DE60223124T2

DE60223124T2 - Ansaugkrümmer mit Abgasrückführung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE60223124T2
Application number: DE60223124T
Authority: DE
Inventors: Francesco Paolo Ausiello; Maurizio Xella; Marco Bovina
Original assignee: Magneti Marelli Powertrain SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2022-12-14
Also published as: BR0205564B1; BR0205564A; US20030136368A1; EP1319825A1; EP1319825B1; ITBO20010761A1; ITBO20010761A0; DE60223124D1; ES2295280T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine, die mit einer Abgasrückführung versehen ist.
Eine Brennkraftmaschine, die mit einer Abgasrückführung versehen ist, weist normalerweise eine Vielzahl von Zylindern (typischerweise vier in einer Reihe) auf, von denen jeder mit einem Ansaugkrümmer durch wenigstens ein jeweiliges Einlassventil und mit einem Abgaskrümmer durch wenigstens ein jeweiliges Abgasventil verbunden sind.
Der Ansaugkrümmer ist mit einer Filtereinrichtung verbunden, um Frischluft aufzunehmen (d. h. Luft von der umgebenden Atmosphäre, die etwa 20% Sauerstoff enthält), und er ist mit einem Abgaskrümmer über einen Rückführungskanal verbunden, der durch ein Rückführungsventil geregelt wird, um eine vorgegebene Menge des Gases zu empfangen, das in dem Abgaskrümmer enthalten ist und das durch eine vorherige Verbrennung in den Zylindern erzeugt wurde.
Um den volumetrischen Wirkungsgrad der Maschine nicht zu vermindern, werden die zurückgeführten Abgase durch einen Wärmetauscher gekühlt, der mit dem Rückführungskanal gekoppelt ist, bevor sie in den Ansaugkrümmer eingeführt werden. Um zu versuchen, die Menge des zurückgeführten Abgases abzuschätzen, kann ferner ein Sensor, der in der Lage ist, die Strömung von Gasen in den Rückführungskanal zu bestimmen, mit dem Rückführungskanal gekoppelt sein.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Ansaugkrümmer für eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung bereitzustellen, der leicht und ökonomisch einzubauen ist und der insbesondere sehr einfach zusammenzubauen ist, der eine verhältnismäßig kleine Baugröße hat und eine Messung der Strömung der zurückgeführten Abgase mit hoher Genauigkeit gestattet.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf einen Ansaugkrümmer für eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung, wie in Anspruch 1 angegeben ist.
Die vorliegende Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die eine Anzahl von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen davon zeigen, und in denen:
1 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ansaugkrümmers der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Detail von 1 im Schnitt und mit einem vergrößerten Maßstab zeigt;
3 eine schematische und perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Ansaugkrümmers von 1 ist.
In den beigefügten Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Ansaugkrümmer, der ein Teil einer Brennkraftmaschine (die insgesamt bekannt ist und nicht gezeigt wird) bildet, die mit vier Zylindern ausgestattet ist, von denen jeder mit dem Ansaugkrümmer 1 durch wenigstens ein jeweiliges Einlassventil und mit einem Abgaskrümmer durch wenigstens ein jeweiliges Abgasventil verbunden ist.
Der Ansaugkrümmer 1 empfängt Frischluft (d. h. Luft von der umgebenden Atmosphäre, die etwa 20% Sauerstoff enthält) von einer Ansaugeinrichtung (an sich bekannt und nicht dargestellt), mit der er durch ein Zufuhrrohr 2 verbunden ist, und er kann eine vorgegebene Menge der Abgase, die in dem Abgaskrümmer enthalten sind und durch die vorherige Verbrennung in den Zylindern erzeugt wurde, über einen Rückführungskanal 3 empfangen.
Der Ansaugkrümmer 1 umfasst einen rohrförmigen Teil 4, der eine innere Kammer 5 und vier Einlasskanäle 6 hat, die sich parallel zu und unter gleichen Abständen von einander von der seitlichen Oberfläche des rohrförmigen Teils 4 erstrecken, um die innere Kammer 5 mit den jeweiligen Zylindern in Verbindung zu bringen. Das Zufuhrrohr 2 ist mit einem Einlassende des rohrförmigen Teils 4 durch Zwischenschaltung einer Drosselklappe 7 verbunden, die in der Lage ist, Frischluft daran zu hindern, in die innere Kammer 5 bei speziellen Betriebsbedingungen (typischerweise wenn der Motor ausgeschaltet ist) einzutreten.
