WO2015055270A1 - Mischvorrichtung für die abgasrückführung - Google Patents
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- F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
- F02M26/17—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system
- F02M26/19—Means for improving the mixing of air and recirculated exhaust gases, e.g. venturis or multiple openings to the intake system
Definitions
- the invention relates to a mixing device for generating a fresh air-exhaust gas mixture for exhaust gas recirculation (EGR) in diesel engines as a line connection between an inflow line for recirculated exhaust gas and a flow line for the supplied fresh air.
- EGR exhaust gas recirculation
- EGR exhaust gas recirculation
- exhaust gas taken from the exhaust gas line is fed to the fresh air flow via a regulated valve control.
- the recirculated exhaust gas is usually cooled in a cooling water applied to the heat exchanger with the aim of the
- the present invention has the object to provide a simple concept for an external exhaust gas recirculation in diesel engines, which does not require expensive diagnostic measures with a simple control by means of an EGR valve and which in a device of the type mentioned at low pressure loss improved uniform distribution of the exhaust gas fraction in the fresh air exhaust gas mixture brings the line with it.
- this object is achieved in that the line connection at the place of introduction of the recirculated exhaust gas into the fresh air line by one or more annularly extending and / or arranged openings between inflow and fürström admir is formed and that the flow line at least in the peripheral region of the openings on the inflow line is wrapped.
- a further improvement in the uniform distribution of the exhaust gas fraction in the fresh air flow can be achieved by virtue of the fact that the inflow line for the exhaust gas has a cross section which decreases in the flow direction over the circumference of the throughflow line for the fresh air.
- the pressure in the inflow line in the region of the openings is made uniform over the circumference of the throughflow line and thus improves the homogenization of the exhaust gas / air mixture.
- a circumferentially one or more annular gap may be formed, which may be particularly advantageously designed as a completely circumferential annular gap.
- Inflow line is formed, which envelops the flow-through in the amount of openings.
- the recirculated exhaust gases flow around in this way the flow-through in the interior of the end section, where they are rotated and fed via the openings into the fresh air flow distributed over the circumference of the throughflow line.
- the end section of the inflow line can surround the throughflow line on its outer circumference in a helical manner such that the cross section of the end section decreases progressively in the direction of flow. In this way, the distributed over the openings inflowing exhaust gas volume is compensated and it is achieved for all openings about the same inflow velocity.
- a sealing connection between the flow-through line and the inflow line is achieved at least in the region of the end section in that inflow line and flow-through line are integrally connected at least over the length of the end section, for example by forming both lines together as a one-piece molded part, preferably a casting usually as a mixing nozzle referred to as.
- Such a mixing nozzle comprises the flow-through line, which has at one end a connection flange for a suction pipe to the engine and at its other end a connection piece for a fresh air supply line, wherein the line connection is arranged near the connection piece for the fresh air line.
- Fig. 1 is a first view of the mixing nozzle with fürström für for the fresh air and inflow line for recirculated exhaust gas
- FIG. 2 shows the view according to FIG. 1, but with a partial section in the region of the line connection between the throughflow line and the inflow line
- Fig. 3 is a view according to FIG. 1 against the back
- Fig. 4 is a left side view of Fig. 1 and
- FIG. 5 is a right side view of Fig. 1st
- the portion of recirculated exhaust gas removed from the exhaust line of the engine passes through a cooling section and, according to arrow A, enters an inflow line 1 which a connection flange 2 for the connection of the exhaust gas recirculation line (not shown).
- the recirculated exhaust gas passes into a flow line 3, which is connected with its connection piece 4 to a (not shown) fresh air line for the fresh air mass flow according to arrow F to the engine.
- the throughflow line 3 terminates at its upper end with a connection flange 5 for the connection of a (not shown) intake pipe to the engine, in which the fresh air -Abgasgemisch flows from the mixing nozzle arrow FA (Fig. 5).
- the connection flange 5 cast mounting sleeves 6, which serve to hold the mixing nozzle in its exact mounting position on the engine.
