DE60015998T2 - Vorrichtung zum Transfer von Auspuffgasen vom Auslasssammelrohr einer aufgeladenen Verbrennungs-Kraftmaschine zu deren Einlassleitung - Google Patents

Vorrichtung zum Transfer von Auspuffgasen vom Auslasssammelrohr einer aufgeladenen Verbrennungs-Kraftmaschine zu deren Einlassleitung Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transfer von Auspuffgasen aus dem Auslasssammelrohr einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine zu deren Einlassleitung, die aufweist: eine Aufladeeinheit mit einer Turbine, die mit dem Auslasssammelrohr verbunden ist, wobei das Rad der Turbine mit Hilfe von aus dem Einlasssammelrohr strömenden Auspuffgasen in Drehung versetzt werden kann und mit einem Laufrad eines Verdichters antreibend verbunden ist, der in der Einlassleitung vorgesehen ist, wobei der Verdichter auf der einen Seite mit einem Teil einer äußeren Einlassleitung verbunden ist, um Luft von außen mit Hilfe des Laufrades anzusaugen, und auf der anderen Seite mit der Einlassleitung verbunden ist, um unter Druck gesetzte Ladeluft der Kraftmaschine zuzuführen, und eine Transferleitung, die zwischen dem Auslasssammelrohr und der Einlassleitung verläuft, um, wenn erforderlich, Auspuffgase aus dem Auslasssammelrohr zur Einlassleitung zu transportieren und sie mit der Ladeluft zu mischen, bevor diese in die Kraftmaschine eingespeist wird, wobei im Einlassrohr eine Venturi-Vorrichtung einer Art vorgesehen ist, die einen Kanal aufweist, der durch einerseits eine bauchartige Sektion mit einer kleinsten Querschnittsfläche und andererseits zwei Sektionen mit einer sich verjüngenden Form, d.h. eine stromaufwärts von der Bauchsektion gelegene konvergierende Einlasssektion und eine divergierende Auslasssektion, begrenzt ist, die als Diffusor dient, der stromabwärts von derselbigen angeordnet ist, und die Transferleitung in oder stromaufwärts von der Bauchsektion im Kanal endet, so dass Auspuffgase aus dem Auslasssammelrohr durch den Venturi-Effekt in die unter Dreck gesetzte Ladeluft in der Einlassleitung gesaugt werden.
  • Stand der Technik
  • Die Rückführung von Abgas oder die sogenannte AGR (= Abgasrückführung) (EGR = Exhaust Gas Recirculation) wird angewendet, um die Konzentration an Stickoxiden (NOx) in den Abgasen aus Verbrennungskraftmaschinen, wie z.B. Dieselmotoren, zu reduzieren. Die rückgeführten Abgase oder AGR-Gase fungieren hier so, dass die Verbrennungstemperatur in den Zylindern der Maschine erniedrigt wird, wodurch die Menge von Stickstoff in der Einlassluft, die zu Stickoxiden überführt werden könnte, verringert wird. Bei Turbo-geladenen Dieselmotoren, die den häufigsten Typ schwerer Dieselmotoren darstellen, können die AGR-Systeme in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden, d.h., sogenannte Langweg-Systeme bzw. Kurzweg-Systeme. In den Langweg-Systemen wird die notwendige Menge an AGR-Gasen stromabwärts von der Turboeinheit-Turbine abgenommen und stromaufwärts vom Turboverdichter eingeführt. In den Kurzweg-Systemen werden die AGR-Gase stromaufwärts von der Turbine abgenommen, d.h., über eine Transferleitung, die mit der Einlassseite der Kraftmaschine an einem Punkt verbunden ist, der sich irgendwo stromabwärts vorn Verdichter befindet. In der Transferleitung befindet sich ein Regulierventil, um die Menge des abgezogenen AGR-Gases zu regulieren, normalerweise in Abhängigkeit von Parametern, die den Betriebszustand des Motors repräsentieren. Ein für Kurzweg-Systeme spezifisches Problem ist es, dass, zustand der Maschine repräsentieren. Ein für Kurzweg-Systeme spezifisches Problem ist es, dass, wenn die Turbo-Vorverdichtung wirksam ist, der Druck der Aufladeluft in der Einlassleitung höher wird als der Gasdruck im Auslasssammelrohr. Das bedeutet, dass irgendwelche den Druck erhöhende oder absaugende Mittel verwendet werden missen, um die AGR-Gase in die Einlassleitung zu drücken. Eine früher verwendete Methode des Ansaugens der AGR-Gase in die Einlassleitung ist es, eine Venturi-Vorrichtung des in der Einleitung definierten Typs vorzusehen. In der engen bauchartigen Sektion eines Venturi-Kanals wird die Geschwindigkeit eines durchströmenden Gases hoch, und gleichzeitig wird der statische Gasdruck niedrig, was dazu führt, dass die AGR-Gase vom Auslasssammelrohr über die Transferleitung angesaugt werden können. Die stromabwärts befindliche Auslasssektion der Bauchsektion divergiert sich stromabwärts und dient als Diffusor, der das Gas verlangsamt und den Dreck in ihm vergrößert. Auf diese Weise nimmt die Ladeluft wieder einen bestimmten Teil ihres ursprünglichen Druckes an, nachdem sie mit AGR-Gasen gemischt werde und die Bauchsektion durchlaufen hat.
  • Ein anderer Weg, um die AGR-Gase in die Ladeluft zu drücken, ist es, die AGR-Gase mittels einer Pumpe einfach einzupumpen.
  • Ein besonderes Problem in Verbindung mit der Verwendung einer Venturi-Vorrichtung zum Ansaugen der AGR-Gase ist es, dass die Ladeluftströmung und die Druckbedingungen zwischen dem Auslasssammelrohr und der Einlassleitung abhängig von den verschiedenen Ladepunkten der Verbrennungskraftmaschine variieren. Ein Weg, um dieses Problem spezifisch zu lösen, ist es, den Venturi-Kanal mit einer engsten Bauchsektion auszustatten, die ausreichend klein ist, um die erforderliche Menge an AGR-Gasen in allen Ladepunkten anzusaugen. Um die Menge von AGR-Gas in allen anderen Ladepunkten zu beschränken, wird eine bestimmte Menge an Ladungsluft durch eine spezielle Bypass-Leitung um oder außerhalb der Venturi-Vorrichtung geführt (vergleiche z.B. WO 96/32583). Ein Nachteil eines solchen Bypasses von Ladungsluft ist es jedoch, dass die Druckregeneration nicht erreicht wird, und dass die Venturi-Vorrichtung eine schlechte Effizienz erhält.
  • Eine andere Lösung des Problems mit variierenden Ladebedingungen ist es, die Venturi-Vorrichtung mit einer elastischen deformierbaren Kanalwand im Bereich der engsten Bauchsektion zu versehen, wenn gleichzeitig die AGR-Gase in das Zentrum des Venturi-Kanals geführt werden, insbesondere über ein fix angeordnetes Injektorrohr. Diese Problemlösung wurde unter der Bezeichnung VARIVENT bekannt und basiert auf der Verwendung von Gummi oder einem anderen elastischen Material in der Kanalwand in der Bauchsektion des Kanals, dessen Querschnittsfläche durch Anwenden variierender äußerer Kräfte auf die elastische Kanalwand, z.B. mittels Druckluft, variiert werden kann. In der Praxis wird eine Konstruktion dieses Typs jedoch kompliziert und kostspielig, und das Gummimaterial hat in der rauen Umgebung, in der die Kanalwand immer arbeitet, aufgrund des alternierenden Zusammenziehens und Ausdehnens eine begrenzte Haltbarkeit.
  • Aufgabenstellungen und Merkmale der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorstehend genannten Nachteile von bereits bekannten Vorrichtungen für den AGR-Transfer zu beseitigen und eine verbesserte Transfervorrichtung bereitzustellen. Eine primäre Aufgabenstellung der Erfindung ist es, eine Transfervorrichtung mit einer Venturi-Vorrichtung bereitzustellen, die konstruktiv einfach ist und eine Langzeit-Widerstandsfähigkeit gegenüber der Gasumge bung, in der die Vorrichtung arbeitet, besitzt. Eine andere Aufgabenstellung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, die auf verlässliche Weise arbeitet und die es möglich macht, eine genaue Kontrolle der AGR-Gasmengen in der der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Ladeluft auch bei rasch wechselnden Ladungsbedingungen der Maschine zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabenstellung ist auch die Bereitstellung einer Gastransfervorrichtung, in der die Venturi-Vorrichtung per se kompakt ist und zu ihrer Unterbringung nur einen kleinen Raum benötigt.
  • Erfindungsgemäß wird zumindest die primäre Aufgabenstellung durch die Merkmale erreicht, die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert sind. In den abhängigen Ansprüchen sind dann vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung definiert.
  • Weitere Ausführungen zum Stand der Technik
  • In der US-A-S 333 456 wird eine Abgastransfervorrichtung mit einer Venturi-Vorrichtung in der Einlassleitung für Ladeluft zwischen einem Kompressor einer Aufladeeinheit und der Maschine beschrieben, wobei die Zufuhr der AGR-Gase zu dieser Leitung mittels einer axial beweglichen Kontrolleinrichtung gesteuert wird. In diesem Fall hat die Kontrolleinrichtung jedoch die Form eines an einem Stab applizierten Ventilkegels, der in einer Verengung in der Transferleitung für die AGR-Gase angeordnet ist, wobei diese AGR-Gase in die Haupteinlassleitung für die Ladeluft radial eingeführt werden, insbesondere an einem stromabwärts von der Bauchsektion gelegenen Punkt, d.h., im Diffusorteil der Venturi-Vorrichtung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichungen
  • In den Zeichnungen bedeuten:
  • 1 ist eine schematische Kombinationsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine dargestellt wird,
  • 2 ist ein vergrößerter Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Transfervorrichtung,
  • 3 ist ein ähnlicher Längsschnitt, der eine zweite alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt,
  • 4 ist ein Längsschnitt, der eine dritte weiter entwickelte erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt,
  • 5 ist ein Querschnitt A-A der 4, und
  • 6 ist ein 4 entsprechender Längsschnitt, der die gleiche Vorrichtung in einem anderen funktionellen Zustand zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen
  • In 1 bedeutet das Bezugszeichen 1 ganz allgemein eine Verbrennungskraftmaschine vom Kolben-Typ, die eine Vielzahl von Zylindern 2 aufweist. In der Praxis kann diese Maschine z.B. ein Viertakt-Dieselmotor sein, wie er für schwerere Fahrzeuge, wie z.B. LKW, Busse oder ähnliche Fahrzeuge, bestimmt ist. An einem Auslassende weist die Maschine 1 ein Auslasssammelrohr 3 auf, das die verschiedenste Formgebung besitzen kann, aber eine Anzahl von Zweigleitungen oder Kanälen aufweist, die mit einem Sammelrohr zum Entfernen der Abgase aus der Maschine verbunden sind. Auf der Einlassseite der Maschine befindet sich eine Einlassleitung, die in ihrer Gesamtheit mit 4 bezeichnet ist, um die Ladeluft oder das Gas über die Kanalverzweigungen an die verschiedenen Zylinder der Maschine zu führen.
  • Zur Rückführung von Abgasen oder AGR-Gasen aus dem Auslasssammelrohr 3 zur Einlassseite der Maschine ist eine in ihrer Gesamtheit mit 5 bezeichnete Turboeinheit vorgesehen, die üblicherweise auf der einen Seite eine Turbine 6 und auf der anderen Seite einen Verdichter 7 aufweist. Ein in der Turbine wirkendes Turbinenrad 8 ist mit einem Laufrad 10 im Verdichter 7 über eine Achse 9 drehbar verbunden. Vom Auslasssammelrohr 3 fließen die Abgase aus der Maschine durch ein Abgasrohr 11 (mit einem nicht dargestellten Schalldämpfer), die Abgase setzen das Turbinenrad 8 während ihres Durchgangs durch die Turbine 6 in Rotation. Diese Rotationsbewegung wird Biber die Achse 9 an das Laufrad 10 übertragen, das frische, vorzugsweise gefilterte zugeführte Luft über eine äußere Einlassleitung 12 ansaugt und komprimiert.
  • Zwischen dein Auslasssammelrohr 3 und der Einlassseite der Maschine verläuft eine Transferleitung 13, mit der eine bestimmte Menge an AGR-Gasen, wenn erforderlich, vom Auslasssammelrohr zur Einlassseite der Maschine geführt werden kann. In dieser Leitung 13 befindet sich auf einer Seite ein Absperrventil 14, mit dem die Leitung abgesperrt oder offen gehalten werden kann, und auf der anderen Seite ein Köhler 15 zum Abkühlen des aus dem Auslasssammelrohr abgenommenen Gases. In der Praxis wirkt das Ventil 14 zusammen mit Sensoren und Steuereinrichtungen, die den funktionellen Zustand des Ventils in Abhängigkeit von Parametern bestimmen, die die tatsächlichen Betriebsbedingungen oder Ladepunkte der Maschine repräsentieren.
  • Die Gastransferleitung 13 ist mit einer in der Einlassleitung 4 vorhandenen Venturi-Vorrichtung verbunden, wobei die Venturi-Vorrichtung allgemein mit 16 bezeichnet wird. Der Teil der Einlassleitung 4, der sich stromaufwärts von der Venturi-Vorrichtung 16 befindet, wird mit 4' bezeichnet, während der Teil der Leitung, der sich stromabwärts von der Venturi-Vorrichtung befindet, mit 4" bezeichnet wird. Im Leitungsteil 4' ist ein zweiter Kühler 17 zum Abkühlen der eingeführten Ladeluft vorgesehen, die durch den Verdichter 7 komprimiert und dann erhitzt wird, und gleichzeitig auf einen vergleichsweise hohen Druck gebracht wird. Der Zweck der Venturi-Vorrichtung 16 ist es, AGR-Gase aus dem Auslasssammelrohr in die Ladeluft, die in die Einlassleitung 4 strömt, einzusaugen, wobei der höhere Gasdruck in der Einlassleitung überwunden wird.
  • In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass Kraftmaschinen, die mit Gastransfervorrichtungen des vorliegenden Typs ausgestattet sind, manchmal auch als AGR-Kraftmaschinen bezeichnet werden.
  • Aus der 1 ist es in Kombination mit 2 ersichtlich, dass die Venturi-Vorrichtung 16 aus einem Rohrstück mit einem zentralen Kanal 18 besteht, der durch drei verschiedene Oberflächen oder Wände begrenzt wird, d.h., eine- engen Bauchsektion 19, einer etwa konisch verlaufenden Einlasssektion 20, die in Richtung des Gasflusses konvergiert, und einer ebenfalls konisch verlaufenden, aber stromabwärts divergierenden Auslasssektion 21. In der Praxis weist die Bauchsektion 19, die den kleinsten Querschnitt aufweist, üblicherweisedie Form einen zylindrischen Oberfläche mit einem bestimmten Längsverlauf auf, obwohl es theoretisch möglich ist, dieser Sektion eine andere Querschnittsform als kreisförmig zu verleihen, z.B. oval. Die divergierende Form der Auslasssektion 21 kann vorteilhafterweise eine echte konische Oberfläche aufweisen, obwohl auch andere Formen möglich sind. Damit die Auslasssektion als Diffusor für das durchströmende Gas dienen kann, sollte der Konuswinkel dieser Oberfläche die Größenordnung von 3,5 bis 5° (doppelter Konuswinkel = 7 bis 10°) nicht übersteigen. Auch die Einlasssektion 20 kann aus einer zumindest teilweisen konischen Oberfläche bestehen. Am stromaufwärtigen Ende kann diese Sektion auch in eine Trompetenform übergehen (nicht dargestellt).
  • Gemäß der Ausführungsform der 2 bildet das Rohr 16 einen integrierten Teil der Einlassleitung 4 und ist spezifischer gesagt an gegenüber liegenden Enden mit dem Leitungsteil 4' bzw. 4" verbunden, z.B. durch Flanschverbindungen 22. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass das Rohrstück 16 sowie andere in der Einlassleitung 4 vorhandene Rohrstücke vorteilhafterweise aus Metall oder irgendeinem anderen steifen widerstandsfähigen Material bestehen.
  • Die in den 1 und 2 dargestellte und bisher beschriebene Vorrichtung ist im wesentlichen bereits bekannt.
  • Neu und charakteristisch für die vorliegende Erfindung ist es, dass in der Einlasssektion 20 des Venturi-Kanals 18 eine spezielle Kontrolleinrichtung in Form eines Mischrohrs 23 mit einem offenen vorderen Ende 24 vorgesehen ist, das zusammen mit der umgebenden Wand oder Oberfläche 20, die die Einlasssektion des Kanals 18 definiert, einen ringförmigen Durchgang 25 ausbildet, durch den Ladeluft aus dem Verdichter strömt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Basiskonzept sind das Mischrohr 23 und die Venturi-Vorrichtung in Bezug auf einander axial bewegbar, um, wenn erforderlich, den Querschnitt des ringförmigen Durchgangs 25 einzustellen oder zu variieren.
  • Das rückwärtige Ende des Mischrohrs 23 ist mit der Transferleitung 13 verbunden oder Teil der Transferleitung 13. Gemäß dem Beispiel in 2 ist das Rohr 23 bewegbar in Lagern in einer hülsenförmigen Halterung 26 montiert, die außerhalb des Leitungsteils 4', das in diesem Bereich die Form eines winkelförmig gebogenen Rohrs aufweist, fixiert ist. Die Halterung 26 kann eine oder mehrere Dichtungen 27 aufweisen, die in der Grenzfläche zwischen dem Mischrohr und der Halterung Gasdichtheit sicherstellen. An ihrem rückwärtigen Ende ist das Mischrohr 23 mit einer Einstellvorrichtung 28 verbunden (siehe 1), mit der das Mischrohr reziprok axial bewegt werden kann. In der Praxis kann diese Einstellvorrichtung 28 auf verschiedene Weise realisiert sein, z.B. in Form einer Linearmaschine, eines Zahnstangenmechanismus oder eines Schraubenmechanismus. Das rückwärtige Ende des Mischrohrs kann, wie in 1 angedeutet, in einen von der Halterung 26 umfassten Griff eingeführt und relativ dazu abgedichtet sein, zu dem das Leitungsrohr 13 per se verbunden ist. Es ist auch möglich, das Mischrohr 23 mit dem Einleitungsrohr 13 über ein Zwischenstück, ein flexibles Stück oder einen Schlauch zu verbinden, das (der) die axialen Bewegungen des Mischrohrs absorbieren kann.
  • Es ist insbesondere darauf hinzuweisen, dass das Mischrohr 23 und das Rohrstück 16 konzentrisch sind. Mit anderen Worten ist das Mischrohr 23 im Venturi-Kanal 18 zentrisch platziert.
  • In der Praxis können die Dimensionen des Venturi-Kanals 18 sowie des gassteuernden Mischrohrs 23 innerhalb ziemlich weiter Grenzen variieren. Als konkrete Beispiele geeigneter Dimensionen können jedoch genannt werden: das Venturi-Rohr 16 kann einen Außendurchmesser von 60 mm und einen Innendurchmesser aufweisen, der in der engen Bauchsektion 19 30 mm betragen kann. Die verbindenden Rohrteile 4', 4" können einen Außendurchmesser von 60 mm und einen Innendurchmesser von 50 mm aufweisen. Das bedeutet, dass die konvergierende Einlasssektion 20 einen größten Durchmesser von 50 mm aufweist. Die Länge der Einlasssektion 20 kann hier im Bereich von 50 bis 60 mm liegen. Unter solchen Bedingungen kann das Mischrohr 23 einen Außendurchmesser von ca. 20 bis 22 mm und eine Hublänge von ca. 30 mm aufweisen. In 2 ist das Mischrohr 23 mit kontinuierlichen Linien in einer rückwärtigen Endposition dargestellt, während die vordere Endposition des Rohrs mit strichlierten Linien angezeigt wird. Es ist zu sehen, dass das vordere Ende 24 des Mischrohrs 23 in der vorderen, eingeschobenen Endposition bei der Übergangsregion zwischen der konischen Einlasssekton 20 und der zylinderförmigen Bauchsektion 19 liegt. In dieser Position weist der ringförmige Durchgang 25 einen minimalen Querschnitt auf. In der rückwärtigen Endposition liegt das vordere Ende des Mischrohrs etwa auf halbem Weg zwischen den zwei entgegengesetzten Enden der Einlasssektion 20. In diesem Zustand weist der Ringdurchgang 25 einen maximalen Querschnitt auf. Wenn das einstellbare Mischrohr 23 in seine vordere Endposition gebracht wird, weist der ringförmige Durchgang 25 einen Querschnitt auf, der ausreichend klein ist, um die AGR-Gase aus dem Auslasssammelrohr in die Einlassleitung bei solchen Ladepunkten zu treiben oder einzusaugen, bei denen der Ladeluftstrom zur Maschine gering ist und der Gasdreck stromaufwärts von der Venturi-Vorrichtung im Vergleich zum Gasdruck in dem Auslasssammelrohr hoch ist. Wenn das Mischrohr danach zur äußeren Endposition herausgezogen wird - oder zu irgendeiner dazwischen liegenden Einstellposition - wird der Querschnitt des Ringdurchgangs 25 vergrößert, um die AGR-Gase aus dein Auslasssammelrohr zur Einlassseite der Maschine mit einem höheren Ladeluftstrom und eine geringeren Druckdifferenz zwischen dem Auslasssammelrohr und dem Einlasssammelrohr zu treiben, ohne dadurch irgendeinen größeren Druckabfall über die Venturi-Vorrichtung auszubilden.
  • In 2 ist es ersichtlich, dass das vordere Ende 24 des Mischrohrs 23 vorteilhafterweise eine abgeschrägte, z.B. konische Form aufweisen kann, um, wenn die einströmende Ladeluft das Rohrende kassiert, Turbulenzerscheinungen entgegen zu wirken.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung ist es ersichtlich, dass die Ausführungsform gemäß 2 ein feststehendes Venturi-Rohr und eine bewegliche Steuereinrichtung in Form des Mischrohrs 23 verwendet, um die axiale relative Bewegung zwischen Venturi-Vorrichtung und der Steuereinrichtung zu bewirken. In 3 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, in der das Mischrohr 23 fest angeordnet ist, und eine Venturi-Vorrichtung 16' beweglich angeordnet ist. In diesen Fall besteht die Venturi-Vorrichtung aus einem Rohrstück, das innerhalb eines äußeren Leitungsrohrs, z.B. dem Leitungsteil 4", vorgesehen ist und relativ zu diesem reziprok bewegbar ist. In 3 ist schematisch dargestellt, dass das Rohrstück 16' einen Mitnehmen 29 aufweisen kann, der durch einen langen und engen Spalt 30 in dem Rohrstück 4" verläuft. Mittels eines geeigneten Mechanismus, z.B. eines Schraubmechanismus, kann der Mitnehmer 29 das Rohrstück vorwärts und rückwärts bewegen. An beiden Seiten des Spalts 30 sind Dichtungen 31 angebracht, um ein Austreten von Gas durch den Spalt zu verhindern.
  • Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist in der Transferleitung 13 eine Vorrichtung 32 zur Gasimplusumwandlung vorgesehen, wobei die Vorrichtung 32 (vergleiche 1) den Zweck besitzt, den statischen Gasdruck in dieser Leitung zu maximieren. In der Praxis kann diese Vorrichtung auf einer an sich bekannten Weise eine trichterförmige Ausgestaltung aufweisen, die den Gasdurchfluss in Richtung vom Auslasssammelrohr zur Venturi-Vorrichtung erleichtert, aber einem Durchfluss in entgegengesetzter Richtung entgegenwirkt. In diesem Zusammenhang ist auch darauf hinzuweisen, dass der Teil 13' der Transferleitung 13, der mit dem Auslasssammelrohr 3 verbunden ist, vorteilhafterweise in einem begrenzten spitzen Winkel zum Rohr 3 verläuft. Der spitze Winkel zwischen dem Rohr 3 und dem Leitungsteil 13' kann z.B. innerhalb des Bereiches von 15 bis 30° liegen. Im Beispiel der 1 ist gezeigt, wie der Leitungsteil 13' direkt in der Wand des Rohrs 3 endet. Es ist jedoch auch möglich, den Leitungsteil 13' auch mit einem Pitot-Rohr auszubilden, das in das größere Rohr 3 eingeführt ist.
  • Wie aus 1 ersichtlich, kann das stromabwärts von der Turbine 6 befindliche Abgasrohr ein Partikelauffanggefäß 33 aufweisen, das den Zweck hat, feste Teilchen aus den über das Abgasrohr ausgelassenen Abgasen abzutrennen.
  • Es wird nun auf die 4 bis 6 Bezug genommen, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform zeigen, die im Vergleich zur Ausführungsform gemäß 2 weiter entwickelt ist. In diesem Fall befindet sich außerhalb der Einlassleitung 4, genauer gesagt, seines stromauf von der Venturi-Vorrichtung 16 gelegenen Teils 4', ein Gehäuse 34, in dem ein rückseitiges Ende eines Mischrohrs 23' endet. In diesem Fall hat das Mischrohr 23' die Form eines Rohrstücks mit einer begrenzten Länge, das außer der vorderen Auslassöffnung 35 eine rückwärtige Einlassöffnung 36 aufweist. Das Rohrstück 23' ist in einer Hülse 26', die in einem Durchgangsloch in der Leitung 4' fix platziert ist, axial bewegbar, wobei ein bestimmter Teil der Hülse in das Innere der Leitung 4' hineinragt, während das entgegengesetzte Ende der Hülse in die Aushöhlung 37, die durch das Gehäuse 34 begrenzt wird, hineinführt. Die Transferleitung 13 ist hier mit einem äußeren Ende des Gehäuses 34, distal von der Leitung 4', mit einem äußeren Ende des Gehäuses 34 verbunden, vorzugsweise über einen abgeflachten Endteil eines sonst zylindrischen Rohrs.
  • Die Form des Gehäuses 34 kann innerhalb eines weiten Bereichs variieren. In dem dargestellten Beispiel besteht das Gehäuse jedoch einerseits aus einem zylindrischen Teil 38, der sich in Verlängerung einer imaginären zentralen geometrischen Achse durch die Venturi-Vorrichtung und das Mischrohr erstreckt, und andererseits aus einer im wesentlichen planaren Stirnwand (Gehäusewand) 39, die quer zur Längsausdehnung des zylindrischen Teils orientiert ist. Auf der Innenseite dieser Stirnwand 39 ist eine ringförmige Schulter 40 vorgesehen, die eine Vertiefung 41 in der Stirnwand begrenzt, und die eine periphere konische Oberfläche 42 aufweist.
  • In Verbindung mit der Einlassöffnung 36 des Mischrohrs 23' ist ein trichterförmiger Kragen 43 vorgesehen, dessen peripherer Teil eine konische Oberfläche 44 aufweist, die auf der konischen Oberfläche 42 der Ringschulter 40 aufliegen kann.
  • Um eine Verschiebung des Sammelrohrs 23' zwischen verschiedenen axialen Stellungen zu bewirken, ist das Rohr mit einer Einstellvorrichtung 45 verbunden, die sich außerhalb der Stirnwand 39 befindet. Diese Einstellvorrichtung weist spezifischer ausgedrückt einen axial beweglichen Stab 46 auf, der ein freies Ende besitzt, das mit dem Kragen 43 des Sammelrohrs 23 Biber eine Vielzahl radialer speichenförmiger Stifte 47 verbunden ist, wodurch ein freier Durchgang von Gasen durch das Sammelrohr ermöglicht wird.
  • In 4 ist das Sammelrohr in einer vorderen Endposition dargestellt, in der die Auslassöffnung 35 maximal in die Venturi-Vorrichtung eingeführt ist, und der Ringspalt 25 einen minimalen Querschnitt aufweist. Aus dieser äußeren Endposition kann das Sammelrohr verschoben und in verschiedenen axialen Einstellpositionen eingestellt werden, von denen eine, nämlich die rückwärtige Endposition, in 6 dargestellt ist. In dieser rückwärtigen Endposition liegt der Kragen 43 gegen die Stirnwand 39 auf, insbesondere seine ringförmige Schulter 40, wodurch die Zufuhr von AGR-Gasen zum Mischrohr und zur Venturi-Vorrichtung geschlossen ist. Als Folge der radialen Ausdehnung des Kragens 43 außerhalb des Mischrohrs wird der Druck aus den AGR-Gasen in der Transferleitung 13 und dein Inneren des Gehäuses rückwärts gegen den Kragen wirken, wie dies durch die Pfeile in 6 angezeigt wird. Mit anderen Worten wird der Druck in der Aushöhlung 37 eine Pressabdichtung der konischen Kontaktfläche 44 des Kragens gegen die entsprechende konische Kontaktfläche 42 auf der Innenseite der Stirnwand ergeben. Dies führt dazu, dass die Einstellvorrichtung selbst nicht mit einer erheblichen Kraft wirken muss, um den Kragen in der abdichtenden rückwärtigen Endposition zu halten. Aus diesem Grund kann das spezielle Absperrventil 14, das in 1 dargestellt ist, in der Ausführungsform gemäß den 4 bis 6 weggelassen werden.
  • Funktion und Vorteile der Erfindung
  • Wie eingangs angegeben, besteht ein Problem bei AGR-Systemen vom Kurzweg-Typ darin, dass das Druckverhältnis Biber die Kraftmaschine in einer Vielzahl von Ladepunktbereichen positiv ist, solange der Druck in der Einlassleitung höher ist als im Auslasssammelrohr. In der erfindungsgemäßen Venturi-Vorrichtung wird durch die Tatsache, dass der Ladeluftstrom in der konvergierenden Einlasssektion 20 der Venturi-Vorrichtung auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt wird, wodurch der statische Druck in diesem Abschnitt unter den mittleren Dreck der Transferleitung 13 sinkt, eine Saugwirkung erzeugt, wodurch ein Ansaugen von AGR-Gasen in den Ladeluftstrom möglich ist. Entlang der Mischsektion werden die AGR-Gase mit der Ladeluft gemischt, während gleichzeitig das gemeinsame oder totale Moment des Ladeluftstroms und des AGR-Gasstroms aufrechterhalten werden. Das fährt dazu, dass der Ladeluftstrom eine bestimmte Menge seines Moments auf die AGR-Gase überträgt. In dem Diffusorteil der Venturi-Vorrichtung, d.h., der Auslasssektion 21, wird der Gasstrom verlangsamt, während der statische Druck auf eine solche Weise erhöht wird, dass kein Abgas auftritt. Die Tatsache, dass die Druckbedingungen und der Luftstrom in Abhängigkeit von variierenden Ladepunkten der Kraftmaschine stark variieren, kompliziert im allgemeinen die Dimensionierung der Venturi-Vorrichtung. Durch Variieren der axialen Einstellung des Mischrohrs im Hinblick auf die Venturi-Vorrichtung auf einem Weg, der die Erfindung unterscheidet, kann jedoch eine leicht zu steuernde, robuste und effizient variable Venturi-Vorrichtung ausgebildet werden.
  • Ein grundlegender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, dass die Saugkapazität der Venturi-Vorrichtung bei allen Beladungen optimiert werden kann, und externe Kontrollventile mit ihren Verlusten und ihrer Komplexität wegfallen. Die Tatsache, dass die AGR-Gase zentral in den Ladedruckstrom eingeführt werden, ergibt ein vorteilhaftes Strömungsprofil, das gegenüber einem Überdruck im Diffusorteil weniger empfindlich ist. Darüber hinaus strömt der gesamte Strom der Mischung aus Ladeluft und AGR-Gasen durch den Diffusorteil der Venturi-Vorrichtung, wodurch eine Druckwiederherstellung für den gesamten Strom erreicht wird; das ist etwas, dass wieder einen hohen Ladedruck garantiert, der für eine geringe Schadstoffbildung durch AGR-Kraftmaschinen von entscheidender Bedeutung ist. Die hohe Effizienz der variablen Venturi-Vorrichtung bei allen Betriebsbedingungen ermöglicht außerdem einen großen positiven Druckabfall zwischen der Einlassleitung und dem Auslasssammelrohr. Daraus resultiert wieder ein hoher positiver Dreckabfall in geringen Mengen der verbleibenden Gase, neben einem positiven Gasaustausch im Niederdruckzyklus; das ist etwas, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt. Niedrige Mengen von verbleibenden Gasen verleihen der Kraftmaschine außerdem eine verbesserte AGR-Beständigkeit im Hinblick auf Partikel, was etwas ist, das für den Kraftstoffverbrauch eines Dieselmotors bei einem bestimmten NOx-Gehalt entscheidend ist. Besonders vorteilhaft ist die in den 4 bis 6 dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform, weil sie auf einfache Weise ein vollständiges Absperren des AGR-Gasstroms ermöglicht, insbesondere mit der völlig gleichen Einstellvorrichtung, die zur Steuerung des AGR-Gasstroms verwendet wird. Durch Absperren oder gegebenenfalls Einschränken des AGR-Gasstroms während einer Übergangsphase wird außerdem ein gutes Verhalten durch die Aufladeeinheit in ihrer Gesamtheit erreicht. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass der Aufbau der variablen Venturi-Vorrichtung eine rasche und genaue Kontrolle des AGR-Gasstroms ermöglicht, was in einer Übergangsphase von Vorteil ist. Wenn der AGR-Gasauslass des Auslasssammelrohrs mit einer Vorrichtung 32 zur Gasimpulsumwandlung der in 1 dargestellten Art ausgestattet ist, dann wird erreicht, dass die Impulsenergie im Turbinenteil der Aufladeeinheit noch zu einem Großteil ausgenutzt werden kann, wenn gleichzeitig der Druck in der AGR-Gas-Transferleitung steigt.
  • Mögliche Modifikationen der Erfindung
  • Die Erfindung ist nicht nur auf die vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es z.B. möglich, anstelle eines rein zylindrischen Mischrohrs andere Rohre zu verwenden, z.B. Rohre, die an ihrem vorderen Ende einen birnenförmigen Endteil aufweisen oder auf andere Weise erweitert sind.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Transfer von Auspuffgas aus dem Auslaßsammelrohr (3) einer aufgeladenen Brennkraftmaschine zu deren Einlaßleitung mit einer Aufladeeinheit (5) mit einer Turbine (6), die mit dem Auslaßsammelrohr verbunden ist, wobei das Rad der Turbine mit Hilfe von aus dem Auslaßsammelrohr strömenden Auspuffgasen in Drehung versetzt werden kann und mit einem Laufrad eines Verdichters (7) antreibend verbunden ist, der in der Einlaßleitung (4) vorgesehen ist, welcher Verdichter (7) auf der einen Seite mit einem Teil einer äußeren Einlaßleitung (12), um Luft von außen mit Hilfe des Laufrades anzusaugen, und auf der anderen Seite mit der Einlaßleitung (4) verbunden ist, um unter Druck gesetzte Ladeluft der Maschine (1) zuzuführen, und einer Transferleitung (13), die sich zwischen dem Auslaßsammelrohr (3) und der Einlaßleitung (4) erstreckt, um nötigenfalls Auspuffgase aus dem Auslaßsammelrohrzur Einlaßleitung zu transportieren und sie mit der Ladeluft zu mischen, bevor die letztgenannte in die Maschine eingespeist wird, wobei im Einlaßrohr (4) eine Venturi-Vorrichtung (16, 16') der Art vorgesehen ist, die einen Kanal (18) umfaßt, der durch einerseits eine bauchartige Sektion (19) mit einer kleinsten Querschnittfläche und andererseits zwei Sektionen mit sich verjüngender Form, d.h. eine stromaufwärts der Bauchsektion gelegene konvergierende Einlaßsektion (20) und eine divergierende Auslaßsektion (21), begrenzt ist, die als Diffusor dient, der stromabwärts derselbigen angeordnet ist, und die Transferleitung (13) stromaufwärts der Bauchsektion im Kanal endet, so daß Auspuffgase aus dem Auslaßsammelrohr durch den Venturi-Effekt in die unter Druck gesetzte Ladeluft in der Einlaßleitung (4) gesaugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Transferleitung (13) verbundenes Mischrohr (23, 23') in der Einlaßsektion (20) des Kanals (18) vorgesehen ist, wobei das Mischrohr ein freies offenes Ende aufweist, das zusammen mit der umgebenden Kanalwand einen ringförmigen Durchgang (25) für die Ladeluft begrenzt, und dadurch, daß das Mischrohr (23, 23') und die Venturi-Vorrichtung (16, 16') in Bezug aufeinander axial bewegbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturi-Vorrichtung (16) fest angeordnet und das Mischrohr (23) in Bezug auf sie axial bewegbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (23') an gegenüberliegenden Enden offen und in einem von der Einlaßleitung (4') separaten Gehäuse (34) vorgesehen ist, in weichem Gehäuse die Transferleitung (13) endet, wobei das Mischrohr innerhalb des Gehäuses axial, insbesondere zwischen der vorderen Endposition und einer hinteren, Gas sperrenden Endposition bewegbar ist, worin eine offene rückwärtige Einlaßöffnung (36) zum Rohr direkt oder indirekt gegen eine Wand (39) des Gehäuses (34) aufgesetzt ist und in welcher Position die Zufuhr von AGR-Gas in das Innere des Rohrs aus der Transferleitung (13) unmöglich gemacht ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßöffnung (36) des Mischrohrs (23') benachbart ein trichterförmiger Kragen (43) vorgesehen ist, der mit Hilfe eines in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitts gegen eine in der Gehäusewand (39) vorgesehene ringförmige Schulter (40) abdichtend aufgesetzt ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (42) auf der ringförmigen Schulter (40), wobei die Oberfläche (42) in Richtung auf den Kragen (43) gewandt ist, sowie eine zusammenwirkende Kontaktfläche (44) auf dem Kragen (43), wobei die Oberfläche (44) in Richtung auf die Schulter (40) gewandt ist, eine leicht konische Form aufweisen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturi-Vorrichtung aus einem Stück des Rohrs (16') besteht, das innerhalb eines äußeren Rohrteils (4") angeordnet ist, der in der Einlaßleitung (4) enthalten und in Bezug auf sie axial hin und hergehend bewegbar ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Transferleitung (13) eine Vorrichtung (32) zur Gasimpulsumwandlung mit dem Zweck, den statischen Gasdruck in der Leitung zu maximieren, vorgesehen ist.
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