WO2004031563A1 - Abgasrückführungssystem für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2004031563A1
WO2004031563A1 PCT/EP2003/010390 EP0310390W WO2004031563A1 WO 2004031563 A1 WO2004031563 A1 WO 2004031563A1 EP 0310390 W EP0310390 W EP 0310390W WO 2004031563 A1 WO2004031563 A1 WO 2004031563A1
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exhaust gas
flap
internal combustion
combustion engine
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PCT/EP2003/010390
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Frank Altenschmidt
Uwe Schaupp
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with at least one combustion chamber, with a cylinder head and with at least one cylinder arranged therein, as well as with at least one intake and one exhaust port per cylinder and with an external exhaust gas recirculation channel branching off the exhaust port and opening into at least one of the intake ports.
  • Pollutant emissions can be significantly reduced by using high-quality catalysts.
  • a known method for improving the pollutant content is external exhaust gas recirculation.
  • a device for exhaust gas recirculation for an internal combustion engine is known from DE 695 17 938 T2.
  • the internal combustion engine has at least one combustion chamber and at least one inlet channel and one outlet channel.
  • An exhaust gas discharge duct opens into at least one of the inlet ducts, a flap being arranged on the part on the inlet duct side which can be pivoted about an axis of rotation arranged on the wall of the inlet duct and oriented transversely to the inlet duct.
  • the flap lies in its one end position with a surface on the inlet channel smoothly against adjacent wall parts of the inlet channel laterally on the inlet channel, whereas in its other end position it forms a ramp-like and continuous narrowing in the inlet channel with the surface on the inlet channel side ,
  • the exhaust gas recirculation duct is shut off in one end position and connected to the inlet duct in the other end position.
  • EP 1 002 947 A1 discloses a first throttle valve arranged shortly before or at the confluence of an exhaust gas recirculation duct in an inlet duct for regulating the exhaust gas recirculation.
  • a second throttle valve which is positively coupled to the first throttle valve, is preferably arranged orthogonally to the above-described first throttle valve in the inlet duct.
  • the common swivel axis of the two throttle valves crosses both the exhaust gas recirculation and the intake duct.
  • a slide valve for opening or closing an exhaust gas recirculation duct opening into an inlet duct for an internal combustion engine is known.
  • the slide valve is adjusted translationally transversely to the inlet duct and thus inserted into or pulled out of an exhaust gas recirculation duct that opens transversely to the inlet duct.
  • the slide valve When plugged in, the slide valve does not form an interference contour protruding into the inlet duct, but it does form the slide rod required to actuate the slide valve.
  • Each combustion chamber of the internal combustion engine has a controllable and a non-controllable air supply duct and a controllable duct for an exhaust gas supply.
  • the latter duct receives air via a branch of the non-controllable air supply duct of the adjacent combustion chamber.
  • a rotary slide element with two slide valves arranged on a common rotary shaft is provided, which controls the controllable channels of the respective combustion chamber in opposite directions.
  • An internal combustion engine with an exhaust gas recirculation device is known from EP 0 855 502 A2.
  • a translationally movable slide or a rotary slide is arranged, which doses the amount of the exhaust gas supplied to the remaining combustion air.
  • An exhaust gas recirculation system for a multi-cylinder internal combustion engine is known from DE 199 00 640 Cl.
  • the exhaust gas recirculation flow is adjusted with shut-off flaps, which are arranged in individual intake lines, and their loading is coupled via a drive shaft so that they can be operated simultaneously.
  • the butterfly valves are used both for quick shutdown and for setting the recirculated exhaust gas flow.
  • further suction lines are provided, which are intended for air and not for the supply of exhaust gases.
  • an internal combustion engine with at least two intake ports for each cylinder branch off from a common intake port.
  • An exhaust gas recirculation duct branches off from an outlet duct and opens into at least one of the inlet ducts.
  • the exhaust gas recirculation duct and the inlet duct connected to it are designed to be shut off.
  • a roller valve with a rotatable shut-off roller is arranged in the region of the opening of the exhaust gas return duct into the inlet duct.
  • the shut-off roller can keep the inlet duct to the cylinder open, release a connection of the exhaust gas return duct via the roller slide to the cylinder when the inlet duct is shut off, or effect a total lock of the exhaust gas return duct and inlet duct.
  • the present invention is concerned with the problem of specifying an improved embodiment for an internal combustion engine of the type mentioned at the outset, with particular reference to design features with regard to the metering of the exhaust gas recirculation and the stratification of the exhaust gases in the combustion chamber.
  • the invention is based on the general idea of providing an exhaust gas recirculation system in an internal combustion engine with a combustion chamber and at least one inlet duct and one outlet duct, which is controlled by a circular segment / multi-surface rotary valve which is connected to a Opening area of the exhaust gas recirculation duct is arranged in the inlet duct.
  • the rotary slide valve is arranged on the wall of the inlet duct and can be pivoted about an axis of rotation oriented transversely to the inlet duct in such a way that in its one end position with a surface on the inlet duct side it lies flat against adjacent wall parts of the inlet duct laterally on the inlet duct and in its other end position with the inlet duct side Surface forms a ramp-like and continuous narrowing in the inlet duct that adjoins the axis of rotation. In one end position, the exhaust gas recirculation duct is blocked off by the rotary slide valve, whereas in the other end position it is connected to the inlet duct.