- FIG. 2 shows a sectional illustration of the line connection between inflow line 1 and throughflow line 3. It can be seen that the throughflow line 3 into which the fresh air flows according to arrow F forms an annular gap 7 with the inner end of its connecting piece 4. This end section 8 surrounds the throughflow line 3 in the manner of a volute, such that the cross section of the end section 8 seen in the flow direction of the recirculated exhaust gas over the circumference of the throughflow line decreases according to arrow R. In the end section 8, the recirculated exhaust gas introduced into the inflow line 3 is set in rotation in accordance with arrow R.
- the end portion 8 which has a decreasing in the flow direction R and cross section passes from there via the annular gap 7 in the flow-through 3, where it is detected by the fresh air flow F and mixed in these evenly distributed over the circumference.
- the change in cross section of the end portion results in a uniform radial inflow of the exhaust gas component in the fresh air flow into it.
- the penetration depth of the exhaust gas into the fresh air flow can be influenced in such a way that a uniform distribution of the exhaust gas inflow over the circumference of the annular gap 7 results.
- a homogeneous distribution of the recirculated exhaust gas is within the throughflow 3 downstream of the annular gap 7 during the passage of the mixed gas through the flow-through 3 within the
- the ratio of the flow rates of exhaust gas to fresh air is between 10 and 50%.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zum Erzeugen eines Frischluft-Abgasgemischs für die Abgasrückführung (AGR) bei Dieselmotoren als Leitungsverbindung zwischen einer Zuströmleitung (1) für rückgeführtes Abgas und einer Durchströmleitung (3) für die zugeführte Frischluft. Dabei ist die Leitungsverbindung durch ein oder mehrere ringförmig erstreckte und/oder angeordnete Durchbrechungen zwischen Zuströmleitung (1) und Durchströmleitung (3) gebildet. Die Durchströmleitung (3) ist mindestens im Umfangsbereich der Durchbrechungen von der Zuströmleitung (1) umhüllt.
Description
Mischvorrichtung für die Abgasrückführung
Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zum Erzeugen eines Frischluft-Abgasgemischs für die Abgasrückführung (AGR) bei Dieselmotoren als Leitungsverbindung zwischen einer Zuströmleitung für rückgeführtes Abgas und einer Durchströmleitung für die zugeführte Frischluft.
Die Technik der Abgasrückführung (AGR) wird bei Dieselmotoren zur NOx-Reduktion eingesetzt. Hierzu wird dem Abgasstrang entnommenes Abgas über eine geregelte Ventilsteuerung dem Frischluftstrom zugeführt. Vor seiner Einmischung in den Frischluftstrom wird das rückgeführte Abgas üblicherweise in einem mit Kühlwasser beaufschlagten Wärmetauscher gekühlt mit dem Ziel die
Prozesstempereatur im Brennraum möglichst niedrig zu halten, um auf diese Weise und mit Unterstützung durch die höhere Wärmekapazität des Abgases die NOx- Emissionen abzusenken.
Bekannte Eindüsungskonzepte, welche das Zumischen der gekühlten Abgase in den Frischluftström durch punktuelle radiale oder axiale Einspeisung des Abgases bewirken, können keine hinreichende Homogenisierung des AbgasLuftgemisches gewährleisten. Dieser Nachteil wirkt sich verstärkt bei begrenztem Einbauraum für den Motor aus, weil dadurch die vorhandene Mischlänge für den Homogenisierungsvorgang fehlt. Eine unerwünschte Folge der unzureichenden Homogenisierung des Frischluft-
Abgasgemischs besteht darin, dass bei mehreren Zylindern einzelne übermäßig mit Abgas gespeist werden und damit zu einer höheren Partikelemission führen.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Konzept für eine externe Abgasrückführung bei Dieselmotoren zu schaffen, welches bei Verzicht auf aufwendige Diagnosemaßnahmen mit einer einfachen Regelung mittels eines AGR-Ventils auskommt und welches bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art bei niedrigem Druckverlust eine verbesserte Gleichverteilung des Abgasanteils im Frischluft- Abgasgemisch der Leitung mit sich bringt .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Leitungsverbindung am Ort der Einleitung des rückgeführten Abgases in die Frischluftleitung durch einen oder mehrere ringförmig erstreckt und/oder angeordnete Durchbrechungen zwischen Zuström- und Durchströmleitung gebildet ist und dass die Durchströmungsleitung mindestens im Umfangsbereich der Durchbrechungen on der Zuströmleitung umhüllt ist.
