DE102019201735A1 - Passive agr-mischvorrichtung mit schraubenförmigem agr-strömungsweg und dosierten strömungswegen - Google Patents

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Abstract

Es ist eine Abgasrückführungs- (AGR) Mischvorrichtung vorgesehen. Die AGR-Mischvorrichtung umfasst ein inneres Rohr, das einen Einlass, einen Auslass und eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist. Die AGR-Mischvorrichtung umfasst ebenfalls ein äußeres Rohr, das koaxial um das innere Rohr angeordnet ist. Insbesondere ist eine schraubenförmige Wand zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr angeordnet, um einen schraubenförmigen Strömungsweg zu bilden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine passive Abgasrückführungs- (AGR) Mischvorrichtung und insbesondere eine AGR-Mischvorrichtung mit einem schraubenförmigen Abgasströmungsweg.
  • STAND DER TECHNIK
  • Im Allgemeinen werden Motoren mit einer Abgasrückführung (AGR) sowohl bei Dieselmotoren als auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen verwendet. Bei den Motoren des AGR-Typs wird die Verbrennungstemperatur aufgrund des Vorhandenseins von Abgas verringert, da das rückgeführte Abgas Wärme absorbiert. Die Verdünnung des mit Abgas in der Brennkammer vorhandenen Sauerstoffs in Kombination mit der Verbrennung bei niedrigerer Temperatur verringert die Erzeugung von thermischen Stickstoffoxiden (NOx). Wenn Abgas zurückgeführt wird, muss zusätzlich weniger Luft von dem Motor angesaugt werden, was die Gesamtmenge an Abgas reduziert. Darüber hinaus verringert die AGR den Bedarf an Kraftstoffanreicherung bei hohen Lasten in turbo-aufgeladenen Motoren (Turbomotoren) und verbessert dadurch den Kraftstoffverbrauch.
  • Kürzlich ist eine Motorkonfiguration entwickelt worden, die als dedizierter AGR-Motor bezeichnet wird. In dem dedizierten AGR-Motor ist wie in 1 des Stands der Technik gezeigt, einer der Zylinder dazu bestimmt, um einem AGR-System Abgas zuzuführen. Bei solchen dedizierten AGR-Motoren kann das AGR-Gas aufgrund einer Pulsation des Abgases jedoch nicht gleichmäßig von dem dedizierten Zylinder zu nicht dedizierten Zylindern verteilt werden. Insbesondere weist der von dem dedizierten Zylinder zugeführte Abgasstrom einen instabilen/ungleichmäßigen Strom auf, beispielsweise mit einem Viertelzeitimpuls mit 540 Graden der Kurbelwelle zwischen den Impulsen. Somit wird dem AGR-Einlass eine signifikante Verengung, beispielsweise durch eine Drosselöffnung, hinzugefügt, um die Pulsation herauszufiltern. Demzufolge werden Pumpverluste erhöht und die Kraftstoffeffizienz verringert.
  • Um die Pulsation des Abgases ohne die die Pumpverluste erhöhende Drosselöffnung zu beseitigen, sind AGR-Mischvorrichtungen mit koaxialen Rohren entwickelt worden. In einer AGR-Mischvorrichtung mit der Koaxialrohrkonfiguration wird das Abgas an Ansaugluft durch eine Mehrzahl von Öffnungen zugeführt und damit vermischt, die in einer schraubenförmigen beziehungsweise spiralförmigen Konfiguration angeordnet sind. Das Abgas wird jedoch über die Mehrzahl von Öffnungen verteilt und im Wesentlichen gleichzeitig unter den Öffnungen in den Ansaugluftstrom eingespritzt. Dementsprechend ist die AGR-Mischvorrichtung nicht in der Lage, eine erhöhte AGR-Mischzeit und/oder Strecke zu erreichen, und der Effekt des Entfernens der Unstetigkeit ist minimal.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung stellt eine Abgasrückführungs-(AGR) Mischvorrichtung bereit, die die Kraftstoffeffizienz verbessern kann, indem sie einen schraubenförmigen Strömungsweg des Abgases umfasst.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann die AGR-Mischvorrichtung ein inneres Rohr (Innenrohr), das einen Einlass, einen Auslass und eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist; ein äußeres Rohr (Außenrohr), das koaxial um das innere Rohr angeordnet ist; und eine schraubenförmige/spiralförmige Wand, die zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr angeordnet ist, um einen schraubenförmigen Strömungsweg zu bilden, umfassen. Insbesondere kann ein Scheitel der schraubenförmigen Wand an dem äußeren Rohr anliegen/angrenzen, und ein Grund der schraubenförmigen Wand kann an dem inneren Rohr anliegen/angrenzen, um den schraubenförmigen Strömungsweg zu definieren, der sich um das innere Rohr windet. Ferner kann das äußere Rohr einen Abgaseinlass aufweisen, der an/auf einer Seite des äußeren Rohres in der Nähe des Auslasses des inneren Rohrs gebildet ist, um eine Gegenstrom zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr bereitzustellen. Die Mehrzahl von Öffnungen kann durch das innere Rohr gebildet sein, um eine Gasverbindung zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr bereitzustellen.
