DE19929956C2 - Abgasrückführventil - Google Patents
AbgasrückführventilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführanlage für
eine Brennkraftmaschine mit einem Ein- und Auslaßleitungssys
tem, das eine Ladeluftleitung aufweist, der über eine Abgas
rückführleitung und ein Abgasrückführventil Abgas zugeführt
wird.
Es ist bereits eine Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art
bekannt, die das Abgasrückführventil mit integrierter Abgaszu
führeinrichtung vor dem Ladeluftverteiler vorsieht. Hierbei
werden die zurückgeführten Abgase in der Abgasrückführleitung
bei Teillast abgekühlt. Die Abgase bilden in einem gewissen
Temperaturbereich einen sog. Lack, der das einwandfreie Arbei
ten des Abgasrückführventils verhindert.
Die
DE 197 44 936 A1 zeigt bereits ein Abgasrückführsystem, bei
dem innerhalb einer Abgasrückführleitung ein Regelventil ange
ordnet ist. Das Regelventil ist hierbei in die Abgasrückführ
leitung stromabwärts von einer Abgassammelleitung nach einem
Abgasrückkühler integriert und ist zugleich die Zumischstelle
für das Abgas. Es ist jedoch nicht vorgesehen, das Abgasrück
führventil der Art auszubilden und anzuordnen, dass eine Lack
bildung innerhalb des Ventils verhindert wird.
Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, das Abgasrück
führventil und die Abgaszuführeinrichtung derart auszubilden
und anzuordnen, daß eine wartungsfreie Abgasrückführung mög
lich bzw. die Lackbildung verhindert wird.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß dem in
einem externen Teil der Abgasrückführleitung angeordneten Ab
gasrückführventil eine davon getrennte Abgaszuführeinrichtung
zugeordnet ist.
Hierdurch wird erreicht, daß einerseits das
Abgasrückführventil nicht mit dem Frischluftstrom und damit
auch nicht mit dem im Frischluftstrom mitgeführten Öl der Kur
belgehäuseentlüftung in Kontakt tritt und andererseits eine
Kühlung des Abgasrückführventils durch den Frischluftstrom
verhindert wird. Das Abgasrückführventil kann hierbei an be
liebiger Stelle zwischen Zylinderkopf und Abgaszuführeinrich
tung vorgesehen sein. Durch die Trennung des Abgasrückführven
tils von dem in der Frischluft mitgeführten Öl der Kurbelge
häuseentlüftung wird zudem ein Zusetzen durch ein Ruß-Öl-
Gemisch verhindert.
Ferner ist es vorteilhaft, daß das Abgasrückführventil, in
Strömungsrichtung gesehen, nach einem Zylinderkopf und vor der
Abgaszuführeinrichtung angeordnet ist, die als Mischvorrich
tung ausgebildet ist. Das Temperaturniveau der Abgase ist in
diesem Bereich noch ausreichend hoch, um ein Verlacken des
Ventils bzw. des Ventilsitzes zu vermeiden. Die Stellkräfte
des Ventils reduzieren sich effektiv um die Klebekräfte der
Lackschicht im Ventilsitz. Der kritische Temperaturbereich der
Lackbildung wird aber auf jeden Fall nach dem Start des Motors
durchlaufen, so daß im stationären Normalbetrieb die kritische
Temperatur überschritten ist.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die Abgaszuführeinrichtung,
in Strömungsrichtung gesehen, vor einem Ladeluftverteiler und
nach dem Abgasrückführventil angeordnet ist und daß die Abgas
zuführeinrichtung zwei Eintrittsöffnungen für Frischluft und
Abgas sowie zwei Austrittsöffnungen für Frischluft und Abgas
aufweist, wobei die Austrittsöffnung für Abgas zentrisch in
der Austrittsöffnung für Frischluft angeordnet ist. Vor dem
Ladeluftverteiler kann bei Teillastbetrieb das Temperaturni
veau der Abgase auf den kritischen Bereich absinken. Die Lack
bildung würde somit begünstigt, wobei das Verlacken der Strö
mungskanäle an dieser Stelle keinerlei Auswirkung auf die
Funktionsfähigkeit der Abgaszuführeinrichtung hat. Die Abgas
zuführeinrichtung tritt zwar mit dem Frischluftstrom und damit
auch mit dem vom Frischluftstrom mitgeführten Öl der Kurbelge
häuseentlüftung in Kontakt, aufgrund der zentrischen Einströ
mung des Abgases in den Frischluftstrom wird aber das über den
Frischluftstrom mitgeführte Öl der Kurbelgehäuseentlüftung und
der Rußanteil gleichmäßig im Nachlauf der Austrittsöffnung ge
mischt bzw. verteilt und somit durch den Frischluftstrom mit
getragen. Auch das an der Wand der Frischluftleitung mitge
führte Öl führt in Verbindung mit dem zentrisch einströmenden
Rußanteil nicht zu einem Zusetzen der Leitungsquerschnitte.
