DE60103047T2 - Apparatus for exhaust gas recirculation in an intake air flow - Google Patents
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Description
Gebiet der ErfindungTerritory of invention
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rückführen von Abgas in einen Ansaugluftstrom in einer Brennkraftmaschine.This invention relates to a device to return from Exhaust gas in an intake air stream in an internal combustion engine.
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
Eine herkömmliche Luftansaug- und Abgasrückführanordnung umfasst ein Gehäuse mit einem Ansaugkanal für Ansaugluft, ein Drosselventil mit einer Drosselklappe, die in dem Ansaugkanal so angeordnet ist, dass sie um eine Schwenkachse zwischen einer Öffnungs- und Schließstellung drehbar ist, und eine Abgasrückführleitung, die mit dem Ansaugkanal stromab des Drosselventils in Verbindung steht, um Abgas in den durch den Ansaugkanal strömenden Luftstrom einzuführen.A conventional air intake and exhaust gas recirculation arrangement includes a housing with an intake duct for Intake air, a throttle valve with a throttle valve, which in the Intake channel is arranged so that it is about a pivot axis between an opening and closed position is rotatable, and an exhaust gas recirculation line, connected to the intake duct downstream of the throttle valve stands to introduce exhaust gas into the air flow flowing through the intake duct.
Es treten mehrere Probleme in Zusammenhang mit einer derartigen Luftansaug- und Abgasrückführanordnung auf:There are several issues related with such an air intake and Exhaust gas recirculation arrangement on:
Das Abgas sollte in den Ansaugluftstrom so eingeführt werden, dass es auf jeden Motorzylinder gleichmäßig verteilt wird. Wenn eine einzige Einlassstelle in dem Ansaugsystem zwischen dem Drosselventilgehäuse und den Einlassöffnungen am Zylinderkopf verwendet wird, ist es sehr wichtig, für eine gute Durchmischung des Abgases mit der Ansaugluft zu sorgen.The exhaust gas should flow into the intake air so introduced be that it is evenly distributed to each engine cylinder. When a only intake point in the intake system between the throttle valve body and the inlet openings is used on the cylinder head, it is very important for good Ensure that the exhaust gas is mixed with the intake air.
Das Abgas enthält viele Verbrennungsprodukte und Restsubstanzen, die aus der Brennkammer während des Verbrennungsprozesses abgeführt werden. Diese Bestandteile des Abgases führen bekanntlich zu Ablagerungen an den Gehäuseoberflächen, mit denen sie in Berührung kommen. Ablagerungen am Drosselventilgehäuse stellen eine ernsthafte Schwierigkeit insofern dar, als sie zu einem Steckenbleiben der Drosselklappe führen können. Bei elektronisch gesteuerten Drosselventilen stellen Ablagerungen auch insofern ein ernsthaftes Problem dar, als sie den Luftstrom vorbei an der Drosselklappe im Notlaufbetrieb sperren können. Für Motorsicherheitskonzepte stellt dies ein ernsthaftes Problem dar.The exhaust gas contains many combustion products and residual substances from the combustion chamber during the combustion process be dissipated. These components of the exhaust gas lead As is well known, deposits on the housing surfaces with which they come into contact. Deposits on the throttle valve housing pose a serious difficulty in that they become a The throttle valve can get stuck. With electronically controlled Throttle valves are also serious deposits Problem when they blocked the airflow past the throttle valve in the Can lock emergency operation. For engine safety concepts this is a serious problem.
Bei Betrieb der Brennkraftmaschine in kalter Umgebung ist es möglich, dass sich am Drosselventilgehäuse Eis bildet. Eis bildet sich, wenn in der Ansaugluft genügend Feuchtigkeit vorhanden ist, um an kalten Oberflächen zu kondensieren und sich dann in Eis zu verwandeln. Die Eisbildung beeinflusst den Luftstrom durch den Ansaugkanal in ähnlicher Weise wie Ablagerungen und beeinträchtigt daher den Betrieb der Brennkraftmaschine erheblich. Das Vereisen des Drosselventilgehäuses erfolgt dann, wenn die Oberflächen des Drosselventilgehäuses kalt sind und ausreichend Feuchtigkeit in der Ansaugluft vorhanden ist. Innerhalb des Luftverteilers kommt Feuchtigkeit sowohl aus dem Abgas wie auch aus dem vorbeiströmenden Gas im Kurbelkasten.When operating the internal combustion engine in a cold environment it is possible that is on the throttle valve body Ice forms. Ice forms when there is sufficient moisture in the intake air is present to condense and cool surfaces then turn into ice. Ice formation affects the air flow through the intake duct in a similar way Way as deposits and therefore affects the operation of the Internal combustion engine considerably. The throttle valve housing freezes then when the surfaces of the throttle valve body are cold and there is sufficient moisture in the intake air is. Moisture comes out of both inside the air distributor the exhaust gas as well as the gas flowing past in the crankcase.
