JP2015510981A - 内燃機関用の排ガス導入装置 - Google Patents

Abstract

排ガス再循環通路（１２）と、該排ガス再循環通路（１２）が開口する空気吸込み通路（１０）と、排ガス再循環通路（１２）内で、該排ガス再循環通路（１２）の端部（４２）に配置された流れ案内部材（４４）とを備えた、内燃機関用の排ガス導入装置である。乱流を付与された排ガス流の流量制御は、知られていない。したがって、流れ案内部材（４４）が配置されている排ガス再循環通路（１２）の端部（４２）に設けられた開口部（２４）に、弁座（４０）が形成されており、該弁座（４０）が排ガス再循環通路（１２）の流出横断面（３８）を画定しており、該流出横断面（３８）が、排ガス再循環弁（１４）に設けられた制御体（１６）を介して制御されていることが提案される。

Description

本発明は、内燃機関用の排ガス導入装置であって、排ガス再循環通路と、該排ガス再循環通路が開口する空気吸込み通路と、前記排ガス再循環通路内で、該排ガス再循環通路の端部に配置された流れ案内部材とを備えた内燃機関用の排ガス導入装置に関する。

このような排ガス導入装置は公知であり、多くの出願において記載されている。この排ガス導入装置の目的は、排ガス流と空気流との良好な混合を保証することである。しかしその際に、十分に大きな排ガス量を再循環させることができるようにするために、排ガス再循環通路内に十分な圧力差も維持されるように配慮しなければならない。相応して、より大きな圧力損失は回避されるべきである。

このような排ガス導入装置、すなわちたとえば独国特許出願公開第４４２０２４７号明細書に記載されているような、たとえばスリット付きの通路壁によって形成され、この通路壁を通して排ガスが周囲の環状通路から半径方向で空気吸込み通路内に流入し得るような排ガス導入装置の他に、スタティックミキサも知られている。スタティックミキサの働きにより、空気流への排ガスの導入後に、十分な混合が確保されるようになる。板状のスタティックミキサは、たとえば独国特許出願公開第１０２００４０２５１８４号明細書に記載されている。

別のスタティックミキサが、米国特許第７７４３７５６号明細書に基づき公知である。このミキサは、半径方向の流出開口を備えた内側の排ガス再循環通路を有し、流出開口の下流側には、渦流を形成するベーンが形成されており、これらのベーンを通って、混合された排ガス・空気流が流れるので、渦流が発生し、この渦流は、スロットルバルブ直前における混合気の均質化をもたらすことが望ましい。

スタティックミキサによるこのような混合の場合に起こり得ることは、ガス混合気中のガスの、最初から存在するストリーク（排ガスの塊）が、周囲のガスと同じように変向されるので、相変わらず、良好な混合が与えられていないことである。それに対して、半径方向の導入による混合の場合には、たしかに一方では比較的良好な混合が得られるが、しかし他方では高い圧力損失が生じる。

さらに、導入される排ガス流の流量制御部は、それぞれ導入点に対して距離を置いて配置されているので、後続の排ガス経路における脈動および圧力差が、正確な制御を困難にする。

したがって本発明の課題は、排ガス流と空気流との良好な混合を確保すると同時に、僅かな圧力損失および再循環される排ガス量の正確な制御可能性をも確保することである。その場合、できる限り小さな構成スペースしか必要とされず、しかも簡単な組付けが達成されることが望ましい。後続の構成部分の熱負荷が、温度ピークの減少による空気流中での排ガスの均質な分配によって低下されることが望ましい。

この課題は、請求項１の特徴部に記載された特徴を備えた排ガス導入装置により解決される。流れ案内部材が配置されている排ガス再循環通路の端部に設けられた開口部に、弁座が形成されており、この弁座が排ガス再循環通路の流出横断面を画定しており、この流出横断面が、排ガス再循環弁に設けられた制御体を介して制御されていることにより、空気流への流入の直前に排ガス流にのみ、たとえば混合の改善のための渦流が付与され、再循環される排ガス量の正確な制御可能性が確保される。このことは、混合を著しく改善し、後続の構成部分の、温度ピークに基づく熱的な過負荷が回避される。さらに、必要とされる構成スペースおよび、発生する圧力損失が小さくて済む。

有利には、排ガス再循環通路の流出横断面は、空気吸込み通路の通流横断面に対して３０°ないし９０°の角度を成している。相応して、流入する排ガス流は、空気流に対して少なくとも３０°の角度を有し、これによって、平行な層流が回避される。

さらに別の有利な実施態様では、制御体が、偏心的に支持されたフラップであり、このフラップの旋回軸線は、空気流に関して、排ガス再循環通路の流出横断面よりも上流側に配置されている。相応して、部分的に開かれたフラップによって、空気流の方向に変向が生じ、これによって、過度に高い流れ抵抗、ひいては圧力損失が回避される。

流れ案内部材が配置されている、排ガス再循環通路の端部は、開口部の方向に円錐台形状に先細りするように形成されている。この横断面減少部は、流速の上昇をもたらし、ひいては乱流をもたらす。このことは、空気流への流入時における混合の改善をもたらす。

流れ案内部材が、渦流発生器として形成されていると特に好ましい。なぜならば、渦流を付与された排ガス流は、直線状の空気流内に特に大きな乱流を発生させるからである。このことは、やはり均質化を改善する。

上記構成の改良形では、渦流発生器がベーンを有し、これらのベーンは、排ガス再循環通路の、周辺の側壁に向かって半径方向に延びており、排ガスの主流れ方向において、周方向に延在する部分、すなわち螺旋形状を有している。こうして、流れには、可能な限り小さな圧力損失において、高い渦流を付与することができる。

さらなる実施態様では、渦流発生器は中心の軸を有し、この中心の軸に、ベーンが取り付けられている。これらのベーンは、半径方向で、排ガス再循環通路の端部の、周辺の側壁にまで延びている。このような渦流発生器は、簡単に製造可能でかつ組付け可能である。流れ内での、渦流を付与されていない中央のストリークの形成が回避される。

渦流発生器が通路区分に取り付けられていて、この通路区分が、渦流発生器と共に排ガス再循環通路の端部内に挿入されていると、排ガス再循環通路の外部での前組付けが可能となることに基づいた特に簡単な組付け手段が得られる。

渦流発生器と、その周辺の通路区分とを一体的に製造することによって、組立コストのさらなる減少が得られる。

したがって、排ガス・空気混合気の極めて良好な均質化が確保されると同時に僅かな圧力損失が確保される排ガス導入装置が提供される。このことは、後続の構成部分における温度ピークの減少をもたらす。構造も単純で安価である。十分な混合の確保のために必要とされる構成スペースは、低減される。

以下に、本発明による排ガス導入装置の実施形態を図面につき詳しく説明する。

本発明による排ガス導入装置を側方から見た断面図である。 図１に示した本発明による排ガス導入装置の渦流発生器を３次元的に示す斜視図である。

本発明による排ガス導入装置は、空気吸込み通路１０を有し、この空気吸込み通路１０内には、図示されていない上流側のフィルタを介して、内燃機関内の燃焼用の空気がターボチャージャの圧縮機の方向に吸い込まれる。再循環される排ガスは、低圧排ガス再循環において、圧縮機の上流側で空気吸込み通路１０に導入される。

このことは、排ガス再循環通路１２を介して行われ、この排ガス再循環通路１２は、本実施形態では、空気吸込み通路１０に対して直角にこの空気吸込み通路１０に開口している。再循環される排ガス量は、排ガス再循環弁１４を介して制御され、この排ガス再循環弁１４の制御体は、本実施形態では、偏心的に支承されたフラップ１６によって形成されている。

排ガス再循環弁１４は、後置接続された変速機を備えた電動モータの形のアクチュエータ１８を有し、このアクチュエータ１８を介して、回転軸として機能するシャフト２０が回転可能である。このシャフト２０は、空気吸込み通路１０のハウジング２２内で、排ガス再循環通路１２の開口部２４の上流側において両側で支承されていて、アクチュエータ１８の変速機に接続するために、片側でハウジング２２を貫通している。シャフト２０には、レバー２６が固定されており、このレバー２６は空気吸込み通路１０の通流横断面の制御、ひいては空気流の絞りのためのフラップ体として形成されていてよい。

レバー２６には、中心に保持軸２８が固定されており、この保持軸２８は、レバー２６に対して直角に延在しており、偏心的に支承されたフラップ１６を同心的に貫通している。保持軸２８は、段部３０を有し、この段部３０には、フラップ１６がコイルばね３２を介して押圧されている。このためには、保持軸２８の端部に環状体３４が配置されており、この環状体３４に、コイルばね３２の、フラップ１６とは反対の側の端部が接触している。この環状体３４を保持軸２８に固定することは、リテーナリング３６を介して行われ、このリテーナリング３６は、保持軸２８に設けられた溝内に固定されている。この構造に基づいて、フラップ１６は平行なレバー２６に対して相対的に僅かに傾動され得る。これによって、排ガス再循環通路１２の流出横断面３８を取り囲む弁座４０に沿ったフラップ１６の、できるだけ全周にわたって閉じられた載着が確保される。

弁座４０は、排ガス再循環通路１２の開口部２４に位置している。排ガス再循環通路１２の端部４２は、円錐台形の形状もしくは、開口部２４に向けられたくびれを有している。このことによって、流出横断面における排ガス流の流出速度が高められる。

図２に図示されているように、本発明によれば、排ガス再循環通路の端部４２内に、渦流発生器４４の形の流れ案内部材が配置されている。この渦流発生器４４は、排ガス再循環通路１２の端部４２に対して同心的に配置された、閉塞された中心の軸４６を有し、この軸４６からは、ベーン４８が半径方向外側に向かってかつ、軸４６に沿って延びている。ベーン４８は、付加的に、軸４６の方向で徐々に増大する曲げ部、すなわち周方向の成分を有している。本実施形態では、このような６つのベーン４８が、軸４６に取り付けられている。排ガス再循環通路１２の端部４２のくびれに対応して、軸４６の方向において、ベーン４８の半径方向の延在長さも減少する。その結果、ベーン４８は、それぞれ、排ガス再循環通路１２の端部４２を形成する周辺の通路区分５２の周辺の側壁５０にまで延びている。この通路区分５２は、本実施形態では、別個の構成部材として、ハウジング２２に設けられた、相応して加工成形された開口５４内に挿入されていて、その後で、排ガス再循環通路１２の引き続き延びる部分に結合される。通路区分５２をハウジング２２内に固定することは、たとえば溶接によって行われ得る。通路区分５２内での渦流発生器４４の固定も、あらかじめ、ベーン４８の端部に設けられた突出部５６を介して、溶接によって行われ得る。たとえば、引き続き延びる排ガス再循環通路１２のフランジ締結による、別の、たとえば、純然たる形状結合的な固定も、同じく考えられる。

フラップ１６の位置に関連して排ガス再循環通路１２に流れ込む排ガス流には、渦流発生器４４において、接線方向成分が付与される。このことは、回転する排ガス流が発生することを意味する。ベーン４８を連続的に形成することで、僅かな圧力損失しか生じない。この排ガス流は、次いで、フラップ１６の位置に応じて種々異なる強さで、吸い込まれた空気流の主流れ方向に変向され、この場合、流入速度は、やはり圧力損失減少のために連続的に減少された排ガス再循環通路１２の横断面によって、著しく高められている。相応して、この流れは乱流となり、この乱流は、空気吸込み通路１０内にも、流入時に乱流を発生させ、これにより、排ガスストリークの形成なしに、排ガス流と空気流との極めて良好な混合が得られる。このことは、後続の構成部分の熱負荷を著しく減少させる。なぜなら、局所的な温度ピークが回避されるからである。

こうして、乱流発生のための極めて小さな構成スペースにおいて、良好な混合が得られる。なぜならば、乱流は、１つの構成部分によって全ガス流に対して付与されるのではなく、排ガス流にのみ付与されるからである。さらに、簡単な組付けが得られる。

当然ながら、請求項１の保護範囲は、上記実施形態に限定されるものではない。前記渦流発生器の他に、空気吸込み通路内に乱流を発生させる別の流れ案内部材を使用することもできる。流れ案内部材の取付けも、別の手段で行うことができる。特に、流れ案内部材を、周囲の通路壁と一体に製造することができる。さらに、排ガス再循環通路は、別の角度で空気吸込み通路に開口していてよく、排ガス再循環弁は、弁によって空気流に与える影響ができるだけ小さくなるように、すなわち排ガス再循環通路の端部においてまだ開放が行われるように配置されうる。

Claims (9)

1. 内燃機関用の排ガス導入装置であって、排ガス再循環通路（１２）と、該排ガス再循環通路（１２）が開口する空気吸込み通路（１０）と、前記排ガス再循環通路（１２）内で、該排ガス再循環通路（１２）の端部（４２）に配置された流れ案内部材（４４）とを備えた、内燃機関用の排ガス導入装置において、
   前記流れ案内部材（４４）が配置されている前記排ガス再循環通路（１２）の端部（４２）に設けられた開口部（２４）に、弁座（４０）が形成されており、該弁座（４０）が、前記排ガス再循環通路（１２）の流出横断面（３８）を画定しており、該流出横断面（３８）が、排ガス再循環弁（１４）に設けられた制御体（１６）を介して制御されていることを特徴とする、内燃機関用の排ガス導入装置。
2. 前記排ガス再循環通路（１２）の前記流出横断面（３８）は、前記空気吸込み通路（１０）の通流横断面に対して３０°ないし９０°の角度を成している、請求項１記載の内燃機関用の排ガス導入装置。
3. 前記制御体は、偏心的に支持されたフラップ（１６）であり、該フラップ（１６）の旋回軸線（２０）は、空気流に関して、前記排ガス再循環通路（１２）の前記流出横断面（３８）よりも上流側に配置されている、請求項１または２記載の内燃機関用の排ガス導入装置。
4. 前記流れ案内部材（４４）が配置されている、前記排ガス再循環通路（１２）の前記端部（４２）は、前記開口部（２４）の方向に円錐台形状に先細りするように形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関用の排ガス導入装置。
5. 前記流れ案内部材は、渦流発生器（４４）として形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関用の排ガス導入装置。
6. 前記渦流発生器（４４）はベーン（４８）を有し、該ベーン（４８）は、半径方向で前記排ガス再循環通路（１２）の周辺の側壁（５０）に向かって延びていて、排ガスの主流れ方向において、周方向に延在する部分を有する、請求項５記載の内燃機関用の排ガス導入装置。
7. 前記渦流発生器（４４）は中心の軸（４６）を有し、該中心の軸（４６）に、前記ベーン（４８）が取り付けられており、該ベーン（４８）は、半径方向で、前記排ガス再循環通路（１２）の前記端部（４２）の周辺の側壁（５０）にまで延びている、請求項５または６記載の内燃機関用の排ガス導入装置。
8. 前記渦流発生器（４４）は通路区分（５２）に取り付けられていて、該通路区分（５２）が、前記渦流発生器（４４）と共に、前記空気吸込み通路（１０）のハウジング（２２）に設けられた開口（５４）に挿入されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の内燃機関用の排ガス導入装置。
9. 前記渦流発生器（４４）は、周辺の通路区分（５２）と一体に製造されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の内燃機関用の排ガス導入装置。

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