WO2001079680A1 - Vorrichtung zur mischung und dosierung von gasströmen an verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

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WO2001079680A1
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fluid guide
fresh air
fluid
air line
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PCT/DE2001/001474
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Inventor
Andreas-Bernd Rosenbusch
Ralph Krause
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Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/70—Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves

Definitions

  • the invention relates to a device for mixing gas streams in internal combustion engines.
  • hot exhaust gases are mixed with fresh air and returned to the cylinders of an internal combustion engine. Due to the high temperatures of the exhaust gases, the mixed components of the exhaust gas recirculation system are exposed to considerable thermal loads.
  • AI exhaust gas recirculation systems for internal combustion engines have become known, with an exhaust gas recirculation line with venturi opening into the intake system for partial recirculation of the exhaust gas from an exhaust system into an intake system.
  • the venturi device can be bypassed via a main air line, the flow of which can be predetermined via a control element.
  • the Venturi device is designed to be multi-flow and at least two to form nozzle diffuser units connected in parallel.
  • the multi-flow venturi device is arranged together with the main air duct and control element in a common housing.
  • the fluid guide element embedded in a fresh air line of an exhaust gas recirculation valve, several functionalities can be achieved advantageously and with little design effort.
  • the fluid guide element received on spacers on the inner wall of the fresh air line decouples the wall of the fresh air line from a first fluid flow, e.g. B. hot exhaust gases, so that a barrier is formed, and a convective heat transfer around the air guiding element through which fresh air flows through or flows around it.
  • the fresh air line can be manufactured from a temperature-critical, but less expensive material. For example, cheaper plastics can be used; Compared to the use of the material aluminum, there are both cost advantages in the formation of the fresh air line in a temperature-critical material and advantages in terms of lower weight, easier workability and the integration of further functional elements during the manufacturing process.
  • the fluid guide element can be designed both as a Venturi nozzle and as a Laval nozzle - depending on the application, the fluid guide element can be shaped to suit the application, whereby the exhaust gas recirculation rate can be increased considerably, in particular by lowering the local pressure at the exhaust gas inlet cross section, for example in the narrowest flow cross section of a Laval nozzle.
  • internals generating turbulence are provided at the downstream end of the fluid guide element.
  • a tear-off edge for example at the outlet cross section of the fluid guiding element, cross flows can be induced in the exhaust gas / fresh air mixture flowing out, which bring about a better mixing of the gas mixture, whereby a more uniform temperature distribution in the flowing mixture can be achieved.
  • valves generating the exhaust gas admixture to the fresh air flow can be designed as rotatable flap valves with valve plates inclined relative to the actuating shaft or as globe valves with cup-shaped closing surface, the stroke or angle of rotation of which measure the volume flow of the first fluid entering the fresh air line.
  • the fluid guide element proposed according to the invention with the inclined valve arrangement accommodated therein can also be used to control the supply air of an internal combustion engine.
  • the good tightness of the fluid guide element in its closed position in the flow cross section of the feed line to the internal combustion engine should be emphasized.
  • FIG. 1 shows the section through a fresh air line with an embedded fluid guide element, fixed by the bearing dome of a rotatable poppet valve
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the fluid guide element according to FIG. 1, installed in a fresh air line
  • Fig. 3 shows a longitudinal section through a fluid guide element with a cup-shaped lift valve
  • Fig. 4 shows the section through " a fluid guide element, axially fixed in the fresh air supply line through the bearing dome of a globe valve.
  • Figure 1 shows the front view of a fluid guide element embedded in a fresh air line, axially fixed by the bearing dome of a rotatable poppet valve, with the z. B. the degree of opening of an exhaust pipe can be adjusted.
  • a first fluid stream flows through an exhaust gas supply line 1, the connection piece 2 of which lies in the mouth area of the exhaust gas line 1 into the fresh air line 4 - B. hot exhaust gas - in the fresh air line 4.
  • a fluid guide element 5 is embedded in the latter, which is provided with a number of spacers 6 on its outer peripheral surface.
  • the spacers 6 can be designed, for example, as beads or molded beads that are stamped into the fluid guide element 5. These are on the inner wall 23 of the fresh air line 4 and thereby form an annular gap 13 which extends in a ring between the inner wall of the fresh air line 4 and the outer surface of the fluid guide element and which enables heat to be removed by convection from the fluid guide element 5.
