DE19631337B4 - Vorrichtung zur Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zumindest zwei separaten Einlassleitungen je Brennraum, wobei in der ersten Einlassleitung (14a) das Abgas und in der zweiten Einlassleitung (14b) in allen Betriebsbereichen zumindest teilweise der Vrebrennungsluftbedarf und ggf. der Brennstoff zugeführt wird, und mit den Einlassleitungen (14a, 14b) zugeordneten Drosselmitteln, über die zumindest die zweite Einlassleitung (14b) bzw. deren Durchströmquerschnitt steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselmittel durch einen rohrförmigen Walzendrehschieber (10) mit die Mündungen der zumindest zwei separaten Einlassleitungen (14a, 14b) überstreichenden ersten Öffnungen (26, 32) gebildet sind, und dass das Abgas in den Walzendrehschieber (10) rückgeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Eine derartige Vorrichtung zur Abgasrückführung zeigt die EP 0 542 264 B1 , bei der zwei separate, zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine führende Einlassleitungen vorgesehen sind, wobei in die erste Einlassleitung jeweils Abgas rückgeführt wird. In der ersten und in der zweiten Einlassleitung sind ein Einspritzventil zur Zuführung von Brennstoff vorgesehen, ferner sind beide Einlassleitungen mit einer Drosselklappe zur Steuerung der Verbrennungsluftzuführung versehen. Die Steuerung dieser Brennkraftmaschine erfolgt in herkömmlicher Weise derart, dass zunächst durch Öffnen der Drosselklappe in der ersten Einlassleitung in Verbindung mit Abgasrückführung die Brennräume der Brennkraftmaschine mit Brennstoff-Luft-Gemisch versorgt werden, während in höheren Lastbereichen zur Erzielung höherer Gasdurchsätze die zweite Einlassleitung hinzugeschaltet wird. Der Rückführungsmenge von Abgas sind bei dieser Vorrichtung durch die erforderliche Zündfähigkeit des Brennstoff-Luftgemisches Grenzen gesetzt.
  • Eine weitere Vorrichtung zur Abgasrückführung zeigt die EP 0 594 462 A1 , bei ist eine Vorrichtung zur Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine beschrieben ist, die zwei separate Einlassleitungen je Brennraum aufweist. Beiden Einlassleitungen ist jeweils eine Drosselklappe zugeordnet, über welche beide Einlassleitungen bzw. deren Durchströmquerschnitt steuerbar sind. Während der ersten Einlassleitung das Abgas zugeführt wird, wird der zweiten Einlassleitung in allen Betriebsbereichen zumindest teilweise die Verbrennungsluft und ggf. der Brennstoff zugeführt. Dabei erfordert jede Drosselklappe einen separaten Antrieb sowie eine separate Ansteuerung durch ein Motorsteuergerät. Neben der hohen Kostenintensivität ist der sehr begrenzte Bauraum dicht beieinander angeordneter Einlasskanäle für diese Ausführung nachteilhaft.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine baulich einfache, kostengünstige und steuerungstechnisch vorteilhaft Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, mit der in höherem Maße und in homogener Durchmischung mit Verbrennungsluft Abgas rückführbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in die erste Einlassleitung das Abgas rückgeführt wird, während in der zweiten Einlassleitung in allen Betriebsbereichen zumindest teilweise der Verbrennungsluftbedarf und ggf. (sofern keine Direkteinspritzung) der Brennstoff zugeführt wird. Mit dieser Maßnahme kann bei entsprechender Gestaltung der Einlassleitungen bzw. Einlasskanäle und bei günstiger Anordnung der Zündkerze eine Ladungsschichtung erzielt werden, bei der in einem Zündkerzen nahen Bereich zündwilliges Brennstoff-Luftgemisch aus der zweiten Einlassleitung und in einem von der Zündkerze entfernteren Bereich rückgeführtes Abgas, ggf. vermischt mit weiterer Verbrennungsluft, zugeführt wird. Es hat sich gezeigt, dass mit dieser Maßnahme wesentlich höhere Mengen an Abgas rückführbar sind, verbunden mit einem niedrigen Verbrauch der Brennkraftmaschine bei günstigen Abgasemissionen.
  • Die Drosselmittel können besonders vorteilhaft durch einen im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine in einem Ansaugverteiler drehbar gelagerten, rohrförmigen Walzendrehschieber gebildet sein, in dessen Hohlraum das Abgas rückgeführt wird, wobei der Hohlraum in besonders günstiger Weise eine gezielte Durchmi schung des Abgases mit Verbrennungsluft ermöglicht (ähnlich einem Vorvolumen).