  • the circular segment-like / multi-surface rotary valve is also pivoted in one end position into a recess arranged on the inlet line and covers in a shut-off manner with a surface inclined to the surface on the inlet channel side, which is remote from the axis of rotation and which connects to the exhaust gas recirculation line or one that connects the recess with the inlet line Channel.
  • the rotary slide valve is designed as a multi-surface valve body, and thus has a robust and reliable construction.
  • the three-dimensional design of the rotary valve has significant advantages in terms of stiffness compared to conventional, almost two-dimensional valve flaps, thereby creating significantly improved control of exhaust gas recirculation.
  • the surface remote from the axis of rotation controls the opening of the exhaust gas recirculation line into the depression and a passage duct is arranged in the flap, which connects the depression with an exhaust gas outlet opening on the surface of the flap on the inlet duct side.
  • a passage duct is arranged in the flap, which connects the depression with an exhaust gas outlet opening on the surface of the flap on the inlet duct side.
  • the flap can, in a position protruding into the inlet duct, close the flap-side end of the one partial duct with its surface remote from the axis of rotation. In this way, a defined stratification of the exhaust gas air mixture in the intake duct and thus in the downstream combustion chamber can be controlled, whereby the combustion and thus the performance of the internal combustion engine can be improved.
  • a baffle which is arranged behind the flap in the flow direction, is provided in the inlet duct and divides the inlet duct into at least two sub-ducts and that the baffle causes a predetermined exhaust gas stratification in the combustion chamber.
  • the baffle When the flap is open, the exhaust gas flows against a baffle that, depending on the embodiment, divides the inlet duct into two segments. Due to the baffle, it is optimal for combustion Stratification in the combustion chamber of the internal combustion engine reached. It can be provided that the exhaust gas recirculation preferably takes place in an assigned subchannel. The optimal stratification of the fresh air or the exhaust gases in the combustion chamber results in an optimal combustion of the fuel-fresh air - exhaust gas mixture and thus supports smooth engine operation with reduced fuel consumption.
  • FIG. 1 is a plan view of a vehicle engine with an exhaust gas recirculation according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through an inlet duct with a flap according to the invention
  • FIG. 3 shows a cross section as in FIG. 2, but with a different flap
  • FIG. 4 shows a cross section as in FIG. 3, but with a trouser channel
  • FIG. 5 shows a cross section as in FIG. 3, but with a twin channel
  • Fig. 6 is a plan view as in Fig. 1, but with a different exhaust gas recirculation.
  • a schematically illustrated vehicle engine 1 has a plurality of cylinders, not shown in FIG. 1, on the end of which is remote from the crankshaft, a cylinder head 3 is arranged.
  • An exhaust port (not shown) and an intake port 12 (see FIG. 2) are integrated in the cylinder head 3.
  • An exhaust gas return duct 8 branches off from an exhaust pipe 23 and is connected to an exhaust gas return rail 4 via an exhaust gas recirculation valve 2. As a result, some of the exhaust gases reach the inlet channel 12 via the exhaust gas recirculation rail 4 and the exhaust gas return duct 8 and are thus fed again to a combustion chamber 15 (cf. FIGS. 4 and 5) for repeated combustion.
  • FIG. 1 The solution according to the invention is shown in FIG. 1 for vehicle engines 1 with a V-shaped cylinder arrangement, but it is also conceivable for an in-line engine.
  • a flap 5 which can be pivoted about an axis of rotation 18 running perpendicular to the image plane, is arranged in the intake duct 12 leading to the cylinder head 3 and can be pivoted completely into a recess 19 recessed into the intake duct inner wall 9.
  • the flap 5 has a first surface 10 and a second surface 11 inclined to the first surface 10.
  • the first surface 10 connects smoothly to adjacent wall parts of the inlet duct 12, which creates a continuous, smooth inlet duct inner wall 9, and protrudes into the inlet duct 12 in the open position.
  • the first surface 10 and the flap 5 are penetrated by a passage 6.
  • the guide plate 7 can be designed such that it divides the inlet channel 12 into two semicircular subchannels 13, 14 or it also causes a segment-like subdivision of the inlet channel 12 into two sub-channels 13, 14 with a different cross section.
  • the baffle 7 serves to improve the stratification of the fresh air flowing in through the inlet duct 12 and the exhaust gases carried through the exhaust gas return duct 8 and the passage duct 6 in the combustion chamber 15, as a result of which an increase in the maximum exhaust gas recirculation rate and associated reduction in fuel costs and a reduction in nitrogen oxide emissions is achieved ,
  • the flap 5 can be adjusted between an open position and a closed position in which it opens or closes an exhaust gas return duct 8.
  • the flap 5 projects into the inlet channel 12 and closes the one end of the second partial channel 14 with the second surface 11 according to FIG. 2.
  • the guide plate 7 and the first surface 10 of the flap 5 form one along a common contact edge kinked, continuous surface.
  • the exhaust gas can flow through the exhaust gas recirculation duct 8 and through the passage duct 6 integrated into the flap 5 into the sub-duct 13, whereas with the flap 5 closed, fresh air is unhindered by the two flows in the subchannels 13, 14 and no exhaust gas passes through the exhaust gas return duct 8 and through the passage duct 6 into the inlet duct 12.
  • an embodiment without a guide plate 7 is also conceivable.
  • FIG. 3 another embodiment of the flap 5 is shown.
  • the storage and arrangement of the flap 5 on the inlet channel inner wall 9 is in accordance with FIG. 2, the flap 5 being designed as a multi-surface flap body.