  • the flow of the hot exhaust gases 3 opens into the fresh air flow at the narrowest cross section 16 of the fluid guide element 5.
  • the fluid guide element 5 is held on the one hand by the spacers 6 radially to the inner wall 23 of the fresh air supply line 4; on the other hand, the fluid guide element 5 is axially secured in the fresh air supply line 4 by a bearing dome 11 which is penetrated by a valve shaft 8.
  • the valve controlling the first fluid flow 3 is designed as a flap valve 7 with an inclined valve plate 10. By turning the valve shaft 8, either in the direction of rotation 9 or in the opposite direction, an opening of the line opening 24 which is dependent on the angle of rotation of the valve shaft 8 is achieved.
  • the fluid guide element 5 consists of a rolled, metallic sheet metal part with an opening for the exhaust gas inlet opening 24.
  • the sheet metal part is joined to the longitudinal seam 12, the edge 22 of the longitudinal seam 12 being positioned angled inwards.
  • a rolled sheet metal part as a fluid guiding element 5, this can also be produced by deep drawing or by hydroforming or by means of a die casting process.
  • the fluid guide element 5 Since the fluid guide element 5 is arranged to form an annular gap 13 to the inner wall 23 of the fresh air line 4, the fresh air line 4 is thermally shielded from the first fluid stream 3 entering the fluid guide element 5.
  • the first fluid stream 3 does not come into contact with the inner wall 23 of the fresh air line 4, as a result of which the fresh air line 4 can be produced from a temperature-critical and therefore less expensive material. Compared to manufacturing from aluminum, for example, this can result in cost savings and easier machining of the components.
  • the thermally insulating fluid guide element 5 By inserting the thermally insulating fluid guide element 5, the risk of thermal degradation and thus the destruction of the Fresh air line can be prevented.
  • the annular gap 13 surrounding the fluid guide element 5 creates a flow around the fluid guide element on its inside and outside and thereby produces a convective heat transport and thus a better decoupling compared to guide elements abutting the inner wall 23 of the fresh air line.
  • the fluid guide element 5 is designed as a Venturi or Laval nozzle, a maximum pressure reduction can be achieved by appropriate design of the narrowest nozzle cross-section in the area of the exhaust gas supply line 2, which results in a significantly increased pressure difference at the exhaust gas recirculation valve.
  • the considerable pressure difference results in an increase in the exhaust gas recirculation rate in the internal combustion engine when the fluid guide element 5 proposed according to the invention is installed in the interior of the fresh air line 4.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the fluid guide element 5 according to FIG. 1.
  • the fluid guide element 5 which is configured, for example, as a Laval nozzle, is connected to the inner wall 23 of the fresh air line 4 by means of spacers 6.
  • the spacers 6 are designed as beads embossed into the fluid guide element 5, as a result of which an annular gap 13 surrounding the fluid guide element 5 is possible.
  • the metering zone 15 formed by the fluid guide element 5 extends from the inlet cross section 19 to the outlet cross section 20. At the narrowest cross section 16 of the fluid guide element 5, the axis of the valve shaft 8 is fastened to the inclined valve plate 10 attached to it.
  • the fluid guide element 5 can be installed in the fresh air line 4 as a replacement for a throttle valve, so that the supply air to the internal combustion engine can be metered.
  • the fluid guide element 5 can be provided with an inclined valve plate or a flat valve plate 29.
  • the fluid guide element 5 configured according to the invention is also decoupled from the inner wall 23 of the fresh air line 4 in this variant of use, wherein a special tightness can be achieved in the closed position in the fluid guide element 5 between the inclined valve plates 10 or a flat valve plate 29.
  • the fluid guide element 5 is decoupled from the wall of the fresh air supply line 4.
  • FIG 3 shows a longitudinal section through a fluid guide element with a cup-shaped lifting valve, the metering, for example, a regulating the exhaust gas flow valve.
  • the fluid guide element 5 is provided with spacers 6 in the form of embossed beads, which can also be molded on, and fixed with them within the fresh air supply line 4.
  • the spacers 6 is fixed by the bearing dome 11 of a lift valve 26 passing through the fresh air supply line 4 and the fluid guide element 5.
