwärtige Fläche 210 nach außen gekrümmt und die stromabwärtige Fläche 220 nach innen gekrümmt sein. Auf diese Weise ist die ringförmige Schnittstelle 212, die an einer Vereinigungsstelle der stromaufwärtigen 210 und der stromabwärtigen 220 Fläche angeordnet ist, benachbart zu einem engsten Abschnitt des Einlasses 202. Es versteht sich, dass die stromaufwärtige Fläche 210 und die stromabwärtige Fläche 220 in ähnlicher Weise gekrümmt sein können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Mischer 68 hohl mit darin angeordneten Kammern zum Aufnehmen von Ansaugluft und Abgas (z. B. AGR). Insbesondere ist eine erste ringförmige Kammer dazu konfiguriert, Ansaugluft über stromabwärtige Flächenperforationen 252 aufzunehmen. Eine zweite ringförmige Kammer ist dazu konfiguriert, Abgas aus dem AGR-Kanal 152 aufzunehmen. Sowohl die erste als auch die zweite Kammer stoßen über ringförmige Schnittstellenperforationen 254 Ansaugluft bzw. Abgas zu dem Einlass 202 aus. Die Kammern umspannen einen gesamten 360-gradigen Innenraum des Mischers 68, sodass Gase im Wesentlichen ein gesamtes Volumen des Mischers 68 füllen. Wie gezeigt sind die stromabwärtigen Flächenperforationen 252 den ringförmigen Schnittstellenperforationen 254 relativ zu der Richtung des Ansaugluftstroms stromabwärts angeordnet. Die stromabwärtigen Flächenperforationen 252 können zueinander an einer gemeinsamen axialen Position entlang des Ansaugstroms durch den Einlass 202 ausgerichtet sein, gleiches kann für die ringförmigen Schnittstellenperforationen 254 gelten.
Die stromabwärtigen Flächenperforationen 252 können Ansaugluft in einer Vielzahl von Richtungen in den Mischer 68 einlassen, ferner einschließlich mindestens einer ersten Richtung, die schräg zu den Pfeilen 298 verläuft, und einer zweiten Richtung, die senkrecht zu den Pfeilen 298 verläuft. Auf jeden Fall lassen die stromabwärtigen Flächenperforationen 252 Ansaugluft in eine relativ zu der zentralen Achse 295 radial nach außen verlaufende Richtung in den Mischer 68 ein. Ein Ausschnitt in dem Ansaugrohr 204 ermöglicht, dass der AGR-Kanal 152 Abgas in den Mischer 68 ausstößt. Es gibt keine dazwischenliegenden Komponenten, die zwischen dem AGR-Kanal 152 und dem Mischer 68 angeordnet sind. Daher strömt das Abgas direkt aus dem AGR-Kanal 152 zu dem Mischer 68. Das Abgas kann aus dem AGR-Kanal 152 zu dem Mischer 68 in einer relativ zu der zentralen Achse 295 im Wesentlichen radial nach innen verlaufenden Richtung strömen. Der Mischer 68 umfasst keine anderen Einlässe und keine zusätzlichen Auslässe als die stromabwärtigen Flächenperforationen 252, die ringförmigen Schnittstellenperforationen 254 und den Ausschnitt, die den AGR-Kanal 152 fluidisch an den Mischer 68 koppeln. Als ein Beispiel sind die stromaufwärtige Fläche 210 und die stromabwärtige Fläche 220 durchgängig und stellen die einzigen Wände (Flächen) dar, welche die Kammern von dem Einlass 202 trennen. Deshalb sind die stromaufwärtige Fläche 210 und die stromabwärtige Fläche 220 gegenüber einem Gasstrom undurchlässig.
Somit umfasst der ein Abgasrückführungsmischer eine gekrümmte stromaufwärtige Fläche und eine gekrümmte stromabwärtige Fläche, die sich entlang eines Venturi-Halses schneiden, eine Vielzahl von zu dem Hals benachbarte angeordneten Auslässen und eine Vielzahl von benachbart zu einem Venturi-Auslass angeordneten Einlässen und einen AGR-Auslass, der so positioniert ist, dass er AGR entlang einer Achse des Halses in eine erste Kammer strömt, die radial außerhalb einer zweiten Kammer angeordnet ist, welche dazu konfiguriert ist, Ansaugluft über die Vielzahl von Einlässen aufzunehmen, und wobei die Kammern zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Fläche angeordnet sind.
