EP1196687A1 - Fluideinleitung für ein heissles fluid in einer hohlraumstruktur - Google Patents

Fluideinleitung für ein heissles fluid in einer hohlraumstruktur

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EP1196687A1
EP1196687A1 EP00945834A EP00945834A EP1196687A1 EP 1196687 A1 EP1196687 A1 EP 1196687A1 EP 00945834 A EP00945834 A EP 00945834A EP 00945834 A EP00945834 A EP 00945834A EP 1196687 A1 EP1196687 A1 EP 1196687A1
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EP
European Patent Office
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fluid
inlet
connection
cavity structure
exhaust gas
Prior art date
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EP00945834A
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Jochem Fischer
Helmut Neuschwander
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Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Filterwerk Mann and Hummel GmbH
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Publication date
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    • F28C3/02—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media both being gases or vapours
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    • F02M26/11—Manufacture or assembly of EGR systems; Materials or coatings specially adapted for EGR systems

Definitions

  • the invention relates to a fluid introduction, which can be used in particular as exhaust gas recirculation in the intake tract of an internal combustion engine, according to the preamble of claims 1 and 7
  • EP 486 338 A1 proposes to design the exhaust gas inlet as double-walled.
  • the exhaust gas is introduced into the intake tract through the inner tube, the cavity resulting between the double wall being insulating against the contact point of the exhaust gas intake with the intake manifold
  • part of the fresh air drawn in is passed through the intermediate space, which is removed in front of a throttle valve and reaches the intermediate space via a bypass line.
  • the cooling air returns to the intake tract through corresponding openings parallel to the exhaust gas flow
  • a thermally resilient gas guide element 26 (compare FIG. 2) can be provided, which protects the wall of the suction tract from a direct impact of the hot exhaust gas flow.
  • the hot exhaust gas flow has sufficient time to mix with the intake air.
  • such an additional component means an increased design effort and also increases the weight of the intake tract. Both are not desired in terms of the highest possible economy in the production and use of the intake tract
  • the feasible exhaust gas recirculation rates are limited upwards high thermal load of the intake tract in the area of the exhaust gas recirculation system.
  • a gas guide element in accordance with EP 886 063 A2 must be provided in the intake tract.
  • the solution according to the invention for the introduction of fluid provides for the inlet connection in the end region which extends into the interior of the cavity structure to be provided with outflow means which point in the direction of the flow direction of the fluid which is passed through.
  • This constructive measure makes the flow of the fluid to be introduced in the direction the flow in the cavity structure is redirected, thereby preventing the introduced fluid flow from directly hitting a wall of the cavity structure.
  • the fluid to be introduced is captured by the flow of the fluid being passed through and is carried away by the suction jet pump effect, as a result of which rapid mixing takes place.
  • the mixing simultaneously causes cooling of the fluid to be introduced and heating of the fluid to be passed through The resulting temperature is, however, in the range of the permissible thermal stress on the cavity wall
  • the discharge openings are arranged along the flanks at the end region of the inlet connector.
  • the large number of openings improves the mixing effect, since the fluid flow of the fluid to be introduced is broken up into many small substreams
  • the discharge openings are provided with baffles.
  • these baffles can be produced in a simple manner by punching Fluids with the conductive fluid
  • the baffles cause the fluid flow to be introduced to emerge at the end region of the inlet connection, which prevents direct contact of the fluid to be introduced with the walls of the cavity structure. ra restructuring
  • the inlet connection with a flow-optimized outer contour in relation to the flow passed through in the cavity structure.
  • the inlet connection When flowing around the inlet connection, there is a laminar flow along the outer contour of the inlet connection, in particular the inlet connection End area This improves the mixing result with the fluid to be introduced
  • a further embodiment of the invention provides that the end region of the inlet connector is formed by a pipe piece which is provided with openings on the sides around which the flow flows.
  • the cross section of the pipe piece does not have to be circular. Rather, different cross-sectional shapes are conceivable
  • Another possibility is the production from a tubular semi-finished product, which is deflected.
  • the openings then have to be punched in, for example provided with a plug-in connection, and can be plugged onto the inlet connection with the aid of this.
  • This component can also be retrofitted into intake systems that are already in use
  • the pipe piece is open at the end. This accommodates a design of the pipe piece from a tubular semifinished product.
  • the open pipe end serves as an additional inlet opening for the recirculated exhaust gas
  • An alternative fluid inlet consists of three structural functional areas, the cavity structure, the inlet connector and the connection structure.
  • the cavity structure is suitable for the passage of a fluid and can, for example, consist of an intake pipe for an internal combustion engine.
  • the inlet connector is suitable for connection to a supply line, whereby the inlet pipe is used to connect the inlet pipe hot fluid is also provided, a connection structure is provided which serves on the one hand for fastening the Einieit 100 ⁇ s in the wall of the cavity structure and secondly enables a seal between these two components
  • the fluid inlet described must be designed for the thermal loads caused by the introduction of the hot fluid.This means that the inlet connector must be temperature-resistant to the fluid to be introduced. However, lower-melting materials, e.g. plastic, are often used for the cavity structure because the inlet connector Heavily heated by the fluid to be introduced, the connection point between the latter and the cavity structure must be insulated to such an extent that the cavity structures in this area are not thermally stressed.
  • the connection structure is provided for this purpose, whereby heat conduction from the inlet connection to the cavity structure takes place Starting from the inlet connection to the cavity structure, a temperature gradient is introduced in the connection structure, so that the contact area between connection structure and cavity structure is cooler than the inlet connection
  • a further reduction in the temperature in the connection between the cavity structure and the connection structure is achieved according to the invention in that means are provided that reduce the heat from the inlet pipe into the connection structure from the outset. This naturally also lowers the thermal load on the connection point between the connection structure and the cavity structure.
  • higher exhaust gas recirculation rates can be achieved than with a fluid introduction without the means for reducing the heat input.
  • exhaust gas recirculation rates of up to 60% are sometimes required, which can only be introduced into an intake tract made of plastic if the means mentioned are used.
