DE19819123A1 - Exhaust gas feedback system in an IC engine - Google Patents

Exhaust gas feedback system in an IC engine

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Hans Jensen
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Abstract

The system has a feed back pipe between the induction and exhaust pipes of each cylinder. Shutoff valves (6a,6b,6c,6d) are fitted at the point (12) where the feed back pipes (3a,3b,3c,3d) enter the induction ducts (8a,8b,8c,8d) to close off the flow of exhaust gas under normal operating conditions

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgas-Rückführungsvorrichtung in einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an exhaust gas recirculation device in an internal combustion engine according to the preamble of the claim 1.

Es sind Abgas-Rückführungsvorrichtungen bekannt, die eine Rückführungsleitung zwischen dem Abgasstrang und dem Ansaug­ trakt der Brennkraftmaschine mit einem in der Rückführungs­ leitung angeordneten, einstellbaren Sperrventil umfassen. Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine ist das Sperrventil in Öffnungsstellung geschaltet, so daß ein Teil des Abgas­ stromes über die Rückführungsleitung in den Ansaugtrakt zu­ rückgeleitet, mit angesaugter Frischluft vermischt und er­ neut der Verbrennung im Motor zugeführt wird. Durch die Rückführung kann der Schadstoffanteil im Abgas reduziert werden.Exhaust gas recirculation devices are known, the one Return line between the exhaust line and the intake tracts the engine with one in the return line arranged, adjustable check valve include. in the The shut-off valve is part-load operation of the internal combustion engine switched to the open position so that part of the exhaust gas current via the return line into the intake tract returned, mixed with fresh air drawn in and he is fed to combustion in the engine again. Through the Recirculation can reduce the amount of pollutants in the exhaust gas become.

Im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine befindet sich dage­ gen das Sperrventil in seiner Schließstellung, so daß kein Abgas in den Ansaugtrakt zurückgeführt wird und die Zylinder ausschließlich mit Frischluft beschickt werden. At full load, the internal combustion engine is located there conditions the check valve in its closed position, so that no Exhaust gas is returned to the intake system and the cylinders only be fed with fresh air.  

Bei der Abgasrückführung kann das Problem auftreten, daß im Leitungsabschnitt zwischen dem Sperrventil und dem Ansaug­ trakt als Folge der oszillierenden Öffnungs- und Schließbe­ wegung des Einlaßventils Resonanzen entstehen können, die zu einer unerwünschten Wechselwirkung mit dem angesaugten Frischluftstrom führen können. Durch die Resonanzen können in dem Leitungsabschnitt der Rückführungsleitung Strö­ mungsimpulse entstehen, die die Einströmung der Ansaugluft in die Brennräume der einzelnen Zylinder negativ beeinflus­ sen.When exhaust gas recirculation, the problem may arise that in Line section between the check valve and the intake tracts as a result of the oscillating opening and closing action Movement of the intake valve resonances can arise, too an undesirable interaction with the suctioned Fresh air flow can lead. Because of the resonances in the line section of the return line Strö mation impulses arise, the inflow of the intake air into the combustion chambers of the individual cylinders sen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Abgas-Rück­ führungsvorrichtung in einer Brennkraftmaschine so aus­ zubilden, daß ein weitgehend ungestörter Strömungsverlauf der Ansaugluft möglich ist.The invention is based on the problem of an exhaust gas return guide device in an internal combustion engine to form a largely undisturbed flow the intake air is possible.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This problem is inventively with the features of Claim 1 solved.