  • Demzufolge kann Abgas an die AGR-Mischvorrichtung durch den Abgaseinlass zugeführt werden und kann in das innere Rohr durch die Mehrzahl der Öffnungen strömen. Darüber hinaus kann Luft an die AGR-Mischvorrichtung durch den Einlass des inneren Rohrs zugeführt werden und ein Gemisch aus der Luft und dem Abgas kann von der AGR-Mischvorrichtung durch den Auslass des inneren Rohrs ausgetragen werden.
  • Insbesondere können sich die Durchmesser der Mehrzahl der Öffnungen von einer Einlassseite des inneren Rohrs in Richtung einer Auslassseite des inneren Rohrs zunehmend verringern. Die Mehrzahl der Öffnungen kann entlang einer axialen Richtung des inneren Rohrs linear ausgerichtet sein. Des Weiteren kann die Mehrzahl der Öffnungen zumindest zwei Reihen bilden, von denen jede entlang der axialen Richtung des inneren Rohrs ausgerichtet ist.
  • Die AGR-Mischvorrichtung kann durch zwei Komponenten gebildet sein, die miteinander verbunden sind. Beispielsweise können die beiden Komponenten durch Ultraschallschweißen verbunden werden. Ferner kann die AGR-Mischvorrichtung aus einem Kunststoffmaterial mit Glasfüllung bestehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann ein Abgasrückführungs- (AGR) System für einen Motor eines Fahrzeugs einen Lufteinlass; einen Ansaugkrümmer; einen dedizierten AGR-Zylinder und eine AGR-Mischvorrichtung umfassen. Die AGR-Mischvorrichtung kann ein inneres Rohr, das einen Einlass, einen Auslass und eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist; und ein äußeres Rohr, das koaxial um das innere Rohr angeordnet ist und einen Abgaseinlass aufweist, umfassen. Die AGR-Mischvorrichtung kann ebenfalls eine schraubenförmige Wand umfassen, die zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr angeordnet ist, um einen schraubenförmigen Strömungsweg zu bilden. Insbesondere kann der Einlass der AGR-Mischvorrichtung mit dem Lufteinlass verbunden sein, der Auslass der AGR-Mischvorrichtung kann mit dem Ansaugkrümmer verbunden sein und der Abgaseinlass der AGR-Mischvorrichtung kann mit dem dedizierten AGR-Zylinder des Motors verbunden sein. Die Mehrzahl von Öffnungen kann durch das innere Rohr der AGR-Mischvorrichtung gebildet sein, um eine Gasverbindung zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr bereitzustellen.
  • Zusätzlich kann ein Kühler zwischen dem dedizierten AGR-Zylinder und der AGR-Mischvorrichtung angeordnet sein, und ein AGR-Ventil kann ebenfalls vorgesehen sein, um Abgas von dem dedizierten AGR-Zylinder zu der AGR-Mischvorrichtung und/oder zu einem Abgaskrümmer zu leiten. Das AGR-Ventil kann das Abgas von dem dedizierten AGR Zylinder derart leiten, dass es zu der AGR-Mischvorrichtung oder zu dem Abgaskrümmer strömt. Alternativ kann das AGR-Ventil eine Abgasmenge einstellen/anpassen, die von dem dedizierten AGR-Zylinder zu der AGR-Mischvorrichtung strömt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die Kombination der oben aufgeführten Elemente beschränkt ist und in einer beliebigen Kombination der Elemente wie hierin beschrieben zusammengebaut werden kann. Andere Ausgestaltungen der Offenbarung werden nachfolgend offenbart.
  • Figurenliste
  • Es wird eine kurze Beschreibung jeder Zeichnung bereitgestellt, um die in der ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Offenbarung verwendeten Zeichnungen besser zu verstehen.