  • Ferner kann über den Walzendrehschieber durch entsprechende Gestaltung der Ausströmöffnungen in Verbindung mit einem in den Walzendrehschieber eingeformten Umfangskanal eine Trennung der Verbrennungsluft einerseits für die zweite Einlassleitung und eine gezielte Zuführung rückgeführten Abgases in Verbindung mit weiterer Verbrennungsluft in die erste Einlassleitung gesteuert werden. Damit ist in einfacher und steuerungstechnisch günstiger Weise sichergestellt, dass über die zweite Einlassleitung, in die ggf. auch Brennstoff eingeführt wird, in definierten Betriebsbereichen (insbesondere im Leerlauf) nur zündfähiges Brennstoff-Luftgemisch eingeleitet werden kann.
  • Ggf. kann durch eine weitere Öffnung im Walzendrehschieber in einem definierten Betriebsbereich, in dem besonders viel Abgas rückgeführt werden soll, auch der zweiten Einlassleitung gezielt Abgas zugemischt werden.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in
  • 1 einen Schnitt entlang einer Einlassleitung eines Ansaugverteilers einer mehrzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem drehbar gelagerten Walzendrehschieber, und
  • 2 einen teilweise aufgebrochenen Abschnitt des Ansaugverteilers nach 1 in raumbildlicher Darstellung.
  • Gemäß den 1 und 2 setzt sich die Vorrichtung zur Abgasrückführung und zum Steuern der Ansaugquerschnitte im wesentlichen zusammen aus einem rohrförmigen Walzendrehschieber 10, der drehbar in einem Gehäuse bzw. in einem Ansaugverteiler 12 gelagert ist, wobei an dem Ansaugverteiler 12 Verbrennungsluft-Einlassleitungen (allgemein mit 14 bezeichnet) in einer einheitlichen Längsebene angeschlossen sind. Über einen sämtliche Einlassleitungen 14 aufnehmenden Anschlussflansch 18 ist der soweit beschriebene Ansaugverteiler 12 an den nicht dargestellten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug angebaut, wobei die Einlassleitungen 14 mit den im Zylinderkopf ausgebildeten Einlasskanälen kommunizieren.
  • Entlang dem Walzendrehschieber 10 ist eine Verteilerkammer 16 vorgesehen, die einen generellen Lufteinlass 20 mit einer Drosselklappe 22 zur Leistungssteuerung der Brennkraftmaschine aufweist und die einen Umfangsabschnitt des Walzendrehschiebers 10 unter Belassung eines freien Strömungsquerschnittes umschließt. Der Walzendrehschieber 10 ist in stirnseitigen Deckeln des Ansaugverteilers 12 über geeignete Lager drehbar gelagert (nicht dargestellt)
  • Wie insbesondere die 2 zeigt, sind je Brennraum bzw. Zylinder 24 der Hubkolben-Brennkraftmaschine zwei separate Einlassleitungen 14a, 14b vorgesehen, die zylinderkopfseitig der Brennkraftmaschine von zwei Einlassventilen 25, 27 beherrscht sind. In der zweiten Einlassleitung 14b ist ferner eine Einspritzdüse 34 vorgesehen, über die der zugeführten Verbrennungsluft Brennstoff zumessbar ist. Der Brennstoff könnte aber auch direkt in die Zylinder 24 eingespritzt werden.
  • In den Walzendrehschieber 10 ist im Bereich der Lufteinlassleitung 14a eine erste Öffnung 26 in Form eines Umfangsschlitzes eingearbeitet, über die die Einlassleitung 14a mit dem Innenraum 28 des rohrförmigen Walzendrehschiebers 10 ständig verbunden ist. Eine weitere, schlitzförmige Öffnung 30 im Walzendrehschieber 10 verbindet dessen Innenraum 28 mit der Verteilerkammer 16 des Ansaugverteilers 12.
  • Im Bereich der Einlassleitung 14b ist ferner über den Außenumfang des Walzendrehschiebers 10 ein nutförmiger Umfangskanal 32 eingearbeitet, über den der Strömungsquerschnitt der zweiten Einlassleitung 14b (vgl. auch 1) steuerbar ist. Schließlich kann in dem Walzendrehschieber 10 im Bereich der zweiten Einlassleitung 14b eine weitere Öffnung 36 vorgesehen sein, die in einer definierten Drehwinkelstellung des Walzendrehschiebers 10 die Einlassleitung 14b mit dem Innenraum 28 des Walzendrehschiebers 10 verbindet (die ggf. vorgesehene Öffnung 36 ist in der 1 nicht dargestellt).
  • Innerhalb des Walzendrehschiebers 10 ist eine Abgasrückführleitung 40 angeordnet, die jeweils im Bereich der Öffnung 26 eine Ausströmöffnung für rückgeführtes Abgas aufweist und die durch einen stirnseitigen Deckel (nicht dargestellt) des Ansaugverteilers 12 hindurchgeführt über eine Leitung 38 mit einem Abgasrückführventil 42 verbunden ist. Über das Abgasrückführventil 42 und die Leitung 38 bzw. das Abgasrückführungsrohr 40 wird jeweils entsprechend den Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine eine definierte Menge Abgas in den Innenraum 28 des Walzendrehschiebers 10 rückgeführt, das dann über die Öffnung 26 und die erste Einlassleitung 14a über das Einlassventil 25 dem Brennraum innerhalb des Zylinders 24 der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
  • Beispielsweise im Leerlauf der Brennkraftmaschine und im Teillastbereich werden über die Einlassleitung 14a eine gesteuerte Menge Abgas rückgeführt, wobei dieses Abgas über die Öffnung 26 im Walzendrehschieber 10 und über die Einlassleitung 14a in den Brennraum gelangt. Der rückgeführten Abgasmenge wird Verbrennungsluft zugemischt, die über die Öffnung 30 in den Innenraum 28 des Walzendrehschiebers 10 strömt, sich in diesem mit dem Abgas vermengt und dann über die Öffnung 26 abströmt. Das über die Einlassleitung 14a eingebrachte Abgas-Verbrennungsluft-Gemisch kann durch entsprechende Gestaltung der Einlassleitung 14a (z. B. spiralförmig) mit einer definierten Verwirbelung bzw. Ladungsschichtung in den Brennraum eingebracht werden.
  • Gleichzeitig wird über den Umfangskanal 32 (vgl. 1) nur Verbrennungsluft aus der Verteilerkammer 16 über einen im Mündungsbereich zwischen Walzendrehschieber 10 und Einlassleitung 14b gebildeten Überströmschlitz 44 eingeleitet, die über das Einspritzventil 34 mit Brennstoff vermischt über das Einlassventil 27 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Eine in Nähe des Einlassventils 27 angeordnete Zündkerze 46 zündet dieses zündfähige Brennstoff-Luftgemisch vorrangig, wobei sich die dann ausbildende Flammenfront mit dem geschichteten Gemisch aus Abgas und Verbrennungsluft reagiert und ein Durchbrennen der Ladung sicherstellt.
  • Mit zunehmender Leistungsanforderung der Brennkraftmaschine, wobei der Walzendrehschieber 10 synchron mit der Drosselklappe 22 oder entkoppelt von dieser im Uhrzeigersinn verdreht wird, wird der Überströmschlitz 44 vergrößert, bis schließlich der volle Öffnungsquerschnitt erreicht ist, bei dem die Brennkraftmaschine über die beiden Einlassleitungen 14a und 14b mit Verbrennungsluft, Brennstoff und so weit über das Abgasrückführventil 42 definiert vorgegeben mit Abgas versorgt wird.
  • Über die ggf. weitere Öffnung 36 im Bereich der zweiten Einlassleitung 14b des Walzendrehschiebers 10 kann ggf. in definierten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine (z. B. nahe Volllast) auch in die zweite Einlassleitung 14b Abgas rückgeführt werden, indem die Öffnung 36 bei entsprechender Anordnung in den Mündungsbereich der Einlassleitung 14b gerät.
  • Die Öffnungen 26, 30, 36 sowie die Steuerkanten des Umfangskanals 32 können entsprechend verrundet sein, um ein strömungsdynamisch günstiges Umströmen des Walzendrehschiebers 10 innerhalb des Ansaugverteilers 12 zu erreichen.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zumindest zwei separaten Einlassleitungen je Brennraum, wobei in der ersten Einlassleitung (14a) das Abgas und in der zweiten Einlassleitung (14b) in allen Betriebsbereichen zumindest teilweise der Vrebrennungsluftbedarf und ggf. der Brennstoff zugeführt wird, und mit den Einlassleitungen (14a, 14b) zugeordneten Drosselmitteln, über die zumindest die zweite Einlassleitung (14b) bzw. deren Durchströmquerschnitt steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselmittel durch einen rohrförmigen Walzendrehschieber (10) mit die Mündungen der zumindest zwei separaten Einlassleitungen (14a, 14b) überstreichenden ersten Öffnungen (26, 32) gebildet sind, und dass das Abgas in den Walzendrehschieber (10) rückgeführt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasrückführungsrohr (40) innerhalb des Walzendrehschiebers (10) vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzendrehschieber (10) im Bereich der zweiten Einlassleitung (14b) über einen definierten Umfangswinkel einen Umfangskanal (32) aufweist, über den die zweite Einlassleitung (14b) mit Verbrennungsluft versorgbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Walzendrehschieber (10) zusätzlich zweite Öffnungen (30) vorgesehen sind, die den Innenraum (28) des Walzendrehschiebers (10) mit der stromauf liegenden Verbrennungsluftzufuhr verbinden.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der zweiten Einlassleitung (14b) eine dritte Öffnung (36) im Walzendrehschieber (10) vorgesehen ist, mittels der in einem höheren Last- und/oder Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine auch der zweiten Einlassleitung (14b) Abgas aus dem Walzendrehschieber zuführbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten der Öffnungen (26, 30, 36) und/oder des Umfangskanals (32) des Walzendrehschiebers (10) strömungsgünstig verrundet sind.
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