  • the bearing of the fluid guide forms tion element 5 by means of the spacers 6 on the inner wall of the fresh air supply line 4 from the fluid guide element 5 surrounding annular gap 13, which is used for convective heat transfer.
  • the annular gap 13 between the inside of the fresh air line 4 and the fluid guide element 5 provides thermal insulation of the fresh air line 4 against the high temperatures of the first fluid stream 3.
  • the fluid guide element 5 extends from the inlet cross section 19 over the narrowest cross section 16 into a diffuser section 18 which has an outlet cross section 20 on the outlet side.
  • turbulence-generating internals 17 are formed in the form of tear-off edges on the fluid guide element 5. The tear-off edge induces cross flows in the gas mixture 25, 3 leaving the fluid guide element 5.
  • FIG. 4 shows the top view of the fluid guide element according to FIG. 3, which is fixed axially in the fresh air supply line by a bearing dome.
  • FIG. 4 shows the radial mounting of the fluid guide element 5 on the inner wall 23 of the fresh air line 4.
  • the spacers 6 arranged here at an angle of 180 ° to one another in the form of molded beads or embossed beads allow the formation of an annular gap 13 which extends in a ring between the inner wall 23 of the fresh air line 4 and the outer peripheral surface of the fluid guide element 5.
  • the annular gap 13 serves for the thermal insulation of the Fresh air line 4 against a higher temperature of the first fluid stream 3 flowing in via the connector 2.
  • the valve regulating the volume flow of the incoming first fluid stream is designed as a lift valve 26, which executes a stroke path identified according to the double arrow with h and reference numeral 27 , As a result, the opening in the exhaust opening in the connection piece 2 is released or closed depending on the stroke.
  • the lifting valve 26, which can be moved along the lifting path 27, contains a valve head 28, on the valve base 29 of which the closing surface 30, here of cylindrical design, is received.
  • the cylindrical closing surface 30 bears against the inner wall of the connector 2 and closes it.
  • their stroke movement 27 or their rotational movement 9 can be generated by means of electric drives or other drives.
  • the fluid guide element 5 as a Venturi or Laval nozzle proposed according to the invention, a significant reduction in the pressure in the fresh air line 4 can be realized.
  • the decisive factor here is the local pressure at the inlet cross section 16 in the fresh air line 4, which is generated by the narrowest cross section of a Venturi or Laval nozzle. If the fluid supply element can be used as an exhaust gas recirculation valve, the pressure reduction at the narrowest cross section 16 leads to an increase in the pressure difference at the exhaust gas recirculation valve, as a result of which an increase in the exhaust gas recirculation rate can be achieved and an exhaust gas flow which is fed back to the internal combustion engine can be increased significantly.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Zumischung eines ersten Fluidstromes (3) zu einem weiteren Fluidstrom (25) oder zur Dosierung des weiteren Fluidstromes (25), mit einer Frischluftzuleitung (4) und einer den ersten Fluidstrom (3) führenden Anschlussleitung (2) mit Auslassöffnung (24) und einem Fluidführungselement (5) zur Abschirmung der Frischluftleitung (4). Ein sich entlang einer Dosierzone (15) erstreckendes Fluidführungselement (5) ist entkoppelt in der Frischluftleitung (4) gehalten.

Description

Vorrichtung zur Mischung und Dosierung von Gasströmen an Verbrennungskraft- maschinen
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Mischung von Gasströmen an Ver- brennungskraftmaschinen. In Abgasrückführungssystemen heutiger Verbrennungskraftmaschinen werden heiße Abgase mit Frischluft vermischt und den Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine wieder zugeführt. Durch die hohen Temperaturen der Abgase sind die Mischkomponenten des Abgasrückführungssystems erheblichen thermischen Belastungen ausgesetzt.