Der rohrförmige Teil 4 ist mechanisch mit Hilfe einer Reihe von Schrauben (an sich bekannt und nicht gezeigt) mit einem Lagerkörper 8 verbunden, der körperlich unabhängig von dem rohrförmigen Teil 4 ist und den Rückführungskanal 3 enthält. Insbesondere ist der Lagerkörper 8 mechanisch mit dem rohrförmigen Teil 4 so verbunden, dass er in dem Raum angeordnet ist, der an der Unterseite durch die Einlasskanäle 6 und seitlich durch den rohrförmigen Teil 4 begrenzt ist.
Der Lagerkörper 8 ist U-förmig, wobei zwei geradlinige Abschnitte 9 und 10 durch einen kurvenförmigen Abschnitt 11 verbunden sind; der geradlinige Einlassabschnitt 9 ist oberhalb der Einlasskanäle 6 angeordnet, während der geradlinige Ausgangsabschnitt 10 seitlich und in der Nachbarschaft des rohrförmigen Körpers 4 angeordnet ist. Ein anfänglicher Abschnitt des geradlinigen Einlassabschnitts 9 ist mit dem Abgaskrümmer verbunden, um das zurückzuführende Abgas aufzunehmen, und ein Endabschnitt des geradlinigen Ausgangsab schnitts 10 ist mit der inneren Kammer 5 des Ansaugkrümmers 1 verbunden, um die zurückgeführten Abgase in diese Kammer 5 einzuführen.
Der Lagerkörper 8 umfasst ein Rückführungsventil 12, das in der Lage ist, die Strömung von Abgas durch den Rückführungskanal 3 zu regeln, und die in dem anfänglichen Abschnitt des geradlinigen Einlassabschnitts 9 untergebracht ist, so dass sie an einer Stelle eines anfänglichen Abschnitts des Rückführungskanals 3 angeordnet ist.
Der Lagerkörper 8 umfasst ferner einen Wärmetauscher 13, der in der Lage ist, die zurückgeführten Abgase zu kühlen, und der entlang dem geradlinigen Einlassabschnitt 9 stromab von dem Rückführungsventil 12 untergebracht ist. Der Wärmetauscher 13 umfasst ein Rohr 14, das in eine U-Form gefaltet ist, die einen Oberrand des Rückführungskanals 3 bildet und in der ein Motorkühlströmungsmittel zwangsweise in Umlauf gebracht wird.
Als Letztes umfasst der Lagerkörper 8 einen Strömungssensor 15, der in der Lage ist, die Strömung der zurückgeführten Abgase zu messen und der in einem mittleren Abschnitt des geradlinigen Auslassabschnitts 10 stromab von dem Wärmetauscher 13 untergebracht ist. Laut dem weiteren Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, ist der Strömungssensor 15 in einem Endabschnitt des geradlinigen Einlassabschnitts 9 stromab von dem Wärmetauscher 13 untergebracht.
Es ist wichtig, festzustellen, dass der Strömungssensor 15 vorzugsweise stromab von dem Wärmetauscher 13 untergebracht ist, um zu bewirken, dass der Strömungssensor 15 bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen arbeitet (von etwa 200°C statt der 400°C der Abgase von dem Abgaskrümmer) und um dadurch die Herstellungskosten für den Strömungssensor 15 einzuschränken. Darüber hinaus ist der Strömungssensor 5 entlang einem geradlinigen Abschnitt des Rückführungskanals 3 untergebracht, um es dem Sensor 15 zu gestatten, eine Messung mit einer relativ hohen Genauigkeit auszuführen, da die Messung des Strömungssensors umso genauer ist, je weiter der Strömungssensor von den nicht-geradlinigen Abschnitten positioniert ist.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der Ansaugkrümmer 1 eine Mischvorrichtung 18, die unmittelbar stromauf von dem rohrförmigen Teil 4 entlang dem Zufuhrrohr 2 angeordnet ist und die zurückgeführte Abgase von dem Abgaskanal 3 empfängt und Frischluft von dem Einlassrohr 2 aufnimmt.
Gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, weist der rohrförmige Teil 4 für jeden Einlasskanal 6 eine jeweilige Durchgangsöffnung 16 auf, die in der Nachbarschaft des entsprechenden Einlasskanals 6 vorgesehen ist und die innere Kammer 5 mit dem Rückführungskanal 3 in Verbindung bringt; auf ähnliche Weise hat der geradlinige Ausgangsabschnitt 10 des Lagerkörpers 8 für jede Durchgangsöffnung 16 eine jeweilige Durchgangsöffnung 17, die mit der entsprechenden Durchgangsöffnung 16 gekoppelt ist.
Wie in 2 gezeigt ist, weist die Mischvorrichtung 18 eine Ringkammer 19 auf, die einen Teil des Zufuhrrohres 2 umgibt, mit dem Zufuhrrohr 2 über eine Vielzahl von radialen Durchgangsöffnungen 20 in Verbindung steht und die zurückgeführten Abgase von dem Rückführungskanal 3 empfängt. Im Betrieb werden die Abgase von dem Abgaskanal 3 zu der Ringkammer 19 mit einem Druck, der relativ höher als der Ansaugdruck ist, unter der Wirkung des relativ hohen Druckes in dem Abgaskrümmer geleitet; da die Frischluft in dem Zufuhrrohr 2 im Wesentlichen ein Atmosphärendruck ist, tritt das Abgas in der Ringkammer 19 in das Zufuhrrohr 2 über die radialen Durchgangsöffnungen 20 ein und wird mit der Luft von der Ansaugleitung gemischt, bevor es in die Kammer 5 des Ansaugkrümmers 1 eintritt.
Ein Endrohr 21 des Rückführungskanals 3 ist fluchtend mit einem Einlassrohr 22 der Mischvorrichtung 18 mit Hilfe eines weiteren Verbindungsrohres 23 gekoppelt, das koaxial zu dem Endrohr 21 und zu dem Einlassrohr 22 verläuft und in der Lage ist, intern in einer strömungsmitteldichten Weise sowohl an dem Endrohr 21 des Rückführungskanals 3 als auch an dem Einlassrohr 22 der Mischvorrichtung 18 anzugreifen. Jeweilige Ringdichtungsteile 24 aus elastischem Material (gewöhnlich als O-Ringe bekannt) sind zwischen dem Verbindungsrohr 23 und dem Endrohr 21 und dem Einlassrohr 22 eingesetzt, um die Leckdichtigkeit der Kopplung sicherzustellen und gleichzeitig eine begrenzte axiale Gleitbewegung zwischen dem Verbindungsrohr 23 und dem Endrohr 21 und dem Einlassrohr 22 zu gestatten. Diese axiale Gleitbewegung ist wesentlich, um für jegliche Unausgeglichenheiten in den Wärmeausdehnungen zu kompensieren, denen das Endrohr 21 und das Einlassrohr 22 unterworfen sind.
Die Mischvorrichtung 18 umfasst und integriert vorzugsweise die Drosselklappe 7, die den Einlass der Gasmischung in die innere Kammer 5 des Ansaugkrümmers 1 regelt; diese Integration macht es möglich, sowohl die Baugröße als auch die Gesamtkosten des Ansaugkrümmers 1 zu reduzieren.
Gemäß einem möglichen Ausfürungsbeispiel ist der Lagerkörper 8 aus einem Metallmaterial, insbesondere Aluminium hergestellt, da er eine ausreichende Lagerung für das Rückführungsventil 14 und den Wärmetauscher 13 bereitstellen muss, da er mit Gasen bei verhältnismäßig hohen Temperaturen (die Abgase von dem Abgaskrümmer haben eine Tem peratur von mehr als 400°C) arbeiten muss; der rohrförmige Körper 4 ist jedoch aus einem Kunststoffmaterial, das leicht ist und leicht gegossen werden kann, da er mit Gasen bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen (die Mischung aus Frischluft und zurückgeführtem Abgas übersteigt 100°C nicht) arbeitet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) ist eine Bypassleitung parallel zu dem Wärmetauscher 13 vorgesehen; der Durchtritt der zurückzuführenden Abgase durch den Wärmetauscher 13 oder durch die Bypassleitung wird durch das Rückführungsventil 12 gesteuert. Insbesondere werden die zurückzuführenden Abgase beim Zünden des Motors durch die Bypassleitung zwangsweise geführt, um einen Durchtritt durch den Wärmetauscher 13 zu vermeiden, und sie werden danach zwangsweise durch den Wärmetauscher 13 geleitet, wenn der Motor einen minimalen Stellenwert für die Betriebstemperatur erreicht hat.