Die Lackbildung und das Zusetzen der Abgaszuführvorrichtung
bzw. der Führungskanäle wird somit verhindert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung ist schließlich vorgesehen, daß das Abgasrückführventil
einen Steller aufweist und daß der Steller im Abgasrückführ
ventil pneumatisch oder elektro-mechanisch ausgeführt ist. Der
elektro-mechanische Steller sitzt direkt am Abgasrückführven
til und wird über den Motorkabelsatz angesteuert. Die pneuma
tische Ansteuerung und der elektro-pneumatische Wandler fallen
bei dieser Ausbildung weg.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung,
daß das Abgasrückführventil mit einer Kühleinrichtung des Zy
linderkopfs in Wirkverbindung steht. Hierdurch kann im Be
darfsfall bzw. im Vollastbetrieb das Abgasrückführventil ge
kühlt und damit der Steller des Abgasrückführventils vor Über
hitzung geschützt werden.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und An
ordnung ist es von Vorteil, daß das Abgasrückführventil und
die Abgaszuführeinrichtung auf der kalten Einlaßseite des Zy
linderkopfs angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es ferner, daß die Abgasrückführleitung einen
im Zylinderkopf integrierten Teil und einen externen Teil auf
weist.
Ferner ist es vorteilhaft, daß das Abgasrückführventil und das
Auslaßleitungssystem über die integrierte Abgasrückführleitung
in Wirkverbindung stehen. Die integrierte Abgasrückführleitung
ist als zusätzlicher Kanal im Zylinderkopf ausgebildet. Über
die Kanalwand führt das Abgas Wärme an den Zylinderkopf bzw.
an dessen Kühlwasserkreislauf ab.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß das Abgasrückführventil und
die Abgaszuführeinrichtung über die externe Abgasrückführlei
tung in Wirkverbindung stehen. Die externe Abgasrückführlei
tung ist als Kombirohr ausgeführt und weist einen Abgaskanal
und einen Kühlwasserkanal auf. Der Kühlwasserkanal steht über
das Abgasrückführventil mit dem Kühlwasserkreislauf des Zylin
derkopfs in Wirkverbindung. Der Abstand des Abgasrückführven
tils zum Zylinderkopf und die damit verbundene Abgastemperatur
kann somit variiert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft,
daß die Eintrittsöffnung für Frischluft an die Ladeluftlei
tung, die Eintrittsöffnung für Abgas an die externe Abgasrück
führleitung, die Austrittsöffnung für Frischluft an den Lade
luftverteiler und die Austrittsöffnungen für Abgas ebenfalls
an den Ladeluftverteiler angeschlossen sind. Der Abgasstrom
wird somit dem Frischluftstrom zugemischt. Nach dem zentri
schen Austritt des Abgases in den Frischluftstrom beginnt der
Mischprozess der beiden Gasströme. Hierbei entstehen keine we
sentlichen Ruß-Öl-Ablagerungen im Bereich der Abgaszuführein
richtung und ein Zusetzen wird verhindert.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es von
Vorteil, daß das Abgasrückführventil in Strömungsrichtung ge
sehen direkt vor der Abgaszuführeinrichtung vorgesehen ist,
wobei das Abgasrückführventil und die Abgaszuführeinrichtung
funktional in einem Gehäuse angeordnet und über die Ein
trittsöffnung für Abgas in Durchflußverbindung sind. Die funk
tionale Trennung von Abgasrückführventil und Abgaszuführein
richtung gewährleistet, daß das Abgasrückführventil nicht vom
Frischluftstrom umströmt und somit auch nicht gekühlt wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den
Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den
Figuren dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des
Ein- und Auslaßleitungssystems einer
Brennkraftmaschine,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der er
findungsgemäßen Abgasrückführeinrich
tung in der Ansicht von oben gemäß Fig.