    • 1 stellt einen dedizierten AGR-Motor im Stand der Technik dar;
    • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der AGR-Mischvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, wobei ein Außenrohr für veranschaulichende Zwecke durchscheinend dargestellt ist;
    • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der AGR-Mischvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
    • 4 zeigt eine erste Hälfte der AGR-Mischvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
    • 5 zeigt eine zweite Hälfte der AGR-Mischvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
    • 6 stellt die Mehrzahl der Öffnungen dar, deren Durchmesser sich in der Richtung des Abgasstromes in der AGR-Mischvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zunehmend vergrößern.
    • 7 zeigt ein schematisches Diagramm eines AGR-Systems mit einer AGR-Mischvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • Es ist zu beachten, dass die oben aufgeführten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darstellen, die der Veranschaulichung der Grundsätze der Offenbarung dienen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z.B. spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Einbauorte und Formen werden zum Teil durch die eigens dafür vorgesehene Anmeldung und die Arbeitsumgebung bestimmt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung und ein Verfahren zum Erreichen derselben werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und Ausführungsbeispiele, die nachstehend im Detail beschrieben werden, ersichtlich. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und kann in Variationen und Modifikationen ausgeführt sein. Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich dazu, um zu ermöglichen, dass ein Fachmann den Umfang der vorliegenden Offenbarung versteht, der durch den Umfang der Ansprüche festgelegt wird. Demzufolge werden in einigen Ausführungsformen bekannte Operationen eines Prozesses/Verfahrens, bekannte Strukturen/Aufbauten und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben, um ein unklares Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden. In der gesamten Beschreibung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
  • Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z.B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffgetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird).
  • Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen „ein“, „eine/einer“ und „der/die/das“ dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke „aufweisen“ und/oder „aufweisend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck „und/oder“ jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
  • Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wird der Begriff „ungefähr“, wie er hierin verwendet wird, derart verstanden, dass er innerhalb eines Bereichs mit normgemäßer Toleranz im Stand der Technik liegt, zum Beispiel innerhalb 2 Standardabweichungen der Mittelwerte. „Ungefähr“ kann derart verstanden werden, dass es innerhalb 10%, 9%, 8 %, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Werts liegt. Soweit es sich nicht anderweitig aus dem Kontext ergibt, werden alle hierin bereitgestellten numerischen Werte durch den Begriff „ungefähr“ verändert.
  • Im Folgenden wird eine Abgasrückführungs- (AGR) Mischvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • In der AGR-Mischvorrichtung und dem AGR-System gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann, da das Abgas während eines Ausstoßtaktes des dedizierten AGR-Zylinders in den schraubenförmigen Strömungsweg einströmt und das Abgas passiv in das innere Rohr einströmt, um mit dem Ansaugluftstrom vermischt zu werden, das Abgas durch den Ansaugluftstrom über einen vollen Motorzyklus allmählich aus dem schraubenförmigen Strömungsweg herausgezogen werden, und demzufolge können die ungleichmäßigen Auswirkungen der Pulsation aufgrund des Zyklus des dedizierten Zylinders minimiert werden. Verglichen mit der Verwendung einer Drosselöffnung wie im Stand der Technik kann das AGR-System die Kraftstoffeffizienz erhöhen und kann Schadstoffemissionen reduzieren, da die Pumpverluste reduziert werden können.
  • Darüber hinaus umfassen die AGR-Mischvorrichtung und das AGR-System gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung wenige sich bewegende Teile und demzufolge kann die AGR-Mischvorrichtung eine lange Lebensdauer, niedrige Herstellungskosten, ein kompaktes Gehäuse, ein geringes Gewicht und eine einfache Wartung aufweisen.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der AGR-Mischvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der AGR-mich Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. 4 und 5 zeigen eine erste Hälfte beziehungsweise eine zweite Hälfte der AGR-Mischvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Unter Bezugnahme auf 2 bis 5 kann eine AGR-Mischvorrichtung 10 ein Innenrohr 100, ein Außenrohr 201 und schraubenförmige Wand 300 umfassen. Das Innenrohr 100 kann einen Einlass 110 an einem ersten Ende, durch den Luft an die AGR-Mischvorrichtung 10 zugeführt wird, und einen Auslass 120 an einem zweiten Ende, durch den die Luft von der AGR-Mischvorrichtung 10 ausgetragen wird, nachdem sie mit Abgas vermischt worden ist, umfassen.
