EP2317109A1 - Abgasrückführsystem und Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführsystems - Google Patents

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EP2317109A1
EP2317109A1 EP09174863A EP09174863A EP2317109A1 EP 2317109 A1 EP2317109 A1 EP 2317109A1 EP 09174863 A EP09174863 A EP 09174863A EP 09174863 A EP09174863 A EP 09174863A EP 2317109 A1 EP2317109 A1 EP 2317109A1
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fresh air
valve
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/70—Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
    • F02M26/53—Systems for actuating EGR valves using electric actuators, e.g. solenoids
    • F02M26/54—Rotary actuators, e.g. step motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
    • F02M26/64—Systems for actuating EGR valves the EGR valve being operated together with an intake air throttle

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas recirculation system and a method for operating an exhaust gas recirculation system.
  • the invention has for its object to provide an exhaust gas recirculation system and a method for operating such a system with which a reliable exhaust gas recirculation can be carried out even at low exhaust pressure.
  • this has an exhaust pipe, one of them branching exhaust gas recirculation line with a
  • Exhaust gas recirculation valve with an actuator, and a fresh air line, in which the exhaust gas recirculation line opens is characterized in that in the exhaust pipe, in the flow direction considered after the diversion of the exhaust gas recirculation line, and / or viewed in the fresh air line, in the flow direction of the fresh air, before the confluence of the exhaust gas recirculation line, a throttle body is provided which is operatively connected to the actuator of the exhaust gas recirculation valve such that when opening the exhaust gas recirculation valve from a defined opening angle of the exhaust gas recirculation valve is moved, in particular with respect to the flow of the exhaust gas and / or the fresh air is employed.
  • the invention is based on the finding that the exhaust gas pressure and the flow through the exhaust gas recirculation valve no longer appreciably increase from a certain opening angle, with a flap valve at about 60 ° to 70 °. According to the invention measures are therefore taken in the environment of the exhaust gas recirculation line to increase the recirculated exhaust gas flow.
  • the throttle body which causes no throttling in the initial state. In other words, it is parallel to the flow direction and does not produce a pressure gradient.
  • the throttle element for example, a throttle, but with respect to the flow something, for example 10 ° to 30 °, employed, so that the pressure, viewed in the flow direction, the exhaust gas increases in front of the throttle body. This leads to a (desired) increased exhaust gas flow in the exhaust gas recirculation line.
  • the corresponding effect can alternatively or additionally be achieved on the fresh air side, that in the fresh air line, viewed in the flow direction of the fresh air, a throttle body is provided before the confluence of the exhaust gas recirculation line, the starting from a certain
  • Opening angle is operated in the same manner as described above for the hot side.
  • the "cold" side throttling the fresh air flow before the confluence of the exhaust gas recirculation line causes a pressure drop in the fresh air line to the throttle point. Due to the lower pressure present at the confluence, more exhaust gas can flow in from the exhaust gas recirculation line. This also makes it possible to achieve the desired effect of an increased exhaust gas recirculation flow.
  • these favorable effects can be achieved in an efficient manner, since a single actuator, namely that of the exhaust gas recirculation valve, can also be used for the additionally provided throttle device (s), in particular flap (s). This is achieved by mechanically "taking away" the flap (s) when it reaches a certain opening angle.
  • the throttle body according to the invention can be realized in that this is a flap.
  • an angle of attack i. an angle to the flow direction, for such a flap on actuation of 10 ° to 30 ° found to be low.
  • the respective position can be particularly easily detected by the fact that a common, in particular a contactless and, for example, a Hall sensor are provided. This can for example be arranged on a drive wheel of the throttle body, which is connected via a gear to the actuator.
  • an electric or a vacuum actuator is currently preferred.
  • Fig. 1 is based on the resulting view "in” the exhaust gas recirculation line 10, the exhaust gas recirculation valve in the form of a one-sided (according to Fig. 1 left) mounted flap 12 can be seen.
  • the EGR valve 12 is actuated by an actuator 14 whose rotational movement is transmitted via a transmission 16 to a (not to be recognized) shaft on which the EGR valve 12 is mounted.
  • Fig. 2 shows that, in the embodiment shown, the shaft 18, on which the EGR valve is mounted, via a lever (see. Fig. 3 ) and a connecting rod system 20 is connected to another shaft 22 at which (according to FIG Fig. 2 centrally) a throttle body in the form of a flap 24 is mounted.
  • the exhaust gas flows towards the viewer. If now, at certain operating points, the flap 24, of the in Fig. 2 starting position shown parallel to the flow starting, something hired, in other words is twisted, the pressure increases "before" the throttle body, the exhaust gas is effectively dammed, and more exhaust branches off into the exhaust gas recirculation line 10 from.
