WO2017153042A1 - Zuführungsanordnung zur einleitung von rückgeführtem abgas - Google Patents

Zuführungsanordnung zur einleitung von rückgeführtem abgas Download PDF

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    • 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 supply arrangement for recirculating exhaust gas in the
  • Quick-release flaps is equipped, which are provided for quick shutdown of the internal combustion engine in emergency situations. They are located in the fresh air duct of the internal combustion engine and close it, thereby achieving an immediate interruption of the fresh air supply necessary for combustion.
  • the object of the present invention is to minimize the maintenance requirements.
  • the object is achieved in that in the fresh air duct to interrupt the supply of fresh air in front of a cylinder head of the Brenntoaftmaschine a quick-closing flap is arranged.
  • the outlet opening of the exhaust gas recirculation is centrally in the fresh air duct and in the flow direction of the fresh air with minimal gap formation in front of the
  • An advantage of the arrangement according to the invention is that the mixing of exhaust gas and fresh air flow in the direction of flow takes place only behind the quick-closing flap.
  • a very homogeneous mixing of fresh air and recirculated exhaust gas is effected by the inventive arrangement of the exhaust gas recirculation.
  • the exhaust gas stream introduced into the fresh air stream concentrically spreads in the fresh air duct starting from the outlet opening as a turbulent flow until it reaches the wall of the exhaust gas stream
  • Fresh air channel depends on the Reynolds numbers of the two streams.
  • the immediate arrangement of the outlet opening of the exhaust gas supply pipe in front of the flap plate of the quick-closing flap ensures that there is no deposition of the soot particles contained in the exhaust gas in the region of the flap mechanism. As a result, the constant operational readiness of the flap mechanism is ensured, whereby the
  • Fig. 1 is a fresh air duct with quick-closing flap and executed as a pipe bend
  • a fresh air duct 1 of an internal combustion engine is shown. Viewed in the drawing direction, the fresh air required for combustion flows from top to bottom in the
  • Fresh air duct 1 reference numeral ON.
  • the fresh air duct 1 is a
  • Quick-action flap 4 which serves to interrupt the flow of fresh air, to allow a quick shutdown of the internal combustion engine.
  • the quick-action flap 4 comprises a quick-release flap mechanism 7 and a flap plate 6. The closing of the
  • Quick release 4 is located centrally in the fresh air duct 1, the outlet opening 2 of the exhaust gas recirculation 3. Immediately according to the invention is to be understood that the outlet opening 2 of the exhaust gas recirculation 3 with minimal gap formation in front of the flap plate 6 of
  • Quick closure flap 4 is arranged so that the outlet opening 2 and the flap plate 6 just do not touch when the quick-closing flap 4 is closed.
  • the central arrangement of the outlet opening 2 in the fresh air duct 1 is necessary to achieve on the one hand the most homogeneous possible mixing of the two gases and on the other hand to make the distance to reach the inner wall of the soot particles contained in the exhaust gas as large as possible.
  • the exhaust gas recirculation 3 is designed as a pipe bend 5. With the help of the exhaust gas recirculation 3, the fresh air is supplied to a part of the exhaust gas formed during combustion. Starting from the outlet opening 2 of the exhaust gas recirculation 3, the exhaust gas flowing into the fresh air propagates concentrically under turbulent flow conditions. The soot particles contained in the exhaust gas thus reach the inner wall of the fresh air duct 1 in the direction of flow only far behind
  • Quick-closing flap 4 A deposit of soot particles in the area of the quick-closing flap 4 is thereby effectively prevented.
  • the flow of the exhaust gas in the fresh air duct 1 is shown in FIG. 1 starting from the exit point 2 of the exhaust gas recirculation 3 as a dashed current thread 8 in order to represent the flow direction in the fresh air duct. After complete mixing of exhaust gas and fresh air, the gas mixture leaves the fresh air duct 1, as viewed in the direction of the drawing, to the right towards the combustion chamber, reference symbol AUS. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Vorliegend wird eine Zufuhrungsanordnung für die Einleitung von rückgefuhrtem Abgas in den Frischluftkanal (1) einer Brennkraftmaschine vorgestellt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Frischluftkanal (1) zur Unterbrechung der Frischluftzufuhr vor einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eine Schnellschlusskläppe (4) angeordnet ist und die Austrittsöffhung (2) der Abgasrückfuhrung (3) zentral im Frischluftkanal (1) und in Strömungsrichtung der Frischluft unter minimaler Spaltbildung vor der Schnellschlusskläppe (4) angeordnet ist.

Description

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

Claims

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