  • the inlet connection piece can be made of ceramic as a means for reducing the heat input.
  • This material has sufficient temperature resistance to the hot fluid to be introduced.
  • metallic materials which are the usual construction material for the inlet connector, the thermal conductivity of ceramics is significantly lower.
  • the inlet nozzle thus acts as a thermal insulator, so that a lower amount of heat is introduced into the connection structure.
  • connection structure from ceramic. This also prevents excessive heat conduction in this area.
  • the inlet connection and the connection structure can be produced in one piece, which advantageously reduces the manufacturing costs.
  • a further advantageous design of the means for reducing the introduction of heat consists in a double-walled construction principle of the inlet connection. This has an inner wall and an outer wall, the fluid located in the space between these walls acting as an insulator. The fluid to be introduced is passed through the cross section formed by the inner wall.
  • the space As an insulator to reduce the introduction of thermal energy into the connection structure, this is attached to the outer wall of the inlet connector.
  • the insulation effect of the intermediate space can be increased if the embodiment of the invention described is combined with the suction jet pump effect already known from the prior art.
  • the Fluid in the intermediate space is thus constantly exchanged, which prevents it from heating up. This keeps the outer wall cooler from the start, which also reduces the heat input into the connection structure.
  • the temperature gradient in the connection structure can also be influenced. This is done by means of enlarging the surface of the connection structure. On the one hand, this increases the amount of heat radiation which is proportional to the surface of the connection structure, as a result of which the connection point between the connection structure and the cavity structure heats up less.
  • the connection structure can be made of thin sheet metal, giving it a bellows-like structure. The corrugated walls of this bellows-like structure lead to sufficient stiffening and at the same time enlarge the surface.
  • Another possibility is a bowl-like design of the connection structure, the outer radius of this bowl being chosen larger than would be necessary for the installation of the inlet connection.
  • the bowl can also be made from thin sheet metal and stiffened with beads. The beads also lead to a further increase in the surface.
  • connection structure is manufactured as a bayonet lock in accordance with an expedient embodiment of the inventive concept.
  • This creates a module that can be easily integrated into cavity structures. Especially if these are made of plastic, the corresponding receptacle can be easily integrated into the wall structure as a counterpart of the bayonet catch.
  • the inlet connector and connection structure can then be designed as a standard component, which means that large quantities can be achieved. This leads to an increased economy of the solution.
  • the fluid inlet can be easily installed by means of the bayonet lock, the reduced assembly effort also contributing to a further increase in the economy of the fluid inlet.
  • the described embodiments are suitable for reducing the thermal load on the connection between the inlet connector and the cavity structure, so that in relation to the fluid passed through there is a higher amount of hot material to be introduced Fluid can be added.
  • FIG. 1 shows a fluid inlet in longitudinal section consisting of an intake pipe into which a double-walled inlet connector with an angled end area extends
  • FIG. 2 shows the section A-A according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a fluid inlet with a ceramic inlet connector in longitudinal section
  • Figure 4 shows a fluid inlet corresponding to Figure 1, but which is in an oblique arrangement of the Aus ⁇ ttsofföffonne and in the design of the
  • Figure 5 is a top view of the inlet connector, which is mounted in the intake pipe and
  • FIGS. 4 and 5 shows a detail of the bayonet lock of the fluid inlet according to FIGS. 4 and 5
  • FIG. 7 shows an end region of the fluid inlet in the form of a pipe piece
  • a cavity structure 10 is designed as a line section of the intake tract. This cavity structure has an installation opening 11 through which an inlet connector 12 can be pushed into an interior 13 of the cavity structure Inlet 14 and to be understood as outlet 15, so that combustion air can flow through the cavity structure in accordance with the solid arrows indicated
  • the inlet connection 12 consists of a connection 16 for an exhaust gas return line, which is also formed by an outer tube 17, a double-walled tube structure.
  • An associated inner tube 18 is provided for conducting the exhaust gas, represented by a dashed arrow Einleitstutzens 12, and has discharge openings 20 for introducing the exhaust gas into the air flow of the cavity structure.
  • the introduction of the exhaust gas is also indicated by dashed arrows
  • Part of the cavity structure is also understood in this context to be a cover 22 which is fixed with screws 23 and sealed with the aid of an O-ring 24.
  • An outer edge 25 of the bellows is provided with a tefflo ⁇ ng 26, which in turn is injected into the cover 22 has compared to the lid a higher temperature resistance, so that a certain introduction of heat through the bellows does not damage the entire device.
  • An inner edge 27 of the bellows 21 is connected directly to the outer tube 17, for example by soldering
  • the former has beads 28, which are connected to the outer walls of the inner tube 18.
  • An annular space 29 formed by the inner tube and outer tube is used in addition to its insulating effect for the passage of intake air, which is used by a suction jet pump effect at the inner tube end 30 sucked through the annular space 29, into which it previously entered through inlet bores 31.
  • intake air can additionally cool the inside of the bellows. The path of the cooling air flow is indicated by dotted arrows
  • the structure of the end region 19 can be seen in FIG. 2 This forms an elongated cavity which is flowed around by the flow in the cavity structure 10 (solid arrows).
  • the cavity 45 has the outlet openings 20 to the interior 13 as a connection through which the exhaust gas flow ( dashed arrows) can be introduced in the direction of the flow of the intake air.
  • the exhaust gas stream first peaks on flanks 32 of the end region 19, in order to then gradually mix with the flow of the intake air.
  • the end region is made of sheet metal.
  • the openings can be opened easily Manufacture way by notching the material and bending it inward. This results in baffles 33 which facilitate an undisturbed escape of the exhaust gas through the opening 20
  • a two-part inlet port 12 is shown.
  • the first part is the E ⁇ d Siemens 19, which is designed according to Figure 1
  • This is directly connected to a ceramic component that combines the functions of the connector 16 and a connecting plate 34 for mounting in the cavity structure 10
  • the Ceramic material of this component acts as an insulator, so that the heat from the exhaust gas introduced (dashed arrow) is only passed on to the cavity structure 10 to a small extent
  • the inlet connector 12 is cast directly into the installation opening 11 of the cavity structure 10 via the ceramic plate. This results in an easy-to-manufacture structural unit.
