DE2534295C2 - Vorrichtung zur gesteuerten Abgasrückführung in die Saugleitung des Laders einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur gesteuerten Abgasrückführung in die Saugleitung des Laders einer Brennkraftmaschine

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DE2534295C2 DE2534295A DE2534295A DE2534295C2 DE 2534295 C2 DE2534295 C2 DE 2534295C2 DE 2534295 A DE2534295 A DE 2534295A DE 2534295 A DE2534295 A DE 2534295A DE 2534295 C2 DE2534295 C2 DE 2534295C2
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Description

laßleitung 7 mit dem Auslaß des Laders 2, im allgemeinen durch das stromaufwärts gelegene Ende der Leitung 5, und durch eine Auslaßleitung 8 mit dem stromabwärts gelegenen Ende der Leitung 5 derart verbunden sind, daß die Brennräume 6 mit einem Teil der Leitung 5 parallel geschaltet sind.
Die Maschinenanlage umfaßt auch noch eine Hilfsbrennkammer 9, die mit Frischluft durch die Leitung 5, von der sie zumindet zum Teil das stromabwärts geiegene Ende bildet, mit Brennstoff durch ein Brennstoff-Versorgungssystem 10 und mit Verbrennungsgas durch die Auslaßleitung 8 versorgt wird, die in diese Hilfsbrennkammer 9 einmündet, welche heiße Gase zum Antrieb der Turbine 3 liefert
Die Maschinenanlage kann auch in dem Teil der Leitung ^zwischen dem Anfang der Einlaßleitung 7 und der Hilfsbrennkammer 9 eine Drosseleinrichtung aufweisen, um zwischen der Luft, die aus dem Lader 2 kommt, und dem Gas, das in die Turbine 3 eintritt, einen Druckabfall zu erzeugen, der praktisch unabhängig vom Verhältnis zwischen der in der Leitung strömenden Luftmenge und der vom Lader gelieferten Gesamtluftmenge ist, der sich jedoch im gleichen Sinne wie der in Strömungsrichtung vor der Drosseleinrichtung herrschende Druck verändert. Diese Drosseleinrichtung kann durch eine drehbare Klappe 11 (wie in F i g. 1 dargestellt), einen verschieb- oder verschwenkbaren Schieber oder eine ähnliche Einrichtung gebildet sein und wird durch einen Differentialkolben 12 mit zwei Kolben 13 und 14 mit unterschiedlichem Querschnitt gesteuert, zwischen die eine Leitung 15 den in der Leitung 5 sUomaufwärts der Drosseleinrichtung herrschenden Druck überträgt. Auf die andere Fläche des kleinen Kolbens 13 wirkt der Atmosphärendruck und auf die andere Fläche des großen Kolbens 14 wirkt der Druck, der in der Leitung 5 stromabwärts der Drosseleinrichtung herrscht und durch eine Leitung 16 übertragen wird. Der Kolben 12 ist in einem Differentialzylinder 17 verschiebbar aufgenommen. Die Anordnung, bestehend aus dem Zylinder 17, dem Kolben 12, der Drosseleinrichtung (Drosselklappe 11 oder etwas Ähnliches) und der mechanischen Verbindung zwischen der Drosseleinrichtung und dem Differentialkolbcn ist derart, daß man das oben erwähnte Verhalten für den Druckabfall beim Überschreiten der Drosseleinrichtung erhält.
Das Brennstoff-Versorgungssystem 10 wird durch eine Steuereinrichtung gesteuert, die den Durchfluß den Arbeitsbedingungen der Vorrichtung anpaßt.
Die Hilfsbrennkammer 9, ist bezogen auf die Strömungsrichtung, in eine primäre Verbrennungszone, die mit frischer Luft und mit Brennstoff beschickt ist, und eine sekundäre Mischzone unterteilt, die mit frischer Luft und mit Verbrennungsgas aus der Auslaßleitung 8 beschickt ist, und mit der Turbine 3 in Verbindung steht.