Wenn der Luftverteiler stromab des Drosselventilgehäuses aus Kunststoff besteht, ist es erforderlich, die thermischen Belastungen so zu managen, dass der Kunststoff nicht beschädigt wird. Das Einführen von Abgas in den Ansaugluftstrom wirft insofern ein schwieriges Problem auf, als die Gase mit einer Temperatur zugeführt werden können, die oberhalb der für den Kunststoff zulässigen Temperatur liegt. Um Ablagerungen im Abgasrückführkreis zu vermeiden, ist es erforderlich, eine Gastemperatur oberhalb 350°C aufrechtzuerhalten. Die meisten Luftverteiler aus Kunststoff haben eine Temperaturgrenze von ungefähr 170°C. Daher sollte das Abgas so eingeführt werden, dass es den aus Kunststoff bestehenden Luftverteiler nicht schädigt.If the air distributor is downstream of the Throttle body is made of plastic, it is necessary to withstand the thermal loads to be managed so that the plastic is not damaged. Introducing Exhaust gas in the intake air flow therefore poses a difficult problem on than the gases can be supplied at a temperature that above that for the plastic allowed Temperature. It is to avoid deposits in the exhaust gas recirculation circuit required to maintain a gas temperature above 350 ° C. Most air distributors made of plastic have a temperature limit of approximately 170 ° C. Therefore the exhaust gas should be introduced like this be that it is not the plastic air manifold damaged.
Die folgenden Patentveröffentlichungen, die zumindest einige der oben geschilderten Probleme zu lösen suchen, sind bekanntgeworden:The following patent publications, who try to solve at least some of the problems outlined above, have become known:
US-A-4 697 569 beschreibt ein Verfahren zum Einführen von Abgas am Drosselventilgehäuse durch halbkreisförmige Ringöffnungen, um eine gute Durchmischung mit der Ansaugluft zu erleichern.US-A-4 697 569 describes a method for Introduce of exhaust gas on the throttle valve housing semicircular Ring openings to facilitate thorough mixing with the intake air.
US-A-4 461 150 beschreibt ein Verfahren zum
Einführen
von Abgas in den Luftverteiler stromab des Drosselventilgehäuses durch
eine Anzahl symmetrisch angeordneter, schräg verlaufender Einlässe, um
einen spiralförmigen
Strömungsverlauf
im Luftverteiler zu bilden. Ähnlich
wie in der oben erwähnten
Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention
Es ist ein Hauptziel dieser Erfindung, eine Vorrichtung zum Rückführen von Abgas in einen Ansaugluftstrom zu schaffen, bei der Ablagerungen und Eisbildung an den Oberflächen des Drosselventils und benachbarten Wänden des Ansaugkanals minimiert werden.It is a primary object of this invention a device for recycling To create exhaust gas in an intake airflow at the deposits and ice formation on the surfaces of the throttle valve and adjacent walls of the intake duct are minimized become.
Ein weiteres Ziel ist es, für eine gute Durchmischung von Ansaugluft und rückgeführtem Abgas zu sorgen.Another goal is for good Ensure mixing of intake air and recirculated exhaust gas.
Ein weiteres Ziel ist es, die Erwärmung des Drosselventilgehäuses des Drosselventils zu optimieren.Another goal is to heat the throttle valve body Optimize throttle valve.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 definiert. Weiterentwicklungen und Modifizierungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.The invention is in the claim 1 defined. Further developments and modifications of the invention are in the dependent claims Are defined.
Entsprechend der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst der Ansaugkanal einen Krümmerabschnitt zwischen dem Drosselglied des Drosselventils und einem Abgaseinlass, um den Eintritt von Abgas in den Rückströmbereich stromab des Drosselgliedes zu verhindern.According to the device of the In the present invention, the intake duct includes an elbow section between the throttle element of the throttle valve and an exhaust gas inlet, for the entry of exhaust gas into the return flow area downstream of the throttle element to prevent.