  • the recirculated exhaust gases enter the inlet channel 12 through a channel 19 integrated in the inner wall 9 of the inlet channel.
  • the duct 19 ⁇ is closed by the second surface 11 of the flap 5
  • the exhaust gas recirculation duct 8 is closed by a third surface 20 of the flap 5.
  • the first surface 10 serves as a guide surface, so that in this embodiment an exhaust gas stratification is achieved in the combustion chamber 15 without baffles 7 additionally located in the flow direction behind the flap 5 and dividing the inlet channel 12.
  • baffles 7 additionally located in the flow direction behind the flap 5 and dividing the inlet channel 12.
  • FIG. 4 an embodiment of the inlet duct 12 as a trouser duct 16 is shown, which causes the inlet duct 12 to be separated shortly before an inlet valve.
  • the arrangement of the flap 5 is provided in the flow direction before the branches into a left channel 21 and a right channel 22.
  • the formation of the flap 5 as a multi-surface Flap body according to FIG. 3 or as a flap 5 provided with the passage 6, according to FIG. 2 remains unaffected by this.
  • FIG. 5 an embodiment of the inlet channel 12 as a twin channel 17 is shown.
  • the arrangement of a flap 5 is provided in each case in the left subchannel 21 and the right subchannel 22.
  • the design of the flap 5 as a multi-surface flap body or as a flap 5 provided with a passage channel 6 is also possible in FIG.
  • fresh air is drawn in through the inlet duct 12 via the cylinder head 3 into the combustion chamber 15 during the intake phase.
  • a certain amount of exhaust gas is added to the fresh air drawn in via an exhaust gas recirculation duct 8 or 19.
  • the proportion of admixed exhaust gas is controlled via the flap 5, which is pivotally mounted on an axis of rotation 18 extending in the image plane. When the flap 5 is open, exhaust gas exits the exhaust gas pressure duct 8, or the channel 19, into the inlet duct 12.
  • the flap 5 can, on the one hand, be designed in such a way that a through duct 6 is integrated into it, with one end of which is connected to an exhaust gas pressure duct 8 and connects at its other end to the inlet duct 12, but on the other hand the flap can also be designed as a multi-surface flap body.
  • the flap 5 When the flap 5 is open, it protrudes into the inlet duct 12 and, with its first surfaces 10 and / or the guide plate 7 integrated in the inlet duct 12, causes a predetermined stratification of the exhaust gases in the combustion chamber 15. In the closed state, the flap 5 closes the exhaust gas discharge duct 8 and closes with it first surface 10 to the inner wall 9 of the inlet duct.
  • FIG. 6 an embodiment with two exhaust gas recirculation valves 2 is shown.
  • the exhaust gas is fed via the respective exhaust gas return duct 8 or 8' to the respective exhaust gas recirculation valve 2, 2 'and from there is metered to the exhaust gas recirculation rail 4 or 4'.
  • This enables separate control of the recirculated exhaust gas quantity for two cylinder banks (not shown in more detail in FIG. 6).

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem Brennraum (15), einem Zylinderkopf (3) und mit zumindest einem darin angeordneten Zylinder, mit mindestens einem Einlass- (12) und einem Auslasskanal (23) je Zylinder und mit einem von dem Auslasskanal abzweigenden externen Abgasrückführkanal (8), der weinigstens in einem der Einlasskanäle mündet, wobei der Abgasrückführ (8) gesteuert absperrbar ist. Dabei ist zwischen dem Abgasrückführkanal (8) und dem zugehörigen Einlasskanal (12) im Bereich der Einmündung des Abgasrückführkanals (8) in den Einlasskanal (12) eine schwenkverstellbare Klappe (5) angeordnet, die schwenkverstellungsabhängig eine Verbindung zwischen dem Einlasskanal (12) und dem Abgasrückführkana (8) freigibt oder verschliesst.

Description

ABGASRÜCKFÜHRUNGSSYSTEM FÜR EINE BRENNKRAFTMASCHINE
Abgasrückführung
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum, mit einem Zylinderkopf und mit zumindest einem darin angeordneten Zylinder, sowie mit mindestens einem Einlass- und einem Auslasskanal je Zylinder und mit einem von dem Auslasskanal abzweigenden externen Abgasruckfuhrkanal, der wenigstens in einen der Einlasskanäle mündet .
Für die Konstruktion moderner Brennkraftmaschinen sind zunehmend ökologisch begründete Forderungen zu beachten, beispielsweise eine Reduzierung der Schadstoffemission. Die Schadstoffemission kann durch Verwendung hochwertiger Katalysatoren deutlich vermindert werden. Allerdings ist es zweckmäßig, nicht nur eine Nachbehandlung der die Brennkraftmaschine verlassenden Abgase mittels Katalysator zu realisieren, sondern durch konstruktive Maßnahmen eine bessere KraftstoffVerbrennung im eigentlichen Motorbetrieb zu erreichen. Durch eine nahezu vollständige Verbrennung der Kraftstoffe kann die Menge der für die Umwelt problematischen Abgaskomponenten bereits vor Verlassen des Auspuffs erheblich reduziert werden.
Ein bekanntes Verfahren zur Verbesserung des Schadstoffgehaltes ist die externe Abgasrückführung.