Da das Sperrventil nunmehr im Mündungsbereich der Rückfüh­ rungsleitung in dem Ansaugtrakt angeordnet ist, hat die Rückführungsvorrichtung bei geschlossenem Sperrventil keinen Einfluß auf die Einströmung der Ansaugluft in den mindestens einen durch das Sperrventil beaufschlagten Brennraum des Mo­ tors. Resonanzen in der Rückführungsleitung infolge oszil­ lierender Strömungsimpulse im Ansaugtrakt werden dadurch vermieden, Wechselwirkungen zwischen der Gassäule in der Rückführungsleitung und der einströmenden Frischluft können nicht entstehen. Die Frischluft kann vollständig gegen das in der Rückführungsleitung eingeschlossene Abgasvolumen iso­ liert werden. Bei zylinderselektiver Einleitung soll zusätz­ lich auch das Übersprechen der einzelnen Zylinder unterein­ ander verhindert werden.Since the check valve is now in the mouth area of the return is arranged in the intake tract, has the Feedback device with shut-off valve closed Influence on the inflow of intake air in the least a combustion chamber of the Mo tors. Resonances in the return line due to oszil flow impulses in the intake tract  avoided interactions between the gas column in the Return line and the incoming fresh air can do not arise. The fresh air can completely against that Exhaust gas volume enclosed in the return line iso be lated. In the case of cylinder-selective introduction, additional Lich also the crosstalk between the individual cylinders be prevented.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung verzweigt die Rück­ führungsleitung in mehrere Rückführungskanäle, die jeweils in einen Ansaugkanal einmünden, welcher jeweils einem Zylin­ dereinlaß zugeordnet ist. In jedem Mündungsbereich eines Rückführungskanals in einen Ansaugkanal ist ein Sperrventil angeordnet, so daß die Zufuhr des Abgases für jeden Ansaug­ kanal einzeln eingestellt werden kann und eine exakt ein­ stellbare Zufuhr von Abgas in den jeweiligen Zylinder mög­ lich ist.According to an expedient further training, the back branches management line in several return channels, each open into an intake duct, each of which is a cylin the inlet is assigned. One in each mouth area Return duct in an intake duct is a check valve arranged so that the supply of the exhaust gas for each intake channel can be set individually and one exactly adjustable supply of exhaust gas in the respective cylinder possible is.

Bevorzugt ist in der Rückführungsleitung vor der Verzweigung in die einzelnen Rückführungskanäle ein Abgassammler ange­ ordnet, der mögliche Druckimpulse aus dem Abgasstrang kom­ pensiert, so daß auch bei geöffnetem Sperrventil eines Rück­ führungskanals eine unerwünschte Druckübertragung vom Ab­ gasstrang auf die Ansaugluft vermieden wird.Preference is given in the return line before branching an exhaust manifold is attached to the individual return channels arranges the possible pressure impulses from the exhaust system pensiert, so that even when the check valve of a back guide channel an undesirable pressure transmission from the Ab gas line on the intake air is avoided.

Das Sperrventil ist vorteilhaft über eine Stellvorrichtung zu betätigen, die das Sperrventil des jeweils saugenden Zy­ linders im Teillastbetrieb öffnet. Das Sperrventil bzw. die Stellvorrichtung ist elektromagnetisch, hydraulisch, pneuma­ tisch oder auch mechanisch zu betätigen, beispielsweise über eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine.The check valve is advantageous via an actuator to actuate the shut-off valve of the suction Zy  Lindner opens in partial load operation. The check valve or Actuator is electromagnetic, hydraulic, pneumatic to operate table or mechanically, for example via a camshaft of the internal combustion engine.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeich­ nungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and practical embodiments are the further claims, the description of the figures and the drawing inferences. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftma­ schine mit Abgas-Rückführungsvorrichtung, Fig. 1 is a schematic representation of a Brennkraftma machine with exhaust gas recirculation device,

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der Abgas-Rückfüh­ rungsvorrichtung. Fig. 2 shows a detailed representation of the exhaust gas recirculation device.

Der in Fig. 1 gezeigten Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine wird über einen Ansaugtrakt 5 Ansaugluft zugeführt. Der An­ saugtrakt 5 besteht aus einem Luftsammelrohr 7 und vom Luftsammelrohr 7 abzweigenden, je einem Zylindereinlaß zuge­ ordneten Ansaugkanälen 8a, 8b, 8c, 8d. Die Abgase der Brenn­ kraftmaschine werden in einem Abgasstrang 4 zusammengeführt, einer katalytischen Reinigung unterzogen und dann in die At­ mosphäre abgeleitet. The four-cylinder internal combustion engine shown in FIG. 1 is supplied with intake air via an intake tract 5 . At the suction tract 5 consists of an air manifold 7 and branching from the air manifold 7 , each assigned to a cylinder inlet assigned intake channels 8 a, 8 b, 8 c, 8 d. The exhaust gases from the internal combustion engine are brought together in an exhaust line 4 , subjected to catalytic cleaning and then discharged into the atmosphere.