  • Eine schraubenförmige Wand 300 kann zwischen dem Innenrohr 100 und dem Außenrohr 200 angeordnet sein, um einen schraubenförmigen Strömungsweg 400 um das Innenrohr 100 herum zu bilden. Insbesondere kann ein Scheitel der schraubenförmigen Wand 300 an einer Innenfläche des Außenrohrs 200 anliegen und ein Grund der schraubenförmigen Wand 300 kann an einer Außenfläche des Innenrohrs 100 anliegen, wodurch der schraubenförmige Strömungsweg 400 festgelegt wird, der sich umfangsmäßig um das Innenrohr 100 herumwindet.
  • Das Außenrohr 200 kann einen Abgaseinlass 500 umfassen, durch den Abgas von einem dedizierten Zylinder zu dem Außenrohr 200 der AGR-Mischvorrichtung 10 zugeführt wird. Insbesondere kann der Abgaseinlass 500 in dem Außenrohr 200 auf einer Seite gebildet sein, die sich in der Nähe des Auslasses 120 des Innenrohrs 100 befindet, um eine Gegenstromkonfiguration zwischen dem Abgasstrom innerhalb des Außenrohrs 200 und dem Luftstrom innerhalb des Innenrohrs 100 bereitzustellen. Das Abgas kann beispielsweise durch das Außenrohr 200 strömen, während es sich um das Innenrohr 100 in einer Richtung spiralförmig dreht, die entgegengesetzt zu einer Richtung des Luftstromes innerhalb des Innenrohrs 100 ist. Aufgrund der oben beschriebene Gegenstromkonfiguration können die AGR-Mischzeit und -Strecke erhöht werden und die Abgasdurchsätze in den Motorluftstrom können wirksamer gesteuert werden. Obwohl ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung die Gegenstromkonfiguration zwischen dem Abgasstrom innerhalb des Außenrohrs 200 und dem Luftstrom innerhalb des Innenrohrs 100 aufweist, ist die vorliegende Offenbarung darauf nicht beschränkt. In einigen Realisierungen kann der Abgaseinlass 500 auch auf einer Seite gebildet sein, die sich in der Nähe des Einlasses 110 des Innenrohrs 100 befindet, um eine Gleichstromkonfiguration zwischen dem Abgasstrom in dem Außenrohr 200 und dem Luftstrom in dem Innenrohr 100 bereitzustellen.
  • Des Weiteren kann eine Mehrzahl von Öffnungen 600 durch das Innenrohr 100 gebildet sein, um eine Gasverbindung zwischen dem Außenrohr 200 und dem Innenrohr 100 bereitzustellen. Im Betrieb kann das von dem dedizierten Zylinder ausgetragene Abgas an die AGR-Mischvorrichtung 10 durch den Abgaseinlass 500 zugeführt werden und kann anschließend in das Innenrohr 100 durch die Mehrzahl der Öffnungen 600 strömen. Demzufolge kann die Luft, die an die AGR-Mischvorrichtung 10 durch den Einlass 110 des Innenrohrs 100 zugeführt wird, mit dem Abgas innerhalb eines Hohlraumes des Innenrohrs 100 vermischt werden, und das Gemisch aus der Luft und dem Abgas kann von der AGR-Mischvorrichtung 10 durch den Auslass 120 des Innenrohrs 100 ausgetragen werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann die Mehrzahl der Öffnungen 600 Durchmesser aufweisen, die sich von einer Einlass- 110 Seite des Innenrohrs 100 in Richtung der Auslass- 120 Seite des Innenrohrs 100 fortlaufend/progressiv verringern. Da der Abgasstrom in dem Außenrohr 200 ein Gegenstrom in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist, kann das Abgas über die Mehrzahl der Öffnungen 600 strömen, deren Durchmesser zunehmen, da das Abgas stromabwärts gerichtet strömt. Demzufolge kann das Abgas durch den schraubenförmigen Strömungsweg 400 um das Innenrohr 100 herum strömen und kann allmählich in den Hohlraum des Innenrohrs 100 durch die Mehrzahl der Öffnungen 600, die die zunehmend ansteigenden Durchmesser aufweisen, strömen, wenn das Abgas stromabwärts gerichtet strömt (z.B. weg von dem Abgaseinlass 500).