Mit der Abgasrückführung, bei der zumindest ein Teil der Abgase nochmals in den Brennraum eingeleitet wird, wird eine nahezu vollständige Verbrennung von bisher noch nicht vollständig verbrannten Kohlenwasserstoffen erreicht. Desweiteren kann dadurch eine Reduzierung der Stickoxidemissionen bewirkt werden.
Aus der DE 695 17 938 T2 ist eine Vorrichtung zur Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennkraftmaschine weist zumindest einen Brennraum sowie zumindest einen Einlasskanal und einen Auslasskanal auf. In zumindest einen der Einlasskanäle mündet ein Abgasruckfuhrkanal, wobei an dessen einlasskanalseitigem Teil eine Klappe angeordnet ist, die um eine an der Wand des Einlasskanals angeordnete und quer zum Einlasskanal ausgerichtete Drehachse schwenkbar ist . Gemäß einer Ausführungsvariante liegt die Klappe in Ihrer einen Endlage dabei mit einer einlasskanalseitigen Fläche glattflächig an benachbarte Wandteile des Einlasskanals anschließend seitlich am Einlasskanal an, wogegen sie in ihrer anderen Endlage mit der einlasskanalseitigen Fläche eine an die Drehachse anschließende, rampenartige und kontinuierliche Verengung im Einlasskanal bildet. Der Abgasruckfuhrkanal ist in der einen Endlage abgesperrt und in der anderen Endlage mit dem Einlasskanal verbunden. Durch ein Verstellen der Klappe kann ein Durchsatz von Abgasen durch den Abgasruckfuhrkanal gesteuert werden, wobei anströmseitig zur Unterstützung der Klappensteuerung ein einfaches Ventil, beispw. in Form eines Schiebers vom Ja/Nein-Typ, angeordnet sein kann, das eine sichere Absperrung der Abgaszufuhr gewährleistet.
Aus der EP 1 002 947 AI ist eine kurz vor oder an der Einmündung eines Abgasruckfuhrkanals in einen Einlasskanal angeordnete erste Drosselklappe zur Regulierung der Abgasrückführung bekannt . Vorzugsweise orthogonal zu vorbeschriebener erster Drosselklappe ist eine mit der ersten Drosselklappe zwangsgekoppelte zweite Drosselklappe im Einlasskanal angeordnet. Die gemeinsame Schwenkachse der beiden Drosselklappen durchquert sowohl den Abgasrückführ- als auch den Einlasskanal. Durch die vorzugsweise orthogonale Anordnung der beiden Klappen zueinander ist bei vollständig geöffneter erster Drosselklappe der Luftstrom im Einlasskanal maximal gedrosselt.
Aus der JP 10077914 A ist ein Schieberventil zum Öffnen oder Verschließen eines in einen Einlasskanal für eine Brennkraftmaschine mündenden Abgasruckfuhrkanals bekannt. Das Schieberventil wird dabei translatorisch quer zum Einlasskanal verstellt und damit in einen quer zum Einlasskanal einmündenden Abgasruckfuhrkanal eingesteckt bzw. aus diesem herausgezogen. In eingestecktem Zustand bildet das Schieberventil keine in den Einlasskanal einragende Störkontur, wohl aber die zur Betätigung des Schieberventils nötige Schieberstange.
Aus der DE 199 27 673 AI ist eine Umschaltvorrichtung zum Umschalten einer LuftZuführung einer Brennkraftmaschine bekannt. Jeder Brennraum der Brennkraftmaschine weist dabei einen steuerbaren und einen nicht steuerbaren Luftzufuhrkanal sowie einen steuerbaren Kanal für eine Abgaszufuhr auf. Letzterer Kanal erhält über einen Abzweig des nicht steuerbaren Luftzufuhrkanals des benachbarten Brennraums Luft. Des weiteren ist ein Drehschieberorgan mit zwei auf einer gemeinsamen Drehwelle angeordneten Schiebern vorgesehen, welches die steuerbaren Kanäle des jeweiligen Brennraums gegenläufig steuert .
Aus der EP 0 855 502 A2 ist eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführungsvorrichtung bekannt. Hierbei ist kurz vor der in einer Wand eines Ansaugkanals angeordneten Mündung des Abgasruckfuhrkanals entweder ein translatorisch beweglicher Schieber oder ein Drehschieber angeordnet, welcher die Menge des zugeführten Abgases zur übrigen Verbrennungsluft dosiert.
Aus der DE 199 00 640 Cl ist eine Abgasrückführanlage für eine mehrzylindrische Brennkraftmaschine bekannt. Dabei erfolgt das Einstellen des Abgasrückführstroms mit Sperrklappen, die in einzelnen Ansaugleitungen angeordnet sind, und deren Be- trieb über eine Antriebswelle gekoppelt ist, so dass diese gleichzeitig betätigt werden können. Die Sperrklappen werden dabei sowohl für die Schnellabschaltung als auch zum Einstellen des rückgeführten Abgasstromes verwendet. Parallel zu diesen Ansaugleitungen sind weitere Ansaugleitungen vorgesehen, die für Luft und nicht zur Zuführung von Abgasen vorgesehen sind.
Aus der DE 196 33 603 Cl ist eine Brennkraftmaschine mit jeweils mindestens zwei Einlasskanälen für jeden Zylinder bekannt, die von einem gemeinsamen Ansaugkanal abzweigen. Von einem Auslasskanal zweigt ein Abgasruckfuhrkanal ab, der wenigstens in einen der Einlasskanäle mündet . Der Abgasruckfuhrkanal und der mit ihm verbundene Einlasskanal sind absperrbar ausgebildet. Dazu ist im Bereich der Einmündung des Abgasruckfuhrkanals in den Einlasskanal ein Walzenschieber mit einer drehbaren Absperrwalze angeordnet. Die Absperrwalze kann je nach Drehstellung den Einlasskanal zu dem Zylinder offen halten, eine Verbindung des Abgasruckfuhrkanals über den Walzenschieber zu dem Zylinder bei abgesperrtem Einlasskanal freigeben oder eine Totalsperre von Abgasruckfuhrkanal und Einlasskanal bewirken.
Aus der DE 100 32 562 AI ist eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung bekannt, bei der die Abgasrückführleitungen unmittelbar aus den Zylindern, im Bereich eines unteren Totpunktes des Kolbens, abzweigen und allein vom jeweiligen Kolben gesteuert werden.
Aus der DE 27 40 465 AI ist eine Brennkraftmaschine mit auf gleicher Seite angeordneten Einlass- und Auslassleitungen sowie einer druckabhängig betätigbaren Abgasrückführung bekannt. Dazu ist im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ein Verbindungskanal durch eine Trennwand, die einen Auslasskanal und einen Einlasskanal trennt, angeordnet. In dem Verbin- dungskanal ist ein federbelastetes Ventil eingesetzt, das zur Regelung der in den Brennraum einströmenden Abgasmenge dient . Auf Grund der auf gleicher Seite der Brennkraftmaschine angeordneten Einlass- und Auslasskanäle werden also keine zusätzlichen Leitungen für die Abgasrückführung benötigt.
Aus der DE 196 42 685 AI ist es zur Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine bekannt, in einer Trennebene zwischen Zylinderkopf und Kurbelgehäuse eine Sammelleitung vorzusehen, die über Zweigkanäle im Zylinderkopf mit den Einlass- und Auslasskanälen der Brennkraftmaschine verbunden ist. Zwischen den auslass- und einlasskanalseitigen Teilen der Sammelleitung ist ein Ventil angeordnet, welches den Abgasstrom von der Auslass- zur Einlassseite steuert. Durch die Anordnung der Sammelleitung in der Trennebene zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Zylinderkopf wird das heiße Abgas in der Sammelleitung von der Motorkühlung gekühlt .
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine eingangs erwähnter Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, wobei insbesondere konstruktive Merkmale hinsichtlich der Dosierung der Abgasrückführung und der Schichtung der Abgase im Brennraum berücksichtigt werden sollen.
Dieses Problem wird durch die Gegenstände des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Brennkraftmaschine mit einem Brennraum und zumindest einem Einlasskanal und einem Auslasskanal eine Abgasrückführung vorzusehen, welche durch einen kreissegmentartigen/mehrflächigen Drehschieber gesteuert wird, der an einem Einmündungsbereich des Abgasruckfuhrkanals in den Einlasskanal angeordnet ist. Der Drehschieber ist dabei an der Wand des Einlasskanals angeordnet und um eine quer zum Einlasskanal ausgerichtete Drehachse derart schwenkbar, dass er in seiner einen Endlage mit einer einlasskanalseitigen Fläche glattflächig an benachbarte Wandteile des Einlasskanals anschließend seitlich am Einlasskanal anliegt und in seiner anderen Endlage mit der einlasskanalseitigen Fläche eine an die Drehachse anschließende, rampenartige und kontinuierliche Verengung im Einlasskanal bildet. In der einen Endlage ist dabei der Abgasruckfuhrkanal durch den Drehschieber abgesperrt, wogegen er in der anderen Endlage mit dem Einlasskanal verbunden ist. Der kreissegmentartige/mehrflächige Drehschieber ist darüber hinaus in der einen Endlage in eine an der Einlassleitung angeordnete Vertiefung eingeschwenkt und überdeckt dabei in absperrender Weise mit einer zur einlasskanalseitigen Fläche geneigten, drehachsenfernen Fläche, die in die Vertiefung mündende Abgasrückführleitung oder einen die Vertiefung mit der Einlassleitung verbindenen Kanal.
Von besonderem Vorteil ist dabei, dass der Drehschieber als mehrflächiger Klappenkörper ausgebildet ist, und dadurch einen robusten und funktionssicheren Aufbau aufweist. Die dreidimensionale Ausbildung des Drehschiebers weist im Vergleich zu herkömmlichen nahezu zweidimensionalen Ventilklappen deutliche Steifigkeitsvorteile auf und schafft dadurch eine deutlich verbesserte Steuerung der Abgasrückführung.
Erfindungswesentlich ist aber vor allem, dass an der Klappe voneinander funktional gesonderte strömungsleitende und strö- mungssperrende Flächen vorgesehen sind. Als strömungsleitende Fläche kommt hierbei die einlasskanalseitige Fläche und als Strömungssperrende Fläche die zur einlasskanalseitigen Fläche geneigte und drehachsenferne Fläche in Betracht. Bei den bekannten Klappen ist diese funktionale Trennung nicht gegeben. Durch die Erfindung werden also unterschiedlichen Seiten des mehrflächigen Drehschiebers unterschiedliche Funktionen zugeordnet .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die drehachsenferne Fläche die Mündung der Abgasrückführleitung in die Vertiefung steuert und in der Klappe ein Durchlasskanal angeordnet ist, der die Vertiefung mit einer Abgasaustrittsöffnung auf der einlasskanalseitigen Fläche der Klappe verbindet. Hierdurch kann die Funktionalität der Klappe bzw. des Drehschiebers gesteigert werden, indem der Klappe zum einen eine Steuerfunktion bezüglich der rückgeführten Abgasmenge zugeordnet wird und zum anderen ein Strömungskanal in die Klappe integriert wird, so dass ein zusätzlicher Strömungskanal, welcher die Vertiefung mit dem Einlasskanal verbindet, entfallen kann.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Klappe in einer in den Einlasskanal hineinragenden Stellung mit ihrer drehachsenfernen Fläche das klappenseitige Ende des einen Teilkanals verschließen. Dadurch lässt sich eine definierte Schichtung des Abgasluftgemisches im Einlasskanal und damit im strömungsabwärts gelegenen Brennraum steuern, wodurch die Verbrennung und damit Leistung der Brennkraftmaschine verbessert werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Einlasskanal ein, in Strömungsrichtung hinter der Klappe angeordnetes, Leitblech vorgesehen ist, das den Einlasskanal in zumindest zwei Teil- kanäle unterteilt und dass das Leitblech eine vorbestimmte Abgasschichtung im Brennraum bewirkt . Bei geöffneter Klappe strömt das Abgas gegen ein Leitblech, das je nach Ausführungsform den Einlasskanal in zwei Segmente unterteilt. Aufgrund des Leitblechs wird eine für die Verbrennung optimale Schichtung im Brennraum der Brennkraftmaschine erreicht. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Abgasrückführung vorzugsweise in einen zugeordneten Teilkanal erfolgt. Die optimale Schichtung der frischen Luft bzw. der Abgase im Brennraum bewirkt eine optimale Verbrennung des Brennstoff-Frischluf - Abgas-Gemischs und unterstützt damit einen ruhigen Motorlauf bei gleichzeitig reduziertem Kraftstoffverbrauch.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus den zugehörigen Figurenbeschreibungen anhand der Zeichnungen.
Bevorzugte Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Die Figuren zeigen schematisch,
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Fahrzeugmotor mit einer erfindungsgemäßen Abgasrückführung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Einlasskanal mit erfindungsgemäßer Klappe,
Fig. 3 einen Querschnitt wie in Fig. 2, jedoch mit einer anderen Klappe,
Fig. 4 einen Querschnitt wie in Fig. 3, jedoch bei einem Hosenkanal ,
Fig. 5 einen Querschnitt wie in Fig. 3, jedoch bei einem Zwillingskanal , Fig. 6 eine Draufsicht wie in Fig. 1, jedoch bei einer anderen Abgasrückführung.
Entsprechend Fig. 1 weist ein schematisch dargestellter Fahrzeugmotor 1 mehrere, nicht in Fig. 1 dargestellte Zylinder auf, an deren der Kurbelwelle abgewandtem Ende ein Zylinderkopf 3 angeordnet ist. In den Zylinderkopf 3 ist ein nicht dargestellter Auslasskanal und ein Einlasskanal 12 (vgl. Fig. 2) integriert. Von einem Auspuff 23 zweigt ein Abgasruckfuhrkanal 8 ab, der über ein Abgasrückführventil 2 mit einem Ab- gasrückführrail 4 verbunden ist. Dadurch gelangt ein Teil der Abgase über das Abgasrückführrail 4 und den Abgasruckfuhrkanal 8 in den Einlasskanal 12 und wird somit erneut einem Brennraum 15 (vgl. Fig. 4 und Fig. 5) zur wiederholten Verbrennung zugeführt .
Die erfindungsgemäße Lösung ist entsprechend Fig. 1 für Fahrzeugmotoren 1 mit V-förmiger Zylinderanordnung dargestellt, sie ist aber auch für einen Reihenmotor denkbar.
Gemäß Fig. 2 ist in dem zu dem Zylinderkopf 3 führenden Einlasskanal 12 eine, um eine senkrecht zur Bildebene verlaufende Drehachse 18, schwenkverstellbare Klappe 5 angeordnet, die vollständig in eine, in die Einlasskanalinnenwand 9 eingelassene, Vertiefung 19 einschwenkbar ist. Die Klappe 5 weist eine erste Fläche 10 und eine, zur ersten Fläche 10 geneigte, zweite Fläche 11 auf. Die erste Fläche 10 schließt bei geschlossener Klappe 5 glattflächig an benachbarte Wandteile des Einlasskanals 12 an, wodurch eine durchgehende, glatte Einlasskanalinnenwand 9 entsteht, und ragt in geöffneter Stellung in den Einlasskanal 12 ein. In dem Ausführungsbei- spiel gemäß Fig. 2 ist die erste Fläche 10 und die Klappe 5 von einem Durchlasskanal 6 durchbrochen.
Desweiteren ist in den Einlasskanal 12 ein, in Strömungsrichtung hinter der Klappe 5 gelegenes, Leitblech 7 integriert, das den Einlasskanal 12 in einen ersten Teilkanal 13 und einen zweiten Teilkanal 14 unterteilt. Das Leitblech 7 kann dabei je nach Ausführungsform so ausgebildet sein, dass es den Einlasskanal 12 in zwei halbkreisförmige Teilkanäle.13,14 unterteilt oder aber auch eine segmentartige Unterteilung des Einlasskanals 12 in zwei Teilkanäle 13,14 mit unterschiedlichem Querschnitt bewirkt .
Das Leitblech 7 dient zur verbesserten Schichtung der durch den Einlasskanal 12 einströmenden Frischluft und der durch den Abgasruckfuhrkanal 8 und den Durchlasskanal 6 durchgeführten Abgase im Brennraum 15, wodurch eine Steigerung der maximalen Abgasrückführrate und damit verbundenen eine Senkung der Kraftstoffkosten und eine Reduzierung der Stickoxidemissionen erreicht wird.
Die Klappe 5 kann zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung, bei der sie einen Abgasruckfuhrkanal 8 öffnet oder verschließt, verstellt werden.
In der Öffnungsstellung ragt die Klappe 5 in den Einlasskanal 12 ein und verschließt mit der zweiten Fläche 11 gemäß Fig. 2 das eine Ende des zweiten Teilkanals 14. Das Leitblech 7 und die erste Fläche 10 der Klappe 5 bilden dabei eine, entlang einer gemeinsamen Berührungskante geknickte, durchgehende Fläche. In dieser Stellung kann das Abgas durch den Abgasruckfuhrkanal 8 und durch den in die Klappe 5 integrierten Durchlasskanal 6 in den Teilkanal 13 einströmen, wogegen bei geschlossener Klappe 5, Frischluft ungehindert durch die bei- den Teilkanäle 13,14 strömt und kein Abgas über den Abgasruckfuhrkanal 8 und durch den Durchlasskanal 6 in den Einlasskanal 12 gelangt. Prinzipiell ist jedoch auch eine Ausführung ohne Leitblech 7 denkbar.
Entsprechend der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Klappe 5 dargestellt. Hierbei ist die Lagerung und Anordnung der Klappe 5 an der Einlasskanalinnenwand 9 entsprechend der Fig. 2, wobei die Klappe 5 als mehrflächiger Klappenkörper ausgebildet ist. Im Gegensatz zu Fig. 2 treten die rückgeführten Abgase durch einen, in der Einlasskanalinnenwand 9 integrierten, Kanal 19 in den Einlasskanal 12 ein. Bei geschlossener Klappe 5 wird der Kanal 19 λ durch die zweite Fläche 11 der Klappe 5 verschlossen, wogegen der Abgasruckfuhrkanal 8 durch eine dritte Fläche 20 der Klappe 5 verschlossen wird.
Ähnlich der Fig. 3 liegt die erste Fläche 10 bei geschlossener Klappe 5 glattflächig an die benachbarten Wandteile der Einlasskanalinnenwand 9 an.
Bei geöffneter Klappe 5 dient die erste Fläche 10 als Leitfläche, so dass bei dieser Ausführungsform ohne zusätzlich in Strömungsrichtung hinter der Klappe 5 gelegene, und den Einlasskanal 12 teilende Leitbleche 7, eine Abgasschichtung im Brennraum 15 erreicht wird. Prinzipiell ist jedoch aber auch der Einsatz von zusätzlichen Leitblechen 7 denkbar.
Entsprechend der Fig. 4 ist eine Ausbildung des Einlasskanals 12 als Hosenkanal 16 dargestellt, der eine Trennung des Einlasskanals 12 kurz vor einem Einlassventil bewirkt. Die Anordnung der Klappe 5 ist in Strömungsrichtung vor der Verzweigungen in einen linken Kanal 21 und einen rechten Kanal 22 vorgesehen. Die Ausbildung der Klappe 5 als mehrflächiger Klappenkörper gemäß Fig. 3 oder als mit dem Durchlasskanal 6 versehene Klappe 5, gemäß Fig. 2 bleibt hiervon unberührt.
Desweiteren ist auch eine Anordnung von zwei Klappen 5, d.h. mit je einer Klappe 5 in jedem der Teilkanäle 21,22 des Hosenkanals 16, in Strömungsrichtung nach der Verzweigung, denkbar.
Gemäß Fig. 5 ist eine Ausbildung des Einlasskanals 12 als Zwillingskanal 17 dargestellt. Dabei ist die Anordnung je einer Klappe 5, jeweils in dem linken Teilkanal 21 und dem rechten Teilkanal 22 vorgesehen. Denkbar ist jedoch auch lediglich die Anordnung einer Klappe 5 in nur einem der Teilkanäle 21 oder 22. Entsprechend Fig. 4 ist auch in Fig. 5 die Ausbildung der Klappe 5 als mehrflächiger Klappenkörper oder als mit einem Durchlasskanal 6 versehene Klappe 5 möglich.
Durch die Anordnung jeweils einer Klappe 5 in dem jeweils linken Teilkanal 21 und dem rechten Teilkanal 22 wird eine noch genauer justierbare Abgasschichtung im Brennraum 15 erreicht. Dabei ist vorgesehen, die Klappen 5 jeweils simultan oder separat schaltbar auszubilden.
