DE19857578A1

DE19857578A1 - Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19857578A1
Application number: DE19857578A
Authority: DE
Inventors: Guenther Nagenkoegel; Rudolf Dipl Ing Enzendorfer; Wolfgang Dipl Ing Kriegler; Gabor Dipl Ing Hrauda; Ewald Hundsberger
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: AT2745U2; AT2745U3; DE19857578C2

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 NO_x-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 NO_x 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. Um die Strömungswiderstände in jenen Kennfeldberei chen, in denen keine Abgasrückführung erforderlich ist, gering zu halten, ist parallel zur Dü se-Diffusoreinheit ein als Bypaßleitung ausgebildeter Hauptluftstrang mit einem Steuerorgan vorgesehen. Die von der Venturieinrichtung räumlich getrennte Bypaßleitung erfordert zu sätzlichen Bauraum, welcher bei den heute sehr kompakt ausgeführten Brennkraftmaschinen oft nicht zur Verfügung gestellt werden kann.

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 und der Hauptluft strang samt Steuerorgan in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dadurch läßt sich das Bauvolumen entscheidend verringern. Zudem lassen sich Teile einsparen und damit Ferti gungs- und Montagekosten senken.

Prinzipiell ist jede herstellbare Querschnittsform des Gehäuses mit der Venturieinrichtung möglich. In einer besonders einfach herstellbaren und platzsparenden Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß das Gehäuse einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Jede Düse-Diffusoreinheit kann dabei durch einfaches Formen einer Seitenwand des durch ein Blech gebildeten Gehäuses der Venturieinrichtung gebildet werden. Genauso kann aber vor gesehen sein, daß das Gehäuse im wesentlichen zylinderförmig ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß das Gehäuse zwei in Längsrichtung zueinander getrennte Teilräume aufweist, wobei im ersten Teilraum die Venturieinrichtung angeordnet ist und der zweite, den Hauptluftstrang bildende Teilraum das Steuerorgan aufweist. Dadurch lassen sich einerseits hohe Abgasrückführraten und andererseits ein sehr kompakt ausgeführtes Abgasrückführsystem erzielen. Um sowohl die Venturieinrichtung, als auch den Hauptluftstrang zur Umgehung der Venturieinrichtung in einem Gehäuse unterzubringen, ist vorgesehen, daß der zweite Teilraum einen im wesentli chen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.

Eine andere, sehr kompakte und wirkungsvolle Ausführungsvariante sieht vor, daß die Ventu rieinrichtung mehrflutig ausgebildet 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 Verschlechterung der Venturiwirkung wesentlich verkleinert werden.

In einer weiteren sehr platzsparenden Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß der Hauptluftstrang koaxial zur Venturieinrichtung angeordnet ist. Sehr vorteilhaft für eine optimale Ausnutzung des Bauraumes ist es, wenn der Hauptluftstrang durch ein Rohr inner halb des Gehäuses gebildet ist, wobei die Venturieinrichtung einen zwischen der Wand des Rohres und dem Gehäuse gebildeten Ringraum aufweist, und wobei weiters vorzugsweise vorgesehen sein kann, daß die Düse-Diffusoreinheit durch das Gehäuse und/oder die Wand des Rohres gebildet ist. Dies ermöglicht es, den Hauptluftstrang mit großem Querschnitt aus zuführen, wodurch sich die Strömungswiderstände deutlich verringern lassen.

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 eine zweite Ausführungsvariante mit einer erfindungsgemäßen Venturieinrich tung im Längsschnitt,

Fig. 5 einen Querschnitt durch diese Ausführung gemäß der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Venturieinrichtung im Längsschnitt.

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 Ladeluftkühler 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 und 5 zeigen eine Ausführungsvariante mit einem Gehäuse 25, welches einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Im Gehäuse 25 sind Venturieinrichtung V und Hauptluftstrang 21 kombiniert angeordnet. Das Gehäuse 25 weist - analog zu dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel - eine Trennwand 26 auf, welche das Gehäuse 25 in Längsrichtung in zwei Teilräume 27 und 28 teilt. Der erste Teilraum 27 bildet dabei die Venturieinrichtung V aus, der zweite Teilraum 28 bildet den Hauptluftstrang 21, dessen Durchsatz über das Steuerorgan 22 variiert werden kann. Die Düse-Diffusoreinheit 20 der Venturieinrichtung 1 ist dabei durch einfache Formgebung einer Seitenwand des Gehäuses 25 gebildet. Dies ermöglicht eine sehr einfache und kostengünstige Fertigung. Im Bereich der Querschnittsverengung 19 mündet die Rückführleitung 14 des Abgasrückführsystems EGR in das Gehäuse 25 ein.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Venturieinrichtung V sind die Düse- Diffusoreinheit 20 sowie der Hauptluftstrang 21 koaxial im Gehäuse 25 angeordnet. Der Hauptluftstrang 21 wird dabei durch ein Rohr 30 innerhalb des Gehäuses 25 gebildet, wobei die Wand 30a des Rohres 30 mit der Wand des Gehäuses 25 einen Ringraum 31 aufspannt, der Teil der Venturieinrichtung V ist. Die Düse-Diffusoreinheit 20 der Venturieinrichtung V wird im wesentlichen durch den Verlauf des Gehäuses 25 geformt. Im Bereich des Eintrittes in die Venturieinrichtung V bildet der Ringraum 31 eine ringförmige Düse 23, an welche eine ringförmige Querschnittsverengung 19 anschließt. Auf diese Querschnittsverengung 19 folgt ein ringförmiger Diffusor 24, dessen Öffnungswinkel α so bemessen ist, daß Strömungsablö sungen vermieden werden. Auf diese Weise kann der Querschnitt des Hauptluftstranges 21 möglichst groß ausgeführt werden, so daß in jenen Kennfeldbereichen, in denen keine Abgas rückführung erforderlich ist, die Strömungswiderstände sehr gering gehalten werden können. Andererseits bildet sich bei Schließen des Steuerorganes 22 ein starker Venturieffekt aus, welcher eine hohe Abgasrückführung durch die Abgasrückführleitung 14 ermöglicht.

Sämtliche erfindungsgemäßen Ausführungsvarianten erlauben eine wesentliche Verkürzung der Baulänge der Venturieinrichtung V und ermöglichen damit eine sehr kompakte Bauweise.

Claims

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) und der Hauptluftstrang (21) samt Steuerorgan (22) in einem gemeinsamen Gehäuse (25) ange ordnet sind.

2. Abgasrückführsystem (EGR) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge häuse (25) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist.

3. Abgasrückführsystem (EGR) nach Anspruch 2, wobei die Venturieinrichtung (V) zu mindest eine Düse-Diffusoreinheit (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dü se-Diffusoreinheit (20) durch Verformung zumindest einer Seitenwand des Gehäuses (25) gebildet ist.

4. Abgasrückführsystem (EGR) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (25) im wesentlichen zylinderförmig ist.

5. Abgasrückführsystem (EGR) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (25) zwei in Längsrichtung zueinander getrennte Teilräume (27, 28) aufweist, wobei im ersten Teilraum (27) die Venturieinrichtung (V) angeordnet ist und der zweite, den Hauptluftstrang (21) bildende Teilraum (28) das Steuerorgan (22) aufweist.

6. Abgasrückführsystem (EGR) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilraum (28) einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.

7. Abgasrückführsystem (EGR) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß die Venturieinrichtung (V) mehrflutig ausgebildet ist, und zumindest zwei par allel geschaltete Düse-Diffusoreinheiten (20) aufweist.

8. Abgasrückführsystem (EGR) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Hauptluftstrang (21) koaxial zur Venturieinrichtung (V) angeord net ist.

9. Abgasrückführsystem (EGR) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptluftstrang (21) durch ein Rohr (30) innerhalb des Gehäuses (25) gebildet ist, wobei die Venturieinrichtung (V) einen zwischen der Wand (30a) des Rohres (30) und dem Gehäuse (25) gebildeten Ringraum (31) aufweist.

10. Abgasrückführsystem (EGR) nach Anspruch 9, wobei die Venturieinrichtung (V) zu mindest eine Düse-Diffusoreinheit (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dü se-Diffusoreinheit (20) durch das Gehäuse (25) und/oder die Wand (30a) des Rohres (30) gebildet ist.