Die Vielzahl von Einlässen beinhaltet acht kreisförmige Öffnungen, die einer relativ zu einer Richtung des Ansaugluftstroms verlaufenden Richtung zugewandt sind. Die stromaufwärtige Fläche nimmt hinsichtlich der radialen Höhe von einem stromaufwärtigen Abschnitt eines Venturi-Einlasses zu dem Hals hin zu und dabei nimmt die stromabwärtige Fläche hinsichtlich der radialen Höhe von dem Hals zu einem stromabwärtigen Abschnitt des Venturi-Auslasses ab. Die erste Kammer ist fluidisch von der zweiten Kammer außer an einer Verbindungsleitung getrennt, welche die erste sowie die zweite Kammer an den Venturi-Hals koppelt. Die stromaufwärtige Fläche, die stromabwärtige Fläche, die erste Kammer und die zweite Kammer sind ringförmig. Es gibt keinen anderen Einlass und keine zusätzlichen Auslässe.
3 zeigt eine Stromabwärts-nach-stromaufwärts-Ansicht 300 des Mischers 68, die der in 2 gezeigten Ansicht entgegengesetzt ist. Der Mischer 68 steht in flächenteilendem Kontakt mit den Innenflächen des Ansaugrohrs 204. Eine stromaufwärtige Fläche (z. B. die stromaufwärtige Fläche 210) ist in der Stromabwärts-nach-stromaufwärts-Ansicht 300 verdeckt. Es ist ein Achsensystem 290 gezeigt, das drei Achsen, eine x-Achse in der horizontalen Richtung, eine y-Achse in der vertikalen Richtung und eine z-Achse in einer Richtung, die zur x- und zur y-Achse senkrecht verläuft, umfasst.
Der Mischer 68 ist über ein Kopplungselement zwischen dem Ansaugrohr und einer äußeren ringförmigen Fläche 206 hermetisch abgedichtet und vollständig gegenüber einer Umgebungsatmosphäre außerhalb des Ansaugrohrs 204 umschlossen. Der Mischer 200 nimmt über eine oder mehrere stromabwärtige Flächenperforationen 252 Ansaugluft auf. Die ringförmigen Schnittstellenperforationen 254 sind zu den stromabwärtigen Flächenperforationen 252 stromaufwärts angeordnet. Dabei können die ringförmigen Schnittstellenperforationen 254 austauschbar als Auslässe 254 bezeichnet werden und die stromabwärtigen Flächenperforationen 252 können als Einlässe 252 bezeichnet werden.
Wie gezeigt erstreckt sich der Mischer 68 von dem Ansaugrohr 204 in Richtung eines Zentrums des Einlasses 202. Der Mischer 68 ist in der Darstellung von dem Zentrum des Einlasses 202 beabstandet und folglich ist eine Öffnung 350 entlang des Zentrums des Einlasses 202, das einer Position des Mischers 68 entspricht, angeordnet. Die Öffnung 350 ermöglicht, dass Ansauggas durch den Mischer 68 strömt. In einigen Beispielen kann das Ansauggas ohne Unterbrechung durch die Öffnung strömen, ohne mit dem Mischer 68 zu interagieren. Aufgrund der Form des vorstehend beschriebenen Mischer 68 ist ein Durchmesser der Öffnung kleiner als die ringförmige Schnittstelle 212 und an den äußersten Enden des Mischers (z. B. an der stromaufwärtigen Kante 207 und der stromabwärtigen Kante 208 aus 1) am größten.
Die Auslässe 254 und die Einlässe 252 sind radial zueinander ausgerichtet. In einigen Beispielen können die Einlässe und die Auslässe gegeneinander versetzt sein. In einem Beispiel, kann eine Öffnungsgröße der Einlässe 252 größer als eine Öffnungsgröße der Auslässe 254 sein. In einem anderen Beispiel sind die Öffnungsgrößen der Einlässe 252 und der Auslässe 254 im Wesentlichen identisch. Im Wesentlichen identisch kann so definiert werden, dass eine Abweichung zwischen einer Öffnungsgröße der Einlässe 252 und einer Öffnungsgröße der Auslässe 254 aufgrund von Herstellungstoleranzen innerhalb von 1 - 5 % liegt.
Wie vorstehend beschrieben, ist die stromabwärtige Fläche 220 von der stromabwärtigen Kante 208 nach oben zu der ringförmigen Schnittstelle 212 abgewinkelt.
