EP3426901B1 - Zuführungsanordnung zur einleitung von rückgeführtem abgas - Google Patents

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EP3426901B1
EP3426901B1 EP17709353.1A EP17709353A EP3426901B1 EP 3426901 B1 EP3426901 B1 EP 3426901B1 EP 17709353 A EP17709353 A EP 17709353A EP 3426901 B1 EP3426901 B1 EP 3426901B1
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quick
fresh
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Thomas Rode
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    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
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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
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
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    • F02D9/12—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having slidably-mounted valve members; having valve members movable longitudinally of conduit
    • F02D9/14—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having slidably-mounted valve members; having valve members movable longitudinally of conduit the members being slidable transversely of conduit

Definitions

  • the invention relates to a supply arrangement for exhaust gas to be recycled into the combustion air of internal combustion engines.
  • part of the exhaust gas generated during the combustion is supplied to the fresh air required for the combustion of the fuel as an inert gas, in order to thereby reduce the oxygen content of the combustion air.
  • the combustion takes place at a lower temperature level and the formation of nitrogen oxides is reduced.
  • Various supply arrangements are shown for the introduction of the exhaust gas formed during the combustion into the combustion air. These are several exhaust gas supply pipes that are inserted into the respective fresh air ducts of the individual cylinders.
  • the described arrangements aim to achieve the most homogeneous possible mixing of the exhaust gas with the fresh combustion air so that the temperature level of the combustion can be reduced uniformly in all cylinders of the internal combustion engine.
  • soot particles contained in the exhaust gas get into the fresh air duct, which stick to the edges and shoulders of the fresh air duct when the internal combustion engine is in operation for a long time.
  • These deposits are particularly problematic when the internal combustion engine is equipped with quick-closing flaps, which are provided for the rapid shutdown of the internal combustion engine in emergency situations. They are located in the fresh air duct of the internal combustion engine and close it in order to immediately interrupt the fresh air supply required for combustion.
  • Soot particle deposits in the area of the quick-closing flap mean that when the quick-closing flaps are actuated, the fresh air supply is not completely interrupted due to deposits and the associated lack of sealing of the fresh air duct, or the flaps are not triggered due to particle deposits in the flap mechanism, which completely prevents the The internal combustion engine cannot therefore be switched off despite the mechanism being triggered.
  • maintenance requirements are therefore often made for corresponding internal combustion engines, which provide for regular manual triggering of the quick-closing flaps, thereby remove any deposits in the area of the flaps. In practice, this has proven to be very complex.
  • the object of the present invention is to minimize the maintenance requirements.
  • a quick-closing flap is arranged in the fresh air duct to interrupt the fresh air supply in front of a cylinder head of the internal combustion engine.
  • the outlet opening of the exhaust gas recirculation is arranged centrally in the fresh air duct and in the direction of flow of the fresh air with minimal gap formation in front of the quick-closing flap.
  • the outlet opening of the exhaust gas recirculation and the flap plate of the quick-closing flap do not touch each other in the closed state.
  • a pipe bend is used for the supply of the exhaust gas flow.
  • An advantage of the arrangement according to the invention is that the mixing of exhaust gas and fresh air flows, viewed in the direction of flow, only takes place behind the quick-closing flap.
  • the inventive arrangement of the exhaust gas recirculation results in a very homogeneous mixing of fresh air and recirculated exhaust gas.
  • the exhaust gas flow introduced into the fresh air flow concentrically spreads out in the fresh air duct from the outlet opening as a turbulent flow until it reaches the wall of the fresh air duct.
  • the length of the route until the wall of the fresh air duct is reached depends on the Reynolds numbers of the two streams.