1,
Fig. 3 Eine Schnittdarstellung eines Abgas
rückführventils mit integrierter Abgas
zuführeinrichtung entlang der Linie B-B
in Fig. 4,
Fig. 4 Eine Schnittdarstellung eine s Abgas
rückführventils mit integrierter Abgas
zuführeinrichtung entlang der Linie A-A
in Fig. 3, und
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Ab
gasrückführventils und der Abgaszufüh
reinrichtung in einem Gehäuse.
In den Zeichnungen ist in Fig. 1 mit 5 ein Ein- und mit 2 ein
Auslaßleitungssystem einer nicht dargestellten Brennkraftma
schine bezeichnet, die mit einer Abgasrückführanlage 1 ausge
stattet ist. Auslaßseitig ist ein Luftfilter 13 vorgesehen, an
den sich ein Frischluftlader 15 und eine Ladeluftleitung 8 an
schließt. Ebenfalls auslaßseitig befindet sich ein Katalysa
tor 14, an den eine Abgasanlage 16 angeschlossen ist. In die
Ladeluftleitung 8 ist ein Ladeluftkühler 6 integriert und nach
der Ladeluftleitung 8 befindet sich eine Abgaszuführeinrich
tung 10. Die Abgaszuführeinrichtung 10 ist über einen externen
Teil 4' der Abgasrückführleitung mit einem Abgasrückführven
til 9 verbunden, das über einen integrierten Teil 4 der Abgasrückführleitung
mit der Auslaßseite der Brennkraftmaschine in
Verbindung steht. Weiterhin ist die Abgaszuführeinrichtung 10
über einen Ladeluftverteiler 7 an Einlaßkanäle 17 angeschlos
sen.
Die Frischluft wird über den Luftfilter 13 angesaugt und mit
tels des Frischluftladers 15 verdichtet. Der Frischluftla
der 15 wird abgasseitig von den ausströmenden Abgasen ange
trieben, die dann über den Katalysator 14 und die Abgasanla
ge 16 ins Freie ausströmen.
Die verdichtete Frischluft wird als Ladeluft im Ladeluftküh
ler 6 gekühlt und weiter über die Ladeluftleitung 8 und die
Abgaszuführeinrichtung 10 dem Ladeluftverteiler 7 zugeführt.
In der Abgaszuführeinrichtung 10 wird der verdichteten und ge
kühlten Frischluft Abgas zugemischt. Das Abgas wird hierbei
über den in einem Zylinderkopf 3 integrierten Teil 4 der Ab
gasrückführleitung dem Abgasrückführventil 9 zugeführt. Über
den externe Teil 4' der Abgasrückführleitung wird der so gere
gelte Abgasstrom zur Abgaszuführeinrichtung 10 geleitet.
Das Abgasrückführventil 9 regelt über einen Steller 11 (Fig. 4)
den in der Abgaszuführeinrichtung 10 der Frischluft zugeführ
ten Abgasstrom, so daß im Ladeluftverteiler 7 ein homogenes
Frischluft-Abgasgemisch entsteht. Dieses homogene Frischluft-
Abgasgemisch wird über die Einlaßkanäle 17 in Fig. 2 darge
stellten Zylindern 18 zugeführt.
Der integrierte Teil 4 der Abgasrückführleitung verläuft in
nerhalb des Zylinderkopfs 3 von der Auslaßseite zur Einlaßsei
te und schließt an das Abgasrückführventil 9 an. Hierbei gibt
der Abgasstrom bereits Wärme an den Zylinderkopf ab.
Der externe Teil 4' der Abgasrückführleitung weist zwei Kanä
le 27, 28 auf, wobei der Kanal 28 mit dem Kühlwasserkreislauf
des Zylinderkopfs verbunden ist und der Kanal 27 als eigentli
che Abgasrückführleitung dient. Zwischen dem Zylinderkopf 3
und dem externen Teil 4' der Abgasrückführleitung ist ein wei
teres, nicht dargestelltes Ventil zur Regulierung des Kühlwas
serstroms in diesem Teil der Abgasrückführleitung vorgesehen,
damit in Abhängigkeit des Betriebspunkts die Abgastemperatur
geregelt werden kann.
In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Anordnung des Abgasrück
führventils 9 und der Abgaszuführeinrichtung 10 im Zusammen
hang mit dem Ein- und Auslaßleitungssystem 5, 2 schematisch
dargestellt. Hierbei ist es vorteilhaft, daß das Abgasrück
führventil 9 und die Abgaszuführeinrichtung 10 getrennt ange
ordnet sind. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, das
Abgasrückführventil 9 in Strömungsrichtung gesehen am Ende des
externen Teils 4' der Abgasrückführleitung vorzusehen und es
mit der Abgaszuführeinrichtung 10 der Art in einem gemeinsamen
Gehäuse anzuordnen, daß das Abgasrückführventil 9 einerseits
noch im Abgasstrom angeordnet ist und andererseits nicht vom
Frischluftstrom gekühlt wird.
Der Frischluftstrom und das durch den Frischluftstrom mitge
führte Öl der Kurbelgehäuseentlüftung treten erst in der Ab
gaszuführeinrichtung 10 mit dem Abgasstrom und dem darin mit
geführten Ruß in Kontakt. Hierbei wird das Zusetzen vorhande
ner Spalte des Abgasrückführventils 9 vermieden.
Das Abgasrückführventil 9 ist direkt hinter dem Zylinderkopf 3
im Bereich der kalten Seite der Brennkraftmaschine angeordnet
und wird über den integrierten Teil 4 der Abgasrückführlei
tung, die zwischen einer Stirnseite des Zylinderkopfs 3 und
dem äußeren Zylinder 18 vorgesehen ist, mit Abgas versorgt.
Die Abgaszuführeinrichtung 10 ist, in Strömungsrichtung gese
hen, vor dem Ladeluftverteiler 7 angeordnet und wird über den
externen Teil 4' der Abgasrückführleitung vom Abgasrückführ
ventil 9 mit Abgas versorgt. Über den Ladeluftverteiler 7 und
die Einlaßkanäle 17 wird das Frischluft-Abgas Gemisch den Zy
lindern 18 zugeführt.
Der externe Teil 4' der Abgasrückführleitung sowie das Abgas
rückführventil 9 stehen mit dem Kühlwasserkreislauf des Zylin
derkopfs 3 in Wirkverbindung. Je nach Betriebspunkt kann zum
Schutz vor Überhitzung oder zur Vermeidung von Lackbildung im
Abgasrückführventil 9 die Betriebstemperatur des Abgases im
Abgasrückführventil 9 und im externen Teil 4' der Abgasrück
führleitung über den Kühlwasserstrom geregelt werden.
Die Fig. 3 und 4 zeigen jeweils einen Schnitt des Abgasrückführ
ventils 9 mit der integrierten Abgaszuführeinrichtung 10. Das
Abgasrückführventil 9 weist einen Ventilkörper 23, eine Stel
lachse 24, ein Stellglied 25 sowie einen Stellmotor 26 auf,
die mit Bezug auf eine Ventilachse 29 koaxial angeordnet sind.
Die Stellachse 24 und damit der Ventilkörper 23 werden über
das vorgesehene Stellglied 25, das als Nocke ausgebildet ist,
mittels einer Drehbewegung des Stellmotors 26 vertikal zwi
schen ihren beiden Endlagen bewegt. In dieser Ausführungsform
ist der Ventilkörper 23 in beiden Endlagen selbsthemmend, d. h.
in geschlossenem Zustand hält der anstehende Abgasdruck das
Ventil geschlossen und in offenem Zustand ist der Stellmotor
aufgrund der Nockenanordnung kräfte- bzw. momentenfrei.
Der in Fig. 4 nicht dargestellte Frischluftstrom tritt von
links durch eine Eintrittsöffnung 19 für Frischluft in die Abgaszuführeinrichtung
10 ein und wird radial, hier von unten,
über eine Eintrittsöffnung 20 für Abgas mit Abgas beschickt.
Der Abgasstrom tritt durch eine Austrittsöffnung 22 für Abgas
in der Strömungsmittelachse 30 des Frischluftstroms ein und
wird auf dem Weg zum Ladeluftverteiler 7 bzw. im Ladeluftver
teiler 7 gemischt.
Durch den Frischluftstrom wird Öl aus der Kurbelgehäuseentlüf
tung mitgeführt. Dieses mitgeführte Öl und der Rußanteil des
zugemischten Abgases werden teilweise gemischt und somit durch
den Gasstrom mitgetragen. Das Frischluft-Abgas Gemisch wird
über die Einlaßkanäle 17 den Zylindern 18 zugeführt.
In Fig. 5 ist mit 31 ein Gehäuse dargestellt, daß das Abgas
rückführventil 9 und die Abgaszuführvorrichtung 10 aufnimmt.
Das Gehäuse 31 weist eine Trennfläche 32 auf, die das Abgas
rückführventil 9 vom Frischluftstrom trennt, so daß dieses
durch den Frischluftstrom nicht gekühlt wird. Die Abgase tre
ten hierbei vom Abgasrückführventil 9 aus über die Ein
trittsöffnung 20 für Abgas in die Abgaszuführvorrichtung 10
ein und werden mit der über die Eintrittsöffnung 19 eintreten
den Frischluft gemischt. Über die Austrittsöffnung 21 bzw. 22
wird das Gasgemisch zum Ladeluftverteiler geführt.
Claims (13)
1. Abgasrückführanlage (1) für eine Brennkraftmaschine mit ei
nem Ein- und Auslaßleitungssystem (5, 2), das eine Ladeluft
leitung (8) aufweist, der über eine Abgasrückführleitung und
ein Abgasrückführventil (9) Abgas zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem in einem externen Teil (4') der Abgasrückführleitung
angeordneten Abgasrückführventil (9) eine davon getrennte Ab
gaszuführeinrichtung (10) zugeordnet ist.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abgasrückführventil (9), in Strömungsrichtung gesehen,
nach einem Zylinderkopf (3) und vor der Abgaszuführeinrich
tung (10) angeordnet ist, die als Mischvorrichtung ausgebildet
ist.
3. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgaszuführeinrichtung (10), in Strömungsrichtung ge
sehen, vor einem Ladeluftverteiler (7) und nach dem Abgasrück
führventil (9) angeordnet ist.
4. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgaszuführeinrichtung (10) zwei Eintrittsöffnun
gen (19, 20) für Frischluft und Abgas sowie zwei Austrittsöff
nungen (21, 22) für Frischluft und Abgas aufweist, wobei die
Austrittsöffnung (22) für Abgas zentrisch in der Austrittsöff
nung (21) für Frischluft angeordnet ist.
5. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abgasrückführventil (9) einen Steller (11) aufweist.
6. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Steller (11) im Abgasrückführventil (9) pneumatisch
oder elektro-mechanisch ausgeführt ist.
7. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abgasrückführventil (9) mit einer Kühleinrichtung des
Zylinderkopfs (3) in Wirkverbindung steht.
8. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abgasrückführventil (9) und die Abgaszuführeinrich
tung (10) auf der kalten Einlaßseite des Zylinderkopfs (3) an
geordnet sind.
9. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgasrückführleitung aus einem im Zylinderkopf (3) in
tegrierten Teil (4) und dem externen Teil (4') besteht.
10. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abgasrückführventil (9) und ein Auslaßleitungssy
stem (2) über den integrierten Teil (4) der Abgasrückführlei
tung in Wirkverbindung stehen.
11. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abgasrückführventil (9) und die Abgaszuführeinrich
tung (10) über den externen Teil (4') der Abgasrückführleitung
in Wirkverbindung stehen.
12. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Eintrittsöffnung (19) für Frischluft an die Ladeluft
leitung (8), die Eintrittsöffnung (20) für Abgas an den exter
nen Teil (4') der Abgasrückführleitung, die Austrittsöff
nung (21) für Frischluft an den Ladeluftverteiler (7) und die
Austrittsöffnungen (22) für Abgas ebenfalls an den Ladeluft
verteiler (7) angeschlossen sind.
13. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abgasrückführventil (9) in Strömungsrichtung gesehen
direkt vor der Abgaszuführeinrichtung (10) vorgesehen ist, wo
bei das Abgasrückführventil (9) und die Abgaszuführeinrich
tung (10) in einem Gehäuse (31) angeordnet und über die Ein
trittsöffnung (20) für Abgas in Durchflußverbindung sind.
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