Beim Betrieb des Fahrzeugmotors 1 wird während der Ansaugphase Frischluft durch den Einlasskanal 12 über den Zylinderkopf 3 in den Brennraum 15 angesaugt. Zur Senkung des Stickoxidausstoßes und des Kraftstoffverbrauchs wird der angesaugten Frischluft über einen Abgasruckfuhrkanal 8, bzw. 19 eine bestimmte Menge Abgas beigemischt. Der Anteil an beigemischtem Abgas wird über die Klappe 5, die schwenkverstellbar an einer in der Bildebene verlaufenden Drehachse 18 gelagert ist, gesteuert . Bei geöffneter Klappe 5 tritt Abgas aus dem Abgasruckfuhrkanal 8, bzw. dem Kanal 19 in den Einlasskanal 12. Dabei kann die Klappe 5 einerseits so ausgestaltet sein, dass in diese ein Durchlasskanal 6 integriert ist, der mit seinem einen Ende an einen Abgasruckfuhrkanal 8 und mit seinem anderen Ende an den Einlasskanal 12 anschließt, andererseits ist aber auch die Ausbildung der Klappe als mehrflächiger Klappenkörper denkbar .
Bei geöffneter Klappe 5 ragt diese in den Einlasskanal 12 und bewirkt mit ihrer ersten Flächen 10 und/oder dem im Einlasskanal 12 integrierten Leitblech 7 eine vorbestimmte Schichtung der Abgase im Brennraum 15. In geschlossenem Zustand verschließt die Klappe 5 den Abgasruckfuhrkanal 8 und schließt mit der ersten Fläche 10 glattwandig an die Einlasskanalinnenwand 9 an.
Entsprechend Fig. 6 ist eine Ausführungsform mit zwei Abgas- rückführventilen 2 dargestellt. Vom Auspuff 23 bzw. 23' ausgehend wird das Abgas über den jeweiligen Abgasruckfuhrkanal 8 bzw. 8' dem jeweiligen Abgasrückführventil 2, 2' zugeleitet und von dort an den Abgasrückführrail 4 bzw. 4' dosiert abgegeben. Dadurch ist eine getrennte Steuerung der rückgeführten Abgasmenge für zwei, nicht in Fig. 6 näher bezeichneten, Zylinderbänke möglich.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Brennkraftmaschine mit zumindest einem Brennraum (15) sowie zumindest einem Einlasskanal (12) und einem Auslasskanal für einen Gaswechsel des Brennraumes, einem im zumindest einen der Einlasskanäle (12) mündenden Abgasruckfuhrkanal (8) , und einer an einem einlasskanalseitigen Teil des Abgasruckfuhrkanals (8) angeordneten Klappe (5) , die eine an der Wand des Einlasskanals (12) angeordnete, quer zum Einlass- kanal (12) ausgerichtete Drehachse (18) aufweist und in ihrer einen Endlage mit einer einlasskanalseitigen Fläche (10) glattflächig an benachbarte Wandteile des Einlasskanals (12) anschließend seitlich am Einlasskanal (12) liegt und in ihrer anderen Endlage mit der einlasskanalseitigen Fläche (10) eine an die Drehachse (18) anschließende, rampenartige, kontinuierliche Verengung im Einlasskanal (12) bildet, wobei der Abgasruckfuhrkanal (8) in der einen Endlage der Klappe (5) abgesperrt und in der anderen Endlage mit dem Einlasskanal (12) verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Klappe (5) als in Achsansicht der Drehachse (18) kreissegmentartiger/mehrflächiger Drehschieber ausgebildet ist, welcher in der einen Endlage in eine an dem Einlasskanal (12) angeordnete Vertiefung (19) eingeschwenkt ist und mit einer zur einlasskanalseitigen Fläche (10) geneigten, drehachsenfernen Fläche (11) , den in die Vertiefung (19) münden- den Abgasruckfuhrkanal (8) oder einen die Vertiefung (19) mit dem Einlasskanal (12) verbindenden Kanal (19x) absperrend ü- berdeckt .
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die drehachsenferne Fläche (11) die Mündung des Abgasruckfuhrkanals (8) in die Vertiefung (19) steuert und dass in der Klappe (5) ein Durchlasskanal (6) angeordnet ist, der die Vertiefung (19) mit einer Abgasaustrittsöffnung auf der einlasskanalseitigen Fläche (10) der Klappe (5) verbindet.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der die Vertiefung (19) mit dem Einlasskanal (12) verbindende Kanal (19 ) in Strömungsrichtung hinter und mit Abstand von der Klappe (5) in den Einlasskanal (12) mündet.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Einlasskanal (12) ein in Strömungsrichtung hinter der Klappe (5) angeordnetes Leitblech (7) vorgesehen ist, das den Einlasskanal (12) in zumindest zwei Teilkanäle (13, 14) unterteilt .
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Klappe (5) in einer in den Einlasskanal (12) hineinragenden Stellung mit ihrer drehachsenfernen Fläche (11) das klappenseitige Ende des einen Teilkanals (14) verschließt.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abgasrückführung vorzugsweise in einen zugeordneten Teilkanal (13) erfolgt.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jedem Zylinder zwei Einlassventile zugeordnet sind und der Einlasskanal (12) als Hosenkanal (16) mit zwei zugehörigen Gabelabschnitten (21, 22) ausgebildet ist, wobei die Klappe (5) in Strömungsrichtung vor der Gabelung angeordnet ist .
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jedem Zylinder zwei Einlassventile zugeordnet sind und der Einlasskanal (12) als Zwillingskanal (17) mit zwei separaten Kanälen (21,22) ausgebildet ist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in beiden Kanälen (21,22) des Zwillingskanals (17) eine Klappe (5) angeordnet ist.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in lediglich einem Kanal (21) des Zwillingskanals (17) eine Klappe (5) angeordnet ist.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass über eine Steuereinheit die Klappen (5) simultan oder separat steuerbar sind.
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