Mit dieser Abkehr von der bislang üblichen mehr oder weniger punktuellen Einleitung des rückgeführten Abgases in die Frischluftleitung wird eine über deren Umfang verbesserte Vermischung erzielt. In diesem Teil der Zuströmleitung wird das Abgas somit in Rotation versetzt und ermöglicht auf diese Weise über die geometrische Verteilung der Durchbrechungen in Umfangs-
richtung und durch geeignete Abstimmung der
Querschnitssflachen der Durchbrechungen eine Anpassung der radialen Geschwindigkeitskomponente des einzuleitenden Abgases und damit der radialen Eindringtiefe des Abgases in den Frischluftstrom.
Eine weitere Verbesserung der Gleichverteilung des Abgasanteils im Frischluftstrom ist dadurch erzielbar, dass die Zuströmleitung für das Abgas einen in Strömungsrichtung über den Umfang der Durchströmleitung für die Frischluft abnehmenden Querschnitt aufweist. Dadurch wird über den Umfang der Durchströmleitung gesehen der Druck in der Zuströmleitung im Bereich der Durchbrechungen vergleichmäßigt und damit die Homogenisierung des Abgas- Luftgemisches verbessert.
Anstelle einer Mehrzahl von Durchbrechungen, welche die Leitungsverbindung zwischen Zuströmleitung und Durchströmleitung bilden, kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein in Umfangsrichtung ein oder mehrteiliger Ringspalt gebildet sein, der besonders vorteilhaft auch als vollständig umlaufender Ringspalt ausgebildet sein kann.
Bezüglich der Ausgestaltung der Leitungsverbindung zwischen Durchströmleitung und Zuströmleitung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Endabschnitt der
Zuströmleitung gebildet ist, der die Durchströmleitung in Höhe der Durchbrechungen umhüllt. Die rückgeführten Abgase umströmen auf diese Weise die Durchströmleitung
im Inneren des Endabschnitts, wo sie in Rotation versetzt und über die Durchbrechungen in den Frischluft- ström über den Umfang der Durchströmleitung verteilt eingespeist werden.
Vorteilhaft kann der Endabschnitt der Zuströmleitung die Durchströmleitung auf deren Außenumfang schneckenförmig umschließen, derart dass in Strömungsrichtung der Querschnitt des Endabschnitts zunehmend abnimmt. Auf diese Weise wird das über die Durchbrechungen verteilt einströmende Abgasvolumen ausgeglichen und es wird eine für alle Durchbrechungen etwa gleiche Einströmgeschwindigkeit erreicht .
Zweckmäßig wird ein dichtender Anschluss zwischen der Durchströmleitung und der Zuströmleitung zumindest im Bereich des Endabschnitts dadurch erzielt, dass Zuströmleitung und Durchströmleitung zumindest über die Länge des Endabschnitts einstückig verbunden sind, beispielsweise indem beide Leitungen zusammen ein einstückiges Formteil bilden, bevorzugt ein Gussteil welches üblicherweise als Mischdüse bezeichnet wird.
Eine derartige Mischdüse umfasst die Durchströmleitung, die an Ihrem einen Ende einen Anschlussflansch für eine Saugrohrleitung zum Motor und an ihrem anderen Ende einen Anschlussstutzen für eine Frischluftzuleitung aufweist, wobei die Leitungsverbindung nahe dem Anschlussstutzen für die Frischluftleitung angeordnet ist .
Im folgenden wir ein Ausführungsbeispiel einer Mischdüse anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine erste Ansicht der Mischdüse mit Durchströmleitung für die Frischluft und Zuströmleitung für rückgeführtes Abgas
Fig. 2 die Ansicht gemäß Figur 1, jedoch mit einem Teilschnitt im Bereich der Leitungsverbindung zwischen Durchströmleitung und Zuströmleitung
Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 1 gegen deren Rückseite
Fig. 4 eine linke Seitenansicht zu Fig. 1 und
Fig. 5 eine rechte Seitenansicht zu Fig. 1.
Alle Zeichnungsfiguren 1 bis 5 zeigen ein und dieselbe Mischdüse für die Abgasrückführung bei Dieselmotoren. Auch deren Anwendung bei Ottomotoren kleiner Leistung ist bei entsprechend angepassten Abmessungen durchaus vorstellbar. Die gleichen Teile der Zeichnungsfiguren sind mit den selben Bezugszeichen versehen, sodass die in der Zeichnung gezeigten verschiedenen Ansichten der Mischdüse auch aus sich heraus verständlich sind.
Der aus dem Abgasstrang des Motors entnommene Anteil an rückgeführtem Abgas durchläuft eine Kühlstrecke und gelangt gemäß Pfeil A in eine Zuströmleitung 1 welche
einen Anschlussflansch 2 für den Anschluss der (nicht gezeigten) Abgasrückführungsleitung aufweist. Über die Zuströmleitung 1 gelangt das rückgeführte Abgas in eine Durchströmleitung 3, welche mit ihrem Anschlussstutzen 4 an eine (nicht gezeigte) Frischluftleitung für den Frischluftmassenstrom gemäß Pfeil F zum Motor angeschlossen ist. Die Durchströmleitung 3 endet an ihrem oberen Ende mit einem Anschlussflansch 5 für den Anschluss einer (nicht gezeigten) Saugrohrleitung zum Motor, in welcher das Frischluft -Abgasgemisch aus der Mischdüse Pfeil FA (Fig. 5) abströmt. In der Seitenansicht gemäß Fig. 5 erkennt man am Anschlussflansch 5 angegossene Befestigungshülsen 6, die für die Halterung der Mischdüse in ihrer genauen Montageposition am Motor dienen.
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Leitungsverbindung zwischen Zuströmleitung 1 und Durchströmleitung 3. Man erkennt, dass die Durchströmleitung 3 in welche die Frischluft gemäß Pfeil F zuströmt einen Ringspalt 7 mit dem inneren Ende ihres Anschlussstutzens 4 bildet. Dieser Ringspalt 7 wird nach außen hin überbrückt durch einen Endabschnitt 8 der Zuströmleitung 1. Dieser Endabschnitt 8 umschließt die Durchströmleitung 3 in Art einer Schneckenform (Volute) , derart, dass über den Umfang der Durchströmleitung gesehen der Querschnitt des Endabschnitts 8 in Strömungsrichtung des rückgeführten Abgases gemäß Pfeil R abnimmt .
Im Endabschnitt 8 wird das in die Zuströmleitung 3 eingeleitete rückgeführte Abgas in Rotation gemäß Pfeil R versetzt. Es durchströmt den Endabschnitt 8 , der einen in Strömungsrichtung R abnehmenden Querschnitt aufweist und gelangt von dort über den Ringspalt 7 in die Durchströmleitung 3, wo es vom Frischluftstrom F erfasst und in diesen gleichmäßig über den Umfang verteilt eingemischt wird. Infolge der Querschnittsveränderung des Endabschnitts ergibt sich eine gleichmäßige radiale Zuströmung der Abgaskomponente in die Frischluftströmung hinein. Durch eine geeignete Abstimmung der Größe des Ringspalts mit dem Querschnitssverlauf des Endabschnitts 8 kann die Eindringtiefe des Abgases in die Frischluftströmung derart beeinflusst werden, dass sich eine gleichmäßige Verteilung der Abgaszuströmung über den Umfang des Ringspalts 7 ergibt. Im Ergebnis wird dabei in der Durchströmleitung 3 abstromseitig oberhalb des Ringspalts 7 während des Durchlaufens des Mischgases durch die Durchströmleitung 3 eine homogene Verteilung des rückgeführten Abgases innerhalb der zur
Verfügung stehenden Mischstrecke zwischen Ringspalt 7 und Flansch 5 am Austritt aus der Durchströmleitung 3 erzielt. Damit gelingt es, auch bei räumlich engen Einbauverhältnissen ein hinreichend homogenes Strömungs- bild der an den Motor gemäß Pfeil FA ausströmenden Ladeluft zu verwirklichen.