  • the direct arrangement of the outlet opening of the exhaust gas supply pipe in front of the flap plate of the quick-closing flap ensures that the soot particles contained in the exhaust gas are not deposited in the region of the flap mechanism. This ensures that the flap mechanism is always ready for operation, eliminating the need for regular manual operation of the quick-closing flap.
  • FIG. 1 A fresh air duct 1 of an internal combustion engine is shown. When viewed in the direction of the drawing, the fresh air required for combustion flows from top to bottom into the fresh air duct 1, reference symbol ON.
  • the quick-closing flap 4 comprises a quick-closing flap mechanism 7 and a flap plate 6. The quick-closing flap 4 is closed if necessary by triggering the quick-closing flap mechanism 7.
  • the outlet opening 2 of the exhaust gas recirculation 3 is located centrally in the fresh air duct 1 to be understood in such a way that the outlet opening 2 of the exhaust gas recirculation 3 is arranged in front of the flap plate 6 of the quick-closing flap 4 with minimal gap formation, so that the outlet opening 2 and the flap plate 6 do not just touch when the quick-closing flap 4 is closed.
  • the central arrangement of the outlet opening 2 in the fresh air duct 1 is necessary, on the one hand, to achieve the most homogeneous possible mixing of the two gases and, on the other hand, to make the distance as large as possible until the inner wall of the soot particles contained in the exhaust gas is reached.
  • the exhaust gas recirculation 3 is designed as a pipe bend 5.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zuführungsanordnung für rückzuführendes Abgas in die Verbrennungsluft von Brennkraftmaschinen.
  • Bei der Abgasrückführung wird ein Teil des bei der Verbrennung entstandenen Abgases der zur Verbrennung des Kraftstoffs benötigten Frischluft als Inertgas zugeführt, um dadurch den Sauerstoffgehalt der Verbrennungsluft zu reduzieren. Hierdurch läuft die Verbrennung auf einem niedrigeren Temperaturniveau ab und die Entstehung von Stickoxiden wird vermindert. Aus der JP 931 7579 A wie auch aus der EP 2 541 033 A1 sind verschiedene Zuführungsanordnungen für die Einleitung des bei der Verbrennung entstehenden Abgases in die Verbrennungsluft dargestellt. Hierbei handelt es sich um mehrere Abgaszuleitungsrohre, die in die jeweiligen Frischluftkanäle der einzelnen Zylinder eingesetzt werden. Durch die beschriebenen Anordnungen soll eine möglichst homogene Durchmischung des Abgases mit der frischen Verbrennungsluft erreicht werden, um so in allen Zylindern der Brennkraftmaschine das Temperaturniveau der Verbrennung gleichmäßig absenken zu können. Durch die Einleitung des Abgases gelangen jedoch im Abgas enthaltene Rußpartikel in den Frischluftkanal, die sich bei längerer Betriebsdauer der Brennkraftmaschine unter anderem an den Kanten und Absätzen des Frischluftkanals festsetzen. Problematisch sind diese Ablagerungen insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschine mit Schnellschlussklappen ausgestattet ist, die zur schnellen Abschaltung der Brennkraftmaschine in Notsituationen vorgesehen sind. Sie befinden sich im Frischluftkanal der Brennkraftmaschine und verschließen diesen, um dadurch eine sofortige Unterbrechung der zur Verbrennung notwendigen Frischluftzufuhr zu erreichen. Durch Rußpartikelablagerungen im Bereich der Schnellschlussklappe besteht die Gefahr, dass bei Betätigung der Schnellschlussklappen die Frischluftzufuhr auf Grund von Ablagerungen und damit verbunden durch fehlende Abdichtung des Frischluftkanals nicht vollständig unterbrochen wird oder ein Auslösen der Klappen auf Grund von Partikelablagerungen im Klappenmechanismus vollständig verhindert wird, wodurch die Brennkraftmaschine somit trotz eines Auslösens des Mechanismus nicht abgeschaltet werden kann. Um die ständige Funktionsfähigkeit der Schnellschlussklappen zu gewährleisten, werden für entsprechende Brennkraftmaschinen daher oftmals Wartungsanforderungen aufgestellt, die ein regelmäßiges manuelles Auslösen der Schnellschlussklappen vorsehen, um dadurch eventuelle Ablagerungen im Bereich der Klappen zu entfernen. In der Praxis hat sich dies als sehr aufwendig herausgestellt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Wartungsanforderungen zu minimieren.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Frischluftkanal zur Unterbrechung der Frischluftzufuhr vor einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eine Schnellschlussklappe angeordnet ist. Die Austrittsöffnung der Abgasrückführung ist dabei zentral im Frischluftkanal und in Strömungsrichtung der Frischluft unter minimaler Spaltbildung vor der Schnellschlussklappe angeordnet. Mit anderen Worten, die Austrittsöffnung der Abgasrückführung und der Klappenteller der Schnellschlussklappe berühren sich in geschlossenem Zustand gerade nicht. Zur Realisierung dieser Anordnung wird für die Zuleitung des Abgasstromes ein Rohrkrümmer verwendet.
  • Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass die Durchmischung von Abgas- und Frischluftstrom in Strömungsrichtung betrachtet erst hinter der Schnellschlussklappe stattfindet. Zusätzlich wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Abgasrückführung eine sehr homogene Durchmischung von Frischluft und rückgeführtem Abgas bewirkt. Der in den Frischluftstrom eingeleitete Abgasstrom breitet sich im Frischluftkanal ausgehend von der Austrittsöffnung als turbulente Strömung konzentrisch aus, bis er die Wandung des Frischluftkanals erreicht. Die Länge der Strecke bis zum Erreichen der Wandung des Frischluftkanals hängt dabei von den Reynolds-Zahlen der beiden Ströme ab. Durch die unmittelbare Anordnung der Austrittsöffnung des Abgaszuleitungsrohr vor dem Klappenteller der Schnellschlussklappe ist sichergestellt, dass im Bereich des Klappenmechanismus eine Ablagerung der im Abgas enthaltenen Rußpartikel nicht stattfindet. Hierdurch ist die ständige Funktionsbereitschaft des Klappenmechanismus gewährleistet, wodurch die Wartungsanforderung einer regelmäßig manuellen Betätigung der Schnellschlussklappe entfällt.
  • Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Zeichnung erläutert. Diese zeigt:
    • Fig. 1
    einen Frischluftkanal mit Schnellschlussklappe und als Rohrkrümmer ausgeführtem Abgaszuleitungsrohr.
  • In Fig. 1 ist ein Frischluftkanal 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt. In Zeichnungsrichtung betrachtet, strömt die zur Verbrennung benötigte Frischluft von oben nach unten in den Frischluftkanal 1, Bezugszeichen EIN. Im Frischluftkanal 1 befindet sich eine Schnellschlussklappe 4, die der Unterbrechung des Frischluftstromes dient, um ein schnelles Abschalten der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Die Schnellschlußklappe 4 umfasst einen Schnellschlussklappenmechanismus 7 und einen Klappenteller 6. Das Schließen der Schnellschlussklappe 4 erfolgt bei Bedarf durch Auslösen des Schnellschlussklappenmechanismus 7. Unmittelbar vor dem Klappenteller 6 der Schnellschlussklappe 4 befindet sich zentral im Frischluftkanal 1 die Austrittsöffnung 2 der Abgasrückführung 3. Unmittelbar ist erfindungsgemäß so zu verstehen, dass die Austrittsöffnung 2 der Abgasrückführung 3 unter minimaler Spaltbildung vor dem Klappenteller 6 der Schnellschlussklappe 4 angeordnet ist, so dass sich die Austrittsöffnung 2 und der Klappenteller 6 bei geschlossener Schnellschlussklappe 4 gerade nicht berühren. Die zentrale Anordnung der Austrittsöffnung 2 im Frischluftkanal 1 ist notwendig, um einerseits eine möglichst homogene Durchmischung der beiden Gase zu erzielen und andererseits, um die Strecke bis zum Erreichen der inneren Wandung der im Abgas enthaltenen Rußpartikel möglichst groß zu gestalten. Zur zentralen Anordnung der Austrittsstelle 2 im Frischluftkanal 1 ist die Abgasrückführung 3 als Rohrkrümmer 5 ausgestaltet.
  • Mit Hilfe der Abgasrückführung 3 wird der Frischluft ein Teil des bei der Verbrennung entstehenden Abgases zugeführt. Ausgehend von der Austrittsöffnung 2 der Abgasrückführung 3 breitet sich das in die Frischluft einströmende Abgas unter turbulenten Strömungsverhältnissen konzentrisch aus. Die im Abgas enthaltenen Rußpartikel erreichen die innere Wandung des Frischluftkanals 1 in Strömungsrichtung betrachtet somit erst weit hinter der Schnellschlussklappe 4. Eine Ablagerung der Rußpartikel im Bereich der Schnellschlussklappe 4 wird hierdurch wirksam unterbunden. Die Strömung des Abgases im Frischluftkanal 1 ist in Fig. 1 ausgehend von der Austrittsstelle 2 der Abgasrückführung 3 als gestrichelter Stromfaden 8 eingezeichnet, um die Strömungsrichtung im Frischluftkanal darzustellen. Nach vollständiger Durchmischung von Abgas und Frischluft verlässt das Gasgemisch den Frischluftkanal 1 schließlich in Zeichnungsrichtung betrachtet nach rechts in Richtung Brennraum, Bezugszeichen AUS.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Frischluftkanal
    2
    Austrittsöffnung
    3
    Abgasrückführung
    4
    Schnellschlussklappe
    5
    Rohrkrümmer
    6
    Klappenteller
    7
    Schnellschlussklappenmechanismus
    8
    Stromfaden

Claims (2)

  1. Zuführungsanordnung für die Einleitung von rückgeführtem Abgas in den Frischluftkanal (1) einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen Frischluftkanal (1) und eine Abgasrückführung (3) mit einer Austrittsöffnung (2), dadurch gekennzeichnet, dass im Frischluftkanal (1) zur Unterbrechung der Frischluftzufuhr vor einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eine Schnellschlussklappe (4) angeordnet ist und die Austrittsöffnung (2) der Abgasrückführung (3) zentral im Frischluftkanal (1) und in Strömungsrichtung der Frischluft unter minimaler Spaltbildung vor der Schnellschlussklappe (4) angeordnet ist.
  2. Zuführungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Einleitung des Abgases in die Verbrennungsluft ein Rohrkrümmer (5) zum Einsatz kommt.
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