DE19857577A1 - Abgasrückführungssystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasrückführungssystem für eine Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine zur teilweisen Rückführung von Abgas von einem Auslaßsystem über zumindest eine Abgasrückführleitung in ein Einlaßsystem, wobei die Abgasrückführleitung über eine Venturieinrichtung in das Einlaßsystem einmündet, und wobei die Venturieinrichtung über einen Hauptluftstrang um­ gehbar ist, dessen Durchfluß über ein Steuerorgan steuerbar ist.
Ein Abgasrückführsystem der genannten Art ist aus der DE 43 19 380 A1 bekannt. Mit einem solchen Abgasrückführsystem läßt sich eine Abgasrückführung auch bei ungünstigen Druck­ differenzen zwischen Auslaß- und Einlaßsystem durchführen und damit ohne Wirkungs­ gradverschlechterung eine Senkung der NOx-Emissionen erzielen. Durch die Rückführung eines Teilstromes des Abgases aus dem Auslaßsystem in das Einlaßsystem wird bekannter­ weise die Temperatur im Brennraum abgesenkt und die Bildung von NOx stark verringert. Üblicherweise ist die Venturieinrichtung einflutig ausgebildet und besteht aus einer Düse- Diffusoreinheit. Zur Erzielung eines ausreichenden Venturi-Effektes muß der Diffusorteil allerdings relativ lang ausgeführt sein. Der dafür nötige Bauraum kann bei dem heute sehr kompakt ausgeführten Brennkraftmaschinen oft nicht zur Verfügung gestellt werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu vermeiden und den erforderlichen Platz­ bedarf für das genannte Abgasrückführsystem ohne Funktionseinbußen zu verringern.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Venturieinrichtung mehrflutig ausgebil­ det ist, und zumindest zwei parallel geschaltete Düse-Diffusoreinheiten aufweist. Dadurch, daß die Venturieinrichtung mehrflutig ausgebildet ist, kann der Diffusorteil der Düse- Diffusoreinheiten kürzer ausgebildet werden und das nötige Einbauvolumen ohne Ver­ schlechterung der Venturiwirkung wesentlich verkleinert werden. Eine besonders kompakte Bauweise läßt sich dabei erzielen, wenn die Düse-Diffusoreinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Zur weiteren Verminderung des Bauvolumens ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen, daß der Hauptluftstrang samt Steuerorgan in das Gehäuse der Venturieinrichtung integriert ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß das Gehäuse der Venturieinrichtung im wesentlichen zylinderförmig ist und zwei in Längsrich­ tung zueinander getrennte Teilräume aufweist, wobei im ersten Teilraum die Düse- Venturieinheiten angeordnet sind und der zweite, den Hauptluftstrang bildende Teilraum das Steuerorgan aufweist. Dadurch lassen sich einerseits hohe Abgasrückführraten und anderer­ seits ein sehr kompakt ausgeführtes Abgasrückführsystem erzielen. Um sowohl die Venturi­ einrichtung, als auch den Hauptluftstrang zur Umgehung der Venturieinrichtung in einem Gehäuse unterzubringen, ist vorgesehen, daß der zweite Teilraum einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
Eine andere, sehr kompakte und wirkungsvolle Ausführungsvariante sieht dagegen vor, daß die Düse-Diffusoreinheiten vorzugsweise gleichmäßig um einen zentralen Abgaszuführkanal angeordnet sind. Bei einer dreiflutigen Ausbildung sind dabei die Düse-Diffusoreinheiten - im Querschnitt betrachtet - um 120° zueinander versetzt ausgeführt.
Bei einer zweiflutigen Venturianordnung dagegen ist es zur Erreichung sehr kleiner Bauräume vorteilhaft, wenn die Düse-Diffusoreinheiten diametral zueinander im Bezug auf eine Gehäu­ selängsachse angeordnet sind.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einem bekannten Abgasrückführsystem,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemä­ ßen Venturieinrichtung, entsprechend der Linie II-II in Fig. 3,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch diese Venturieinrichtung gemäß der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer dreiflutigen Venturieinrichtung im Querschnitt,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine dritte erfindungsgemäße Ausführung mit einer zweiflutigen Venturieinrichtung gemäß der Linie V-V in Fig. 6,
Fig. 6 dieses Ausführungsbeispiel im Querschnitt.
