DE102005009638A1

DE102005009638A1 - Fahrzeug mit Abgasrückführsystem

Info

Publication number: DE102005009638A1
Application number: DE102005009638A
Authority: DE
Inventors: Gernot Tschaler; Karl Mayr; Andreas Nabecker
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2006-09-07

Abstract

Fahrzeug mit einem Motor, insbesondere einem Dieselmotor, der folgendes aufweist: DOLLAR A - einen Ansaugtrakt, über den dem Motor Luft zugeführt wird, DOLLAR A - einen Abgastrakt, über den aus dem Dieselmotor ausströmendes Abgas zu einem Abgasendrohr hin und durch das Abgasendrohr in die Umgebung abführbar ist, DOLLAR A - ein Abzweigventil, das in dem Abgastrakt angeordnet ist, wobei das Abzweigventil einen Eingang, einem mit dem Abgasendrohr verbundenen ersten Ausgang und einen mit dem Ansaugtrakt verbundenen zweiten Ausgang aufweist. DOLLAR A Das Abzweigventil weist eine erste und eine zweite Klappe auf, die kinematisch miteinander gekopelt sind. Die erste Klappe ist zum zumindest teilweisen Verschließen des ersten Ausgangs vorgesehen und die zweite Klappe ist zum zumindest teilweisen Verschließen des zweiten Ausgangs vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Stand der Technik sind Fahrzeuge mit Dieselmotoren, die mit einem Turbolader, einem Ladeluftkühler und einer Abgasrückführeinrichtung ausgestattet sind. Üblicherweise ist im Abgastrakt ein "Abzweigventil" angeordnet, das einen ersten, zum Abgasendrohr führenden Ausgang, sowie einen zweiten Ausgang aufweist, der mit dem Ansaugtrakt des Motors verbunden ist. Über den zweiten Ausgang kann der im Ansaugtrakt angesaugten Luft Abgas beigemischt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug zu schaffen, dessen Abgasrückführeinrichtung mit einem verbesserten Abzweigventil ausgestattet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung geht von einem Fahrzeug mit einem Motor, insbesondere mit einem Dieselmotor aus, der einen Ansaugtrakt, einen Abgastrakt und ein Abzweigventil aufweist. Über den Ansaugtrakt wird der Motor mit Luft versorgt. Über den Abgastrakt wird das vom Motor erzeugte Abgas in Richtung zu einem Abgasendrohr hin in die Umgebung abgeführt. Das Abzweigventil ist in dem Abgastrakt angeordnet. Es weist einen motorseitigen Eingang sowie einen ersten und einen zweiten Ausgang auf. Der erste Ausgang des Abzweigventils führt zum Abgasendrohr. Durch den ersten Ausgang strömt also derjenige Abgasteilvolumenstrom, der an die Umgebung abgeführt werden soll. Der zweite Ausgang des Abzweigventils ist mit dem Ansaugtrakt verbunden. Über den zweiten Ausgang kann ein Teilabgasvolumenstrom in den Ansaugtrakt des Motors geleitet werden.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass das Abzweigventil zwei kinematisch miteinander gekoppelte Klappen aufweist. Man kann daher auch von einem Abzweigventil sprechen, das eine „Doppelklappe" aufweist. Die erste Klappe ist dem ersten Ausgang zugeordnet und die zweite Klappe ist dem zweiten Ausgang und/oder dem ersten Ausgang zugeordnet. Der Begriff „und/oder" bedeutet in diesem Zusammenhang folgendes. Es kann vorgesehen sein, dass der erste Ausgang durch die erste Klappe vollständig verschließbar ist und dass der zweite Ausgang durch die zweite Klappe vollständig verschließbar ist. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass lediglich ein Teilquerschnitt des ersten Ausgangs durch die erste Klappe abgedeckt ist und somit nur dieser Teilquerschnitt durch die erste Klappe verschließbar ist und dass ein anderer Teilquerschnitt oder der verbleibende Teilquerschnitt, der durch die erste Klappe nicht verschließbar ist, durch die zweite Klappe verschließbar ist. In diesem Fall kann mit der zweiten Klappe also, je nach Klappenstellung, ein Teilquerschnitt des ersten Ausgangs oder der gesamte zweite Ausgang verschlossen werden.