  • Die Gegenstromkonfiguration und die sich zunehmend erhöhenden Öffnungsdurchmesser können ermöglichen, dass die Mischzeit und -Strecke zwischen dem Abgas und der Luft erhöht wird, und können somit einen besser gesteuerten Strom des Abgases in den Luftstrom bereitstellen. Insbesondere, wie in 6 dargestellt, kann der Öffnungsdurchmesser der kleinste sein, wo der Abgasdruck am höchsten ist, und der Öffnungsdurchmesser kann der größte sein, wo der Abgasdruck der niedrigsten ist. Die fortschreitende Zunahme der Öffnungsdurchmesser können ermöglichen, dass eine größere Menge des Abgases in den Luftstrom strömt, wo der Abgasdruck geringer ist. Die Durchmesser und Abmessungen der Öffnung des schraubenförmigen Strömungsweges 400 können auch speziell ausgelegt sein, um die Mischzeit und -Strecke auf der Grundlage der Konstruktionsanforderungen einzustellen. Durch die zunehmend ansteigenden Öffnungsdurchmesser kann die Menge des Abgases, die in den Luftstrom eintritt/einströmt mit der Zeit allmählich erhöht werden, wodurch das Abgas über den gesamten Motorzyklus gleichmäßiger verteilt wird. Demzufolge kann die Druckpulsation in dem Abgas aufgrund des Zyklus des dedizierten Zylinders gedämpft werden und die Unstetigkeit der AGR-Mischvorrichtung kann minimiert werden, ohne dass eine DrosselÖffnung erforderlich ist, um die Druckpulsation herauszufiltern. Als ein Ergebnis können Pumpverluste im Vergleich zum Stand der Technik, in dem eine Drosselöffnung angeordnet ist, reduziert werden.
  • Die Mehrzahl der Öffnungen 600 kann linear ausgerichtet sein, um eine Reihe entlang einer axialen Richtung des Innenrohrs 100 zu bilden. In einigen Realisierungen kann die Mehrzahl der Öffnungen 600 zumindest zwei Reihen bilden, von denen jede entlang der axialen Richtung des Innenrohrs 100 ausgerichtet ist. Beispielsweise kann die Mehrzahl der Öffnungen 600 zwei Reihen, die umfangsseitig beziehungsweise in Umfangsrichtung um einen gleichen Winkel (z.B. um ungefähr 180°) voneinander beabstandet sind, drei Reihen, die um ungefähr 120° voneinander beabstandet sind, oder vier Reihen, die um etwa 90° voneinander beabstandet sind, bilden. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt und die Reihen der Mehrzahl der Öffnungen 600 können verschiedene lineare Anordnungen aufweisen, während ein fortlaufend abnehmender Durchmesser von der Einlass- 110 Seite des Innenrohrs 100 in Richtung der Auslass- 120 Seite des Innenrohrs 100 beibehalten wird. Wenn eine Mehrzahl der Öffnungsreihen bereitgestellt ist, können die Öffnungen um eine gleiche axiale Position des Innenrohrs 100 ausgerichtet sein. In einigen Realisierungen können Öffnungen verschiedener Reihen axial voneinander versetzt sein.
  • Die AGR-Mischvorrichtung 10 kann hergestellt werden, indem eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte separat gebildet werden und anschließend die erste Hälfte und die zweite Hälfte zusammen verbunden werden. In einigen Realisierungen kann die AGR-Mischvorrichtung 10 auch hergestellt werden, indem zumindest eines des Innenrohrs 100, der schraubenförmigen Wand 300 oder des Außenrohrs 200 separat gebildet wird und jedes Teil zusammengefügt wird. Verfahren zum Bilden der Teile wie beispielsweise Gießen, Schmieden, Strangpressen, Spritzgießen, Rapid Prototyping, additive Bearbeitung und dergleichen können verwendet werden, um jedes Teil zu bilden, und Verbindungsverfahren wie beispielsweise Ultraschallschweißen, Lichtbogenschweißen, Gasschweißen, Punktschweißen, Kleben, Pressverbinden und dergleichen können verwendet werden, um die Teile miteinander zu verbinden. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt und die AGR-Mischvorrichtung 10 kann unter Verwendung verschiedener Form- und Verbindungsverfahren gebildet und verbunden werden.
  • Das Material der AGR-Mischvorrichtung 10 kann auf der Grundlage von Betriebsanforderungen wie beispielsweise Temperatur und Druck ausgewählt werden, und das Material kann glasgefüllten Kunststoff, technische Kunststoffe, Standardkunststoffe, faserverstärkte Kunststoffe (GFK), Metalle, Keramiken und dergleichen umfassen. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann die AGR-Mischvorrichtung 10 mit einem Kunststoffmaterial mit Glasfüllung hergestellt werden, indem eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte gebildet wird und anschließend durch Ultraschallschweißen verbunden wird. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt und die AGR-Mischvorrichtung 10 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein.