Stand der Technik
Aus DE 198 57 577 AI und DE 198 57 578 AI sind Abgasrückführungssysteme für Brermkraftmaschinen bekannt geworden, wobei zur teilweisen Rückführung des Abgases von einem Auslaßsystem in ein Einlaßsystem eine Abgasrückführungsleitung mit Venturi- einrichtung in das Einlaßsystem mündet. Die Venturieinrichtung ist über einen Hauptluft- strang umgehbar, deren Durchfluß über ein Steuerorgan vorgebbar ist. Um den erforderli- chen Platzbedarf für das Abgasrückführungssystem ohne Funktionseinbußen zu verringern, ist vorgesehen, die Venturieinrichtung mehrflutig auszubilden und als zumindest zwei parallel geschaltete Düsen-Diffuser-Einheiten enthaltend auszubilden. Die mehrflutig ausgebildete Venturieinrichtung wird samt Hauptluftstrang und Steuerorgan in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Abgasrücldührungssystemen mit Venturi- einrichtungen sind die Venturieinrichtungen den heißen Abgasen nahezu ungeschützt ausgesetzt, was den Einsatz temperaturbeständiger Werkstoffe für diese Komponenten erforderlich macht. Die Verwendung temperaturbeständiger Werkstoffe trägt zu einer nicht un- erheblichen Erhöhung der Herstellkosten dieser Komponenten von Abgasrückführungssystemen bei.
Darstellung der Erfindung
Mit dem vorgeschlagenen Fluidführungselement, eingelassen in eine Frischluftleitung eines Abgasrückführventiles, lassen sich vorteilhaft und mit wenig konstruktivem Aufwand mehrere Funktionalitäten erzielen. Das an Abstandshaltern an der Innenwandung der Frischluftleitung aufgenommene Fluidführungselement entkoppelt die Wandung der Frischluftleitung von einem ersten Fluidstrom, z. B. heißen Abgasen, so daß sich eine Barriere bildet, sowie ein konvektiver Wärmetransport um das Luftführungselement durch die es durch- bzw. umströmende Frischluft einstellt. Dadurch kann die Frischluftleitung aus einem temperaturkritischen, jedoch kostengünstigeren Werkstoff gefertigt werden. Es lassen sich beispielsweise preiswertere Kunststoffe einsetzen; gegenüber einer Verwendung des Werkstoffes Aluminium ergeben sich sowohl Kostenvorteile bei der Ausbildung der Frischluftleitung in einem temperaturkritischen Werkstoff als auch Vorteile hinsichtlich eines geringeren Gewichtes, einer leichteren Bearbeitbarkeit und der Integration weiterer Funktionselemente während des Herstellvorgangs.
Obwohl das Fluidführungselement in die Frischluftleitung eingelassen ist, ergibt sich ein nur unwesentlich geringerer Strömungsquerschnitt in der Frischluftleitung, da das Fluidführungselement - in radialer Richtung betrachtet - beidseitig umströmt wird. Der Ge- samtströmungsquerschnitt in der Frischluftleitung bleibt nahezu unverändert, da das Fluid führungselement mittels Vorsprüngen, die als Abstandhalter dienen, an der Innenwand der Frischluftleitung befestigt wird. Es bildet sich zwischen der Innenwandung der Frischluftleitung und dem Außenumfang des Fluidführungselements ein ringförmiger Spalt aus, der, durchströmt von Frischluft, als thermische Barriere fungiert.
Das Fluidführungselement läßt sich sowohl als Venturidüse wie auch als Lavaldüse ausbilden - es kann eine, je nach Anwendungsfall anwendungsspezifische Formgebung des Fluidführungselementes erfolgen, wodurch sich die Abgasrückführrate erheblich erhöhen läßt, insbesondere durch Absenkung des lokalen Druckes am Abgaseinleitungsquerschnitt, beispielsweise im engsten Strömungsquerschnitt einer Lavaldüse.
Zur Verbesserung der Durchmischung von Frischluft und quer zu dessen Strömungsrichtung eingeleitetem heißen Fluid sind am stromabseitigen Ende des Fluidführungselementes Turbulenzen erzeugende Einbauten vorgesehen. Mittels einer Abrißkante, beispielsweise am Austrittsquerschnitt des Fluidführungselements, lassen sich Querströmungen im abströmenden Abgas/Frischluftgemisch induzieren, die eine bessere Durchmischung des Gasgemisches herbeiführen, wodurch eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im strömenden Gemisch erzielt werden kann.