Um die Schadstoffe in den Abgasen zu reduzieren, ist eine Abgas-Rückführungsvorrichtung 2 vorgesehen, über die ein Teil des Abgases dem Abgasstrang 4 entnommen und der Ansaug­ luft im Ansaugtrakt 5 wieder beigemischt und damit zum Motor zurückgeführt werden kann.In order to reduce the pollutants in the exhaust gases, an exhaust gas recirculation device 2 is provided, via which part of the exhaust gas is removed from the exhaust line 4 and the intake air is admixed in the intake tract 5 and can thus be returned to the engine.

Die Abgas-Rückführungsvorrichtung 2 umfaßt eine Rückfüh­ rungsleitung 3, die vom Abgasstrang 4 abzweigt und einen Teil des Abgases zum Ansaugtrakt 5 der Brennkraftmaschine zurückführt. Die Rückführungsleitung 3 verzweigt in einzelne Rückführungskanäle 3a, 3b, 3c, 3d, die jeweils in die An­ saugkanäle 8a, 8b, 8c und 8d münden; die Anzahl der von der Rückführungsleitung 3 verzweigenden Rückführungskanäle ent­ spricht der Anzahl der Ansaugkanäle bzw. der Anzahl der Zy­ linder der Brennkraftmaschine.The exhaust gas recirculation device 2 comprises a return line 3 which branches off from the exhaust line 4 and returns part of the exhaust gas to the intake tract 5 of the internal combustion engine. The return line 3 branches into individual return channels 3 a, 3 b, 3 c, 3 d, each of which opens into the suction channels 8 a, 8 b, 8 c and 8 d; the number of return channels branching from the return line 3 corresponds to the number of intake channels or the number of cylinders of the internal combustion engine.

Im Bereich der Abzweigung der Rückführungskanäle ist in der Rückführungsleitung 3 ein Abgassammler 9 angeordnet, aus dem die Rückführungskanäle 3a bis 3d gespeist werden.In the area of the branch of the return channels, an exhaust manifold 9 is arranged in the return line 3 , from which the return channels 3 a to 3 d are fed.

Im Mündungsbereich der Rückführungskanäle 3a bis 3d in die Ansaugkanäle 8a bis 8d sind Sperrventile 6a bis 6d angeord­ net, die über jeweils eine Stellvorrichtung in Abhängigkeit des Betriebs- bzw. Lastzustands der Brennkraftmaschine in Öffnungs- oder Sperrstellung versetzt werden und die Ein­ strömung des Abgases in die Ansaugkanäle freigeben bzw. ab­ sperren. Die Sperrventile 6a bis 6d sind unabhängig vonein­ ander ansteuerbar. Durch die Position der Sperrventile un­ mittelbar am Mündungsbereich der Rückführungskanäle in die Ansaugkanäle wird erreicht, daß in Sperrstellung der Sperr­ ventile die Strömung der Ansaugluft unbeeinflußt von Druck­ impulsen in der Rückführungsleitung bleibt. Es werden außer­ dem unerwünschte Resonanzerscheinungen in der Gassäule in der Rückführungsleitung vermieden, die ebenfalls den Strö­ mungsfluß der Ansaugluft beeinträchtigen könnten, als auch das Übersprechen einzelner Zylinder.In the mouth of the return channels 3 a to 3 d in the intake channels 8 a to 8 d check valves 6 a to 6 d are net angeord, which are set via an actuator depending on the operating or load condition of the engine in the open or locked position and release or block the flow of exhaust gas into the intake ducts. The check valves 6 a to 6 d can be controlled independently of one another. The position of the check valves un directly at the mouth of the return channels in the intake channels ensures that the flow of the intake air remains unaffected by pressure pulses in the return line in the blocked position of the check valves. In addition to the undesirable resonance phenomena in the gas column in the return line, which could also impair the flow of the intake air, as well as the crosstalk of individual cylinders are avoided.

In Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt dargestellt, der den Mündungsbereich 12 des Rückführungskanals 3a in den An­ saugkanal 8a zeigt. Der Ansaugkanal 8a mündet in den Zylin­ dereinlaß 10 mit dem Einlaßventil 11; in Öffnungsstellung des Einlaßventils 11 wird dem Zylinder Ansaugluft zugeführt. Das Sperrventil 6a, das im Endabschnitt des Rückführungska­ nals 3a angeordnet ist, besteht aus einem Ventilteller an einem Ventilschaft und ist über eine schematisch angedeutete Stellvorrichtung 13 zwischen Öffnungs- und Schließstellung verstellbar. In Schließstellung liegt der Ventilteller des Sperrventils 6a strömungsdicht in seinem Ventilsitz im Mün­ dungsbereich 12. Das Sperrventil 6a ist zweckmäßig in der Weise plaziert, daß in Öffnungsstellung der Ventilteller noch im Endabschnitt des Rückführungskanals 3a liegt, ohne in den freien Strömungsquerschnitt des Ansaugkanals 8a ein­ zuragen. In dieser Ausführung wird die Strömung der Ansaug­ luft durch den Ansaugkanal weder in Schließstellung noch in Öffnungsstellung durch das Sperrventil 6a behindert.In Fig. 2, an enlarged section is shown, which shows the mouth region 12 of the return duct 3 a in the suction duct 8 a. The intake duct 8 a opens into the inlet Zylin 10 with the inlet valve 11 ; In the open position of the intake valve 11 , intake air is supplied to the cylinder. The check valve 6 a, which is arranged in the end portion of the Rückführungska channel 3 a, consists of a valve plate on a valve stem and is adjustable via a schematically indicated adjusting device 13 between the open and closed positions. In the closed position, the valve plate of the shut-off valve 6 a is flow-tight in its valve seat in the region 12 of the coin. The check valve 6 a is conveniently placed in such a way that in the open position of the valve plate is still in the end portion of the return duct 3 a, without protruding into the free flow cross section of the intake duct 8 a. In this embodiment, the flow of the intake air through the intake duct is not hindered by the check valve 6 a neither in the closed position nor in the open position.

Der Endabschnitt des Rückführungskanals 3a ist im Mündungs­ bereich 12 winklig in den Ansaugkanal 8a geführt, wobei die Strömungsrichtungen der Ansaugluft und des einströmenden Ab­ gases einen Winkel kleiner als 90°, insbesondere etwa 45°, einschließen, so daß der Strömungsrichtung der Ansaugluft keine Strömungskomponenten des Abgases entgegenstehen.The end portion of the return duct 3 a is angularly guided into the intake duct 8 a in the mouth region 12 , the flow directions of the intake air and the inflowing exhaust gas enclosing an angle of less than 90 °, in particular approximately 45 °, so that the flow direction of the intake air is none Flow components of the exhaust gas oppose.

Die das Sperrventil 6a beaufschlagende Stellvorrichtung kann elektromagnetisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betätigt werden, beispielsweise über die Nockenwelle der Brennkraftmaschine. Es kann aber auch zweckmäßig sein, das Sperrventil und die Stellvorrichtung zu einer Baueinheit zu­ sammenzufassen, indem beispielsweise das Sperrventil selbst als elektromagnetisches Ventil ausgeführt wird.The actuating device acting on the check valve 6 a can be actuated electromagnetically, hydraulically, pneumatically or mechanically, for example via the camshaft of the internal combustion engine. However, it can also be expedient to combine the shut-off valve and the actuating device to form one structural unit, for example by executing the shut-off valve itself as an electromagnetic valve.

Die Stellvorrichtung kommuniziert vorteilhaft mit der Motor­ steuerung der Brennkraftmaschine, die die Stellsignale zum Öffnen und Schließen des Sperrventils in Abhängigkeit des Last- und Betriebszustandes der Brennkraftmaschine erzeugt.The actuator advantageously communicates with the engine Control of the internal combustion engine, the control signals for Opening and closing the check valve depending on the Load and operating state of the internal combustion engine generated.

Der Öffnungs- und Schließfunktion des Sperrventils kann so­ wohl eine Steuerung als auch eine Regelung zugrunde liegen.The opening and closing function of the check valve can be so are probably based on a control as well as a regulation.