Die beiden Klappen sind zwischen dem motorseitigen Eingang und dem jeweiligen Ausgang des Abzweigventils angeordnet. Der Begriff "kinematisch gekoppelt" ist breit auszulegen und ganz allgemein so zu verstehen, dass die beiden Klappen gleichzeitig bewegbar sind. Die beiden Klappen können mechanisch z.B. über einen Gestängemechanismus, einen Zahnradtrieb, einen Riementrieb, einen Kettentrieb o.ä. miteinander gekoppelt sein. Die beiden Klappen müssen aber nicht notwendigerweise mechanisch miteinander gekoppelt sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass sie von jeweils separaten "Aktoren", z.B. jeweils einem Elektro- bzw. Servoantrieb, einem Hydraulikantrieb, einem Pneumatikantrieb o.ä. betätigt werden.

Vorzugsweise sind die beiden Klappen "gegenläufig" kinematisch miteinander gekoppelt. „Gegenläufig" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass beim Öffnen der ersten Klappe die zweite Klappe geschlossen wird und umgekehrt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Motor mit einem Abgasturbolader ausgerüstet. Der Abgasturbolader weist bekanntermaßen einen Verdichter und eine Turbine auf. Der Verdichter ist im Ansaugtrakt des Motors angeordnet. Zwischen dem Verdichter und dem Motor kann ferner ein Ladeluftkühler angeordnet sein. Der Verdichter ist über eine Welle mit der Turbine des Abgasturboladers gekoppelt, die im Abgastrakt des Motors angeordnet ist. Im Bereich zwischen der Turbine und dem Abgasendrohr, d.h. in Strömungsrichtung gesehen hinter der Turbine, kann zusätzlich ein Russpartikelfilter angeordnet sein.

Vorzugsweise ist das Abzweigventil, in Strömungsrichtung des Abgases gesehen, nach dem Russpartikelfilter angeordnet. Das dem Ansaugtrakt zugeführte Abgas ist also frei bzw. nahezu frei von Rußpartikeln, was den Vorteil hat, dass das rückgeführte Abgas den Ansaugtrakt nicht verunreinigt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der gesamte Abgasvolumenstrom die Turbine des Abgasturboladers durchströmt, so dass die gesamte kinetische Energie des Abgases optimal genutzt werden kann.

Das über das Abzweigventil abgezweigte Abgas kann dem Ansaugtrakt in Strömungsrichtung gesehen vor dem Verdichter zugeführt werden. Alternativ dazu kann das rückgeführte Abgas dem Ansaugtrakt auch unmittelbar über das Verdichtergehäuse zugeführt werden. Die Klappen des Abzweigventils weisen jeweils eine Grundstellung auf, in der das gesamte vom Motor abgegebene Abgas zum Abgasendrohr geleitet wird und die Verbindung zum Ansaugtrakt hin abgesperrt ist. Durch das "Öffnen" des Abzweigventils wird die Fluidverbindung zum Ansaugtrakt hin immer mehr geöffnet und gleichzeitig der erste Ausgang, d.h. die Fluidverbindung, die zum Abgasendrohr führt, immer weiter verschlossen. Die zweite Klappe dient dabei sowohl als Regelklappe für den das Abzweigventil mit dem Ansaugtrakt verbindenden Abgasrückführkanal als auch, bei weiterem Öffnen, als Drosselklappe für den in Richtung des Abgasendrohrs hin strömenden Abgasstrom. Die erste Klappe verschließt den ersten Ausgang des Abzweigventils in entgegengesetzter Richtung wie die zweite Klappe.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der "Entnahmestelle" im Abgastrakt und dem Ansaugtrakt, d.h. im Bereich zwischen dem Rußpartikelfilter und dem Ansaugtrakt, ein Kühler angeordnet, der das rückgeführte Abgas kühlt.