  • the geometry of the inlet connector is very simple due to the two-part construction Injection molding process of the cavity structure to be injected directly The effort of a final assembly is therefore completely eliminated
  • the inlet connection 12 according to FIG. 4 has a double-walled structure consisting of inner pipe 18 and outer pipe 17, but this is not flowed through by a cooling air flow (see dotted arrow in FIG. 1).
  • the gas in the annular space 29 is thus not constantly replaced and still acts as an insulator between the outer and inner tube
  • a sheet metal bell 35 is fastened to the outer tube 17 and serves to fasten the inlet connector 12 to the cavity structure 10.
  • the sealing is carried out via an O-ring 24a between the sheet metal bell 35 and the installation opening 11.
  • the sheet metal bell 35 is provided with beads 28a for reinforcement
  • the outlet openings 20 are arranged obliquely. This measure serves to correct the direction of the exiting exhaust gas flow in the direction of the flowing intake air in the cavity structure.
  • the exhaust gas flow is in fact twisted due to the deflection in the end region 19 in order to allow the exhaust gas flow to touch the cavity walls to avoid as long as possible after exiting the end region, the swirl pulse is eliminated with the aid of the obliquely arranged baffle plates in the openings 20. This process is indicated by the dashed arrows
  • connection between sheet metal bell 35 and cavity structure 10 is made by a bayonet lock 36 whose mode of operation can best be understood with the aid of FIGS. 4 and 5.
  • receiving ribs 37 are arranged on the cavity structure 10 Rotation of the inlet connector 12, a tab 39 arranged radially on the outer circumference of the sheet metal bell 35 slips, causing the sheet metal bell 35 is pressed onto the O-ring 24a.
  • the receiving ribs 37 are attached to a mounting flange 40 which adjoins the installation opening 11 and is stabilized by support ribs 41 towards the cavity structure.
  • the flow-optimized shape of the end region becomes clear.
  • FIG. 5 also shows the contour of the end region 19, which represents the part of the inlet connector 12 protruding into the interior 13.
  • the view into the interior 13 takes place in the direction of flow of the intake air (see solid arrow in FIG. 4)
  • Figure 6 shows a section of the top view of the inlet connection in the direction of the introduced exhaust gas (see dashed arrow in Figure 4).
  • the inner tube 18, the connection 16, one of the beads 28a in the sheet metal bell 35, the edges of the tab 39, can be seen is pushed under the receiving ribs 37, and a locking device 42, which consists of a recess 43 between the receiving ribs 37, into which a protruding sheet metal tongue 44 engages, which is part of the tab 39.
  • the ends of the guide plates 33 can be seen in the interior of the pipe
  • FIG. 7 and 8 show an alternative inlet connection 12 which extends into a suction system (not shown in more detail) in the flow of the sucked-in air.
  • a pipe connection 42 which forms the end region of the inlet connection, is plugged onto this with the aid of a plug-in connection 43. which is made of a tubular semi-finished product, printed therein, resulting in baffles 33 in the form of tongues.
  • the end of the pipe section 42 is open, so that the recirculated exhaust gas can also be introduced into the intake tract through this opening.

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Description

Fluideinleitung für ein heißes Fluid in einer Hohlraumstruktur
Beschreibung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Fluideinleitung, die insbesondere als Abgasruckfuhrung in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann, nach der Gattung des Patentanspruches 1 und 7
Die Rückführung von Abgasen in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine ist bekannt Diese Maßnahme wird ergriffen, um die Schadstoffemission der Brennkraftmaschine zu verringern Problematisch hierbei ist jedoch die hohe Temperatur des Abgases Insbesondere wenn der Ansaugtrakt aus Kunststoff gefertigt ist, so kann die Einleitung des Abgases zu einem Aufschmelzen des Ansaugtraktes im Bereich der Abgaszufuhrung fuhren
Um eine thermische Uberanspruchung des Ansaugtraktes zu verhindern wird gemäß der EP 486 338 A1 vorgeschlagen, die Abgaseinleitung doppelwandig auszufuhren Das Abgas wird durch das Innenrohr in den Ansaugtrakt eingeleitet, wobei der sich zwischen der Doppelwand ergebende Hohlraum isolierend gegenüber der Kontaktstelle der Abgaseinleitung mit dem Saugrohr wirkt
Um eine zusätzliche Kuhlwirkung zu erzielen, wird durch den Zwischenraum ein Teil der angesaugten Frischluft geleitet, welche vor einer Drosselklappe entnommen wird und über eine Umgehungsleitung in den Zwischenraum gelangt Die Kuhlluft gelangt durch entsprechende Offnungen parallel zum Abgasstrom wieder in den Ansaugtrakt
Bei der vorgeschlagenen Losung laßt sich allerdings der Anteil an ruckgefuhrtem Abgas im Verhältnis zur durchgeleiteten Verbrennungsluft nicht beliebig steigern Das doppelwandige Rohr ist direkt mit dem Saugrohr verbunden, so daß bei honeren Ruckfuhrraten dennoch die Gefahr eines Aufschmelzens der Wandung des Ansaug- traktes droht. Außerdem trifft der heiße Abgasstrom ungehindert auf die gegenüberliegende Wandung des Aπsaugtraktes, wodurch auch hier ein Bereich hoher thermischer Belastung entsteht, der zu einem Bauteilversagen fuhren kann