Somit sind die Einlässe 252 relativ zu einer Richtung des einströmenden Ansaugluftstroms abgewinkelt. Dennoch sind die Auslässe 254 senkrecht zum Ansaugluftstrom und entlang einer den Einlässen 252 stromaufwärtigen Schnittebene angeordnet. Das kann das Mischen in dem Einlass verbessern, wenn aus dem Mischer 68 ausgestoßene Gase mit einströmendem Ansauggas unter einem Winkel von 90 Grad kollidiert, was eine Gesamtturbulenz des Gasstroms durch den dem Mischer 68 stromabwärtigen Abschnitt des Einlasses 202 erhöhen kann. Die Einlässe 252 sind einer stromabwärtigen Richtung zugewandt, die teilweise parallel bzw. schräg zum einströmenden Ansaugluftstrom verläuft. Um in die Einlässe einzutreten, kann das Ansauggas seine Strömungsrichtung biegen oder ablenken. Dies kann eine Verwirbelung und/oder Turbulenz des Ansauggases in dem Mischer 68 verbessern, was zu einer verbesserten Mischung von AGR mit Ansauggas führt.
Eine Anzahl von Einlässen kann im Wesentlichen gleich einer Anzahl von Auslässen sein. Alternativ dazu kann die Anzahl von Einlässen und/oder Auslässen basierend auf einer Öffnungsgröße verändert sein. Als ein Beispiel können sich zwar die Anzahlen von Einlässen und Auslässen unterscheiden, jedoch kann eine Gesamtöffnungsgröße der Einlässe im Wesentlichen gleich einer Gesamtöffnungsgröße der Auslässe sein. Die Gesamtöffnungsgröße kann durch Summieren der einzelnen Öffnungsgrößen der Einlässe bzw. Auslässe berechnet werden. Auf diese Weise kann eine Strömungsrate durch die Einlässe gleich einer Strömungsrate durch die Auslässe sein. Die Einlässe 252 und die Auslässe 254 können zum Beispiel länglich sein. In anderen Beispielen können die Einlässe 252 und die Auslässe 254 kreisförmig, quadratisch, rautenförmig, dreieckig, sechseckig sein oder andere geeignete Formen aufweisen.
Ein erster Radius 310 des Mischers 68 erstreckt sich von einem Zentrum des Einlasses 202 zu der ringförmigen Schnittstelle 212. Ein zweiter Radius 320 des Mischers 200 erstreckt sich von dem Zentrum des Einlasses 202 zu einem Umfang der nachgeordneten Fläche 220, die den Einlässen 202 entspricht. Der erste Radius 310 ist kürzer als der zweite Radius 320. Auf diese Weise können die Einlässe 252 Gase aus einem Bereich weiter außen (näher zu dem Ansaugrohr 204) aufnehmen und die Auslässe 254 Gase zu einem zentraleren Bereich (näher zu einer zentralen Achse (z. B. der zentralen Achse 295 aus 2) des Ansaugrohrs 204) ausstoßen.
4 zeigt einen seitlichen Querschnitt 400 gemäß der Schnittebene A-A' aus 2, der einen beispielhaften Strom von Ansauggas durch den Mischer 68 in Zusammenhang mit dem AGR-Strom abbildet. Die stromaufwärtige und stromabwärtige Richtung können nachstehend relativ zu einer allgemeinen Richtung des Ansaugstroms beschrieben werden, die parallel zu einem Pfeil 495 verläuft.
Ein Achsensystem 490 umfasst zwei Achsen, eine x-Achse in der horizontalen Richtung und eine y-Achse in der vertikalen Richtung. Eine zentrale Achse 295 des Ansaugrohrs 204 ist über eine gestrichelte Linie gezeigt. Ein Pfeil 498 zeigt eine Abwärtsrichtung parallel zu einer Gravitationskraft an. Der Einlass 202 umfasst einen stromaufwärtigen Ansaugkanal 410 und einen stromabwärtigen Ansaugkanal 412, wobei ein Innenkanal 414 (z. B. der zentrale Ansaugkanal) dazwischen angeordnet ist. Wie gezeigt, ist der Innenkanal 414 entlang der Öffnung 350 des Mischers 68 angeordnet. Der stromaufwärtige Ansaugkanal 410 ist zu dem Mischer 68 stromaufwärts und außerhalb von diesem angeordnet und der stromabwärtige Ansaugkanal 412 ist zu dem Mischer 68 stromabwärts und außerhalb von diesem angeordnet.