An einem Zahlenbeispiel ausgedrückt kann bei einem Durchmesser der Durchströmleitung von ca. 40 mm und einem Ringspalt von etwa 4 mm die gewünschte gleichmä-
ßige Durchmischung der Ladeluft mit rückgeführten Abgas über eine Mischstrecke von weniger als 200 mm erreicht werden .
Dabei beträgt je nach Motorauslegung das Verhältnis der Mengenströme von Abgas zu Frischluft zwischen 10 und 50 %.
Hervorzuheben ist dabei nicht nur die mit dem Erfindungsgegenstand erzielte Verbesserung der Gleichverteilung des Abgasanteils in dem den Motor zugeführten AGR- Ladeluftstrom und damit bei einem Mehrzylindermotor auch auf alle Zylinder. Darüber hinaus ergibt sich bei Verwendung der erfindungsgemäßen Mischdüse eine Herabsetzung des Druckverlusts bei deren Durchströmung um bis zu 50 %, auch hier wiederum unter den verschärften Bedingungen eines für deren Anordnung begrenzten Bauraums .
Claims
1. Mischvorrichtung zum Erzeugen eines Frischluft - Abgasgemischs für die Abgasrückführung (AGR) bei
Dieselmotoren als Leitungsverbindung zwischen einer Zuströmleitung (1) für rückgeführtes Abgas und einer Durchströmleitung (3) für die zugeführte Frischluft, dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitungsverbindung durch ein oder mehrere ringförmig erstreckte und/oder angeordnete
Durchbrechungen zwischen Zuströmleitung (1) und
Durchströmleitung (3) gebildet ist und dass die
Durchströmleitung (3) mindestens im Umfangsbereich der Durchbrechungen von der Zuströmleitung (1) umhüllt ist.
2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zuströmleitung (1) einen in Strömungsrichtung über den Umfang der
Durchströmleitung (3) abnehmenden Querschnitt aufweist.
3. Mischvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchbrechungen durch einen ein- oder
mehrteiligen Ringspalt gebildet sind.
4. Mischvorrichtung nach Anspruch 3 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein vollständig umlaufender Ringspalt (7)
vorgesehen ist.
5. Mischvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitungsverbindung zwischen Durchströmleitung (3) und Zuströmleitung (1) durch einen Endabschnitt (8) der Zuströmleitung (1) gebildet ist, der die
Durchströmleitung (3) in Höhe der Durchbrechungen umschließt .
6. Mischvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Endabschnitt (8) der Zuströmleitung (1) die Durchströmleitung (3) auf deren Außenumfang
schneckenförmig umschließt.
7. Mischvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest der Endabschnitt (8) der Zuströmleitung (1) mit der Durchströmleitung (3) einstückig verbunden ist .
8. Mischvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuströmleitung (1) und Durchströmleitung (3) wenigstens im Bereich des Endabschnitts (8) als
einstückiges Formteil ausgebildet sind.
9. Mischvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Duchströmleitung (3) an ihrem einen Ende einen Anschlussflansch (5) für eine Saugrohrleitung zum Motor
und an ihrem anderen Ende einen Anschlussstützen (4) für eine die Frischluftzuleitung aufweist und dass die Leitungsverbindung nahe dem Anschlussstützen (4) für die Frischluftzuleitung angeordnet ist.
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