Um dies zu verhindern, kann entsprechend der Konstruktion nach der EP 886 063 A2 ein thermisch belastbares Gasfuhrungselement 26 (vergleiche Figur 2) vorgesehen werden, welches die Wandung des Aπsaugtraktes vor einem direkten Auftreffen der heißen Abgasstromung schützt Innerhalb dieses Gasfuhrungselementes hat der heiße Abgasstrom genügend Zeit, sich mit der Ansaugluft zu durchmischen Jedoch bedeutet ein solches zusätzliches Bauteil einen erhöhten konstruktiven Aufwand und erhöht auch das Gewicht des Ansaugtraktes Beides ist im Bezug auf eine möglichst hohe Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung und dem Gebrauch des Ansaugtraktes nicht gewünscht
Um die genannten Nachteile zu vermeiden, wird in der Automobiltechnischen Zeitschrift, Jahrgang 1992, Seite 530 eine Befestigung heißer Rohrleitungen an Kunst- stoffbauteilen vorgeschlagen Diese besteht ebenfalls aus einem doppelwandigen Rohr wobei jedoch das Innenrohr früher endet als das Außenrohr Hierdurch wird der Effekt einer Saugstrahlpumpe erzielt, so daß kühlende Luft aus dem Ansaugtrakt durch den Zwischenraum des doppelwandigen Rohres gesogen werden kann Hierdurch wird also nicht nur die Einleitstelle gekühlt, sondern die Kuhlluft durchmischt sich gleichzeitig mit dem Abgasstrom und fuhrt dadurch zu einer Kühlung desselben
Jedoch werden auch bei dieser Ausgestaltung der Abgasruckfuhrung die realisierbaren Abgasruckfuhrraten nach oben hin begrenzt Um den Kuhlgasstrom zu ermöglichen, muß an das Abgasruckfuhrrohr eine Manschette angebracht werden, die direkt in den Befestigungsflansch für die Abgaseinleitung am Saugrohr übergeht Diese Warmebrucke fuhrt bei hohen Abgasruckfuhrraten zu einer zu hohen thermischen Belastung des Ansaugtraktes im Bereich der Abgasruckfuhrung Auch wird der Abgasstrom zwar gekühlt Wird jedoch eine bestimmte Abgasruckfuhrrate überschritten, so muß im Ansaugtrakt ein Gasfuhrungselement entsprechend der EP 886 063 A2 vorgesehen werden Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Fluideinleitung von heißen Fiuiden in eine Hohlraumstruktur zur Durchleitung eines kuhleren Fluides zu schaffen, die kostengünstig in der Herstellung ist und eine hohe Rate an eingeleitetem heißen Fluid im Verhältnis zum durchgeieiteten Fluid erlaubt, wobei die thermische Belastung der Hohlraumstruktur dabei in den erforderlichen Grenzen gehalten wird
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7 gelost
Vorteile der Erfindung
Die erfinderische Losung für die Fluideinleitung sieht vor, den Einleitstutzen im Endbereich der in den Innenraum der Hohlraumstruktur hineinreicht, mit Au strittsoff nun- gen zu versehen die in Richtung der Flussrichtung des durchgeieiteten Fluides weisen Durch diese konstruktive Maßnahme wird der Strom des einzuleitenden Fluides in Richtung der Strömung in der Hohlraumstruktur umgeleitet, wodurch ein direktes Auftreffen des eingeleiteten Fluidstromes auf eine Wandung der Hohlraumstruktur verhindert wird Das einzuleitende Fluid wird unter Ausnutzung des Saugstrahlpumpeneffektes von der Strömung des durchgeieiteten Fluides erfasst und mitgerissen, wodurch eine schnelle Durchmischung stattfindet Die Durchmischung bewirkt gleichzeitig eine Abkühlung des einzuleitenden Fluides und eine Erwärmung des durchzuleitenden Fluides Die resultierende Temperatur liegt jedoch im Bereich der zulassigen thermischen Beanspruchung der Hohlraumwandung
Die Austπttsoffnungen sind entlang der Flanken am Endbereich des Einlassstutzens angeordnet Die Vielzahl der Öffnungen verbessert den Durchmischungseffekt, da der Fluidstrom des einzuleitenden Fluides in viele kleine Teilstrome aufgebrochen wird
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Austπttsoffnungen mit Leitblechechen versehen Insbesondere, wenn der Einleitstutzen aus Blech gefertigt ist, lassen sich diese Leitbleche auf einfache Weise durch Stanzen erzeugen Bevorzugt sind die Leitbleche in das Innere des Einlassstutzens hineingebogen und bewirken damit eine optimale Vermischung des einzuleitenden Fluides mit dem durchzu- leitenden Fluid Außerdem bewirken die Leitbleche ein Anlegen des einzuleitenden Fluidstroms beim Austritt an den Endbereich des Einleitstutzens, wodurch ein direkter Wandkontakt des einzuleitenden Fluides mit den Wandungen der Hohlraumstruktur vermieden wird Dieser erfolgt erst nach einer genügenden Durchmischungsstrecke im weiteren Verlauf der durchzuleiteπden Strömung in der Hohl- ra umstruktur
Um die Durchmischuπg der beiden Fluide weiter zu fordern, ist es vorteilhaft, den Einleitstutzen bezogen auf die durchgeleitete Strömung in der Hohlraumstruktur mit einer stromungsoptimierten Außenkontur zu versehen Beim Umströmen des Einleitstutzens ergibt sich dann eine laminare Strömung entlang der Außenkontur des Ein- leitstutzens, insbesondere dessen Endbereiches Dadurch wird das Durchmi- schungsergebnis mit dem einzuleitenden Fluids verbessert
Eine besonders gunstige Ausfuhrungsform für die Fluideinleitung ergibt sich, wenn die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 kombiniert werden Damit wird das Risiko einer thermischen Uberanspruchung der Hohlraumstruktur sowohl im Bereich der Verbindung zum Einlassstutzen als auch im Bereich der Aufführenden Wandteile am weitgehendsten verhindert In Abhängigkeit vom Anwendungsfall können die Maßnahmen jedoch auch einzeln angewendet zur befriedigenden Losung fuhren Die Gestaltung des Endbereiches des Einleitstutzens ist z B nicht notwendig, wenn die Flu- idzufuhrung in einen weiten Hohlraum erfolgt, so dass insbesondere die dem Einleitstutzen gegenüberliegende Wandung der Hohlraumstruktur weit entfernt ist Im Gegenteil hierzu kann bei besonders engen Hohlraumstrukturen nur die Maßnahme am Endbereich des Einleitstutzens notwendig sein, wahrend die Warmeleitung am Einleitstutzen unkritisch bleibt