Die Maschinenanlage besitzt eine Rückführleitung 18 für heiße Gase, dessen Anfang 19 sich zwischen der stromabwärts gelegenen Zone der Hilfsbrennkammer 9 und dem Einlaß der Turbine 3 befindet unci dessen Ende, welches durch Öffnungen 20 gebildet ist, in der Saugleitung 21 des Laders 2 liegt. Darüber hinaus ist die Rückführleitung 18 mit einem automatisch arbeitenden Ventil 22 versehen, das die Rückführleitung absperrt, sobald der Lader 2 ohne Rezirkulation in der Lage ist, stromaufwärts der Brennkraftmaschine 1 diejenigen thermodynamischen Bedingungen zu schaffen, die eine Selbstzündung ermöglichen. Die stromabwärts gelegene Zone entspricht näherungsweisc dem Ende der sekundären Mischzonc.
Wie in F i g. 2 im einzelnen dargesteilt» ist das Ventil 22 in der Saugleitung 21 des Laders 2 angeordnet und umfaßt ein festgelegtes rohrförmiges Ventilgehäuse 23, das das stromabwärts gelegene Ende der Rückführleitung 18 bildet und das aufeinanderfolgend im Strömungssinne des zurückgeführten Gases (schematisch durch den Pfeil F angedeutet) einen inneren Ventilsitz 24, Auslaßöffnungen 20 und eine Verbindung in Form von öffnungen 25 zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Ventilgehäuses 23 aufweist Das Ventil 22 umfaßt außerdem einen Steuerkolben 26, der in der Zone des Ventilgehäuses 23 zwischen den Auslaßöffnungen 20 und den Verbindungsöffnungen 25 gleitet und der stromaufwärts einen Ventilteller 27 trägt der mit dem Sitz 24 zusammenwirkt Der Kolben ist der Wirkuvig einer abgestimmten Feder 28 unterworfen, die bestrebt ist den Ventilteller 27 von seinem Sitz 24 zu entfernen und ihn in eine Richtung entgegen dem Pfeil F zu verschieben, bis er durch einen Anschlagkörper 29 angehalten wird, der gleichzeitig als Abstützung für die Feder 28 dient.
Derjenige Teil des Ventilgehäuses 23, der die Auslaßöffnungen 20 aufweist, ist in der X-X-Achse eines geradlinigen Abschnittes der Saugleitung 21 vorgesehen und
die öffnungen 20 sind auf den Umfang dieses Abschnittes des Ventilgehäuses verteilt und sind ungefähr im rechten Winkel zu dieser Achse X-X ausgerichtet, wie dies in F i g. 2 für diejenige der öffnungen gezeigt ist, die mit 20a bezeichnet ist und die sich in der Zeichenebene der Figur befindet.
Die Auslaßöffnungen 20 sind entsprechend der Verschieberichtung des Steuerkolbens 26 gestaffelt und das Ventilgehäuse 23 trägt eine Einrichtung 30, die auf die Temperatur der in der Saugleitung 21 einströmenden Luft anspricht und geeignet ist, den Anschlagkörper 29 in einem dem Pfeil F entgegengesetzten Sinne um so mehr zu verschieben, je höher diese Temperatur ist, was zu einem Verschließen einer zunehmenden Anzahl von öffnungen durch den Kolben 26 und somit zu einer Verminderung der Menge des zurückgeführten Gases unter der Voraussetzung führt, daß der Kolben an seinem Anschlagkörper 29 anliegt und das Ventil 27 auf ist. Zu diesem Zweck trägt der Kolben 26 an der dem Ventilteller 27 gegenüber liegenden Seite einen Schaft 31, der frei durch eine Scheibe 32 faßt, die mit dem Anschlagkörper 29 fest verbunden ist und sich an der Rückseite der Scheibe 32 mittels eines quer laufenden Ansatzes abstützt, der fest mit dem Schaft 31 verbunden und beispielsweise durch eine Scheibe 33 gebildet ist.
Der Anschlagkörper 29 selbst ist durch einen Zylinder gebildet, der im Inneren des Ventilgehäuses 23 verschiebbar angeordnet ist und den einander entgegengesetzten Wirkungen einer Feder 35 (im Sinne des Pfeiles F) und eines Stößels 36 ausgesetzt ist, der um so mehr aus der Einrichtung 30 heraustritt, je höher die durch diese Einrichtung festgestellte Temperatur ist. Die Scheibe 32 kann als Abstützung für die Feder 28 dienen. Schließlich ist das Ventilgehäuse 23 zwischen den öffnungen 20 und den Verbindungsöffnungen 25 mit einer Entlüftungsöffnung 37 versehen, die derart angeordnet ist, daß sie eine Verbindung zwischen dem Saugkanal 21 und dem Raum zwischen dem Ventilteller 27 und der Stcierkante 38 des Kolbens 26 herstellt, wenn sich der Ventilteller auf dem Sitz 24 befindet. Diese Entlüftungs-
b5 öffnung verhindert, daß die durch die Rückführleitung 18 ankommenden heißen Gase mit den Federn 28 und 35 in Berührung kommen und diese zerstören.
Man erhalt so eine Maschinenanlage, deren Arbeits-
weise wie nachfolgend erläutert abläuft. Man startet den Lader 2 und die Turbine 3 mit Hilfe einer nicht dargestellten Anlasservorrichtung und führt Brennstoff mit Hilfe des Brennstoff-Versorgungssystems 10 in die Hilfsbrennkammer 9 mit ausreichender Menge ein, um s ein selbständiges Laufen des Turboladers zu ermöglichen. Der in der stromabwärts liegenden Zone der Hilfsbrennkammer 9 herrschende und durch die Rückführleitung 18 auf den Steuerkolben 26 übertragene Druck der heißen Gase ist ungenügend, um die Wirkung der Feder 28 zu überwinden. Dieser Druck ist jedoch immer höher als der Druck der ankommenden Frischluft in der Saugleitung 21, wodurch eine bestimmte Menge an heißen in der Hilfsbrennkammer 9 erzeugten Gasen durch die Rückführleitung 18 und die Auslaßöffnungen 20 in die Saugleitung 21 eingeführt wird, wo sich die heißen Gase mit der Frischluft mischen und diese aufheizen. Man kann darauf die Brennkraftmaschine mit Hilfe ihres nicht dargestellten Anlassers anlassen, denn die thermodynamischen Bedingungen, die auf diese Weise geschaffen sind, gestatten eine Selbstzündung in den Brennräumen 6 der Brennkraftmaschine 1.
Die heißen Gase, die mit großer Geschwindigkeit aus den Öffnungen 20 quer zur Strömung der Frischluft in die Saugleitung 21 austreten, bilden mit der Frischluft eine homogene Mischung sowohl hinsichtlich der Zusammensetzung als auch hinsichtlich der Temperatur.
Je niedriger die Temperatur der Außenluft ist, um so mehr läßt der Stößel 36 der Einrichtung 30 ein Anheben des Anschlagkörpers 29 durch die Feder 35 und damit ein Anheben des Ventiltellers 27 zu, was zu einer Vergrößerung der Anzahl der geöffneten Auslaßöffnungen 20 führt. Schließlich ist der Durchsatz der zurückgeführten heißen Gase um so größer, je niedriger die Außentemperatur ist. d. h. daß eine besonders bedeutsame Aufhetzung notwendig ist.
So lange der Druck der heißen zurückgeführten Gase geringer ist als die Schwelle, von welcher ab die thermodynamischen Bedingungen eine Selbstzündung ermöglichen, wird der Kolben 26 durch die Feder 28 so lange entgegen der Richtung des Pfeiles F verschoben, als dies die gegenseitige Berührung der Scheiben 32 und 33 zuläßt. Wegen der erweiterten Form, die der Sitz 24 und der Ventilteller 27 aufweisen, werden die heißen Gase beim Umströmen des Ventiltellers 27 nicht eingeschnürt. Wenn der Druck der zurückgeführten heißen Gase die oben erwähnte Schwelle erreicht, hebt er den Kolben 26 an, wodurch eine Einschnürung der heißen Gase hervorgerufen wird, die den Ventilteller 27 umströmen, was einen Druckabfall hinter dem Ventil zur Folge hat; der Ventilteller legt sich daher schnell an seinen Sitz 24 an. Der Ventilteller 27 führt somit eine Auf-Zu-Regelung aus. Auf diese Weise ist ab einer erhöhten Leistung die Rückführung der heißen Gase, die eine Zerstörung des Laders 2 herbeiführen könnten, vollständig unterbunden.
Es sei erwähnt, daß gemäß der Erfindung die Aufheizung der durch den Lader angesaugten Luft eine Erhöhung des Brennstoffverbrauches herbeiführt, die sich im obigen Beispiel zwischen 0 und 21 % bewegt Wenn man dagegen die Bedingungen für die Selbstzündung nur durch eine Erhöhung des Druckes des Turboladers erreichen möchte, so ist die Erhöhung des Brennstoffverbrauches wesentlich größer und man kann behaupten, daß die Erfindung eine Wirtschaftlichkeit bezogen auf den Brennstoff gewährleistet Im übrigen würde die Erhöhung des Druckes des Turboladers eine Überdimensionierung der Anlaßvorrichtung der Brennkraftmaschine und somit eine Erhöhung der Anlagekosten hervorrufen.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern umfaßt sämtliche dem Fachmann geläufigen Abänderungen. So kann, wie dies in Fig. 1 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist, die Maschinenanlage einen Niederdrucklader 39 stromaufwärts der Saugleitung 21 des Laders 2 und eine Niederdruckturbine 40 stromabwärts der Turbine 3 aufweisen, wobei die Turbine 40 den Lader 39 mittels einer Welle 41 antreibt. Ebenso kann das Ventil 22, so weit es automatisch arbeitet, auf andere Parameter, wie z. B. die Temperatur des Kühlmediums der Brennkraftmaschine, ansprechen. Das Ventil braucht nicht notwendigerweise automatisch zu arbeiten, sondern kann auch manuell betätigt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge- Patentansprüche: kennzeichnet daß die Auslaßöffnungen (20) recht winklig zur Achse der Saugleitung (21) ausmünden.
1. Vorrichtung zur gesteuerten Abgasrückführung
in die Saugleitung des Laders einer abgasturbogela- 5
denen Brennkraftmaschine, mit einem den Abgasrückfluß ggf. temperaturabhängig regelnden, in einer in die Saugleitung mündenden Rückführleitung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gesteuerangeordneten Ventil, dadurchgekennzeich- ten Abgasrückführung in die Saugleitung des Laders net, daß das Ventil (22) einen in einem Ventilge- io einer abgasturbogeladenen Brennkraftmaschine gemäß häuse (23) zwischen zwei Endstellungen verschieb- dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
bar geführten Steuerkolben (26) umfaßt, der auf ei- Aus der US-PS 26 33 698 ist es bereits bekannt, die ner Kolbenseite vom Abgasdruck und auf der ande- Abgasrückführung durch ein Ventil zu regeln. Als nachren Kolbenseite vom Saugleitungsdruck beauf- teilig ist jedoch anzusehen, daß das Ventil ausschließlich schlagt und mittels eines Vorspannelementes (28) in 15 temperaturgesteuert ist wofür ein Dampfdruckthermo-Richtung Öffnungsstellung vorgespannt ist und der meter und ein unter der Wirkung des Dampfdrucks sich mit einer Schließvorrichtung \24, 27) gekoppelt ist, mehr oder weniger in Längsrichtung ausdehnender Balg welche den Abgasrückfluß durch das Ventil (22) in vorgesehen sind Dadurch ist nur ein Temperatursteueder anderen Endstellung des Steuerkolbens (26), der rung möglich, nicht jedoch eine Steuerung des wesentli-Schließstellung, unterbricht und in der öffnungsstel- 20 chen Parameters Saugleitungsdruck.
lung des Steuerkolbens (26) freigibt Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu-
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- gründe, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten zeichnet, daß der Steuerkolben (26) einen Ventiltel- Art mit einfachen Mitteln eine vom Saugleitungsdruck ler (27) trägt der mit einem Ventilsitz (24) des Ventil- abhängige Steuerung der Abgasrückführung zu ermöggehäuses (23) zusammenwirkt 25 liehen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des zeichnet durch einen im Ventilgehäuse (23) ver- Anspruchs J genannten Merkmale gelöst In vorteilhafschiebbar gelagerten, von einem Temperaturfühler ter Weise wird für die Steuerung die Differenz zwischen (30) verstellbaren Anschlagkörper (29), der einen die dem Saugleitungsdruck und dem Abgasdruck ausgejeweilige Öffnungsstellung des Steuerkolbens (26) 30 nutzt auf die es für den Zündungsvorgang bzw. den definierenden Bewegungsanschlag für den Steuer- Selbstzündungsvorgang in der Brennkraftmaschine wekolben (26) bildet. sentlich ankommt. Der Aufbau des Ventils ist sehr ein-
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- fach, da die Druckregelung nur durch ein einziges bezeichnet, daß das rohrförmige Ventilgehäuse im Be- wegtes Teil, nämlich den beidseitig mit entsprechenden reich des Steuerkolbens (26) Auslaßöffnungen (20) 35 Drücken beaufschlagten Steuerkolben, erreicht wird,
für das Abgas aufweist, wobei bei steigender Fühler- Vorzugsweise trägt der Steuerkolben einen Ventilteltemperatur und dementsprechender Verlagerung ler, der mit einem Ventilsitz des Ventilgehäuses zusamder Öffnungsstellung des Steuerkolbens (26) dieser menwirkt. Um eine gleichzeitige Druckdifferenz — und in seiner Öffnungsstellung eine zunehmende Anzahl Temperaturregelung der Abgasrückführung zu erlauvon Auslaßöffnungen (20) verschließt. 40 ben, sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem der einen im Ventilgehäuse verschiebbar gelagerten, von Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß einem Temperaturfühler verstellbaren Anschlagkörper der Anschlagkörper (29) auf der einen Kolbenseite vor, der einen die jeweilige Öffnungsstellung des Steudes Steuerkolbens (26) und der Ventilteller (27) auf erkolbens definierenden Bewegungsanschlag für den der anderen Kolbenseite angeordnet sind. 45 Steuerkplben bildet.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen An- Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrför- chen aufgeführt. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mige Ventilgehäuse (23) im Bereich des Steuerkol- wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. Es bens (26) mit mindestens einer Entlüftungsöffnung zeigt
(37) versehen ist, die in der Schließstellung des Steu- 50 F i g. 1 eine teilweise geschnittene schematische Dar-
erkolbens (26) vom Steuerkolben (26) freigegeben, stellung einer Maschinenanlage mit einer abgasturbo-
sonst jedoch vom Steuerkolben (26) abgedeckt ist. geladenen und selbstzündenden Brennkraftmaschine
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen An- mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung; und
Sprüche mit einer Hilfsbrennkammer (9), deren Ver- Fig. 2 einen vergrößerten Axialschnitt durch eine brennungsgase mit den Abgasen der Brennkraftma- 55 Ausbildungsform der Vorrichtung gemäß der Erfinschine (1) vermischt der Turbine (3) des Turboladers dung.
zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Die luftansaugende (nach dem Diesel-Verfahren ar-
Rückführieitung(18) von einem Anfangsort ausgeht beitende) Brennkraftmaschine nach Fig. 1, die durch
zwischen der Turbine (3) und dem Vermischungsort das Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, wird durch einen der Verbrennungsgase der Hilfsbrennkammer (9) 60 Turbolader aufgeladen, der einen Lader 2, eine Turbine
mit den Abgasen der Brennkraftmaschine (1). 3, die den Lader 2 mittels einer Verbindungswelle 4
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, antreibt, und eine Leitung 5 aufweist, die vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler dauerhaft, den Auslaß des Laders 2 mit dem Einlaß der (30) die Temperatur der Saugluft in der Saugleitung Turbine 3 verbindet. Die Strömungsrichtung der Luft
(21) vor dem Einleiten des Abgases mißt. 65 und anderer Gasgemische ist in F i g. 1 durch Pfeile an-
9. Vorrichtung nach einem der vorherigen An- gedeutet.
sprüclie, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil Die Brennkraftmaschine umfaßt mehrere Brennräu-
(22) innerhalb der Saugleitung (21) angeordnet ist. me 6 mit veränderbarem Volumen, die durch eine Ein-
DE2534295A 1974-08-01 1975-07-31 Vorrichtung zur gesteuerten Abgasrückführung in die Saugleitung des Laders einer Brennkraftmaschine Expired DE2534295C2 (de)

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FR7426703A FR2283314A1 (fr) 1974-08-01 1974-08-01 Perfectionnements apportes aux moteurs a combustion interne suralimentes, a allumage par compression

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Publication Number Publication Date
DE2534295A1 DE2534295A1 (de) 1976-02-19
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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2534295A Expired DE2534295C2 (de) 1974-08-01 1975-07-31 Vorrichtung zur gesteuerten Abgasrückführung in die Saugleitung des Laders einer Brennkraftmaschine

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