Claims (9)

1. Abgas-Rückführungsvorrichtung in einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Arbeits-Zylinder mit Ein- und Auslaß­ ventilen, mit einer Rückführungsleitung zwischen dem Ab­ gasstrang und dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und mit einem einstellbaren Sperrventil zur Einstellung des rückge­ führten Abgasstromes, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) in mindestens einem Mün­ dungsbereich (12) der Rückführungsleitung (3) in den Ansaug­ trakt (5) angeordnet ist.1. Exhaust gas recirculation device in an internal combustion engine with at least one working cylinder with inlet and outlet valves, with a return line between the gas line and the intake tract of the internal combustion engine and with an adjustable shut-off valve for adjusting the exhaust gas flow led out, characterized in that Check valve ( 6 a, 6 b, 6 c, 6 d) is arranged in at least one Mün tion area ( 12 ) of the return line ( 3 ) in the intake tract ( 5 ). 2. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungsleitung (3) in eine der Zylinderanzahl entsprechende Anzahl von Rückführungskanälen (3a, 3b, 3c, 3d) verzweigt, die jeweils in einen einem Zylindereinlaß (10) zugeordneten Ansaugkanal (8a, 8b, 8c, 8d) des Ansaugtrakts (5) münden, wobei jeweils ein Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) im Mün­ dungsbereich (12) zwischen Rückführungskanal (3a, 3b, 3c, 3d) und Ansaugkanal (8a, 8b, 8c, 8d) vorgesehen ist. 2. Exhaust gas recirculation device according to claim 1, characterized in that the return line ( 3 ) in a number of cylinders corresponding number of return channels ( 3 a, 3 b, 3 c, 3 d) branches, each in a cylinder inlet ( 10 ) assigned intake duct ( 8 a, 8 b, 8 c, 8 d) of the intake tract ( 5 ) open, each with a check valve ( 6 a, 6 b, 6 c, 6 d) in the mouth area ( 12 ) between the return duct ( 3 a , 3 b, 3 c, 3 d) and intake duct ( 8 a, 8 b, 8 c, 8 d) is provided. 3. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführungsleitung (3) vor der Verzweigung in die Rückführungskanäle (3a, 3b, 3c, 3d) ein Abgassammler (9) angeordnet ist.3. Exhaust gas recirculation device according to claim 2, characterized in that an exhaust manifold ( 9 ) is arranged in the return line ( 3 ) before branching into the return channels ( 3 a, 3 b, 3 c, 3 d). 4. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellvorrichtung (13) zur Öffnung und Schließung des Sperrventils (6a, 6b, 6c, 6d) vorgesehen ist und das Sperr­ ventil (6a, 6b, 6c, 6d) durch die Stellvorrichtung (13) bei ge­ öffnetem Einlaßventil (11) der Brennkraftmaschine (1) in Öffnungsstellung versetzbar ist.4. Exhaust gas recirculation device according to one of claims 1 to 3, characterized in that an adjusting device ( 13 ) for opening and closing the check valve ( 6 a, 6 b, 6 c, 6 d) is provided and the check valve ( 6 a , 6 b, 6 c, 6 d) can be moved into the open position by the adjusting device ( 13 ) with the inlet valve ( 11 ) of the internal combustion engine ( 1 ) open. 5. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) elektromagnetisch betätig­ bar ist.5. Exhaust gas recirculation device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the check valve ( 6 a, 6 b, 6 c, 6 d) is electromagnetically actuated bar. 6. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) hydraulisch betätigbar ist.6. Exhaust gas recirculation device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the check valve ( 6 a, 6 b, 6 c, 6 d) can be actuated hydraulically. 7. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) pneumatisch betätigbar ist.7. Exhaust gas recirculation device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the check valve ( 6 a, 6 b, 6 c, 6 d) can be actuated pneumatically. 8. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) mechanisch betätigbar ist.8. Exhaust gas recirculation device according to one of claims to 4, characterized in that the check valve ( 6 a, 6 b, 6 c, 6 d) can be actuated mechanically. 9. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) über eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine (1) betätigbar ist.9. Exhaust gas recirculation device according to claim 8, characterized in that the check valve ( 6 a, 6 b, 6 c, 6 d) can be actuated via a camshaft of the internal combustion engine ( 1 ).
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