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Endbereich des Einleitstutzens durch ein Rohrstuck gebildet ist, welches an den umströmten Seiten mit Austπttsoffnungen versehen ist Der Querschnitt des Rohrstucks muss nicht kreisförmig sein Es sind vielmehr verschiedene Querschnittsformen denkbar Das Rohrstuck kann im Spritzgussverfahren hergestellt werden Eine andere Möglichkeit ist die Herstellung aus einem rohrformigen Halbzeug, welches abgelenkt wird Die Öffnungen müssen dann z B eingestanzt werden Das Rohrstuck wird weiterhin mit einer Steckverbindung versehen, und kann mit dessen Hilfe auf den Einleitstutzen gesteckt werden Damit ist auch eine Nachrüstung dieses Bauteils in bereits zum Einsatz kommende Ansaugsysteme möglich
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Rohrstuck am Ende offen Dies kommt einer Gestaltung des Rohrstucks aus einem rohrformigen Halbzeug entgegen Das offene Rohrende dient als zusätzliche Einleitoffnung für das ruckgefuhrte Abgas
Eine alternative Fluideinleitung besteht aus drei strukturellen Funktionsbereichen, der Hohlraumstruktur dem Einleitstutzen und der Verbindungsstruktur Die Hohlraumstruktur ist zur Durchleitung eines Fluides geeignet und kann z B aus einem Ansaugrohr für einen Verbrennungsmotor bestehen Der Einleitstutzen ist zur Verbindung mit einer Zufuhrleitung geeignet wobei durch die Zufuhrleitung das einzuleitende heiße Fluid gefuhrt wird Außerdem ist eine Verbindungsstruktur vorgesehen, die einerseits zur Befestigung des Einieitstutzeπs in der Wandung der Hohiraumstruktur dient und zum zweiten eine Abdichtung zwischen diesen beiden Bauteilen ermöglicht
Die beschriebene Fluideinleitung muß für die auftretenden thermischen Belastungen durch die Einleitung des heißen Fluides ausgelegt sein Dies bedeutet, daß der Einleitstutzen temperaturbeständig gegenüber dem einzuleitenden Fluid sein muß Für die Hohlraumstruktur kommen jedoch häufig niedriger schmelzende Werkstoffe, z B Kunststoff, zum Einsatz Da sich der Einleitstutzen durch das einzuleitende Fluid stark aufheizt, muß die Verbindungsstelle zwischen diesem und der Hohlraumstruktur soweit isoliert werden, daß die Hohlraumstrukturen in diesem Bereich nicht thermisch uberansprucht wird Hierzu ist die Verbindungsstruktur vorgesehen, wobei u- ber diese eine Warmeleitung vom Einlaßstutzen zur Hohlraumstruktur erfolgt Dabei stellt sich in der Verbindungsstruktur ausgehend vom Einleitstutzen zur Hohlraumstruktur hin ein Temperaturgradient ein, so daß die Kontaktflache zwischen Verbindungsstruktur und Hohlraumstruktur kuhler ist, als der Einleitstutzen
Eine weitere Absenkung der Temperatur in der Verbindung zwischen Hohiraumstruktur und Verbindungsstruktur wird erfindungsgemaß dadurch erreicht, daß Mittel vorgesehen sind, die die Wärmeeinieitung vom Einleitstutzen in die Verbindungsstruktur von vorne herein vermindern. Dadurch senkt sich naturgemäß auch die Wärmebelastung der Verbindungsstelle zwischen Verbindungsstruktur und Hohlraumstruktur. Es lassen sich im Vergleich höhere Abgasruckfuhrraten erreichen, als bei einer Fluideinleitung ohne die Mittel zur Verminderung der Wärmeeinieitung. Bei Dieselmotoren werden teilweise Abgasruckfuhrraten bis zu 60% gefordert, welche nur bei Verwendung der erwähnten Mittel in einen Ansaugtrakt aus Kunststoff eingeleitet werden können.
Gemäß einer sinnvollen Ausgestaltung der Erfindung kann als Mittel zur Verminderung der Wärmeeinieitung der Einleitstutzen aus Keramik gefertigt sein. Dieser Werkstoff weist eine genügende Temperaturbeständigkeit gegenüber dem heißen einzuleitenden Fluid auf. Im Vergleich zu metallischen Werkstoffen, die den üblichen Konstruktionswerkstoff für den Einleitstutzen darstellen, ist die Wärmeleitfähigkeit von Keramik jedoch wesentlich geringer. Der Einleitsutzen wirkt damit als thermischer Isolator, so daß ein geringerer Wärmebetrag in die Verbindungsstruktur eingeleitet wird.
Es ist vorteilhaft auch die Verbindungsstruktur aus Keramik herzustellen. Damit wird auch in diesem Bereich eine übermäßige Wärmeleitung verhindert. Einleitstutzen und Verbindungsstruktur können einteilig hergestellt werden, was die Fertigungskosten vorteilhaft verringert.
Eine weitere vorteilhafte Gestaltung der Mittel zur Verminderung der Wärmeeinleitung besteht in einem doppelwandigen Konstruktionsprinzip des Einleitstutzens. Dieser besitzt eine Innenwand und eine Außenwand, wobei das im Zwischenraum dieser Wände befindliche Fluid als Isolator wirkt. Das einzuleitende Fluid wird durch den durch die Innenwand gebildeten Querschnitt geleitet.
Um den Zwischenraum als Isolator auch zu Verminderung der Einleitung von Wärmeenergie in die Verbindungsstruktur zu nutzen, wird diese an der Außenwand des Einleitstutzens angebracht. Der Isolationseffekt des Zwischenraums kann gesteigert werden, wenn die beschriebene Ausgestaltung der Erfindung mit dem aus dem Stand der Technik bereits bekannten Saugstrahlpumpeneffekt kombiniert wird. Das Fluid im Zwischenraum wird dadurch ständig ausgewechselt, wodurch seine Erwärmung verhindert wird. Damit bleibt die Außenwand von vorne herein kühler, wodurch sich auch die Wärmeeinleitung in die Verbindungsstruktur verringert.