Der Mischer 68 umfasst eine gekrümmte stromaufwärtige Fläche 210, die zwischen den gestrichelten Linien a und b angeordnet ist, eine ringförmigen Schnittstelle 212, die zwischen den Linien b und c angeordnet ist, und eine gekrümmte stromabwärtige Seite, die zwischen den Linien c und d angeordnet ist. Eine radiale Höhe des Mischers nimmt von der Linie a zur Linie b zu. Eine radiale Höhe kann als eine Länge des Mischers 68 definiert sein, die sich von dem Ansaugrohr 204 zu der zentralen Achse 295 (z. B. einem Vorsprung des Mischers 68 in den Innenkanal 414) erstreckt. Die radiale Höhe ist im Wesentlichen konstant und gleich einer maximalen radialen Höhe des Mischers 68 zwischen den Linien b und c, wobei Abweichungen an den Auslässen 254 auftreten können. Die radiale Höhe des Mischers nimmt zwischen der Linie c und Linie d ab, wobei eine Rate, mit der die radiale Höhe von der Linie c zur Linie d abnimmt, geringer als eine Rate ist, mit der die radiale Höhe von der Linie a zur Linie b zunimmt. Auf diese Weise weist die stromaufwärtige Fläche 210 eine größere Schräge als die stromabwärtige Fläche 220 auf.
Anders gesagt, nimmt ein Durchmesser der Öffnung 350 von der Linie zur Linie b ab, bleibt bis zu einem kleinsten Durchmesser der Öffnung 350 von der Linie b bis zur Linie c im Wesentlichen gleich und nimmt von der Linie c bis zur Linie d zu. Die Öffnung 350 erstreckt sich zwischen den Linien a bis d, wobei ein Venturi-Kanal gebildet wird. Daher kann der Innenkanal 414 hier als ein Venturi-Kanal 414 bezeichnet werden. Der Venturi-Kanal 414 umfasst einen Venturi-Einlass 416, der zwischen der Linie a und der Linie b angeordnet ist.
Daher kann der Bereich zwischen den Linien a und b hier als der Venturi-Einlass 416 bezeichnet werden. Der Venturi-Kanal 414 umfasst ferner einen Venturi-Auslass 420, der zwischen den Linien c und d angeordnet ist. Daher kann der Bereich zwischen den Linien c und d hier als der Venturi-Auslass 420 bezeichnet werden. Der Venturi-Kanal umfasst ferner einen Hals 418, der zwischen den Linien b und c angeordnet ist, wobei er den Venturi-Einlass 416 und den Venturi-Auslass 420 fluidisch koppelt. Der Bereich zwischen den Linien b und c kann hier als der Hals 418 bezeichnet werden.
Die radiale Höhe des Mischers 200 verhält sich umgekehrt proportional zu einem Durchmesser des Venturi-Kanals 414. Daher nimmt der Durchmesser des Venturi-Einlasses 416 in einer stromabwärtigen Richtung ab und der Durchmesser des Venturi-Auslasses 420 nimmt in der stromabwärtigen Richtung in einer Weise zu, die der Krümmung der stromaufwärtigen Fläche 210 bzw. der stromabwärtigen Fläche 220 entspricht. Bei dem Durchmesser des Halses 418 handelt es sich um den kleinsten Durchmesser des Venturi-Kanals 414. Somit ist der Hals 418 bemessen, um einen Abgasdruck zu verringern, während gleichzeitig eine Geschwindigkeit des durch den Venturi-Kanal 414 strömenden Abgases erhöht wird, wodurch den Innenabschnitten des Mischers 68 über die Auslässe 254 ein Vakuum bereitgestellt wird.
Die folgende Beschreibung betrifft den Ansauggas- und Abgasstrom in dem Einlass 202 und dem Mischer 68. Das Ansauggas ist durch Pfeile mit durchgehenden Linien abgebildet. Das Abgas ist durch Pfeile mit gestrichelten Linien abgebildet. Ein Vakuumstrom ist durch Pfeile mit nicht ausgefüllten (weißen) Pfeilspitzen dargestellt.