  • the operation of the throttle valve 24 from a defined opening angle of the exhaust gas recirculation valve is achieved in the embodiment shown in that on a sleeve 28 which is connected to the shaft 22, on the side facing away from the viewer side an incision similar to the notch to be recognized 30 is provided , Therefore, a hinged to the connecting rod lever 32 must first twist something, this Verwarweg example corresponds to an opening angle of the exhaust gas recirculation valve from 60 ° to 70 °, before the throttle is "taken" and the employment described above takes place.
  • a return spring 34 ensures when closing the exhaust gas recirculation valve that also the throttle valve 24 in the in Fig. 2 moved back position shown.

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Abstract

Es wir ein Abgasrückführsystem mit einer Abgasleitung (26), einer davon abzweigenden Abgasrückführleitung (10) mit einem Abgasrückführventil, das einen Aktuator aufweist, und einer Frischluftleitung, in welche die Abgasrückführleitung (10) mündet, vorgestellt, bei dem in der Abgasleitung (26), in Strömungsrichtung des Abgases betrachtet, nach der Abzweigung der Abgasrückführleitung (10), und/oder in der Frischluftleitung, in Strömungsrichtung der Frischluft betrachtet, vor der Einmündung der Abgasrückführleitung (10), ein Drosselorgan (24) vorgesehen ist, das mit dem Abgasrückführventil derart wirkverbunden ist, dass es beim Öffnen des Abgasrückführventils ab einem definierten Öffnungswinkel des Abgasrückführventils mitbewegt, insbesondere bezüglich der Strömung des Abgases und/oder der Frischluft angestellt wird. Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführsystems mit einer Abgasleitung, einer davon abzweigenden Abgasrückführleitung mit einem Abgasrückführventil, das einen Aktuator aufweist, und einer Frischluftleitung, in welche die Abgasrückführleitung mündet, offenbart, bei dem ab einem definierten Öffnungswinkel des Abgasrückführventils der Druck in der Abgasleitung an der Abzweigung der Abgasrückführleitung erhöht und/oder der Druck in der Frischluftleitung an der Einmündung der Abgasrückführleitung abgesenkt wird.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführsystems.
    • Stand der Technik
  • Zur Senkung der Schadstoffemissionen ist es bei Verbrennungsmotoren üblich, Abgas auf die Frischluftseite zurückzuführen und erneut dem Brennraum zuzuführen. Besondere Herausforderungen ergeben sich für die Abgasrückführung im Niederdruck-Bereich.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasrückführsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems zu schaffen, mit denen auch bei niedrigem Abgasdruck eine zuverlässige Abgasrückführung erfolgen kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen durch das im Anspruch 1 beschriebene Abgasrückführsystem.
  • Demzufolge weist dieses eine Abgasleitung, eine davon abzweigende Abgasrückführleitung mit einem
  • Abgasrückführventil mit einem Aktuator, und eine Frischluftleitung auf, in welche die Abgasrückführleitung mündet. Das erfindungsgemäße System zeichnet sich dadurch aus, dass in der Abgasleitung, in Strömungsrichtung betrachtet, nach der Abzweigung der Abgasrückführleitung, und/oder in der Frischluftleitung, in Strömungsrichtung der Frischluft betrachtet, vor der Einmündung der Abgasrückführleitung, ein Drosselorgan vorgesehen ist, das mit dem Aktuator des Abgasrückführventils derart wirkverbunden ist, dass es beim Öffnen des Abgasrückführventils ab einem definierten Öffnungswinkel des Abgasrückführventils mitbewegt, insbesondere bezüglich der Strömung des Abgases und/oder der Frischluft angestellt wird.
  • Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass sich der Abgasdruck und der Durchfluss durch das Abgasrückführventil ab einem bestimmten Öffnungswinkel, bei einem Klappenventil bei etwa 60° bis 70°, nicht mehr nennenswert erhöht. Erfindungsgemäß werden deshalb in der Umgebung der Abgasrückführleitung Maßnahmen getroffen, um den rückgeführten Abgasstrom zu erhöhen.
  • In der Abgasleitung, die auch als "heiße Seite" bezeichnet werden kann, wird dies dadurch erreicht, dass nach der Abzweigung der Abgasrückführleitung ein Drosselorgan vorgesehen ist, das im Ausgangszustand keine Drosselung bewirkt. Mit anderen Worten steht es parallel zur Strömungsrichtung und erzeugt kein Druckgefälle. Ab einem definierten Öffnungswinkel des Abgasrückführventils wird das Drosselorgan, beispielsweise eine Drosselklappe, jedoch bezüglich der Strömung etwas, beispielsweise 10° bis 30°, angestellt, so dass sich der Druck, in Strömungsrichtung betrachtet, des Abgases vor dem Drosselorgan erhöht. Dies führt zu einem (wunschgemäßen) erhöhten Abgasstrom in die Abgasrückführleitung.