Gemäß einer Modifikation der Erfindung läßt sich auch der Temperaturgradient in der Verbindungsstruktur beeinflussen. Dies geschieht durch Mittel zur Vergrößerung der Oberfläche der Verbindungsstruktur. Dadurch wird zum einem der Betrag der Wär- meabstrahlung, der in proportionalem Verhältnis zur Oberfläche der Verbindungsstruktur steht, vergrößert, wodurch sich die Verbindungsstelle zwischen Verbindungsstruktur und Hohlraumstruktur weniger erwärmt. Zur Vergrößerung der Oberfläche kann z. B. die Verbindungsstruktur aus dünnem Blech gefertigt werden, wobei ihr eine balgartige Struktur gegeben wird. Die gewellten Wände dieser balgartigen Struktur führen zu einer genügenden Versteifung und vergrößern gleichzeitig die O- berfläche. Eine andere Möglichkeit besteht in einer schüsselartigen Ausgestaltung der Verbindungsstruktur, wobei der Außenradius dieser Schüssel größer gewählt wird, als dies für den Einbau des Einleitstutzens notwendig wäre. Auch die Schüssel kann aus dünnem Blech gefertigt und durch Sicken versteift werden. Die Sicken führen gleichzeitig zu einer weiteren Erhöhung der Oberfläche.
Für eine großtechnische Herstellung wird die Verbindungsstruktur gemäß einer zweckmäßigen Ausbildung des Erfindungsgedankens als Bajonettverschluß gefertigt. Es entsteht damit ein Modul, welches einfach in Hohlraumstrukturen eingegliedert werden kann. Insbesondere wenn diese aus Kunststoff sind, läßt sich die entsprechende Aufnahme als Gegenstück des Bajonettverschlusses einfach in die Wandstruktur integrieren. Einleitstutzen und Verbindungsstruktur können dann als Standartbauteil ausgeführt werden, wodurch sich hohe Stückzahlen erreichen lassen. Dies führt zu einer erhöhten Wirtschaftlichkeit der Lösung. Durch den Bajonettverschluß läßt sich die Fluideinleitung leicht montieren, wobei auch der verringerte Montageaufwand zu einer weiteren Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Fluideinleitung beiträgt.
Die beschriebenen Ausführungsformen sind geeignet, die thermische Belastung der Verbindung zwischen Einleitstutzen und Hohlraumstruktur zu vermindern, so daß im Verhältnis zum durchgeleiteten Fluid ein höherer Betrag an einzuleitendem heißem Fluid zugemischt werden kann. Für den Fall der Anwendung als Abgasrückführung bedeutet dies höhere Grenzen für die Abgasruckfuhrraten in die angesaugte Verbrennungsluft. Dies bedeutet jedoch nicht nur eine höhere thermische Belastung der Verbindungsstellen, sondern auch der restlichen Hohlraumstruktur, da sich das im Hohlraum befindliche rückgeführte Fluid an den Hohiraumwandungen abkühlt. Daher können auch in diesen Bereichen die Grenzen der thermischen Belastbarkeit der Hohlraumstruktur überschritten werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der ruckgefuhrte Fluidstrom ungehindert gegen eine Wandung der Hohlraumstruktur prallen kann
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausfuhrungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfahige Ausfuhrungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird
Zeichnung
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von schematischen Ausfuhrungsbeispielen beschrieben Hierbei zeigen
Figur 1 eine Fluideinleitung im Längsschnitt bestehend aus einem Ansaugrohr, in das ein doppelwandiger Einlaßstutzen mit abgewinkeltem Endbereich hineinreicht,
Figur 2 den Schnitt A-A gemäß Figur 1 ,
Figur 3 eine Fluideinleitung mit einem Einleitstutzen aus Keramik im Längsschnitt,
Figur 4 eine Fluideinleitung entsprechend Figur 1 , die sich jedoch in einer schrägen Anordnung der Austπttsoffnungen und in der Gestaltung der
Verbindungsstruktur unterscheiden, im Längsschnitt, Figur 5 die Aufsicht auf den Einleitstutzen von hinten, der im Ansaugrohr montiert ist und
Figur 6 ein Detail des Bajonettverschlußes der Fluideinleitung gemäß Figur 4 und 5
Figur 7 einen als Rohrstuck ausgeführten Endbereich der Fluideinleitung im
Schnitt und Figur 8 die Aufsicht m gemäß Figur 7 auf das Rohrstuck
Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele
Die Fluideinleitung gemäß Figur 1 stellt eine Abgasruckfuhrung in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine dar Eine Hohlraumstruktur 10 ist als Leitungsabschnitt des Ansaugtraktes ausgeführt Diese Hohlraumstruktur weist eine Einbauoffnung 1 1 auf, durch die ein Einleitstutzen 12 in einen Innenraum 13 der Hohlraumstruktur hineingeschoben werden kann Die Bruchkanten sind als Einlaß 14 und als Auslaß 15 zu verstehen, so daß Verbrennungsluft entsprechend den angedeuteten durchgezogenen Pfeilen die Hohlraumstruktur durchströmen kann