Durch den Einlass 202 strömendes Ansauggas strömt von dem stromaufwärtigen Ansaugkanal 410 und in den Venturi-Kanal 414 in der Öffnung 350. Das Ansauggas strömt in den Venturi-Einlass 416, wobei Abgas mit der stromaufwärtigen Fläche 210 in Kontakt kommen kann. In einem Beispiel kommt das zu dem Ansaugrohr 204 proximale Ansauggas mit der stromaufwärtigen Fläche 210 in Kontakt, wobei das Abgas in eine Vielzahl von Richtungen abprallen kann, die schräg zu dessen ursprünglichen Strömungspfad verlaufen. Das zu der zentralen Achse 295 proximale Ansauggas kann nicht mit der stromaufwärtigen Fläche 210 in Kontakt kommen, wobei dessen Strömungspfad ohne Unterbrechung sein kann oder aufgrund von Kollisionen geändert werden kann, die zwischen ihm und dem mit der stromaufwärtigen Fläche 210 kollidierenden Ansauggas auftreten.
Das Ansauggas strömt proximal zu der zentralen Achse 295 von dem Venturi-Einlass 416 zu dem Hals 418. Ein Ansauggasdruck in dem Hals 418 ist geringer als ein Abgasdruck in dem Venturi-Einlass 416. Dies erzeugt benachbart zu den Auslässen 254 ein Vakuum, das einer ersten ringförmigen Kammer 406 und einer zweiten ringförmigen Kammer 408 zugeführt werden kann. Eine Stärke des erzeugten Vakuums kann auf einer Ansauggasströmungsrate und/oder einer Verbrennungsmotorlast basieren. In einigen Ausführungsformen kann die Stärke des Vakuums erhöht werden, indem eine variable Venturi-Vorrichtung in Richtung des Mischers 200 (nicht gezeigt) betätigt wird. In einem Beispiel beschränkt die variable Venturi-Vorrichtung einen Strom durch die Fläche des Venturi-Einlasses 416, wodurch eine Menge des erzeugten Vakuums erhöht wird. Das Ansauggas in dem Hals 418 kann aufgrund seiner im Vergleich zu dem Venturi-Einlass 416 erhöhten Geschwindigkeit an den Auslässen 254 vorbei strömen.
Das Ansauggas kann von der zentralen Achse 295 wegströmen, während es von dem Hals 418 zu dem Venturi-Auslass 420 strömt. Ein Teil des Ansauggases kann durch den Venturi-Auslass 420 und ohne Unterbrechung in den stromabwärtigen Ansaugkanal 412 strömen, während ein verbleibender Teil des Ansauggases in dem Venturi-Auslass 420 durch die Einlässe 252 und in die zweite ringförmige Kammer 408 strömen kann. Der Ansauggasstrom durch die Einlässe 252 kann durch das dem Mischer 68 zugeführte Vakuum gefördert werden. Das durch die Einlässe strömende Ansauggas kann in einer Vielzahl von Winkeln strömen, einschließlich eines ersten, zu dem Pfeil 495 rechten Winkels und eines zu dem Pfeil 495 schrägen Winkels. Diese Änderungen der Ansaugstromrichtung kann eine in der zweiten ringförmigen Kammer 408 erzeugte Mischfähigkeitsturbulenz erhöhen.
Abgas strömt ohne Unterbrechung aus dem AGR-Kanal 152 in den ersten ringförmigen Kanal 406. Auf diese Weise gibt es keine dazwischenliegenden Komponenten, die zwischen dem AGR-Kanal 152 und dem Mischer 68 angeordnet sind. Das Abgas in der ersten ringförmigen Kammer 406 kann durch Abschnitte des Mischers 68 über und unter der zentralen Achse 295 strömen. Wie in 2 gezeigt, grenzt der Mischer 200 an einen gesamten Umfang des Ansaugrohrs 204 an. Dies ermöglicht, dass das Abgas in der ersten ringförmigen Kammer 406 ohne Unterbrechung durch die Kammer strömt. Das Ansauggas in der zweiten ringförmigen Kammer 408 kann auch durch Abschnitte des Mischers 68 über und unter der zentralen Achse 295 strömen.
Wie gezeigt, ist die erste ringförmige Kammer 406 benachbart zu dem Ansaugrohr 204 angeordnet und die zweite ringförmige Kammer 408 ist proximal zu der zentralen Achse 295 angeordnet. Die erste ringförmige Kammer 406 ist fluidisch von der zweiten ringförmigen Kammer 408 getrennt. Wie gezeigt, trennt eine ringförmige Fläche 407 die erste 406 und die zweite 408 ringförmige Kammer. Wie gezeigt, ist die ringförmige Fläche 407 physisch an die stromaufwärtige Fläche 210 und die stromabwärtige Fläche 220 gekoppelt. Die ringförmige Fläche 407 ist gegenüber einem Gasstrom undurchlässig. Auf diese Weise kann kein Ansauggas in die erste ringförmige Kammer 406 eintreten. Zusätzlich dazu tritt kein Abgas aus der ersten ringförmigen Kammer 406 in die zweite ringförmige Kammer 408 ein.