  • Der entsprechende Effekt kann alternativ oder ergänzend auf der Frischluftseite dadurch erreicht werden, dass in der Frischluftleitung, in Strömungsrichtung der Frischluft betrachtet, vor der Einmündung der Abgasrückführleitung ein Drosselorgan vorgesehen ist, das ab einem bestimmten
  • Öffnungswinkel in der gleichen Weise betätigt wird, wie vorangehend für die heiße Seite beschrieben. Auf der Frischluft-, mit anderen Worten der "kalten" Seite bewirkt eine Drosselung der Frischluftströmung vor der Einmündung der Abgasrückführleitung einen Druckabfall in der Frischluftleitung nach der Drosselstelle. Aufgrund des an der Einmündung vorliegenden niedrigeren Drucks kann mehr Abgas seitens der Abgasrückführleitung zuströmen. Auch hierdurch kann somit der gewünschte Effekt eines verstärkten Abgasrückführstromes erreicht werden. Gleichzeitig können diese günstigen Effekte in effizienter Weise erreicht werden, da ein einziger Aktuator, nämlich derjenige des Abgasrückführventils, auch für das/die zusätzlich vorgesehene(n) Drosselorgan(e), insbesondere Klappe(n) eingesetzt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass mechanisch ein "Mitnehmen" der Klappe(n) bei Erreichen eines bestimmten Öffnungswinkels eingestellt wird.
  • Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Abgasrückführsystems sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
  • Besonders einfach lässt sich das erfindungsgemäße Drosselorgan dadurch realisieren, dass dieses eine Klappe ist.
  • Bei ersten Versuchen hat sich ein Anstellwinkel, d.h. ein Winkel zur Strömungsrichtung, für eine derartige Klappe bei Betätigung von 10° bis 30° als günstig herausgestellt.
  • Für denjenigen Lastpunkt, ab dem ein "Mitnehmen" der Klappe(n) erfolgt, haben sich günstige Ergebnisse bei einem Öffnungswinkel von 60° bis 70° erzielen lassen. Sowohl dieser Winkel als auch der Anstellwinkel der Drosselklappe kann anpassbar ausgeführt sein.
  • Nachdem das Abgasrückführventil und das/die Drosselorgan(e) wirkverbunden sind, lässt sich die jeweilige Position besonders einfach dadurch erfassen, dass ein gemeinsamer, insbesondere ein kontaktloser und beispielsweise ein Hall-Sensor vorgesehen sind. Dieser kann beispielsweise an einem Antriebsrad des Drosselorgans, das über ein Getriebe mit dem Aktuator verbunden ist, angeordnet sein.
  • Für den Aktuator wird derzeit ein elektrischer oder ein Vakuumaktuator bevorzugt.
  • Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt ferner durch das im Anspruch 7 beschriebene Verfahren, mit dem die gleichen Vorteile erzielt werden können. Die bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens entsprechen denjenigen des erfindungsgemäßen Abgasrückführsystems.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend werden beispielhaft Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Darstellung eines Teils der Abgasrückführleitung mit dem Abgasrückführventil und dessen Aktuator;
    Fig. 2
    die in Fig. 1 gezeigte Anordnung mit einem Abschnitt der Abgasleitung und einem darin vorgesehenen Drosselorgan; und
    Fig. 3
    die Anordnung von Fig. 1 mit einem Abschnitt der Frischluftleitung und einem darin angeordneten Drosselorgan.
    Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
  • In Fig. 1 ist anhand des sich ergebenden Blickes "in" die Abgasrückführleitung 10 das Abgasrückführventil in Form einer einseitig (gemäß Fig. 1 links) gelagerten Klappe 12 zu erkennen. Das AGR-Ventil 12 wird durch einen Aktuator 14 betätigt dessen Drehbewegung über ein Getriebe 16 zu einer (nicht zu erkennenden) Welle weitergeleitet wird, an der das AGR-Ventil 12 angebracht ist.
  • Aus Fig. 2 geht hervor, dass, bei der gezeigten Ausführungsform, die Welle 18, an der das AGR-Ventil angebracht ist, über einen Hebel (vgl. Fig. 3) und ein Verbindungsstangen-System 20 mit einer weiteren Welle 22 verbunden ist, an der (gemäß Fig. 2 mittig) ein Drosselorgan in Form einer Klappe 24 angebracht ist. Bei der Ausführungsform von Fig. 2 ist die Drosselklappe 24 in der Abgasleitung 26, in Strömungsrichtung gesehen, nach der Abzweigung der Abgasrückführleitung 10 vorgesehen. Mit anderen Worten, gemäß der Darstellung von Fig. 2, strömt das Abgas dem Betrachter entgegen. Wenn nunmehr, bei bestimmten Betriebspunkten, die Klappe 24, von der in Fig. 2 gezeigten, parallel zur Strömung befindlichen Stellung ausgehend, etwas angestellt, mit anderen Worten verdreht wird, erhöht sich der Druck "vor" dem Drosselorgan, das Abgas wird gewissermaßen aufgestaut, und mehr Abgas zweigt in die Abgasrückführleitung 10 ab.