Die die Abgaszumischung zum Frischluftstrom erzeugenden Ventile können als verdrehbare Klappenventile mit bezogen auf die Stellwelle schräggestellten Ventilteller oder als Hubventile mit topfförmiger Schließfläche ausgestaltet sein, deren Hubweg bzw. Verdrehwinkel den in die Frischluftleitung jeweils eintretenden Volumenstrom des ersten Fluides bemessen. Daneben lässt sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Fluidführungselement mit darin aufgenommener, schräggestellter Ventilanordnung ebenso zur Steuerung der Zuluft einer Verbrennungskraftmaschine einsetzen. Insbesondere ist die gute Dichtheit des Fluidführungselementes in dessen Schließstellung im Strömungsquerschnitt der Zuleitung zur Verbrennungskraftmaschine hervorzuheben. Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 den Schnitt durch eine Frischluftleitung mit eingelassenem Fluidführungselement, fixiert durch den Lagerdom eines verdrehbaren Tellerventiles,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Fluidführungselement gemäß Figur 1, eingebaut in eine Frischluftleitung,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Fluidführungselement mit topfförmig gestaltetem Hub ventil und
Fig. 4 den Schnitt durch "ein Fluidführungselement, axial in der Frischluftzuleitung durch den Lagerdom eines Hubventils fixiert.
Ausführungsvarianten
Figur 1 zeigt die Vorderansicht eines in einer Frischluftleitung eingelassenen Fluidführungselements, axial fixiert durch den Lagerdom eines verdrehbaren Tellerventiles, mit dem z. B. der Öffnungsgrad einer Abgasleitung eingestellt werden kann.
Durch eine Abgaszuleitung 1, deren Anschlußstutzen 2 im Mündungsbereich der Abgasleitung 1 in die Frischluftleitung 4 liegt, strömt ein erster Fluidstrom - hier z. B. heißes Abgas - in die Frischluftleitung 4 ein. In diese ist ein Fluidführungselement 5 eingelassen, welches an seiner äußeren Umfangsfläche mit einer Anzahl von Abstandshaltem 6 versehen ist. Die Abstandshalter 6 können beispielsweise als in das Fluidführungselement 5 eingeprägte Sicken oder angeformte Sicken ausgebildet sein. Diese liegen an der Innenwan dung 23 der Frischluftleitung 4 an und bilden dadurch einen sich ringförmig zwischen der Innenwandung der Frischluftleitung 4 und der Außenfläche des Fluidführungselementes erstreckenden Ringspalt 13, der einen Wärmeabtransport durch Konvektion vom Fluidfüh- rungselement 5 ermöglicht. Am engsten Querschnitt 16 des Fluidführungselementes 5 mündet der Strom der heißen Abgase 3 in den Frischluftstrom.
In der Frischluftzuleitung 4 wird das Fluidführungselement 5 einerseits durch die Abstandhalter 6 radial zur Innenwandung 23 der Frischluftzuleitung 4 gehalten; andererseits ist das Fluidführungselement 5 durch einen Lagerdom 11, der von einer Ventilwelle 8 durchsetzt ist, axial in der Frischluftzuleitung 4 gesichert. Im in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das den ersten Fluidstrom 3 steuernde Ventil als Klappenventil 7 mit schräggestelltem Ventilteller 10 ausgebildet. Durch ein Verdrehen der Ventilwelle 8, entweder im Drehsinn 9 oder auch entgegengesetzt dazu, wird ein abhängig vom Drehwinkel der Ven- tilwelle 8 sich einstellendes Öffnen der Leitungsöffnung 24 erzielt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht das Fluidführungselement 5 aus einem gerollten, metallischen Blechteil mit einem Durchbruch für die Abgaszuleitungsöffhung 24. An der Längsnaht 12 ist das Blechteil zusammengefügt, wobei die Kante 22 die Längsnaht 12 nach innen abgewinkelt positioniert ist. Anstelle eines gerollten Blechteiles als Fluidführungselement 5 läßt sich dieses auch auf dem Tiefziehweg, oder per Hydroformen oder auch mittels eines Druckgußverfahrens fertigen.
Da das Fluidführungselement 5 einen Ringspalt 13 zur Innenwandung 23 der Frischluft- leitung 4 bildend angeordnet ist, ist die Frischluftleitung 4 thermisch gegen den in das Fluidführungselement 5 eintretenden ersten Fluidstrom 3 abgeschirmt. Der erste Fluidstrom 3 tritt mit der Innenwandung 23 der Frischluftleitung 4 nicht in Kontakt, dadurch kann die Frischluftleitung 4 aus einem temperaturkritischen und damit kostengünstigeren Werkstoff gefertigt werden. Gegenüber einer Fertigung aus Aluminium beispielswei- se, läßt sich dadurch eine Kosteneinsparung sowie eine leichtere Bearbeitbarkeit der Komponenten erzielen. Durch das Einfügen des thermisch isolierend wirkenden Fluidführungselementes 5 kann der Gefahr des thermischen Abbaus und damit der Zerstörung der Frischluftleitung vorgebeugt werden. Der das Fluidführungselement 5 umgebende Ringspalt 13 erzeugt eine Umströmung des Fluidführungselementes an dessen Innen- und Außenseite und erzeugt dadurch einen konvektiven Wärmetransport und damit eine bessere Entkopplung gegenüber an der Innenwandung 23 der Frischluftleitung anliegenden Leitelementen.
Wird das Fluidführungselement 5 als Venturi- oder Lavaldüse ausgelegt, kann durch entsprechende Auslegung des engsten Düsenquerschnittes im Bereich der Abgaszuleitung 2 eine maximale Druckabsenkimg erzielt werden, wodurch sich eine signifikant erhöhte Druckdifferenz am Abgasrückführventil einstellt. Aus der erheblichen Druckdifferenz ergibt sich eine Erhöhung der Abgasrückführrate in die Verbrennungskraftmaschine bei Einbau des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fluidführungselementes 5 in das Innere der Frischluftleitung 4.
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Fluidführungselement 5 gemäß Figur 1.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, daß das beispielsweise als Lavaldüse konfigurierte Fluidführungselement 5 durch Abstandshalter 6 mit der Innenwandung 23 der Frischluftleitung 4 in Verbindung steht. In der Darstellung gemäß Figur 2 sind die Abstandhalter 6 als in das Fluidführungselement 5 eingeprägte Sicken ausgebildet, wodurch ein das Fluidführungselement 5 umgebender Ringspalt 13 möglich wird. Die durch das Fluidführungselement 5 gebildete Dosierzone 15 erstreckt sich vom Eintrittsquersch itt 19 bis zum Austrittsquerschnitt 20. Am engsten Querschnitt 16 des Fluidführungselementes 5 ist die Achse der Ventilwelle 8 an daran befestigtem schräggestellten Ventilteller 10 befestigt. Dieser verschließt den in die Seitenfläche des Fluidführungselementes 5 mündenden Stutzen 2, durch den der erste Fluidstrom 3 in das Fluidführungselement 5 einströmt. Ein weiterer Fluidstrom - z.B Frischluft oder Zuluft - 25 tritt am Eintrittsquerschnitt 19 in das Fluidführungselement 5 ein, in dessen engstem Querschnitt 16 der weiterer Fluidstrom 25 dem ersten Fluidstrom 3 zugemischt wird. Durch den Austrittsquerschnitt 20 des Fluidführungselementes 5 tritt ein Gemisch 25, 3 aus, welches aus Kontinuitätsgründen aus erstem Fluidstrom 3 und weiterem Fluidstrom 25 besteht. Im Austrittsbereich aus dem Fluidführungselement 5 am Austrittsquerschnitt 20 sind am Fluidführungselement 5 Turbulenzen erzeugende Einbauten in Gestalt einer Abrißkante 17 angeordnet. Durch Turbulenzen erzeugende Einbauten wird eine Querströmung im Gasgemisch 25, 3, welches den Austritts- querscknitt 20 des Fluidführungselementes 5 passiert, erzeugt. Durch die sich einstellenden Querströmungsvorgänge wird eine homogenere Durchmischung und damit eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im das Fluidführungselement 5 verlassenden Gasstrom 25, 3 erreicht, werden Abgase und Frischluft gemischt.
Neben der Mischung zweier Fluidströme 3, 25 unterschiedlicher Temperaturen lässt sich das Fluidführungselement 5 als Ersatz für eine Drosselklappe in der Frischluftleitung 4 montieren, sodass die Zuluft zur Verbrennungskraftmaschine dosiert werden kann. Das Fluidführungselement 5 kann mit einem schräggestellten Ventilteller oder einem flach ausgebildeten Ventilteller 29 versehen werden. Das erfindungsgemäß konfigurierte Fluidführungselement 5 ist auch in dieser Einsatzvariante von der Innenwandung 23 der Frischluft- leitung 4 entkoppelt, wobei sich zwischen den schräggestellten Ventiltellem 10 oder einem flach ausgebildeten Ventilteller 29 eine besondere Dichtheit in deren Schließstellung im Fluidführungselement 5 erzielen lässt.