Claims

Ansaugkrümmer mit Abgasrückführung für Brennkraftmaschinen, wobei der Ansaugkrümmer (1) einen rohrförmigen Teil (4) aufweist, der eine Innenkammer (5), eine Vielzahl von Ansaugkanälen (6), die sich parallel zu und unter gleichen Abständen voneinander von der seitlichen Oberfläche des rohrförmigen Teils (4) erstrecken, um die innere Kammer (5) in Strömungsmittelverbindung mit den jeweiligen Zylindern zu bringen, und einen Rückführungskanal (3) aufweist, der in einem Lagerkörper (8) untergebracht ist und in der Lage ist, die Abgase von einem Abgaskrümmer aufzunehmen, so dass diese Abgase in die innere Kammer (5) eingeführt werden können, wobei der Ansaugkrümmer (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass der Lagerkörper (8) physisch unabhängig von dem rohrförmigen Teil (4) ist und mechanisch mit dem rohförmigen Teil (4) verbunden ist, so dass er in dem Raum angeordnet ist, der an der Unterseite durch die Ansaugkanäle (6) und seitlich durch den rohrförmigen Teil (4) begrenzt ist.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 1, in dem der Lagerkörper (8) U-förmig mit zwei gradlinigen Abschnitten (9, 10) ausgebildet ist, die durch einen kurvenförmigen Abschnitt (11) verbunden sind, wobei ein erster gradliniger Abschnitt (9) oberhalb der Ansaugkanäle (6) und ein zweiter geradliniger Abschnitt (10) seitlich und in der Nachbarschaft des rohrförmigen Teils (4) angeordnet ist.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 1 oder 2, in dem der Lagerkörper (8) ein Rückführungsventil (12) aufweist, das in der Lage ist, die Abgasströmung durch den Rückführungskanal (3) zu regeln.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 3, in dem das Rückführungsventil (12) an einer Stelle eines anfänglichen Abschnittes des Rückführungskanals (3) untergebracht ist.
Ansaugkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in dem der Lagerkörper (8) einen Wärmetauscher (13) aufweist, der in der Lage ist, die zurückgeführten Abgase zu kühlen.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 5, in dem der Wärmetauscher (13) ein Rohr (14) aufweist, das in eine U-Form gefaltet ist und in dem ein Motor-Kühlströmungsmittel zwangsweise fließt.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 5, in dem das Rohr (14), das in eine U-Form gefaltet ist, eine obere Wand des Rückführungskanals (3) bildet.
Ansaugkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in dem der Lagerkörper (8) einen Strömungssensor (15) aufweist, der in der Lage ist, die Strömung der zurückgeführten Abgase zu messen.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 2, in dem ein anfänglicher Abschnitt des ersten geradlinigen Abschnitts (9) des Lagerkörpers (8) mit dem Abgaskrümmer verbunden ist, um die zurückzuführenden Abgase aufzunehmen, und bei dem ein Endabschnitt des zweiten gradlinigen Abschnitts (10) des Lagerkörpers (8) mit der inneren Kammer (5) verbunden ist, um die zurückgeführten Abgase in die innere Kammer (5) einzuführen.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 9, bei dem der Lagerkörper (8) ein Rückführungsventil (12) aufweist, das in der Lage ist, die Abgasströmung durch den Rückführungskanal (3) zu steuern, einen Wärmetauscher (13), der in der Lage ist, die zurückgeführten Abgase zu kühlen, und einen Strömungssensor (15) aufweist, der in der Lage ist, die Strömung der zurückgeführten Abgase zu messen, wobei das Rückführungsventil (12) an einem anfänglichen Abschnitt des ersten geradlinigen Abschnitts (9) des Lagerkörpers (8) angeordnet ist, der Wärmetauscher (13) entlang dem ersten geradlinigen Abschnitt (9) des Lagerkörpers (8) stromab von dem Rückführungsventil (12) angeordnet ist, und der Strömungssensor (15) stromab von dem Wärmetauscher (13) angeordnet ist.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 10, bei dem der Strömungssensor (15) an einer Stelle an einem Endabschnitt des ersten geradlinigen Abschnitts (9) des Lagerkörpers (8) angeordnet ist.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 10, bei dem der Strömungssensor (15) an einer Stelle an einem mittleren Abschnitt des zweiten geradlinigen Abschnitts (10) des Lagerkörpers (8) angeordnet ist.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 10, 11 oder 12, umfassend einen Überbrückungskanal parallel zu dem Wärmetauscher (13), wobei der Durchtritt der rückzuführenden Abgase durch den Wärmetauscher (13) oder durch den Überbrückungskanal durch das Rückführungsventil (12) gesteuert wird.
Ansaugkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, in dem der rohrförmige Teil (4) für jeden Ansaugkanal (6) eine entsprechende, erste Durchgangsöffnung (16) aufweist, die in der Nachbarschaft des entsprechenden Ansaugkanals (16) vorgesehen ist und die innere Kammer in Strömungsmittel-Verbindung mit dem Rückführungskanal (3) bringt.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 14, in dem der Rückführungskanal (3) für jede erste Durchgangsöffnung (16) eine entsprechende zweite Durchgangsöffnung (17) hat, die mit der entsprechenden ersten Durchgangsöffnung (16) gekoppelt ist.
Ansaugkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, in dem der Ansaugkrümmer eine Mischvorrichtung (18) aufweist, die unmittelbar stromauf von dem rohrförmigen Teil (4) angeordnet ist, die zurückgeführten Abgase von dem Rückführungskanal (3) empfängt und Frischluft von einer Ansaugvorrichtung empfängt.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 16, in dem die Mischvorrichtung (18) eine Ringkammer (19) hat und entlang einem Zufuhrrohr (2) angeordnet ist, das von der Ansaugvorrichtung Frischluft empfängt und mit der inneren Kammer (5) in Verbindung steht, wobei die Ringkammer (18) einen Teil des Zufuhrrohres (2) umgibt, mit dem Zufuhrrohr (2) mit Hilfe einer Vielzahl (20) von radialen Durchgangsöffnungen in Verbindung steht und die zurückgeführten Abgase von dem Rückführungskanal (3) aufnimmt.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 16 oder 17, bei dem ein Endrohr (21) des Rückführungskanals (3) fluchtend mit einem Einlassrohr (22) der Mischvorrichtung (18) mit Hilfe eines weiteren Verbindungsrohres (23) gekoppelt ist, das koaxial mit dem Endrohr (21) und dem Einlassrohr (22) ist und geeignet ist, intern in einer Strömungsmitteldichten Weise sowohl an dem Endrohr (21) des Rückführungskanals (3) als auch an dem Einlassrohr (22) der Mischvorrichtung (18) anzugreifen, wobei eine axiale Gleitbewegung zwischen dem Verbindungsrohr (23) und dem Endrohr (21) und dem Einlassrohr (22) möglich ist.
Ansaugkrümmer nach Anspruch 18, in dem die entsprechenden, ringförmigen Dichtungsteile (24) aus elastischem Material zwischen dem Anschlussrohr (23) und dem Endrohr (21) und dem Einlassrohr (22) angeordnet sind.
Ansaugkrümmer nach einem der Ansprüche 16 bis 19, in dem die Mischvorrichtung (18) eine Drosselklappe (7) aufweist, die geeignet ist, den Einlass der Gasmischung in die innere Kammer (5) zu regeln.
Ansaugkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 20, in dem der Lagerkörper (8) aus einem Metallmaterial, insbesondere Aluminium, hergestellt ist, und in dem der rohrförmige Teil (4) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.