Der Einleitstutzen 12 besteht aus einem Anschluß 16 für eine Abgasruckfuhrleitung, wobei diese durch ein Außenrohr 17, einer doppelwandigen Rohrstruktur mitgebiidet wird Ein zugehöriges Innenrohr 18 ist zur Leitung des Abgases, dargestellt durch einen gestrichelten Pfeil, vorgesehen Das Innenrohr 18 mundet in einen Endbereich 19 des Einleitstutzens 12, und weist Austπttsoffnungen 20 zur Einleitung des Abgases in den Luftstrom der Hohlraumstruktur auf Auch die Einleitung des Abgases ist durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet Mit dem Außenrohr 17 fest verbunden ist ein Blechbalg 21 , der eine Verbindung des Einleitstutzens 12 mit der Hohlraumstruktur 10 ermöglicht Als Teil der Hohlraumstruktur wird in diesem Zusammenhang auch ein Deckel 22 verstanden, der mit Schrauben 23 fixiert und mit Hilfe eines O- Rings 24 abgedichtet ist Ein Außenrand 25 des Blechbalgs ist mit einem Teffloππng 26 versehen, der wiederum in den Deckel 22 eingespritzt ist Der Teffllonπng weist gegenüber dem Deckel eine höhere Temperaturbeständigkeit auf, so daß eine gewisse Einleitung von Warme über den Blechbalg die Gesamtvorrichtung nicht beschädigt Ein Innenrand 27 des Blechbalgs 21 ist direkt mit dem Außenrohr 17 z B durch Verlöten verbunden
Zur Fixierung des Innenrohrs 18 im Außenrohr 17 weist ersteres Sicken 28 auf, welche mit den Außenwanden des Iπnenrohrs 18 in Verbindung stehen Ein durch Innenrohr und Außenrohr gebildeter Ringraum 29 wird neben seiner isolierenden Wirkung gleichzeitig zur Durchleitung von Ansaugluft genutzt Diese wird durch einen Saugstrahlpumpeneffekt am Innenrohrende 30 durch den Ringraum 29 gesogen, in den sie zuvor durch Einlaßbohrungen 31 eingetreten ist Auf dem Weg zu den Einlaßbohrungen kann die Ansaugluft zusätzlich die Innenseiten des Blechbalgs kühlen Der Weg des Kuhlluftstroms ist durch gepunktete Pfeile gekennzeichnet
Der Aufbau des Endbereiches 19 laßt sich der Figur 2 entnehmen Dieser bildet einen langgestreckten Hohlraum, der durch die Strömung in der Hohlraumstruktur 10 umflossen wird (durchgezogene Pfeile) Der Hohlraum 45 weist zum Innenraum 13 als Verbindung die Austπttsoffnungen 20 auf, durch die der Abgasstrom (gestrichelte Pfeile) in Richtung der Strömung der Ansaugluft eingeleitet werden kann Der Abgasstrom egt zunächst noch an Flanken 32 des Endbereiches 19 an, um sich dann nach und nach mit der Strömung der Ansaugluft zu vermischen Der Eπdbereich ist aus Blech gefertigt Die Offnungen lassen sich auf einfache Weise herstellen, indem das Material ausgeklinkt und nach innen gebogen wird Dadurch entstehen Leitbleche 33, die einen ungestörten Austritt des Abgases durch die Au strittsoff nung 20 erleichtern
In Figur 3 ist ein zweiteilig ausgeführter Einleitstutzen 12 dargestellt Das erste Teil ist der Eπdbereich 19, der entsprechend Figur 1 ausgeführt ist Dieser ist direkt mit einem Keramikbauteil verbunden, welches die Funktionen des Anschlusses 16 und eines Anschlußtellers 34 zur Montage in der Hohlraumstruktur 10 vereint Der keramische Werkstoff dieses Bauteils wirkt als Isolator, so daß die Warme aus dem eingeleiteten Abgas (gestrichelter Pfeil) nur in geringem Masse an die Hohlraumstruktur 10 weitergegeben wird Der Einleitstutzen 12 ist über den Keramikteller direkt in die Einbauoffnung 1 1 der Hohlraumstruktur 10 eingegossen Auf diese Weise ergibt sich eine einfach zu fertigende Baueinheit Die Geometrie des Einleitstutzens ist durch den zweiteiligen Aufbau sehr einfach Der Einleitstutzen kann in entsprechenden Aufnahmen im Gußwerkzeug fixiert werden um im Spπtzgießprozess der Hohlraumstruktur direkt eingespritzt zu werden Der Aufwand einer Endmontage entfallt also vollständig
Der Einleitstutzen 12 gemäß Figur 4 weist entsprechend dem in Figur 1 dargestellten Beispiel eine doppelwandige Struktur bestehend aus Inπenrohr 18 und Außenrohr 17, auf Diese wird jedoch nicht von einem Kuhlluftstrom (Vergleiche gepunkteter Pfeil in Figur 1 ) durchflössen Das im Ringraum 29 befindliche Gas wird also nicht standig ausgewechselt und wirkt dabei dennoch als Isolator zwischen Außen- und Innenrohr
Am Außenrohr 17 ist eine Blechglocke 35 befestigt, die zur Befestigung des Einleitstutzens 12 an der Hohlraumstruktur 10 dient Die Abdichtung erfolgt über einen O- Ring 24a zwischen Blechglocke 35 und Einbauoffnung 1 1 Zur Versteifung ist die Blechglocke 35 mit Sicken 28a versehen
Im Unterschied zu den anderen Ausfuhrungsbeispielen sind die Austrittsoffnungen 20 schräg angeordnet Diese Maßnahme dient der Richtungskorrektur des austretenden Abgasstroms in Richtung der stromenden Ansaugluft in der Hohlraumstruktur Die Abgasstromung ist aufgrund der Umlenkung im Endbereich 19 nämlich mit einem Drall behaftet Um eine Berührung des Abgasstromes mit den Hohlraumwanden nach dem Austritt aus dem Endbereich möglichst lange zu vermeiden, wird der Drallimpuls mit Hilfe der schräg angeordneten Leitbleche in den Austπttoffnungen 20 vernichtet Dieser Vorgang ist durch die gestrichelten Pfeile angedeutet
Die Verbindung zwischen Blechglocke 35 und Hohlraumstruktur 10 erfolgt durch einen Bajonettverschluß 36 dessen Wirkungsweise am besten unter Zuhilfenahme von Figur 4 und 5 verstanden werden kann Rings um die Einbauoffnung 1 1 sind an der Hohlraumstruktur 10 Aufnahmerippen 37 angeordnet Diese weisen Schlitze 38 auf, in die durch Drehung des Einleitstutzens 12 eine radial am Außenumfang der Blechglocke 35 angeordnete Lasche 39 hiπeinrutscht wodurch die Blechglocke 35 auf den O-Ring 24a gedrückt wird. Die Aufnahmerippen 37 sind an einem Befestigungsflansch 40 angebracht, der sich an die Einbauoffnung 11 anschließt und durch Stutzrippen 41 zur Hohlraumstruktur hin stabilisiert wird. Es wird die Strόmungsopti- mierte Gestalt des Endbereichs deutlich.