Damit ist einerseits ein hoher Grad an Dichtheit bei Schließstellung und andererseits eine ■ fein abgestufte Dosierung des weiteren Fluidstroms 25 - in diesem Falle Frischluft- möglich. Auch gemäß dieser Einsatzmöglichkeit ist das Fluidführungselement 5 von der Wandung der Frischluftzuleitung 4 entkoppelt.
Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht ein Längsschnitt durch ein Fluidführungselement mit topfförmig gestaltetem, die Zumessung beispielsweise ein den Abgasstrom regelnden Hubventiles hervor.
Auch in dieser Konfiguration ist das Fluidführungselement 5 mit Abstandhaltern 6 in Form von eingeprägten Sicken versehen, die auch angeformt sein können, und mit diesen inner- halb der Frischluftzuleitung 4 fixiert. Neben der durch die Abstandshalter 6 in radiale Richtung erfolgenden Fixierung des Fluidführungselementes 5 ist dieses durch den die Frischluftzuleitung 4 und das Fluidführungselement 5 durchsetzenden Lagerdom 11 eines Hubventiles 26 fixiert. Analog zu Figur 1 bildet sich durch die Lagerung des Fluidfüh rungselementes 5 mittels der Abstandshalter 6 an der Innenwandung der Frischluftzuleitung 4 ein das Fluidführungselement 5 umgebender Ringspalt 13 aus, der zum konvektiven Wärmetransport dient. Durch den Ringspalt 13 zwischen Innenseite der Frischluftleitung 4 und des Fluidführungselementes 5 ist eine thermische Isolierung der Frischluftzuleitung 4 gegen die hohen Temperaturen des ersten Fluidstroms 3 gegeben.
Das Fluidführungselement 5 erstreckt sich vom Eintrittsquerschnitt 19 über den engsten Querschnitt 16 in einen Dif usorabschnitt 18, der austrittsseitig einen Austrittsquerschnitt 20 aufweist. Im Bereich des Austrittsquerschnitts 20 des Fluidführungselementes 5 sind Turbulenzen erzeugende Einbauten 17 in Form von Abrißkanten am Fluidführungselement 5 ausgebildet. Die Abrißkante induziert Querströmungen im das Fluidführungselement 5 verlassenden Gasgemisch 25, 3.
In Figur 4 ist die Draufsicht auf das Fluidführungselement gemäß Figur 3 wiedergegeben, welches axial in der Frischluftzuleitung durch einen Lagerdom fixiert ist.
Aus der Draufsicht gemäß Figur 4 geht die radiale Lagerung des Fluidführungselementes 5 an der Innenwandung 23 der Frischluftleitung 4 hervor. Die hier in einem Winkel von 180° zueinander angeordneten Abstandshalter 6 in Form angeformter Sicken oder eingeprägter Sicken, erlauben, die Ausbildung eines sich ringförmig zwischen Innenwandung 23 der Frischluftleitung 4 und Außenumfangsfläche des Fluidführungselementes 5 erstreckenden Ringspalte 13. Der Ringspalt 13 dient zur thermischen Isolierung der Frischluftleitung 4 gegen eine höhere Temperatur des über den Stutzen 2 einströmenden ersten Fluidstroms 3. In der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist das den Volumenstrom des eintretenden ersten Fluidstroms regelnde Ventil als Hubventil 26 ausgebildet, welches einen gemäß des Doppelpfeiles mit h und Bezugszeichen 27 identifizierten Hubweg ausfuhrt. Dadurch wird die Öffnung im die Abgasöfϊhung im Stutzen 2 hubwegabhängig freigegeben oder verschlossen. Das Hubventil 26, welches den entlang des Hubweges 27 verfahrbar ist, enthält einen Ventilkopf 28, an dessen Ventilboden 29 die Schließfläche 30, hier zylinderförmig gestaltet, aufgenommen ist. Die zylinderförmig gestaltete Schließfläche 30 liegt an der Innenwandung des Stutzens 2 an und verschließt diese. Je nach Ausgestaltung der den Volumenstrom des Abgases 3 regelnden Ventile kann deren Hubbewegung 27 oder deren Verdrehbewegung 9 mittels elektrischer Antriebe oder anderer Antriebe erzeugt werden. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgestaltung des Fluidführungselementes 5 als Venturi- oder Lavaldüse kann eine signifikante Reduzierung des Druckes in der Frischluftleitung 4 realisiert werden. Entscheidend ist dabei der Lokaldruck am Einleitungsquerschnitt 16 in der Frischluftleitung 4, welcher durch den engsten Querschnitt einer Venturi- bzw. Lavaldüse erzeugt wird. Bei einer Einsatzmöglichkeit des Fluidiuhrungselementes als Abgasrückführventil führt die Druckreduzierung am eng- sten Querschnitt 16 führt zu einer Erhöhung der Druckdifferenz am Abgasiückführventil, wodurch sich eine Erhöhung der Abgasrückführrate erzielen läßt und ein Abgasstrom, der der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeleitet wird, signifikant erhöhen läßt.