Das Abzweigventil und die Fluidleitung zur Rückführung von Abgas aus dem Abgastrakt in den Ansaugtrakt sowie der Kühler zur Kühlung des rückgeführten Abgases können unmittelbar am Rußpartikelfilter angeordnet sein. Vorzugsweise bilden der Abgaskrümmer des Motors, der Abgasturbolader, der Rußpartikelfilter und das Abzweigventil eine vormontierte bauliche Einheit.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;
3–6 das Abzweigventil in verschiedenen Betriebsstellungen.
1 zeigt in schematischer Darstellung einen Turbodieselmotor 1 mit einem Ansaugtrakt 2 und einem Abgastrakt 3. Im Ansaugtrakt 2 ist ein Verdichter angeordnet, der mit einer Turbine 5 drehgekoppelt ist, die im Abgastrakt 3 angeordnet ist. Der Verdichter 4 und die Turbine 5 bilden einen Abgas-Turbolader. Die Turbine 5 wird vom Abgas des Dieselmotors 1 durchströmt und treibt den Verdichter 4 an. Der Verdichter 4 saugt über einen hier nicht näher dargestellten Luftfilter Frischluft an, verdichtet diese und führt die verdichtete Frischluft über einen Ladeluftkühler 6, in dem die verdichtete Frischluft abgekühlt wird, dem Dieselmotor 1 zu.
Im Abgastrakt 3 ist nach der Turbine 5 ein Rußpartikelfilter 7 angeordnet, der einen Großteil der im Abgas enthaltenen Rußpartikel herausfiltert. In Strömungsrichtung des Abgases gesehen ist nach dem Rußpartikelfilter ein Abzweigventil 8 angeordnet. Das Abzweigventil 8 weist eine Grundstellung auf, in der der gesamte Abgasvolumenstrom über ein hier nicht näher dargestelltes Abgasendrohr aus dem Abgastrakt in die Umgebung ausströmt. Über eine Verbindungsleitung 9 ist das Abzweigventil 8 mit dem Ansaugtrakt 2 verbunden. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mündet die Verbindungsleitung 9 in Ansaugrichtung vor dem Verdichter 4 in den Ansaugtrakt.
Mit zunehmender "Öffnung" des Abzweigventils 8 wird der Strömungsweg zur Verbindungsleitung 9 zunehmend geöffnet und der Strömungsquerschnitt zum Abgasendrohr hin zunehmend verschlossen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Abzweigventil um ein elektronisch ansteuerbares Ventil, dessen Ventilstellung in Abhängigkeit verschiedener Motor- bzw. Betriebszustandsparameter gesteuert wird. Da das rückgeführte Abgas dem Abgastrakt 3 nach dem Rußpartikelfilter 7 entnommen wird, kann es dem Ansaugtrakt 2 problemlos vor dem Verdichter 4 und dem Ladeluftkühler 6 zugeführt werden.
2 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der 1. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 ist hier das Abzweigventil 8 über die Verbindungsleitung 9 unmittelbar mit dem Verdichter 4 verbunden. Das rückzuführende Abgas wird also unmittelbar über das Verdichtergehäuse (nicht dargestellt) in den Verdichter 4 eingeleitet.
In den 3–6 wird der konstruktive Aufbau und die Funktionsweise des Abzweigventils 8 näher erläutert. Das Abzweigventil 8 weist einen "motorseitigen" Fluideingang 10 sowie einen ersten und zweiten Ausgang 11, 12 auf. Der ebenfalls mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Pfeil deutet die Strömungsrichtung an, in der das vom Motor bzw. Rußfilter 7 kommende Abgas in das Abzweigventil 8 einströmt. Der erste Ausgang 11 führt zum Abgasendrohr (nicht dargestellt). Über den ersten Ausgang 11 strömt das Abgas also in die Umgebung. An den zweiten Ausgang 12 des Abzweigventils 8 ist die Verbindungsleitung 9 (vgl. 1, 2) angeschlossen. Über den zweiten Ausgang 12 kann also Abgas zum Ansaugtrakt 2 (vgl. 1, 2) hin geleitet werden.