Funktionsgleiche Bauteile sind in den Ausführungsbeispielen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Einlaßsammler 2 eines Einlaßsy­ stems E und einem Auslaßsammler 3 eines Auslaßsystems A dargestellt. Ein Abgasturbolader 4 weist einen Verdichter 5 und eine Abgasturbine 6 auf, welche über eine Welle 7 miteinander verbunden sind. Die vom Verdichter 5 komprimierte Ansaugluft gelangt über eine Ladeluft­ leitung 8 in den Ladeluftkühler 9 und weiter über eine Ladeluftleitung 10 in den Einlaß­ sammler 2. Das Abgas wird aus dem Auslaßsammler 3 über eine Leitung 11 zur Abgasturbine 6 geleitet. In dieser Leitung 11 ist eine Anschlußstelle 13 vorgesehen, in der die Rückführlei­ tung 14 eines Abgasrückführsystems EGR abzweigt. In dieser Rückführleitung 14 kann ein Abgasrückführsteuerventil 17, ein Kühler 18 und daran anschließend auch ein Rückschlag­ ventil 16 vorgesehen sein. In einer einfachen Ausführungsvariante können die mit Bezugszei­ chen 16 bis 18 bezeichneten Bauteile jedoch auch entfallen.
Die Rückführleitung 14 mündet im Bereich einer Querschnittsverengung 19 in eine durch eine Düse-Diffusoreinheit 20 gebildete einflutige Venturieinrichtung V, welche in der Ladeluft­ leitung 10 zwischen Ladeluftkuhler 9 und Einlaßsammler 2 angeordnet ist. Zur Steuerung des Massendurchsatzes durch die Düse-Diffusoreinheit 20 ist parallel dazu ein von der Ladeluft­ leitung 10 abzweigender, in den Einlaßsammler 2 mündender Hauptluftstrang 21 vorgesehen, welcher als Bypaßleitung ausgebildet ist und ein Steuerorgan 22 aufnimmt.
Die Düse-Diffusoreinheit 20 besteht im wesentlichen aus einer konischen Düse 23 und einem konischen Diffusor 24, wobei deren Abmessungen und deren Gestaltung eine besondere Be­ deutung, insbesondere hinsichtlich der Vermeidung von Strömungsablösungen im Diffusor zukommt. Bei einer einflutigen Venturieinrichtung V entsprechend dem Stand der Technik weist die Düse-Diffusoreinheit 20 dadurch eine relativ große Baulänge auf.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine zweiflutige Venturieinrichtung V für ein Abgasrückführsystem EGR mit zwei parallel zueinander angeordneten Düse-Diffusoreinheiten 20, welche samt ei­ nem Hauptluftstrang 21 im zylindrischen Gehäuse 25 der Venturieinrichtung V angeordnet sind. Das Gehäuse 25 ist durch eine Trennwand 26 in zwei Teilräume 27, 28 geteilt, wobei der erste Teilraum 27 die beiden Düse-Diffusoreinheiten 20 aufnimmt und der zweite Teilraum 28 den Hauptluftstrang 21 bildet. Im zweiten Teilraum 28 ist das Steuerorgan 22 zur Steuerung der Durchflußmenge durch den Hauptluftstrang 21 angeordnet. Das Steuerorgan 22 kann bei­ spielsweise durch eine einfache Klappe gebildet sein.
Die Rückführleitung 14 mündet im Bereich der Querschnittsverengungen 19 zwischen den Düsen 23 und den Diffusoren 24 der Düse-Diffusoreinheiten 20 in die Venturieinrichtung V ein. Durch die mehrflutige Ausführung der Venturieinrichtung V kann diese wesentlich kürzer ausgeführt werden als bekannte einflutige Ausführungsvarianten. Die Abgasrückführung kann dabei über Ringräume 29 im Bereich der Querschnittsverengung 19 durchgeführt werden. Statt über Ringräume 29 kann das Abgas auch über ein bogenförmiges Rohrstück zentral in den Bereich der Querschnittsverengung 19 geführt werden. Die Strömungsrichtung ist mit dem Bezugszeichen S angedeutet.
Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante der Erfindung mit einer dreiflutigen Venturiein­ richtung V, bei der die Düse-Diffusoreinheiten 20 gleichmäßig um eine im Bereich der Ge­ häuselängsachse 25a austretenden Rückführleitung 14 angeordnet sind, wobei die einzelnen Düse-Diffusoreinheiten 20 zueinander einen Winkel α von etwa 120° einschließen. Das Ab­ gas tritt über die zentrale Rückführleitung 14 in einen Ringraum 29 ein.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere zweiflutige Ausführung einer erfindungsgemäßen Ventu­ rieinrichtung V, bei der die beiden Düse-Diffusoreinheiten 20 diametral zueinander in Bezug auf die Längsachse 25a des Gehäuses 25 der Venturieinrichtung V angeordnet sind. Die Ach­ sen 20a der Düse-Diffusoreinheiten 20 sind von der Achse 25a des Gehäuses 25 in einen Ab­ stand R entfernt angeordnet. Die Rückführleitung 14 mündet in einen Ringraum 29 im Be­ reich der Querschnittsverengung 19 radial in das Gehäuse 25 der Venturieinrichtung V und gelangt über Querschnittsverengungen 19 zwischen den einzelnen Düsen 23 und Diffusoren 24 in das Einlaßsystem E. Die Länge L der Diffusoren 24 kann dabei äußerst kurz gehalten werden, so daß die Venturieinrichtung V ein nur minimales Bauvolumen einnimmt. Der Hauptluftstrang 21 kann separat um das Gehäuse 25 der Venturieinrichtung V herumgeführt oder - analog zu Fig. 2 und 3 - in dieses integriert sein. Auch hier kann der Hauptluftstrang 21 separat oder einstückig mit dem Gehäuse 25 ausgebildet sein.
Sämtliche erfindungsgemäßen Ausführungsvarianten erlauben eine wesentliche Verkürzung der Baulänge der Venturieinrichtung V und ermöglichen damit eine sehr kompakte Bauweise.

Claims (8)

1. Abgasrückführsystem (EGR) für eine Brennkraftmaschine (1) zur teilweisen Rückfüh­ rung von Abgas von einem Auslaßsystem (A) über zumindest eine Abgasrückführleitung (14) in ein Einlaßsystem (E), wobei die Abgasrückführleitung (14) über eine Venturiein­ richtung (V) in das Einlaßsystem (E) einmündet, und wobei die Venturieinrichtung (V) über einen Hauptluftstrang (21) umgehbar ist, dessen Durchfluß über ein Steuerorgan (22) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturieinrichtung (V) mehrflutig ausgebildet ist, und zumindest zwei parallel geschaltete Düse-Diffusoreinheiten (20) aufweist.
2. Abgasrückführsystem (EGR) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse- Diffusoreinheiten (20) in einem gemeinsamen Gehäuse (25) angeordnet sind.
3. Abgasrückführsystem (EGR) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptluftstrang (21) samt Steuerorgan (22) in das Gehäuse (25) der Venturieinrich­ tung (V) integriert ist.
4. Abgasrückführsystem (EGR) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (25) der Venturieinrichtung (V) im wesentlichen zylinderförmig ist und zwei in Längsrichtung zueinander getrennte Teilräume (27, 28) aufweist, wobei im ersten Teilraum (27) die Düse-Diffusoreinheiten (20) angeordnet sind und der zweite, den Hauptluftstrang (21) bildende Teilraum (28) das Steuerorgan (22) aufweist.
5. Abgasrückführsystem (EGR) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilraum (28) einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
6. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse-Diffusoreinheiten (20) vorzugsweise gleichmäßig um eine zentralen Abgas­ rückführleitung (14) angeordnet sind.
7. Abgasrückführsystem (EGR) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturieinrichtung (V) dreiflutig ausgebildet ist und die Düse-Diffusoreinheiten (20) - im Querschnitt betrachtet - um 120° zueinander versetzt ausgeführt sind.
8. Abgasrückführsystem (EGR) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturieinrichtung (V) zweiflutig ausgebildet ist und die Düse-Diffusoreinheiten (20) in Bezug auf die Gehäuselängsachse (25a) diametral zueinander angeordnet sind.
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