Bezugszeichenliste
Abgaszuleitung
Stutzen erster Fluidstrom
Frischluftleitung
Fluidführungselement
Abstandhalter
Klappenventil
Ventilwelle
Drehsinn Ventilteller
Lagerdom
Längsnaht
Ringspalt
Strömungsquerschnitt
Dosierzone engster Querschnitt Abrißkante Diffusor
Eintrittsquerschnitt
Austrittsquerschnitt
Kontur Längsnahtkanten
Wandung Frischluftleitung Ventildichtsitz weiterer Fluidstrom Hubventil
Hubweg
Ventilkopf Ventilboden Schließfläche

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Vermischung eines ersten Fluidstromes (3) mit einem weiteren Fluidstrom (25), oder zur Dosierung des weiteren Fluidstromes (25), mit einer
Frischluftleitung (4) und einem den heißen Fluidstrom (3) führenden Anschlußstück (2) mit Auslaßöffnung (24) und einem Fluidführungselement (5) zur Abschirmung der Frischluftleitung (4), dadurch gekennzeichnet, daß ein sich entlang einer Dosierzone (15) erstreckendes Fluidführungselement (5) entkoppelt in der Frischluftleitung (4) gehalten ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidführungselement (5) eine Querschnittsverengung (16) aufweist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Fludiführungsele- ment (5) Turbulenzen induzierende Einbauten (17) vorgesehen sind.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Fluidführungsele- ment (5) eine Querschnittsverengung (16) vorgesehen ist, der Turbulenzen induzie- rende Einbauten (17) nachgeordnet sind.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zumessung des ersten Fluidstromes (3) in der Dosierzone (15) der Frischluftleitung (4) Regelventile (7, 26) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidführungselement (5) mit Abstandshaltem (6) an der Innenwandung (23) der Frischluftleitung (4) in radialer Richtung einen Ringspalt (13) bildend, fixiert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluftleitung (4) und das Fluidführungselement (5) durchsetzende Ventilelemente (11) das Fluidführungselement (5) in axialer Richtung in der Frischluftleitung (4) fixieren.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidführungselement (5) über die Erstreckung (19, 20) der Dosierzone (15) gesehen, als Venturidüse ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidführungselement (5) über die Erstreckung (19, 20) der Dosierzone (15) gesehen, als Lavaldüse ausgebildet ist.
10. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas- Zuleitung (1) im Bereich des engsten Querschnittes (16) des als Venturi- oder Lavaldüse ausgeführten Fluidführungselementes (5) liegt.
11. Vorrichtung nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (6) am Fluidführungselement (5) als angeformte oder eingeprägte Blechsicken ausgebil- det sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidführungselement (5) im Abströmbereich der Gemischströmung (3, 25) oder des weiteren Fluidstromes (25) mit Turbulenzen erzeugenden Einbauten (17) versehen ist. ,
13. Vorrichtung nach .Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzen erzeugenden Einbauten (17) als Abrißkanten am Austritts-querschnitt (20) ausgebildet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidführungselement (5) als gefalztes Blechteil ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidführungselement (5) als tiefgezogenes Umformteil ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidführungselement (5) ein hydrogeformtes Bauteil ist.
7. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidführungselement (9) als Druckgußteil ausgebildet ist.
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