Wie am besten aus den 5 und 6 ersichtlich ist, weist das Abzweigventil 8 eine erste Klappe 13 und eine zweite Klappe 14 auf. Die erste Klappe 13 ist in der in den 3 und 4 gezeigten Klappenstellung nicht zu sehen.
Die beiden Klappen 13, 14 sind jeweils schwenkbar um eine Schwenkachse angeordnet. Die erste Klappe 13 kann um eine erste Schwenkachse 15 verschwenkt werden. Die zweite Klappe 14 kann um eine zweite Schwenkachse 16 verschwenkt werden. Die beiden Klappen 13, 14 bzw. ihre Schwenkachsen 15, 16 sind über einen Hebelmechanismus 17–19 (vgl. 3) mechanisch miteinander gekoppelt. Beim Verschwenken der einen Klappe wird die andere Klappe mit verschwenkt, und umgekehrt. Zur Betätigung der Klappen kann ein hier nicht näher dargestellter Aktuator vorgesehen sein, der z.B. an einem Auge 20 des Hebels 19 angreift.
In der in 3 gezeigten Stellung ist der zweite Ausgang 12 durch die zweite Klappe 14 vollständig verschlossen. Der erste Ausgang 11 hingegen ist vollständig geöffnet. Somit strömt der gesamte Abgasvolumenstrom durch den ersten Ausgang 11 zum Abgasendrohr (nicht dargestellt).
4 zeigt eine Betriebsstellung, bei der der zweite Ausgang 12 leicht geöffnet ist. Die zweite Klappe 14 ist hierbei um etwa 20° geöffnet. Die in 4 erkennbare erste Klappe hingegen ist entsprechend geringfügig zu ihrer Schließstellung hin verschwenkt. Wenngleich ein geringer Teilvolumenstrom des Abgases über den zweiten Ausgang 12 zum Ansaugtrakt hin strömen wird, strömt doch der überwiegende Anteil des Abgases durch den ersten Ausgang 12 in die Umgebung.
5 zeigt eine Betriebsstellung, in der der zweite Ausgang 12 fast ganz geöffnet ist. Die zweite Klappe 14 ist im Vergleich zu 3 um etwa 70° zur Öffnungsstellung hin verschwenkt. Auch die erste Klappe 13 ist um etwa 70° verschwenkt. In dieser Stellung strömt nur noch ein vergleichsweise geringer Teilvolumenstrom des Abgases über den ersten Ausgang 11 zum Abgas endrohr. Der überwiegende Teil des Abgases strömt über den zweiten Ausgang 12 zum Ansaugtrakt.
6 zeigt eine Klappenstellung, bei der der zweite Ausgang 12 vollständig geöffnet und der erste Ausgang 11 praktisch vollständig durch die beiden Klappen 13, 14 verschlossen ist. Somit strömt der Großteil des Abgases über den zweiten Ausgang 12 zum Ansaugtrakt.
Bei dem in den 3 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der erste Ausgang 11 durch beide Klappen 13, 14 verschlossen. Alternativ dazu könnte auch vorgesehen sein, dass die Klappe 13 entsprechend größer gestaltet ist und der erste Ausgang 11 allein durch die Klappe 13 verschlossen wird.
Charakteristisch für das in den 3–6 dargestellte Ausführungsbeispiel ist ferner, dass bei einer Bewegung der Klappen 13, 14 ihre Winkelgeschwindigkeitsvektoren einander entgegengerichtet sind. Wie am besten aus den 5 und 6 ersichtlich ist, schwenkt beispielsweise die Klappe 13 in Richtung aus der Zeichenebene heraus und die Klappe 14 zur Zeichenebene hin, oder umgekehrt. Durch die mechanische Zwangskoppelung der beiden Klappen 13, 14 heben sich somit die an den Klappen 13, 14 angreifenden Strömungskräfte ganz oder zumindest teilweise auf. Eine Verstellung der Klappen durch Betätigen des Hebels 19 erfordert also nur relativ geringe Betätigungskräfte.