  • In einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung ist ein Abgasrückführungs- (AGR) System 1000 für einen Motor eines Fahrzeugs vorgesehen. 7 zeigt ein schematisches Diagramm eines AGR-Systems mit einer AGR-Mischvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Unter Bezugnahme auf 7 kann das AGR-System 1000 einen Lufteinlass 20, einen Ansaugkrümmer 30, einen dedizierten AGR-Zylinder 40 und eine AGR-Mischvorrichtung 10 umfassen. Die AGR-Mischvorrichtung 10 kann im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie oben dargelegt aufweisen. Beispielsweise kann die AGR-Mischvorrichtung 10 ein Innenrohr 100 mit einem Einlass 110 an einem ersten Ende davon und einem Auslass 120 an einem zweiten Ende davon; und ein Außenrohr 200, das koaxial um das Innenrohr 10 herum angeordnet ist, umfassen. Das Außenrohr 200 kann ferner einen Abgaseinlass 500 umfassen. Die AGR-Mischvorrichtung 10 kann ebenfalls eine schraubenförmige Wand 300 umfassen, die zwischen dem Innenrohr 100 und dem Außenrohr 200 angeordnet ist, um einen schraubenförmigen Strömungsweg 400 zu bilden. Ferner kann die AGR-Mischvorrichtung 10 eine Mehrzahl von Öffnungen 600 umfassen, die zwischen dem Außenrohr 200 und dem Innenrohr 100 gebildet sind, um zu ermöglichen, dass das Abgas von dem Außenrohr 200 in das Innenrohr 100 strömt. Insbesondere können der Einlass 110 der AGR-Mischvorrichtung 10 mit dem Lufteinlass 20 verbunden sein, der Auslass 120 der AGR-Mischvorrichtung 10 kann mit dem Ansaugkrümmer 30 verbunden sein und der Abgaseinlass 500 der AGR-Mischvorrichtung kann mit dem dedizierten AGR-Zylinder 40 des Motors verbunden sein.
  • Im Betrieb kann das von dem dedizierten AGR-Zylinder 40 ausgestoßenen Abgas an das Außenrohr 200 der AGR-Mischvorrichtung 10 durch den Abgaseinlass 500 zugeführt werden, kann durch den schraubenförmigen Strömungsweg 400 strömen, der sich in Umfangsrichtung um das Innenrohr 100 in einer Richtung herumwindet (z.B. Windungen), die entgegengesetzt zu einer Richtung eines Luftstromes innerhalb des Innenrohrs 100 verläuft, und kann anschließend in das Innenrohr 100 durch die Mehrzahl der Öffnungen 600 strömen. Das Abgas und die Ansaugluft können innerhalb des Innenrohrs 100 vermischt werden und an Ansaugkrümmer 30 zugeführt werden. Die gemischte Luft und das Abgas können dann an Zylinder des Motors durch den Ansaugkrümmer 30 verteilt werden. Ein Teil des Gemisches kann erneut an den dedizierten Zylinder 40 zugeführt werden und kann komprimiert/verdichtet, mit einem Kraftstoff verbrannt und anschließend von dem dedizierten AGR-Zylinder 40 ausgestoßen werden, um den Abgasrückführungszyklus wie oben beschrieben kontinuierlich zu wiederholen.
  • Das AGR-System 1000 kann ferner einen Kühler 50 umfassen, der an einem Gaskanal zwischen dem dedizierten AGR-Zylinder 40 und der AGR-Mischvorrichtung 10 angeordnet ist, um eine Temperatur des von dem dedizierten AGR-Zylinder 40 ausgestoßenen Abgases auf eine Temperatur zu verringern, die kleiner als eine vorgegebene Schwellentemperatur ist. Demzufolge kann die Temperatur des Abgases durch den Kühler 50 verringert werden, bevor es in die AGR-Mischvorrichtung 10 einströmt, um zu verhindern, dass die Temperatur des Abgases eine Betriebsgrenze der AGR-Mischvorrichtung 10 überschreitet. Der Kühler 50 kann als ein luftgekühlter Typ, ein wassergekühlter Typ oder dergleichen auf der Grundlage von Konstruktionsanforderungen des Motors und des Fahrzeugs ausgelegt sein, wie beispielsweise verfügbarer Raum, erforderliche Kühllast und dergleichen.
  • Des Weiteren kann das AGR-System 1000 ein AGR-Ventil 60 umfassen, um das Abgas von dem dedizierten AGR-Zylinder 40 derart zu leiten, um zu dem Kühler 50 und der AGR-Mischvorrichtung 10 und/oder zu einem Abgaskrümmer 70 zu strömen. In einigen Realisierungen kann das AGR-Ventil 60 ein 3-Wege-Ventil sein, das das Abgas von dem dedizierten AGR-Zylinder 40 empfängt und das empfangene Gas wahlweise an den Kühler 50 und die AGR-Mischvorrichtung 10 oder den Abgaskrümmer 70 überträgt. In einigen Realisierungen kann das AGR-Ventil 60 ein Dosierventil sein, um eine Menge des Abgases einzustellen, die zu der AGR-Mischvorrichtung 10 strömt und um das restliche Abgas zu dem Abgaskrümmer zu leiten. Wenn das AGR-Ventil 60 derart eingestellt ist, dass es zumindest einen Teil des Abgases von dem dedizierten AGR-Zylinder 40 an die AGR-Mischvorrichtung 10 strömt, kann das Abgas durch den Kühler 50 und zu der AGR-Mischvorrichtung 10 strömen, in der das Abgas mit der Ansaugluft vermischt wird. Obwohl ein Beispiel eines einzelnen Ventils, das zwischen dem dedizierten Zylinder 40 und dem Kühler 50 angeordnet ist, in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Das AGR-Ventil 60 kann eine Mehrzahl von Ventilen umfassen, die als ein System arbeiten, um den Abgasstrom zu leiten und zu verteilen. Die Position des AGR-Ventil 60 kann ebenfalls variieren.
  • Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung können die AGR-Mischvorrichtung und das AGR-System mit der AGR-Mischvorrichtung eine oder mehrere Wirkungen bereitstellen.
  • Da das Abgas in den schraubenförmigen Strömungsweg während eines Ausstoßtaktes des dedizierten AGR-Zylinders einströmt und das Abgas passiv in das Innenrohr einströmt und mit dem Ansaugluftstrom vermischt wird, kann der Ansaugluftstrom allmählich das Abgas aus dem schraubenförmigen Strömungsweg über einen vollen Motorzyklus herausziehen, wodurch die unsteten Pulsationseffekte gemäß dem Zyklus des dedizierten Zylinders minimiert werden. Die Öffnungen der AGR-Mischvorrichtung können ausgelegt sein, um die Mischzeit und -Strecke auf der Grundlage von Konstruktionsanforderung in anzupassen.
  • Die AGR-Mischvorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung umfasst eine reduzierte Anzahl von sich bewegenden Teilen und demzufolge kann die AGR-Mischvorrichtung eine lange Lebensdauer, geringe Herstellungskosten, ein kompaktes Gehäuse, ein geringes Gewicht und eine einfache Wartung aufweisen. Verglichen mit der Verwendung einer Drosselöffnung wie im Stand der Technik können die Pumpverluste in hohem Maße um über 60 % reduziert werden, während der Varianzkoeffizient des angegebenen mittleren effektiven Drucks (indicated mean effective pressure - IMEP) auf weniger als etwa 3% gehalten wird. Aufgrund der Verringerung der Pumpverluste kann das AGR-System die Kraftstoffeffizienz erhöhen und die Emission von Schadstoffen reduzieren. Ferner kann die AGR-Mischvorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung mit einer minimalen Modifikation an vorhandenen Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor nachgerüstet werden.
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung vorstehend durch spezifische Gegenstände wie konkrete Komponenten und dergleichen, die Ausführungsbeispiele und Zeichnungen beschrieben wird, sind sie lediglich zur Unterstützung des gesamten Verständnisses der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Demzufolge ist vorliegende Offenbarung nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Ein Fachmann auf dem die Offenbarung betreffenden Gebiet kann aus der Beschreibung verschiedene Modifikationen und Änderungen vornehmen. Demzufolge sollte die Lehre der vorliegenden Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sein, und die folgenden Ansprüche sowie alle technischen Lehren, die gleich oder äquivalent zu den Ansprüchen modifiziert werden, sollten derart ausgelegt/interpretiert werden, dass sie in den Umfang und die Lehre der Offenbarung fallen.