Die ringförmige Fläche 407 umfasst eine Vielzahl von Ausschnitten, die derart zu den Auslässen 254 ausgerichtet sind, dass eine Verbindungsleitung 454 gebildet wird. Die Verbindungsleitung 454 ist dazu konfiguriert, Abgase aus der ersten ringförmigen Kammer 406, Ansauggase aus der zweiten ringförmigen Kammer 408 und ein Vakuum aus dem Hals 418 aufzunehmen. Das Abgas und das Ansauggas können sich in der Verbindungsleitung 454 mischen, bevor sie durch die Auslässe 254 und in den Hals 418 strömen. In einem Beispiel können das Ansauggas und das Abgas durch die Auslässe 254 in einem ersten, zu dem Pfeil 495 rechten Winkel strömen. Wie gezeigt, gibt es mindestens eine Verbindungsleitung der Verbindungsleitungen 454 für jeden Auslass der Auslässe 254.
Das Ansauggas und Abgas, die durch die Auslässe 254 strömen, können sich mit unvermischtem, proximal zu der zentralen Achse 295 in dem Hals 418 angeordnetem Ansauggas vereinen. Somit wird das Abgas verdünnt und in mehr Ansaugluft in dem Venturi-Hals 418 verstreut. Das Abgas und die Ansaugluft strömen in den Venturi-Einlass 420, wobei das Ansauggas und das Abgas über den stromabwärtigen Ansaugkanal 412 zu einem Verbrennungsmotor (z. B. dem Verbrennungsmotor 10 aus 1) oder über die Einlässe 452 in den Mischer 68 strömen können. Auf diese Weise wird AGR (Abgas) im Verglich zu einem Einlass, der keinen Mischer beinhaltet, gleichmäßiger auf jeden Zylinder des Verbrennungsmotors verteilt.
Somit umfasst ein Verfahren zum Mischen von Abgas und Ansauggas Strömen von AGR in eine erste ringförmige Kammer eines Mischers, Strömen von Ansaugluft in eine zweite ringförmige Kammer des Mischers, die fluidisch von der ersten Kammer getrennt ist, und Kombinieren des AGR und der Ansaugluft in einer Verbindungsleitung des Mischers, die fluidisch an einen beschränkten Abschnitt eines Ansaugkanals gekoppelt ist. Die zweite ringförmige Kammer ist über eine Vielzahl von relativ zu einer Richtung des Ansaugluftstroms stromabwärts zugewandten Einlässen fluidisch an den Ansaugkanal gekoppelt. Das AGR strömt durch die erste ringförmige Kammer und die Verbindungsleitung, bevor es in den Ansaugkanal strömt. Das Verfahren beinhaltet ferner Strömen des AGR und der Ansaugluft zu einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs.
Auf diese Weise ist ein Abgasrückführungsmischer dazu konfiguriert, Abgas und Ansauggas über zwei getrennte Kammern aufzunehmen. Das Ansauggas und das Abgas strömen aus den Kammern heraus, während Ansaugluft durch eine durch den Mischer erzeugte Beschränkung strömt. Der technische Effekt des Strömens von Ansauggas und Abgas in zwei getrennte Kammern dient dazu, das Mischen und die erzeugte Turbulenz zu erhöhen, wenn das Abgas und das Ansauggas in einem Auslass des Mischers kollidieren. Dadurch wird eine Verbrennungsstabilität und Emissionsreduktion unter Verbrennungsmotor-AGR-Anforderungsbedingungen erhalten.