Claims

Fahrzeug mit einem Motor (1), insbesondere einem Dieselmotor, der folgendes aufweist: – einen Ansaugtrakt (2), über den dem Motor (1) Luft zugeführt wird, – einen Abgastrakt (3), über den aus dem Dieselmotor (1) ausströmendes Abgas zu einem Abgasendrohr hin und durch das Abgasendrohr in die Umgebung abführbar ist, – einem Abzweigventil (8), das in dem Abgastrakt (3) angeordnet ist, wobei das Abzweigventil (8) einen Eingang (10), einen mit dem Abgasendrohr verbundenen ersten Ausgang (11) und einen mit dem Ansaugtrakt verbundenen zweiten Ausgang (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abzweigventil (8) eine erste und eine zweite Klappe (13, 14) aufweist, die kinematisch miteinander gekoppelt sind, wobei die erste Klappe (13) zum zumindest teilweisen Verschließen des ersten Ausgangs (11) vorgesehen ist und die zweite Klappe (14) zum zumindest teilweisen Verschließen des zweiten Ausgangs (12) vorgesehen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Klappe (14) zum vollständigen Verschließen des zweiten Ausgangs (12) und zum teilweisen Verschließen des ersten Ausgangs (11) vorgesehen ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Klappen (13, 14) eine Klappenstellung aufweisen, in der sie beide zusammen den ersten Ausgang (11) verschließen, wobei die erste Klappe (13) einen ersten Teilquerschnitt und die zweite Klappe (14) einen zweiten Teilquerschnitt des ersten Ausgangs (11) verschließt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Klappen (13, 14) mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Klappen (13, 14) gegenläufig miteinander gekoppelt sind, derart, dass bei einer Drehung der ersten Klappe (13) in eine erste Richtung die zweite Klappe (14) in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird, und umgekehrt.
Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Klappen (13, 14) durch ein Zahnradgetriebe miteinander gekoppelt sind.
Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Klappen (13, 14) durch einen Hebelmechanismus miteinander gekoppelt sind.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ansaugtrakt 2 ein Verdichter (4) eines Abgasturboladers (4, 5) angeordnet ist und ein Ausgang des Verdichters (4) über eine Ladeluftkühler (6) mit dem Motor (1) verbunden ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgastrakt (3) eine mit dem Verdichter (4) drehgekoppelte Turbine (5) des Abgasturboladers (4, 5) angeordnet ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen der Turbine (5) und dem Abgasendrohr ein Rußpartikelfilter (7) angeordnet ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abzweigventil (8) im Bereich zwischen dem Rußpartikelfilter (7) und dem Abgasendrohr angeordnet ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abzweigventil (8) in Strömungsrichtung der vom Ansaugtrakt (2) angesaugten Luft vor dem Verdichter (4) an den Ansaugtrakt (2) angeschlossen ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abzweigventil (8) über eine Verbindungsleitung (9) unmittelbar mit dem Verdichter (4) in Fluidverbindung steht.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass an den Motor (1) ein Auspuffkrümmer angeflanscht ist, der zusammen mit dem Abgas-Turbolader (4, 5), dem Rußpartikelfilter (7) und dem Abzweigventil (8) zu einer baulichen Einheit miteinander verbunden sind.