  • Die Betätigung der Drosselklappe 24 ab einem definierten Öffnungswinkel des Abgasrückführventils wird bei der gezeigten Ausführungsform dadurch erreicht, dass an einer Hülse 28, die mit der Welle 22 verbunden ist, auf der von dem Betrachter abgewandten Seite ein Einschnitt ähnlich dem zu erkennenden Einschnitt 30 vorgesehen ist. Deshalb muss sich ein an der Verbindungsstange angelenkter Hebel 32 zunächst etwas verdrehen, wobei dieser Verdrehweg beispielsweise einem Öffnungswinkel des Abgasrückführventils von 60° bis 70° entspricht, bevor die Drosselklappe "mitgenommen" wird und die oben beschriebene Anstellung erfolgt. Eine Rückstellfeder 34 sorgt beim Schließen des Abgasrückführventils dafür, dass sich auch die Drosselklappe 24 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung zurückbewegt.
  • Diese Betätigung ist bei der Ausführungsform von Fig. 3 im Wesentlichen identisch. Jedoch handelt es sich hierbei um eine Drosselklappe 36 auf der Frischluft-, d.h. der "kalten" Seite. Ferner ist die Drosselklappe 36 in diesem Fall, in Strömungsrichtung der Frischluft gesehen, "vor" der Abgasrückführleitung 10 vorgesehen. Mit anderen Worten strömt die Frischluft gemäß der Darstellung von Fig. 3 von dem Betrachter weg und in die Zeichnung hinein. Wenn die Drosselklappe 36 nunmehr ab einem bestimmten Öffnungswinkel des Abgasrückführventils bezüglich der Strömung ein wenig angestellt wird, sinkt der Druck der Frischluft "nach der Drosselstelle", und es kann (wunschgemäß) mehr Abgas durch die Abgasrückführleitung 10 zugeführt werden.

Claims (8)

  1. Abgasrückführsystem mit einer Abgasleitung (26), einer davon abzweigenden Abgasrückführleitung (10) mit einem Abgasrückführventil (12), das mit einen Aktuator (14) aufweist, und einer Frischluftleitung (38), in welche die Abgasrückführleitung (10) mündet, bei dem in der Abgasleitung (26), in Strömungsrichtung des Abgases betrachtet, nach der Abzweigung der Abgasrückführleitung (10), und/oder in der Frischluftleitung, in Strömungsrichtung der Frischluft betrachtet, vor der Einmündung der Abgasrückführleitung (10), ein Drosselorgan (24, 36) vorgesehen ist, das mit dem Abgasrückführventil (12) derart wirkverbunden ist, dass es beim Öffnen des Abgasrückführventils (12) ab einem definierten Öffnungswinkel des Abgasrückführventils (12) mitbewegt, insbesondere bezüglich der Strömung des Abgases und/oder der Frischluft angestellt wird.
  2. Abgasrückführsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan eine Klappe (24, 36) ist.
  3. Abgasrückführsystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (24, 36) bei der Betätigung um 10° bis 30° zur Strömungsrichtung angestellt wird.
  4. Abgasrückführsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mitbewegung des Drosselorgans (24, 36) ab einem Öffnungswinkel von 60° bis 70° erfolgt.
  5. Abgasrückführsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführventil (12) und das Drosselorgan (24, 36) mit einem einzigen gemeinsamen Positionssensor, insbesondere einem kontaktlosen, beispielsweise einem Hall-Sensor versehen sind.
  6. Abgasrückführsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (14) ein elektrischer Aktuator oder ein Vakuumaktuator ist.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführsystems mit einer Abgasleitung, einer davon abzweigenden Abgasrückführleitung mit einem Abgasrückführventil, das einen Aktuator aufweist, und einer Frischluftleitung, in welche die Abgasrückführleitung mündet, bei dem ab einem definierten Öffnungswinkel des Abgasrückführventils der Druck in der Abgasleitung an der Abzweigung der Abgasrückführleitung erhöht und/oder der Druck in der Frischluftleitung an der Einmündung der Abgasrückführleitung abgesenkt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerhöhung und/oder -erniedrigung ab einem Öffnungswinkel von 60° bis 70° erfolgt.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0349729A1 (de) * 1988-07-07 1990-01-10 Pierburg Gmbh Abgasrückführeinrichtung
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