Daher umfasst eine Ausführungsform eines Mischers einen hohlen, ringförmigen Ring, der eine fluidisch an einen AGR-Kanal gekoppelte erste Kammer und eine zweite, getrennte Kammer aufweist, die fluidisch an einen Ansaugkanal über Einlässe gekoppelt ist, welche auf einer stromabwärtigen Fläche angeordnet sind, und wobei die erste und die zweite Kammer fluidisch an einen Auslass gekoppelt sind, der entlang eines Zwischenabschnitts zwischen einer stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Fläche benachbart zu einer Beschränkung eines Ansaugkanals angeordnet ist. Ein erstes Beispiel für den Mischer beinhaltet, dass es genau acht Einlässe und acht Auslässe gibt. Ein zweites Beispiel für den Mischer, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass eine radiale Höhe der stromaufwärtigen Fläche in einer von der Schnittstelle stromaufwärtigen Richtung relativ zu einer Richtung des Ansaugluftstroms abnimmt. Ein drittes Beispiel für den Mischer, das optional das erste und/oder das Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass eine radiale Höhe der stromabwärtigen Fläche in einer von der Schnittstelle stromabwärtigen Richtung relativ zu einer Richtung des Ansaugluftstroms abnimmt. Ein viertes Beispiel für den Mischer, das optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der Ring eine äußere, in flächenteilendem Kontakt mit einem Ansaugrohr stehende Fläche umfasst. Ein fünftes Beispiel für den Mischer, das optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Beschränkung einem Venturi-Hals eines Venturi-Kanals entspricht, die stromaufwärtige Fläche einem Venturi-Einlass des Venturi-Kanals entspricht und die stromabwärtige Fläche einem Venturi-Auslass des Venturi-Kanals entspricht, und wobei der Venturi-Kanal entlang einer Öffnung des Rings angeordnet ist. Ein sechstes Beispiel für den Mischer, das optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Öffnung eine zentrale Achse umfasst, die parallel zu einer Richtung des Abgasstroms verläuft. Ein siebtes Beispiel für den Mischer, das optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der Mischer in dem Ansaugkanal fest angebracht ist. Ein achtes Beispiel für den Mischer, das optional eines oder mehrere des ersten bis siebten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der Mischer symmetrisch um eine zentrale Achse eines Ansaugrohrs angeordnet ist.
Eine Ausführungsform eines Verfahrens umfasst Strömen von AGR in eine erste ringförmige Kammer eines Mischers, Strömen von Ansaugluft in eine zweite ringförmige Kammer des Mischers, die fluidisch von der ersten Kammer getrennt ist, und Kombinieren des AGR und der Ansaugluft in einer Verbindungsleitung des Mischers, die fluidisch an einen beschränkten Abschnitt eines Ansaugkanals gekoppelt ist. Ein erstes Beispiel für das Verfahren beinhaltet ferner, dass die zweite ringförmige Kammer über eine Vielzahl von relativ zu einer Richtung des Ansaugluftstroms stromabwärts zugewandten Einlässen fluidisch an den Ansaugkanal gekoppelt ist. Ein zweites Beispiel für das Verfahren, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass AGR vor dem Strömen in den Ansaugkanal durch die erste ringförmige Kammer und die Verbindungsleitung strömt. Ein drittes Beispiel für das Verfahren, das optional das erste und/oder das zweite Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner Strömen des AGR und der Ansaugluft zu einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs.
Ein Abgasrückführungs(AGR)-Mischer umfasst eine gekrümmte stromaufwärtige Fläche und eine gekrümmte stromabwärtige Fläche, die sich entlang eines Venturi-Halses schneiden, eine Vielzahl von zu dem Hals benachbarte angeordneten Auslässen und eine Vielzahl von benachbart zu einem Venturi-Auslass angeordneten Einlässen und einen AGR-Auslass, der so positioniert ist, dass er AGR entlang einer Achse des Halses in eine erste Kammer strömt, die radial außerhalb einer zweiten Kammer angeordnet ist, welche dazu konfiguriert ist, Ansaugluft über die Vielzahl von Einlässen aufzunehmen, und wobei die Kammern zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Fläche angeordnet sind. Ein erstes Beispiel für den AGR-Mischer beinhaltet ferner, dass die Vielzahl von Einlässen acht kreisförmige Öffnungen beinhaltet, die einer relativ zu einer Richtung des Ansaugluftstroms verlaufenden Richtung zugewandt sind. Ein zweites Beispiel für den AGR-Mischer, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die stromaufwärtige Fläche hinsichtlich der radialen Höhe von einem stromaufwärtigen Abschnitt eines Venturi-Einlasses zu dem Hals hin zunimmt und dabei die stromabwärtige Fläche hinsichtlich der radialen Höhe von dem Hals zu einem stromabwärtigen Abschnitt des Venturi-Auslasses abnimmt. Ein drittes Beispiel für den AGR-Mischer, das optional das erste und/oder das zweite Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die erste Kammer fluidisch von der zweiten Kammer außer an einer Verbindungsleitung getrennt ist, welche die erste sowie die zweite Kammer an den Venturi-Hals koppelt. Ein viertes Beispiel für den AGR-Mischer, das optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass es sich bei der Verbindungsleitung um eine Verbindungsleitung einer Vielzahl von Verbindungsleitungen handelt und dabei eine Anzahl von Verbindungsleitungen gleich einer Anzahl von Auslässen ist. Bei einem fünften Beispiel für den AGR-Mischer, das optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, sind die stromaufwärtige Fläche, die stromabwärtige Fläche, die erste Kammer und die zweite Kammer ringförmig. Bei einem sechsten Beispiel für den AGR-Mischer, das optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels beinhaltet, gibt es keinen anderen Einlass und keine zusätzlichen Auslässe.
