DE19521573C2 - Abgasrückführung an einer aufgeladenen Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführung an einer aufgeladenen Brenn­ kraftmaschine, bei der das Abgas aus einem Abgasrohr einer Turbine eines Abgastur­ boladers zugeführt wird und ein mit der Turbine verbundener Verdichter die Ladeluft einem Ladeluftrohr zuführt.

Aus DE 42 35 794 C1 ist es bekannt, zur Verbesserung der Abgasqualität, insbe­ sondere zur Reduzierung der Stickoxide von aufgeladenen, luftverdichtenden Brenn­ kraftmaschinen einen Teil des Abgases wieder der Ladeluft zuführen. Probleme der Abgasrückführung entstehen dadurch, daß der Ladeluftdruck höher sein kann als der mittlere Abgasdruck im Abgasrohr vor der Turbine Um in den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, in der der Druck der Ladeluft den Abgasdruck übersteigt eine Abgasrückführung zu ermöglichen wird zwischen dem Verdichter und einer Lade­ luftleitung eine Steuereinheit angeordnet, die aus einer Drosselklappe und einem dazu parallel geschalteten Ejektor besteht. Übersteigt der Ladeluftdruck den mittleren Abgasdruck so wird die Drosselklappe zum Teil geschlossen, so daß Ladeluft über den Ejektor geführt wird, in dem sich eine Drucksenkung vollzieht. Da nun der mittlere Abgasdruck den Druck im Ejektor übersteigt kann ein Teil des Abgases in die Ladeluftleitung rückgeführt werden. Ein Nachteil dieser Einrichtung ist darin zu sehen, daß durch die Drosselklappe der Massenstrom zur Ladeluftleitung verringert und der Druck in der Ladeluftleitung spürbar reduziert wird und somit eine Reduzierung der Wellenleistung der Brennkraftmaschine hingenommen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Rückführung des Abgases aus dem Abgasrohr vor Turbine in das Ladeluftrohr mit geringem baulichen Aufwand und ohne Einbuße an Wellenleistung der Brennkraftmaschine zu bewerkstel­ ligen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Beim Öffnen der Auslaßventile treten im Abgasrohr vor der Turbine Druckspitzen im Abgas auf, welche den mittleren Ladeluftdruck spürbar überschreiten und die erfin­ dungsgemäß kurzzeitig ein Rückschlagventil öffnen und Abgas in ein Ladeluftrohr zurückführen. Mit minimalem baulichen Aufwand läßt sich somit Abgas zuverlässig auch bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ins Ladeluftrohr zurückführen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung kann dem Anspruch 2 entnommen werden. Durch ein Flatterventil läßt sich das Rückschlagventil besonders einfach darstellen. Die Ein­ bindung des Ventilgehäuses in den Motorkühlkreislauf entlastet das Flatterventil ther­ misch und führt zu hoher Dauerhaltbarkeit.

Um eine unerwünschte Rückführung von Abgas zu unterbinden ist nach Anspruch 3 vorgesehen, zwischen Rückschlagventil und Ladeluftleitung in der Abgasleitung ein Regelventil anzuordnen. Das Regelventil vermeidet in gewissen Betriebszuständen unbeabsichtigte Rückführung von Abgas.

Ein Ausführungsbeispiel der Abgasrückführung ist in Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Rückschlagventil zur Abgasrückführung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Rückschlagventil,

Fig. 3 eine Darstellung des Druckverlaufes von Ladeluft und Abgas als Funktion des Kurbelwinkels.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Rückführung von Abgas an einer aufgeladenen, luftverdichtenden Brennkraftmaschine. Das Abgas der einzelnen Zylinder wird einem gemeinsamen Abgasrohr 1 zugeführt, von wo es in eine Turbine 2 eines Abgasturbola­ ders 3 gelangt. Die Turbine 2 sitzt auf gleicher Welle mit einem Verdichter 4 welcher die verdichtete Ladeluft über eine Ladeluftleitung 5 und einem Ladeluftkühler 6 dem Ladeluftrohr 7 zuführt.

Um nun Teile von Abgas aus dem Abgasrohr 1 in das Ladeluftrohr 7 zurückführen zu können wird erfindungsgemäß an das Abgasrohr 1 ein Rückschlagventil 8 angeschlos­ sen, dessen Ventilgehäuse 9 über eine Abgasleitung 10 mit dem Ladeluftrohr 7 ver­ bunden ist.

Das Rückschlagventil 8 kann vorteilhafterweise in Form eines Flatterventils 11 aus­ gebildet sein. Das Flatterventil 11 wird erfindungsgemäß durch Abgasdruckspitzen, wie sie beim Öffnen der Auslaßventile entstehen gegen den mittleren Druck der Lade­ luft in der Ladeluftleitung 7 geöffnet und Teile des Abgases können somit zurückge­ führt werden.

Nach dem Abklingen der Abgasdruckspitze wird das Flatterventil 11 durch den Lade­ luftdruck geschlossen, da der Ladeluftdruck größer ist als der mittlere Abgasdruck.

Um bei gewissen Betriebszuständen, beispielsweise untere Teillast oder Vollast, eine unerwünschte Rückführung von Abgas zu verhindern kann in die Abgasleitung 10 ein Regelventil 13 eingebaut werden, welches nur bei erwünschter Abgasrückführung ge­ öffnet ist.

Um die Dauerhaltbarkeit des Rückschlagventils 8 sicher zu stellen ist es vorteilhaft, das Ventilgehäuse 9 in den Kühlwasserkreislauf einzubinden, so daß das Ventilge­ häuse 9 von Kühlwasser umspült wird.

Zur Regelung des Ventilhubes des Flatterventils 11 kann ein Anschlag 14 vorgesehen werden. Über die Veränderung des Anschlages 14 ist es möglich, Einfluß auf die Abgasrückführungsrate aller Betriebszustände zu nehmen.

Einen Querschnitt durch eine abgewandelte Bauform des Rückschlagventils 8 zeigt Fig. 2. Das vom Abgasrohr 1 (Fig. 1) kommende Abgas gelangt über einen ersten Stutzen 9a ins Rückschlagventil 8. Das Flatterventil 11 öffnet unter einer Abgasdruck­ spitze. Das Innere des Ventilgehäuses 9 ist mit Kühlrippen 9b versehen, um Wärme vom Abgas auf das, das Ventilgehäuse 9 durchflutende Kühlwasser zu übertragen. Das Ventilgehäuse 9 erfüllt dadurch auch die Funktion eines Kühlers für das zurückgeführte Abgas. Über einen zweiten Stutzen 9c gelangt das Abgas zur Abgasleitung 10 ins Ladeluftrohr 7 (Fig. 1). Die Stutzen 9a, 9c sind auf der gleichen Seite angeordnet um eine einfachere Anbindung an Abgasrohr 1 und Abgasleitung 10 zu ermöglichen.

In Fig. 3 ist der Verlauf des Abgasdruckes vor der Turbine 2 (Fig. 1) über dem Kur­ belwinkel aufgetragen. Die Kurve A zeigt eine deutliche Abgasdruckspitze 15. Die Druckspitze 15 tritt jeweils bei Öffnung eines Auslaßventils auf, wenn sich der Kolben im Bereich von UT befindet.

Dieser Druck der Abgasdruckspitze 15 liegt deutlich über dem Ladeluftdruck der Kur­ ve B, so daß bei Überdruck der Kurve A Abgas gegen den Druck der Ladeluft entspre­ chend Kurve B zurückgeführt wird. Die Regelung der Abgasrückführung wird vom Rückschlagventil 8 (Fig. 1) übernommen.

Claims (3)

1. Abgasrückführung an einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei der das Abgas aus einem Abgasrohr einer Turbine eines Abgasturboladers zugeführt wird und ein mit der Turbine verbundener Verdichter die Ladeluft einem Ladeluftrohr zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß vom Abgasrohr (1) ein Rückschlagventil (8) abzweigt, daß dieses Rückschlagventil (8) durch den Abgasdruck gegen eine rückstellende Kraft geöffnet wird, und daß das Rückschlagventil (8) über eine Abgasleitung (10) mit dem Ladeluftrohr (7) verbunden ist.

2. Abgasrückführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (8) als ein Flatterventil (11) ausgebildet ist, welches in einem vom Motorkühlwasser umströmten Ventilgehäuse (9) angeordnet ist, und das Flatterventil unter Abgasdruck öffnet und daß das Ventilge­ häuse (9) auf der Innenseite mit Kühlrippen (9b) versehen ist.

3. Abgasrückführung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rückschlagventil (8) und Ladeluftrohr (7) in der Abgasleitung (10) ein Regelventil (13) vorgesehen ist.