Der Figur 5 laßt sich außerdem die Kontur des Endbereiches 19 entnehmen, der das in den Innenraum 13 ragende Teil des Einleitstutzens 12 darstellt. Der Blick in den Innenraum 13 erfolgt in Stromungsrichtung der Ansaugluft (siehe durchgezogenen Pfeil in Figur 4)
Figur 6 zeigt einen Ausschnitt der Aufsicht auf den Einleitstutzen in Richtung des eingeleiteten Abgases (Vergleiche gestrichelter Pfeil in Figur 4) Zu erkennen ist das Innenrohr 18, der Anschluß 16, eine der Sicken 28a in der Blechglocke 35, die Rander der Lasche 39, die unter die Aufnahmerippen 37 geschoben ist, sowie eine Arretierung 42, die aus einer Aussparung 43 zwischen den Aufnahmerippen 37 besteht, in die eine abstehende Blechzunge 44 einrastet, die Teil der Lasche 39 ist. Weiterhin lassen sich die Enden der Leitbleche 33 im Rohrinneren erkennen
Figur 7 und 8 zeigen einen alternativen Einleitstutzen 12, der in ein nicht naher dargestelltes Saugsystem in Stromungsπcntung der angesaugten Luft hineinreicht Auf diesen ist mit Hilfe einer Steckverbindung 43 ein Rohrstutzen 42 gesteckt, der den Endbereich des Einleitstutzens bildet Die Austπttoffnungen 20 sind in das Rohrstuck, welches aus einem rohrformigen Halbzeug hergestellt ist, hineingedruckt, wobei sich dadurch Leitbleche 33 in Form von Zungen ergeben. Das Ende des Rohrstücks 42 ist offen, so dass auch durch diese Öffnung das ruckgefuhrte Abgas in den Ansaugtrakt eingeleitet werden kann. Bezugszeichenliste
Hohlraumstruktur
Einbauoffnung
Einleitstutzen
Innenraum
Einlaß
Auslaß
Anschluß
Außenrohr
Innenrohr
Endbereich
Austrittsoffnungen
Blechbalg
Deckel
Schrauben
Außenrand
Teflonring
Innenrand ,28a Sicke
Ringraum
Innenrohrende
Einlaßbohrung
Flanke
Leitblech
Anschlußteller
Blechglocke
Bajonettverschluß
Aufnahmerippen
Schlitz
Lasche
Aufnahmeflansch
Stutzrippe Arrettierung Aussparrung Blechzunge Hohlraum

Claims

Patentansprüche
Fluideinleitung, insbesondere Abgasruckfuhrung in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, bestehend aus
- einer Hohlraumstruktur (10) zur Durchleitung eines Fluides von einem Einlass (14) zu einem Auslaß (15),
- einem Einleitstutzen (12) zur Einleitung eines Fluides, welches warmer als das durchgeleitete Fluid ist, in die Hohlraumstruktur,
- einer Verbindungsstruktur (21 , 34, 35) zur abgedichteten Montage des Einleitstutzens in der Hohlraumstruktur wobei der Einleitstutzen und die Verbindungsstruktur eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweisen, als die Hohlraumstruktur und der Einleitstutzen gegenüber dem einzuleitenden Fluid temperaturbeständig ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endbereich (19) des Einleitstutzens in Richtung der Flussrichtung des durchgeleiteten Fluides weist und an den umströmten Flanken des Endbereiches mit Austrittsoffnungen (20) in den Inπenraum (13) der Hohlraumstruktur versehen ist
Fluideinleitung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsoffnungen (20) Leitbleche (33) zur Beeinflussung der Stromungsrichtung des eingeleiteten Fluides aufweisen
Fluideinleitung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleitstutzen (12) in dem Bereich, in dem er in den Innenraum (13) der Hohlraumstruktur (10) hineinragt, eine stromungsoptimierte Außenkontur hinsichtlich der durchgeieiteten Strömung aufweist
Fluideinleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich des Einleitstutzens aus einem Rohrstuck 42 besteht, welches mit Hilfe einer Steckverbindung 43 auf dem Einleitstutzen montiert ist
Fluideinleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrende des Rohrstuckes offen ausgeführt ist Fluideinleitung, insbesondere Abgasruckfuhrung in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, bestehend aus
- einer Hohlraumstruktur (10) zur Durchleitung eines Fluides von einem Einlass (14) zu einem Auslaß (15),
- einem Einleitstutzen (12) zur Einleitung eines Fluides, welches warmer als das durchgeleitete Fluid ist, in die Hohlraumstruktur,
- einer Verbindungsstruktur (21 , 34, 35) zur abgedichteten Montage des Einleitstutzens in der Hohlraumstruktur wobei der Einleitstutzen und die Verbiπdungsstruktur eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweisen, als die Hohlraumstruktur und der Einleitstutzen gegenüber dem einzuleitenden Fluid temperaturbeständig ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Verminderung der Wärmeeinieitung von dem Einleitstutzen (12) in die Verbindungsstruktur (21 , 34 35) vorgesehen
Fluideinleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Verminderung der Wärmeeinieitung ein Einleitstutzen (12) aus Keramik vorgesehen ist
Fluideinleitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass der Einleitstutzen (12) und die Verbindungsstruktur (34) einteilig aus Keramik hergestellt sind
Fluideinleitung nach Anspruch 6 wobei der Einleitstutzen (12) doppelwandig ausgeführt ist und das einzuleitende Fluid durch ein Innenrohr (18) des Einleitstutzens gefuhrt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstruktur (21 , 35) an einem Außenrohr (17) des Einleitstutzens angebracht ist, wobei als Mittel zur Verminderung der Wärmeeinieitung ein Ringraum (29) zwischen dem Innenrohr (18) und dem Außenrohr (17) vorgesehen
Fluideinleitung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstruktur (35) durch einen Bajonettverschluss (36) mit der Hohlraumstruktur verbunden ist
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