Es ist zu beachten, dass 4 Pfeile zeigt, die angeben, wo es Raum für einen Gasstrom gibt, und die durchgezogenen Linien zeigen die Stellen, an denen ein Strom blockiert wird und keine Verbindung möglich ist aufgrund des Fehlens einer fluidischen Verbindung, das durch die sich von einem Punkt zu einem anderen erstreckenden Vorrichtungswände verursacht wird. Die Wände erzeugen eine Trennung zwischen Bereichen, außer an Öffnungen in der Wand, welche die beschriebene Fluidverbindung ermöglichen.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer hier offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiter oder enger gefassten, gleichen oder anderen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8056340 [0003]

Claims

Mischer, umfassend: einen hohlen, ringförmigen Ring, der eine fluidisch an einen AGR-Kanal gekoppelte erste Kammer und eine zweite, getrennte Kammer aufweist, die fluidisch an einen Ansaugkanal über Einlässe gekoppelt ist, welche auf einer stromabwärtigen Fläche angeordnet sind, und wobei die erste und die zweite Kammer fluidisch an einen Auslass gekoppelt sind, der entlang eines Zwischenabschnitts zwischen einer stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Fläche benachbart zu einer Beschränkung eines Ansaugkanals angeordnet ist.
Mischer nach Anspruch 1, wobei es genau acht Einlässe und acht Auslässe gibt.
Mischer nach Anspruch 2, wobei es keinen anderen Einlass und keine zusätzlichen Auslässe gibt.
Mischer nach Anspruch 1, wobei eine radiale Höhe der stromaufwärtigen Fläche in einer von der Schnittstelle stromaufwärtigen Richtung relativ zu einer Richtung des Ansaugluftstroms abnimmt.
Mischer nach Anspruch 1, wobei eine radiale Höhe der stromabwärtigen Fläche in einer von der Schnittstelle stromabwärtigen Richtung relativ zu einer Richtung des Ansaugluftstroms abnimmt.
Mischer nach Anspruch 1, wobei der Ring eine äußere Fläche umfasst, die in flächenteilendem Kontakt mit einem Ansaugrohr steht.
Mischer nach Anspruch 1, wobei die Beschränkung einem Venturi-Hals eines Venturi-Kanals entspricht, die stromaufwärtige Fläche einem Venturi-Einlass des Venturi-Kanals entspricht und die stromabwärtige Fläche einem Venturi-Auslass des Venturi-Kanals entspricht, und wobei der Venturi-Kanal entlang einer Öffnung des Rings angeordnet ist.
Mischer nach Anspruch 7, wobei die Öffnung eine zentrale Achse umfasst, die parallel zu einer Richtung des Abgasstroms verläuft.
Mischer nach Anspruch 1, wobei der Mischer in dem Ansaugkanal fest angebracht ist.
Mischer nach Anspruch 1, wobei der Mischer symmetrisch um eine zentrale Achse eines Ansaugrohrs angeordnet ist.
Verfahren, umfassend: Strömen von AGR in eine erste ringförmige Kammer eines Mischers; Strömen von Ansaugluft in eine zweite ringförmige Kammer des Mischers, die fluidisch von der ersten Kammer getrennt ist; und Kombinieren des AGR und der Ansaugluft in einer Verbindungsleitung des Mischers, die fluidisch an einen beschränkten Abschnitt eines Ansaugkanals gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die zweite ringförmige Kammer über eine Vielzahl von relativ zu einer Richtung des Ansaugluftstroms stromabwärts zugewandten Einlässen fluidisch an den Ansaugkanal gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das AGR durch die erste ringförmige Kammer und die Verbindungsleitung strömt, bevor es in den Ansaugkanal strömt.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Strömen des AGR und der Ansaugluft zu einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs.