DE4235794C1 - Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-OS 28 55 687 ist bereits eine Abgasrückführung für
eine aufgeladene Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art
bekannt.
Die mit Turboaufladung arbeitende Brennkraftmaschine weist
mehrere Zylinder mit einer Abgasleitung auf. Die Abgasleitung
ist in einen ersten und einen zweiten Teil unterteilt, wobei
der erste Teil die Abgase von einem ersten Satz von Zylindern
und der zweite Teil die Abgase von einem zweiten Satz von Zylindern
aufnimmt. Eine asymmetrische Doppelspirale bildet das
zweiflutige Gehäuse der Turbine des Abgasturboladers, wobei der
erste Teil der Abgasleitung in die Spirale mit dem engeren
Durchtrittsquerschnitt und der zweite Teil der Abgasleitung in
die Spirale mit dem weiteren Durchtrittsquerschnitt mündet. Von
dem ersten Teil der Abgasleitung zweigt vor der Turbine eine
Abgasrückführungsleitung ab, die mit der Ladeluftleitung nach
dem Verdichter des Abgasturboladers verbunden ist. In der Abgasrückführungsleitung
ist ein Ventil und eine Drossel zum Regeln
des rückgeführten Abgasstromes eingebaut.
Bei bekannten Brennkraftmaschinen mit Turboaufladung und Abgasrückführung
ist der hohe Bauaufwand für die asymmetrische
zweiflutige Turbine und der zweigeteilten Abgasleitung von
Nachteil.
Diese aufwendige Bauweise ist deshalb notwendig, da der Druck
in der Abgasleitung höher sein muß als der Druck in der Ladeluftleitung,
so daß die Abgase in der gewünschten Weise zur
Ladeluftleitung strömen. Dies wird hier durch das oben geschilderte
asymmetrische Turbinengehäuse erreicht, in dem der Teil
der Abgasleitung, von dem die Abgasrückführungsleitung abzweigt,
in den engeren Durchtrittsquerschnitt mündet und somit
ein Staudruck in dem ersten Teil der Abgasleitung entsteht, der
über dem Druck in der Ladeluftleitung liegt.
Der Betrieb der Abgasrückführung ist somit erst gewährleistet,
wenn das Druckgefälle zwischen Abgas- und Ladeluftleitung in der
oben geschilderten Weise besteht. Somit ist es bei gattungsgemäßen
Abgasrückführungen nicht möglich, Turbolader zu verwenden,
die sich bei einem Druck in der Abgasleitung vor dem
Turbolader betreiben lassen, der niedriger ist als der Druck in
der Ladeluftleitung nach dem Verdichter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Abgasrückführung für eine turboaufgeladene Brennkraftmaschine
so auszubilden, daß eine baulich vereinfachte Brennkraftmaschine
mit Turboaufladung und Abgasrückführung entsteht, bei
der unabhängig vom Druck des Abgases in einer Abgasleitung der
Brennkraftmaschine eine gesonderte Menge Abgas in eine Ladeluftleitung
der Brennkraftmaschine rückführbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichen des
Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung der Abgasrückführung
ist, daß der Druck in der Abgasleitung nicht betriebsnotwendig
höher sein muß als der Druck in der Ladeluftleitung, um
eine bestimmte Menge Abgas zurückzuführen. Somit wird gegenüber
dem bekannten Stand der Technik eine größere Variabilität hinsichtlich
der verwendeten Turbolader und eine bauliche Vereinfachung
erreicht.
Die Anordnung der Durchflußreguliereinrichtung hat unter anderem
den Vorteil, daß eine Nachrüstung einer turboaufgeladenen
Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung mit geringem
Aufwand möglich ist, da die Drossel-Ejektor-Parallelschaltung
und das Absperrventil in der Abgasrückführleitung lediglich auf
den vorhandenen Turbolader und das Motor-Kennfeld abgestimmt
werden muß.
Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 und 3
kann zusammen mit der Drossel-Ejektor-Parallelschaltung eine
vom Motorkennfeld abhängige Regelung der Abgasrückführrate
vorgenommen werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachstehenden
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine
1, die über eine Abgasleitung 2 und eine Ladeluftleitung
3 mit einem Abgasturbolader 4 verbunden ist. Der
Abgasturbolader 4 besteht in seinen wesentlichen Teilen aus
einem Verdichter 5, der über eine Welle 6 mit einer Turbine 7
verbunden ist.
Die Abgasleitung 2 führt von der Auslaßseite 8 der Brennkraftmaschine 1
zum Einlaßstutzen 9 der Turbine 7.
Ein erster Teil 10 der Ladeluftleitung 3 führt von einem Auslaßstutzen
11 des Verdichters 5 zu einem Ladeluftkühler 12, ein
zweiter Teil 13 der Ladeluftleitung 3 verbindet den Ladeluftkühler
12 mit der Einlaßseite 14 der Brennkraftmaschine 1.
In dem zweiten Teil 13 der Ladeluftleitung 3 befindet sich eine
Drossel 15, zu der ein Ejektor 16 mittels einer Bypassleitung
17 parallel geschaltet ist. Die Parallelschaltung der Drossel
15 und des Ejektors 16 bildet eine Durchflußreguliereinrichtung
18.
Von der Abgasleitung 2 führt eine Abgasrückführungsleitung 19
zu einem Saugstutzen 20 des Ejektors 16, der an seinem Einströmstutzen
21 und an seinem Ausströmstutzen 22 mit der
Bypassleitung 17 verbunden ist.
In der Abgasrückführungsleitung 19 ist ein Absperrventil 23
angeordnet.
Ein Regler 24 regelt über die Drossel 15 und das Absperrventil
23 die Abgasrückführrate in Abhängigkeit von Betriebsparametern
der Brennkraftmaschine 1.
Prinzipiell strömt bei voll geöffneter Drossel 15 und geschlossenem
Absperrventil 23 die Ladeluft direkt durch die Ladeluftleitung
3 zur Einlaßseite 14 der Brennkraftmaschine 1, da der
Strömungswiderstand der geöffneten Drossel 15 geringer ist als
der des Ejektors 16 in der Bypassleitung 17.
Ist der Druck des Abgases in der Abgasleitung 2 höher als der
Druck der Ladeluft in dem zweiten Teil 13 der Ladeluftleitung 3
und das Absperrventil 23 geöffnet, kommt es zu einer Strömung
des Abgases von der Abgasleitung 2 über die Abgasrückführungsleitung
19 durch den Ejektor 16 zu der Ladeluftleitung 3 und zu
einer Mischung des Abgases mit der Ladeluft. Die Menge des rückgeführten
Abgases ist über das Absperrventil 23 regelbar.
Sinkt der Abgasdruck unter den Druck der Ladeluft in dem zweiten
Teil 13 der Ladeluftleitung 3 und ist eine Abgasrückführung
erwünscht, wird die Drossel 15 soweit abgeriegelt, daß die Ladeluft
sowohl durch den zweiten Teil 13 der Ladeluftleitung 3
als auch über die Bypassleitung 17 durch den Ejektor 16 strömt.
Nach dem Einströmstutzen 21 des Ejektors 16 wird die Strömung
der Ladeluft in einer Düse zunächst beschleunigt und damit der
statische Druck im Ejektor 16 soweit abgesenkt, daß der Druck
des Abgases aus der Abgasrückführungsleitung 19 höher ist als
der statische Druck im Ejektor 16. Damit kann das Abgas aus dem
Saugstutzen 20 strömen und vermischt sich mit der Ladeluft.
Anschließend strömt das Luft-Abgas-Gemisch zum Diffusor des
Ejektors 16. Dort wird die Strömung wieder verzögert und Geschwindigkeitsenergie
in Druckenergie umgewandelt. Das Luft-
Abgas-Gemisch gelangt über den Ausströmstutzen 22 und die
Bypassleitung 17 in die Ladeluftleitung 3 und vermischt sich
mit der Ladeluft, die über die teilweise abgeriegelte Drossel
15 direkt durch den zweiten Teil 13 der Ladeluftleitung 3 zur
Einlaßseite 14 der Brennkraftmaschine 1 strömt.
Um die oben beschriebene Funktion der Durchflußreguliereinrichtung
18 betriebssicher zu gewährleisten, sind der Ejektor 16
und die Drossel 15 aufeinander abzustimmen.
Ein besonders zweckmäßiger Betrieb der Abgasrückführung ist
durch die Regelung der Abgasrückführrate über die Durchflußreguliereinrichtung
18 und das Absperrventil 23 in Abhängigkeit
von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 1 und in Abhängigkeit
der Betriebsparameter des Abgasturboladers 4 gegeben.
So muß unter anderem die Drosselung der Ladeluft mit der Pumpgrenze
des Verdichters 5 des Abgasturboladers 4 und die Menge
des rückgeführten Abgases mit den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine
1 abgestimmt werden.
Die Einspeisung des rückgeführten Abgases erfolgt in den zweiten
Teil 13 der Ladeluftleitung 3 nach dem Ladeluftkühler 12,
um dessen Verschmutzung durch das Abgas zu vermeiden. Dies ist
auch hinsichtlich des Gaswechsels sinnvoll, da der Ladeluftkühler
12 hauptsächlich zur Verbesserung des Liefergrades im
Vollastbereich benötigt wird und gleichzeitig in diesem Bereich
die rückgeführte Abgasmenge sehr gering ist bzw. überhaupt kein
Abgas mehr rückgeführt wird.
Die Abgasrückführung erfolgt hauptsächlich im Teillastbereich,
in dem eine gewisse Temperaturerhöhung und damit eine Verringerung
der Dichte der zuvor gekühlten Ladeluft durch die rückgeführten
Abgase tolerierbar ist.
Eine Zuführung des Abgases vor den Verdichter ist zwar möglich,
jedoch wegen der Verschmutzung des Verdichters und einem eventuell
nachfolgendem Ladeluftkühler kritisch, da hierdurch die
Lebensdauer dieser Bauteile deutlich beeinträchtigt wird.
Claims (3)
1. Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine, die einen Abgasturbolader
mit einer Turbine und einem Verdichter sowie eine
Abgasleitung und eine Ladeluftleitung aufweist, wobei eine Abgasrückführungsleitung
die Abgasleitung vor der Turbine mit der
Ladeluftleitung nach dem Verdichter verbindet und wobei eine
Durchflußreguliereinrichtung vorgesehen ist, über die die Menge
des aus der Abgasrückführungsleitung strömenden Abgases regelbar
ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchflußreguliereinrichtung (18) aus einer Parallelschaltung
einer Drosseleinrichtung (15) und eines Ejektors (16)
mit einem Einströmstutzen (21), einem Ausströmstutzen (22) und
einem Saugstutzen (20) gebildet ist, wobei sich die Drosseleinrichtung
(15) in der Ladeluftleitung (3) nach dem Verdichter
(5) und der Ejektor (16) in einer Bypassleitung (17) befindet
und der Einströmstutzen (21) und der Ausströmstutzen (22) mit
der Ladeluftleitung (3) und der Saugstutzen (20) mit der Abgasrückführungsleitung
(19) verbunden ist.
2. Abgasrückführung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Abgasrückführungsleitung (19) ein Absperrventil (23)
mit Rückschlagsicherung angeordnet ist.
3. Abgasrückführung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelung der Abgasrückführrate über die Durchflußreguliereinrichtung
(18) und das Absperrventil (23) in Abhängigkeit
von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (1) vornehmbar
ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLER-BENZ AKTIENGESELLSCHAFT, 70567 STUTTGART, |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110502 |