Der Krümmerabschnitt der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, Abgas in einen Bereich einzuführen, in dem keine Luftrückströmung erfolgt. Vielmehr wird das Abgas in einen Bereich des Luftstromes eingeführt, der unbehindert unmittelbar in den Luftverteiler einströmt. Dadurch, dass Abgas die Innenflächen des Drosselventilgehäuses und des Drosselgliedes (der Drosselklappe) nicht berühren kann, ist es möglich, zu verhindern, dass sich Ablagerungen in diesem Bereich bilden. Ferner enthält Abgas bekanntlich große Mengen an Feuchtigkeit, die bei Berührung mit kalten Flächen zur Eisbildung führt. Durch Verhindern, dass Abgas mit den Oberflächen des Drosselventils in Berührung gelangt, ist es somit ebenfalls möglich, die Gefahr von Eisbildung erheblich zu verringern.The manifold section of the present Invention enables It is to introduce exhaust gas in an area where there is no backflow of air. Rather, the exhaust gas is introduced into an area of the air flow that flows freely into the air distributor. Thereby, that exhaust the inner surfaces of the throttle valve body and the throttle element (the throttle valve) cannot touch, Is it possible, to prevent deposits from forming in this area. It also contains exhaust gas as is well known, great Amounts of moisture that are in contact with cold surfaces Ice formation leads. By preventing exhaust gas from contacting the surfaces of the throttle valve contact arrives, it is also possible to significantly increase the risk of ice formation to reduce.
Vorzugsweise ist das Drosselglied unmittelbar benachbart zu einem stromaufwärtigen Ende des Krümmerabschnittes angeordnet, so dass sich der Rückströmbereich in den Krümmerabschnitt erstreckt. Außerdem ist der Abgaseinlass vorzugsweise unmittelbar benachbart zu einem stromabwärtigen Ende des Krümmerabschnittes angeordnet. Dies bietet die Möglichkeit, das einströmende heiße Abgas mit kühlerer Ansaugluft sobald wie möglich stromab des Drosselventils zu mischen, so dass die Mischdauer maximiert wird und dadurch die Wärme des Abgases gut verteilt wird, ehe es die Innenflächen des Luftverteilers erreicht. Es wurde ausgerechnet, dass für ein Abgas mit 350°C (höchste zu erwartende Temperatur), das in einen Ansaugluftstrom von 40°C (höchste zu erwartende Umgebungsluft) in einem Massenanteil von 30% Abgas (größte zu erwartende Menge des Abgases) eintritt, die Gesamtendtemperatur unter der Annahme perfekter Durchmischung 170°C betragen würde. 170°C ist die maximale Temperatur, die ein typischer Luftverteiler aus Kunststoff aushalten kann. Dadurch, dass der Krümmerabschnitt so nah wie möglich am Drosselventil angeordnet und das Gas so eingeführt wird, dass die Durchmischung maximiert wird, wird sichergestellt, dass das Abgas einen Luftverteiler aus Kunststoff nicht schädigen kann.The throttle element is preferably immediately adjacent an upstream end of the manifold section arranged so that the backflow area in the manifold section extends. Moreover the exhaust gas inlet is preferably immediately adjacent to one downstream end of the manifold section arranged. This offers the opportunity the inflowing name is Exhaust with cooler Intake air as soon as possible Mix downstream of the throttle valve so that the mixing time is maximized and thereby the heat of the exhaust gas is well distributed before it reaches the inner surfaces of the Air distributor reached. It was calculated that for an exhaust gas at 350 ° C (highest expected temperature), which in an intake air flow of 40 ° C (highest to expected ambient air) in a mass fraction of 30% exhaust gas (largest amount to be expected of the exhaust gas) occurs, assuming the total end temperature perfect mixing 170 ° C would be. Is 170 ° C the maximum temperature that a typical plastic air distributor can withstand can. In that the manifold section as close as possible arranged on the throttle valve and the gas is introduced so that mixing is maximized, it ensures that Exhaust gas cannot damage a plastic air distributor.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Krümmerabschnitt aus einem getrennten Gehäuseteil besteht, das zwischen das Dros selventilgehäuse und den Luftverteiler eingesetzt ist. Vorzugsweise sind das Gehäuseteile des Krümmerabschnittes und das Drosselventilgehäuse so miteinander verbunden, dass es zu einer optimalen Wärmeübertragung zwischen ihnen kommt. Somit wird Wärme aus dem Abgas dazu verwendet, das Gehäuseteil des Krümmerabschnittes zu erwärmen, welches Wärme an das Drosselventilgehäuse abgibt, um dessen Temperatur zu erhöhen.According to another training the invention provides that the manifold section from a separate housing part exists between the throttle valve housing and the air distributor is. The housing parts are preferably of the manifold section and the throttle valve body connected so that there is an optimal heat transfer comes between them. Thus, heat from the exhaust gas is used to the housing part of the manifold section heat, what warmth to the throttle valve body emits to raise its temperature.
Wie oben erwähnt, wird angenommen, dass die im Abgas vorhandene Feuchtigkeit die Hauptursache für ein Vereisen der Oberflächen des Drosselventilgehäuses ist. Es ist daher beabsichtigt, Wärme dem Drosselventilgehäuse nur dann zuzuführen, wenn sie benötigt wird. Die Wärmeträgheit des Krümmerabschnittes und des Drosselventilgehäuses sollten minimiert werden, so dass sie so rasch wie erforderlich erwärmt werden können, um Eisbildung zu verhindern. Das Niveau, auf das die Temperatur des Drosselventilgehäuses angehoben wird, muss sorgfältig überprüft werden, um sicherzustellen, dass es nicht zu hoch ist. Dies könnte durch den Einsatz einer geeigneten CFD-Analyse gemacht werden.As mentioned above, it is believed that the Moisture present in the exhaust gas is the main cause of icing of the surfaces of the throttle valve body is. It is therefore intended to heat the throttle body only to feed if she needed becomes. The thermal inertia of the elbow section and the throttle valve body should be minimized so that they are as soon as necessary heated can be to prevent ice formation. The level to which the temperature of the throttle valve body must be carefully checked, to make sure it's not too high. This could be due to the use of an appropriate CFD analysis.
Die optimale Wärmeübertragungsverbindung des Gehäuseteils des Krümmerabschnittes mit dem Drosselventilgehäuse wird vorgesehen, um die Erwärmung des Drosselventilgehäuses zu optimieren, und nicht so sehr, um die Temperatur des Gehäuseteils des Krümmerabschnittes zu reduzieren. Eine weitere Folge dieser optimalen Wärmeübertragung und minimalen Wärmeträgheit ist, dass bei einem Hot-Soak-Zustand das Drosselventilgehäuse mit der größtmöglichen Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur abkühlen kann.The optimal heat transfer connection of the housing part of the manifold section with the throttle valve body is provided to the warming of the throttle valve body to optimize, and not so much to the temperature of the housing part of the manifold section to reduce. Another consequence of this optimal heat transfer and minimal thermal inertia, that in a hot soak condition the throttle valve housing with the greatest possible Speed depending can cool down from the ambient temperature.
Zusammenfassend führen die vorliegende Erfindung und ihre Weiterbildungen zu folgenden Vorteilen:In summary, the present invention and their further training on the following advantages:
Der Krümmerabschnitt zwischen dem Drosselglied und dem Luftverteiler dient dazu, das Abgas so einzuführen, dass es nicht in den Luftrückströmbereich stromab des Drosselgliedes gelangt, um Ablagerungen und Eisbildung zu verhindern.The manifold section between the Throttle element and the air distributor serves to introduce the exhaust gas in such a way that it is not in the air backflow area arrives downstream of the throttling element to form deposits and ice to prevent.
Das Gehäuseteil des Krümmerabschnittes ist mit dem Drosselventilgehäuse so verbunden, dass Wärme vom Abgas auf das Drosselventilgehäuse übertragen wird, um Eisbildung zu vermeiden.The body part of the manifold section is connected to the throttle valve body in such a way that heat is transferred from the exhaust gas to the throttle valve body to prevent ice formation.
Das Gehäuseteil des Krümmerabschnittes und das Drosselventilgehäuse haben die niedrigstmögliche Wärmeträgheit, um die Hot-Soak-Temperatur und die Dauer zum Erwärmen des Drosselventilgehäuses zu verringern.The housing part of the manifold section and the throttle valve body have the lowest possible Inertia to the hot soak temperature and the time to warm the throttle body reduce.
Das Abgas wird in den Ansaugluftstrom so eingeführt, dass die Temperatur des Abgases während der Durchmischung mit frischer Ansaugluft ausreichend durchmischt wird, so dass es zu keiner Schädigung eines Luftverteilers aus Kunststoff kommt.The exhaust gas is in the intake air flow introduced so that the temperature of the exhaust gas during mixing with fresh intake air is mixed sufficiently so that it is too no damage an air distributor made of plastic.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels und der besten Ausführungsform, den beiliegenden Ansprüchen und beigefügten Zeichnungen hervor, in denen:These and other goals, characteristics and advantages of this invention will appear from the following detailed Description of the preferred embodiment and the best embodiment, the attached claims and attached Drawings in which:
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispielsdetailed Description of the preferred embodiment
Gemäß
Das Drosselventilgehäuse
Eine Abgasrückführleitung
Im Betrieb strömt Ansaugluft durch den Ansaugkanal
Wie oben erläutert, wird der Krümmerabschnitt
Insbesondere ist das Drosselglied
Wie in
Wenn auch das Drosselventilgehäuse
Als Folge dieser Konstruktion wird
Wärme aus
dem Abgas rasch an das Drosselventilgehäuse
Wie in
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |