DE112007003068T5

DE112007003068T5 - Luft-Abgas-Mischvorrichtung

Info

Publication number: DE112007003068T5
Application number: DE200711003068
Authority: DE
Inventors: Ryo Greensburg Fuchinoue; Catherine W. Columbus Dippold
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-10-29
Also published as: US20080149198A1; WO2008082543A3; US7845340B2; WO2008082543A2

Abstract

Vorrichtung, mit:
– einem Luft-Abgas-Mischkanal,
– einer sich in den Kanal erstreckenden ersten Lippe,
– einer sich in den Kanal erstreckenden zweiten Lippe,
– einer Vertiefung zwischen der ersten Lippe und der zweiten Lippe, und
– einer Abgaseinlassöffnung in Strömungsverbindung mit der Vertiefung.

Description

Verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Wirkung der am 17. Dezember 2007 eingereichten U.S. Patentanmeldung mit unbekannter Nummer und der am 22. Dezember 2006 eingereichten U.S. Patentanmeldung Nummer 60/876,637, die jeweils hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Technisches Gebiet
Das technische Gebiet betrifft allgemein Luft-Abgas-Mischvorrichtungen.
Hintergrund
Um die durch Motoren und andere Verbrennungseinrichtungen erzeugte Umweltverschmutzung zu verringern, wird eine Abgasrückführung (AGR) eingesetzt. Mit AGR wird ein Teil des bei einer Verbrennungsreaktion erzeugten Abgases mit Ansaugluft gemischt, um die Menge der in die Atmosphäre ausgestoßenen Schadstoffe zu reduzieren. Eine unzureichende Vermischung der Luft und des Abgases kann zur Erzeugung erhöhter Schadstoffkonzentrationen im Abgas führen. Viele Versuche, eine ausreichende Vermischung von Luft und Abgas bereitzustellen, leiden an einer Reihe von Beeinträchtigungen, Nachteilen und Unzulänglichkeiten. Es bleibt ein langandauerndes Bedürfnis für Luft-Abgas-Mischvorrichtungen bestehen, die sich mit diesen Problemen befassen.
Zusammenfassung
Eine Ausführungsform ist eine Vorrichtung mit einem Luft-Abgas-Mischkanal, einer sich in den Kanal erstreckenden ersten Lippe, einer sich in den Kanal erstreckenden zweiten Lippe, einer Mulde bzw. Vertiefung zwischen der ersten Lippe und der zweiten Lippe, und einer Abgaseinlassöffnung in Fluidverbindung mit der Mulde. Weitere Ausführungsformen, Ausgestaltungen, Ziele, Merkmale, Vorteile, Aspekte, Ausführungsbeispiele und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines AGR-Systems.
2 ist eine geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform eines Luft-Abgas-Mischers.
3 ist eine räumliche, geschnittene Darstellung des Luft-Abgas-Mischers aus 2.
Detaillierte Beschreibung
Um ein Verständnis der Grundlagen der Erfindung zu verbessern, wird nun Bezug genommen auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel und es werden zum Beschreiben desselben spezielle Begriffe verwendet. Es versteht sich nichtsdestotrotz, dass damit keine Einschränkung des Schutzbereichs der Erfindung beabsichtigt ist, sondern dass solche Änderungen und weitere Abwandlungen der dargestellten Vorrichtung und solche weiteren Anwendungen der Grundlagen der hier dargestellten Erfindung in Erwägung gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem die Erfindung betreffenden Gebiet normalerweise einfallen würden.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein AGR-System 20 schematisch dargestellt. Das System 20 enthält einen Lufteinlass 21, einen Luft-Abgas-Mischer 22, einen Motoransaugkrümmer 23, einen Motor 24, eine Abgasleitung 25, eine AGR-Durchflussankopplung 26 und ein AGR-Ventil 27. Der Lufteinlass 21 und die AGR-Leitung 26 stehen mit dem Luft-Abgas-Mischer 22 in Strömungsverbindung. Der Luft-Abgas-Mischer 22 steht durch den Motoransaugkrümmer 23 in Strömungsverbindung mit dem Motor 24. Der Motor 24 steht über die Abgasleitung 25 in Strömungsverbindung mit dem AGR-Ventil 27 und das AGR-Ventil 27 steht über die AGR-Durchflussankopplung 26 in Strömungsverbindung mit dem Luft-Abgas-Mischer 22. In einer Ausführungsform beinhaltet die AGR-Durchflussankopplung 26 den Anschluss eines AGR-Ventilausgangs an eine Luft-Abgas-Mischvorrichtung. Bei anderen Ausführungsformen kann die AGR-Durchflussankopplung 26 einen oder mehrere zwischengeschaltete Strömungskanäle, Leitungen oder andere Strukturen aufweisen.
Bei dem System 20 wird Luft durch den Lufteinlass 21 zugeführt. Die zugeführte Luft kann gefiltert, ungefiltert und/oder auf andere Art und Weise konditioniert sein. In einer Ausführungsform wird Umgebungsluft unter Druck gesetzt und durch einen Luftkühler (nicht dargestellt) geleitet, bevor sie zum Lufteinlass 21 geschickt wird. Eine Unterdrucksetzung kann beispielsweise mittels eines Turboladers oder Kompressors erreicht werden. Das AGR-Ventil 27 rezirkuliert wählbar einen Teil des Abgases aus dem Motor 24 zum Luft-Abgas-Mischer 22. Abgas, welches nicht durch das AGR-Ventil 27 rezirkuliert wird, strömt weiter durch die Abgasleitung 25. Darüber hinaus kann das Abgas im System 20 dazu verwendet werden, einen Turbolader anzutreiben, und kann auch durch Abgasnachbehandlungssysteme behandelt werden, um die Emission von Schadstoffen zu verringern. Die Luft-Abgas-Mischeranordnung 22 vermischt vom AGR-Ventil 27 erhaltenes Abgas mit Luft aus dem Lufteinlass 21. Die Mischung wird dann durch den Motoransaugkrümmer 23 dem Motor 24 zugeführt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Motor 24 ein Dieselmotor mit Turboaufladung. Es sollte verstanden werden, dass eine Vielzahl anderer Motorarten und Verbrennungseinrichtungen in weiteren Ausführungsformen angedacht sind, einschließlich Dieselmotoren ohne Turboaufladung sowie Motoren, die andere Brennstoffe als Diesel verbrennen.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ist eine Ausführungsform eines Luft-Abgas-Mischers 200 wiedergegeben. Der Mischer 200 umfasst einen Durchflusskanal 210, der an einem Einlass 212 einen Luftstrom erhält, wie durch einen Pfeil I angegeben. Wenn sich die Luftströmung durch den Durchflusskanal 210 fortbewegt, trifft sie auf Lippen 220 und 230, die sich in den Durchflusskanal 210 erstrecken, um eine Einschnürung zu erzeugen, die die Geschwindigkeit erhöht und den Druck der Luftströmung senkt. Ein Tal bzw. eine Mulde oder Vertiefung 240 ist zwischen den Lippen 220 und 230 angeordnet und ist im Wesentlichen zum Bereich des Durchflusskanals 210 zwischen den Lippen 220 und 230 offen.
Wie in 2 dargestellt, hat die Mulde 240 eine allgemein ringförmige Gestalt mit einer im Wesentlichen konstanten Breite und Tiefe, und die Tiefe der Bodenfläche 242 der Mulde 240 ist größer als die der Fläche 226 des Durchflusskanals 210. Andere Ausführungsformen weisen Durchflusskanäle auf, die sich von einer Maximalbreite nahe einer Öffnung 252 zu einer Minimalbreite verjüngen, die sich von einer Maximaltiefe nahe der Öffnung 252 zu einer Minimaltiefe verjüngen, oder beides. Weitere Ausführungsformen können Durchflusskanäle mit größeren oder geringeren Tiefen als die dargestellte Ausführungsform aufweisen. Zusätzliche Ausführungsformen können Strömungskanäle umfassen, die sich nur über einen Teil des Innenbereichs des Durchflusskanals 210 erstrecken. Die Lippen 220 und 230 können sich ebenfalls nur über einen Teil des Innenbereichs des Durchflusskanals 210 erstrecken oder können unterschiedliche Höhen oder Breiten aufweisen, obwohl sie in der dargestell ten Ausführungsform im Wesentlichen konstante Abmessungen haben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lippen 220 und 230 und die Mulde 240 integrale Bestandteile eines Gussteils. Bei einer am meisten bevorzugten Ausführungsform ist im Wesentlichen der gesamte Körper des Mischers 200 ein einteiliges Gussteil. Andere Ausführungsformen können einzelne Bauteile aufweisen, die miteinander verbunden sind, um die Lippen und eine dazwischen befindliche Vertiefung bereitzustellen.
Der Mischer 200 umfasst einen Abgaseinlasskanal 250, der einen Abgasstrom aus einer Abgasquelle wie beispielsweise einem AGR-Ventil erhält, wie durch Pfeile E angegeben. Das erhaltene Abgas strömt durch den Abgaseinlasskanal 250 zur Abgaseinlassöffnung 252 und dann zur Mulde 240. Abgas strömt durch die Mulde 240, wie durch einen Pfeil F dargestellt. Wie durch Pfeile C1, C2, C3, C4 und C5 angegeben, verlässt der Abgasstrom die Mulde 240 und vermischt sich mit der Luftströmung im Durchflusskanal 210. Wie durch die Auslassungspunkte angegeben, stellen die Pfeile C1, C2, C3, C4 und C5 keine ausschließlichen Wege dar, sondern das Mischen des Abgasstroms aus dem Kanal 240 kann im Wesentlichen kontinuierlich längs des Kanals 240 stattfinden. Wenn der Vertiefung 240 eine geringere Abgasmenge zugeführt wird, kann der Abgasfluss in der Vertiefung 240 beendet sein, bevor das Abgas den hintersten Teil der Vertiefung 240 erreicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Mischers 200 enthält einen Kondensationsschlitz 290. Feuchtigkeit und/oder Partikel, die sich in der Vertiefung 240 sammeln, können durch den Schlitz 290 abfließen, um eine Ansammlung in der Vertiefung 240 sowie potentielle, damit einhergehende Auswirkungen wie etwa Korrosion zu verhindern. Wie durch den Pfeil P angegeben, wird in dem Schlitz 290 gesammeltes Material ebenfalls durch den Kanal 210 in den Luftstrom I gemischt. Bei anderen Ausführungsformen ist der Kondensationsschlitz 290 nicht vorhanden und die Lippe 220 erstreckt sich auch durch den Bereich, in dem er ausgebildet ist.
Die Luft-Abgas-Mischung strömt weiter durch den Kanal 210. In einer bevorzugten Ausführungsform fließt die Mischung an einem Zentralbauteil 226 vorbei, das im Durchflusskanal 210 angeordnet ist. Bei anderen Ausführungsformen ist das Zentralbauteil 226 nicht vorhanden. Die Abgas-Luft-Mischung strömt dann zum Auslass 214, wo sie vom Mischer 200 ausgegeben wird, wie durch einen Pfeil O angegeben. Wie oben erwähnt, kann der Auslass 214 in Strömungsverbindung mit einem Lufteinlass eines Verbrennungsmotors oder mit einem Luftansaugkrümmer stehen.
Zwar ist die Erfindung in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung dargestellt und genau beschrieben worden, jedoch ist selbige als erläuternd und nicht als beschränkend anzusehen, wobei es sich versteht, dass nur die ausgewählten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind und dass alle Änderungen und Abwandlungen, die im Rahmen der Erfindung liegen, geschützt sein sollen. Es sollte verstanden werden, dass zwar der Gebrauch von Wörtern wie ”vorzugsweise”, ”bevorzugt” oder ”noch bevorzugter” in der obigen Beschreibung angibt, dass das so beschriebene Merkmal wünschenswerter sein kann, es dennoch aber nicht notwendig sein kann und Ausführungsformen ohne selbiges als innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung liegend angesehen werden können, wobei dieser Schutzbereich durch die folgenden Ansprüche festgelegt wird. Beim Lesen der Ansprüche soll die Verwendung von Wörtern wie ”ein”, ”eine”, ”zumindest ein” oder ”zumindest ein Teil” keine Absicht bedeuten, den Anspruch auf nur ein einziges Teil einzuschränken, außer speziell in dem Anspruch abweichend angegeben. Wenn die Begriffe ”zumindest ein Teil” und/oder ”ein Teil” verwendet werden, kann der Gegenstand einen Teil und/oder den gesamten Gegenstand umfassen, außer speziell abweichend angegeben.
Zusammenfassung
Luft-Abgas-Mischvorrichtung
Eine Ausführungsform ist eine Vorrichtung mit einem Luft-Abgas-Mischkanal, einer sich in den Kanal erstreckenden ersten Lippe, einer sich in den Kanal erstreckenden zweiten Lippe, einer Vertiefung zwischen der ersten Lippe und der zweiten Lippe, und einer Abgaseinlassöffnung in Strömungsverbindung mit dem Durchflusskanal.

Claims

Vorrichtung, mit: – einem Luft-Abgas-Mischkanal, – einer sich in den Kanal erstreckenden ersten Lippe, – einer sich in den Kanal erstreckenden zweiten Lippe, – einer Vertiefung zwischen der ersten Lippe und der zweiten Lippe, und – einer Abgaseinlassöffnung in Strömungsverbindung mit der Vertiefung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem AGR-Ventil in Strömungsverbindung mit der Abgaseinlassöffnung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vertiefung eine im Wesentlichen gleichmäßige Breite hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vertiefung im Wesentlichen gleichmäßige Abmessungen hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Lippe und die zweite Lippe im Wesentlichen gleichmäßige Abmessungen haben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem in dem Kanal festgelegten Kondensationsschlitz.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Lippe, die zweite Lippe und die Vertiefung integraler Bestandteil eines Gussteils sind.
Vorrichtung, mit: – einem Durchflusskanal, – einer Einrichtung zum Erniedrigen des Drucks einer Fluidströmung in dem Kanal, und – einer Einrichtung zum Mischen von Abgas mit der Fluidströmung.
Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner mit einem in dem Kanal festgelegten Kondensationsschlitz.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Einrichtung zum Erniedrigen des Drucks einer Fluidströmung in dem Kanal eine umlaufende Einschnürung der Querschnittsfläche des Kanals umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Einrichtung zum Erniedrigen des Drucks einer Fluidströmung in dem Kanal eine einstückig gegossene Strömungskanalverengung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Einrichtung zum Mischen von Abgas eine Vertiefung umfasst, die in einer inneren Umfangsfläche des Kanals gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Strömungskanal an einen Verbrennungsmotor angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Strömungskanal einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Einlass mit einer Druckluftquelle strömungsverbunden ist und der Auslass mit einem Motoreinlasskrümmer strömungsverbunden ist.
Vorrichtung mit, – einem Luft-Abgas-Mischergussteil, das einen Kanal mit einem Einlass und einem Auslass bildet, – einer Innenfläche des Gussteils, die sich in einem ersten Bereich radial einwärts erstreckt, um eine erste Verengung zu bilden, sich in einem zweiten Bereich radial auswärts erstreckt, um eine Vertiefung zu bilden, und sich in einem dritten Bereich radial einwärts erstreckt, um eine zweite Verengung zu bilden, wobei die Vertiefung in Strömungsverbindung mit einer Abgasquelle steht.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Abgasquelle ein AGR-Ventil ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Innenfläche einen Kondensationsschlitz in Strömungsverbindung mit der Vertiefung bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Einlass in Strömungsverbindung mit einem Turboladerausgang steht.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Vertiefung zu einem Bereich des Kanals zwischen der ersten Verengung und der zweiten Verengung hin offen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Auslass in Strömungsverbindung mit einem Lufteinlass eines Verbrennungsmotors steht.