Claims (19)

  1. Abgasrückführungs- (AGR) Mischvorrichtung, aufweisend: ein inneres Rohr, aufweisend einen Einlass, einen Auslass und eine Mehrzahl von Öffnungen; ein äußeres Rohr, das koaxial um das innere Rohr angeordnet ist; und eine schraubenförmige Wand, die zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr angeordnet ist, um einen schraubenförmigen Strömungsweg zu bilden.
  2. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Scheitel der schraubenförmigen Wand an dem äußeren Rohr anliegt und ein Grund der schraubenförmigen Wand an dem inneren Rohr anliegt, um den schraubenförmigen Strömungsweg zu definieren, der sich um das innere Rohr windet.
  3. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das äußere Rohr einen Abgaseinlass umfasst.
  4. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Abgaseinlass an einer Seite des äußeren Rohres in der Nähe des Auslasses des inneren Rohrs gebildet ist, um einen Gegenstrom zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr bereitzustellen.
  5. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Mehrzahl von Öffnungen durch das innere Rohr gebildet sind, um eine Gasverbindung zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr bereitzustellen.
  6. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 5, wobei Abgas an die AGR-Mischvorrichtung durch den Abgaseinlass zugeführt wird und in das innere Rohr durch die Mehrzahl der Öffnungen strömt.
  7. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 6, wobei Luft an die AGR-Mischvorrichtung durch den Einlass des inneren Rohrs zugeführt wird und ein Gemisch der Luft und des Abgases von der AGR-Mischvorrichtung durch den Auslass des inneren Rohrs ausgetragen wird.
  8. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 5, wobei sich die Durchmesser der Mehrzahl der Öffnungen von einer Einlassseite des inneren Rohrs in Richtung einer Auslassseite des inneren Rohrs zunehmend verringern.
  9. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl der Öffnungen entlang einer axialen Richtung des inneren Rohrs linear ausgerichtet ist.
  10. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl der Öffnungen zumindest zwei Reihen bilden, von denen jede entlang der axialen Richtung des inneren Rohrs ausgerichtet ist.
  11. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die AGR-Mischvorrichtung durch zwei Komponenten gebildet ist, die miteinander verbunden sind.
  12. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die beiden Komponenten durch Ultraschallschweißen verbunden sind.
  13. AGR-Mischvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die AGR-Mischvorrichtung ein Kunststoffmaterial mit Glasfüllung umfasst.
  14. Abgasrückführungs- (AGR) System, aufweisend: einen Lufteinlass; einen Ansaugkrümmer; einen dedizierten AGR-Zylinder; und eine AGR-Mischvorrichtung, wobei die AGR-Mischvorrichtung aufweist: ein inneres Rohr, aufweisend einen Einlass, einen Auslass und eine Mehrzahl von Öffnungen; ein äußeres Rohr, das koaxial um das innere Rohr angeordnet ist, wobei das äußere Rohr einen Abgaseinlass umfasst; und eine schraubenförmige Wand, die zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr angeordnet ist, um einen schraubenförmigen Strömungsweg zu bilden, wobei der Einlass der AGR-Mischvorrichtung mit dem Lufteinlass verbunden ist, der Auslass der AGR-Mischvorrichtung mit dem Ansaugkrümmer verbunden ist und der Abgaseinlass der AGR-Mischvorrichtung mit dem dedizierten AGR-Zylinder des Motors verbunden ist.
  15. AGR-System nach Anspruch 14, wobei die Mehrzahl von Öffnungen durch das innere Rohr der AGR-Mischvorrichtung gebildet ist, um eine Gasverbindung zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr bereitzustellen.
  16. AGR-System nach Anspruch 14, ferner aufweisend: einen Kühler, der zwischen dem dedizierten AGR-Zylinder und der AGR-Mischvorrichtung angeordnet ist.
  17. AGR-System nach Anspruch 16, ferner aufweisend: ein AGR-Ventil, das eingerichtet ist, um Abgas von dem dedizierten AGR-Zylinder zu der AGR-Mischvorrichtung und/oder zu einem Abgaskrümmer zu leiten.
  18. AGR-System nach Anspruch 17, wobei das AGR-Ventil eingerichtet ist, um das Abgas wahlweise von dem dedizierten AGR Zylinder zu dem Kühler und der AGR-Mischvorrichtung oder zu dem Abgaskrümmer zu leiten.
  19. AGR-System nach Anspruch 17, wobei das AGR-Ventil eingerichtet ist, um eine Abgasmenge einzustellen, die von dem dedizierten AGR-Zylinder zu dem Kühler und der AGR-Mischvorrichtung strömt.
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