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Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Abgasrückführeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2016 215 873 A1 und der
DE 10 2009 053 463 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Abgasrückführeinrichtung fasst eine Frischluftleitung, welche einen von Frischluft durchströmbaren Frischluftkanal aufweist beziehungsweise begrenzt. Die Frischluft ist wenigstens an den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen. Die Abgasrückführeinrichtung umfasst außerdem wenigstens eine Abgasrückführleitung, welche einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Rückführkanal aufweist beziehungsweise begrenzt. Der Rückführkanal ist mit dem Frischluftkanal der Frischluftleitung verbunden, wodurch das den Rückführkanal durchströmende und beispielsweise aus einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine stammende Abgas der Verbrennungskraftmaschine in den Frischluftkanal beziehungsweise in den Frischluftkanal durchströmende Frischluft einleitbar ist. Hierdurch wird das die Rückführleitung durchströmende Abgas rückgeführt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasrückführeinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Abgasrückführung dargestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Abgasrückführeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Abgasrückführeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Abgas besonders vorteilhaft rückgeführt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abgasrückführleitung ein in den Frischluftkanal hineinragendes und beispielsweise separat von der Frischluftleitung ausgebildetes Leitungsteil aufweist, welches einen Längenbereich des Rückführkanals begrenzt und sich in Strömungsrichtung des den Längenbereich durchströmenden Abgases beziehungsweise in Längserstreckungsrichtung des Leitungsteils beziehungsweise des Längenbereichs verjüngt, insbesondere hin zu einem in dem Frischluftkanal beziehungsweise in der Frischluftleitung angeordneten und zum Verdichten der Frischluft ausgebildeten Verdichter. Das Leitungsteil weist eine dem Längenbereich, insbesondere direkt, entlang einer senkrechten Durchströmungsrichtung des den Längenbereich durchströmenden Abgases verlaufenden Richtung begrenzende Mantelfläche auf. Beispielsweise weist der Längenbereich einen von dem Abgas durchströmbaren, kreisrunden Strömungsquerschnitt auf, wobei diesbezüglich vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Strömungsrichtung des den Längenbereich durchströmenden Abgases in axialer Richtung des Strömungsquerschnitts und damit senkrecht zu einer Ebene verläuft, in welche der Strömungsquerschnitt angeordnet ist. Somit verläuft die zuvor genannte Richtung, entlang welcher der Längenbereich durch die Mantelfläche begrenzt ist, in radialer Richtung des Strömungsquerschnitts.
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Die Mantelfläche weist mehrere, in um die axiale Richtung des Strömungsquerschnitts verlaufender Umfangsrichtung des Leitungsteils aufeinanderfolgende und dabei voneinander beabstandete sowie von dem Abgas durchströmbare Durchströmöffnungen auf, über welche der Rückführkanal mit dem Frischluftkanal fluidisch verbunden ist. Dies bedeutet, dass das Abgas, welches mittels der Rückführleitung rückgeführt wird, zumindest den Längenbereich entlang der beziehungsweise in die Strömungsrichtung durchströmt und daraufhin schräg oder senkrecht zu der Strömungsrichtung durch die Durchströmöffnungen hindurchströmen und somit aus dem Rückführkanal ausströmen und in den Frischluftkanal einströmen kann. Die Durchströmöffnungen stellen sozusagen eine Perforierung der Mantelfläche dar, wobei durch diese Perforierung und dadurch, dass das Leitungsteil in den Frischluftkanal hineinragt, das Abgas besonders vorteilhaft rückgeführt werden kann. Insbesondere kann durch die Erfindung vermieden werden, dass sich durch die Rückführung des Abgases übermäßig große Flüssigkeitstropen, insbesondere Wassertropfen, bilden, welche zu unerwünschten Effekten oder gar Beschädigungen führen könnten. Dadurch, dass das Leitungsteil in den Frischluftkanal hineinragt, kann der auch als Abgasrückführungskanal bezeichnete Rückführkanal besonders lang geführt beziehungsweise ausgestaltet werden. Insbesondere kann der Rückführkanal bis zu dem Verdichterrad beziehungsweise besonders nahe an das Verdichterrad geführt werden, sodass eine übermäßige Kondensat- beziehungsweise Tropfenbildung in dem Frischluftkanal vermieden werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Verbrennungskraftmaschine als ein Ottomotor ausgebildet ist, denn es wurde gefunden, dass insbesondere bei Ottomotoren eine Abgasrückführung zu einer Kondensatbildung führen kann, welche unerwünschte Effekte haben kann. Eine solche übermäßige Kondensatbildung kann nun durch die Erfindung auf einfache Weise vermieden werden.
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Das Einströmen des Abgases aus dem Rückführkanal in den Frischluftkanal wurde auch als AGR-Einströmung bezeichnet. Es wurde ferner gefunden, dass aus der AGR-Einströmung Radialkräfte entstehen können, welche nun durch die Erfindung besonders gering gehalten werden können. Außerdem kann eine besonders vorteilhafte Verteilung, insbesondere Gleichverteilung, des rückgeführten Abgases an dem Verdichterrad, insbesondere an dessen Eintritt, auf kostengünstige Weise geschaffen werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen kann eine Verkokung eines Verdichtergehäuses durch das rückgeführte Abgas zumindest reduziert werden. Das Verdichtergehäuse ist Bestandteil eines Verdichters, welches das Verdichtergehäuse und das Verdichterrad aufweist. Das Verdichterrad ist beispielsweise drehbar in dem Verdichtergehäuse aufgenommen und dazu ausgebildet, die Frischluft zu verdichten. Beispielsweise ist der Verdichter Bestandteil eines Abgasturboladers. Der Abgasturbolader kann eine Turbine aufweisen, welche ein von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbares Turbinenrad umfassen kann. Dabei kann das Verdichterrad beispielsweise von dem Turbinenrad angetrieben werden.
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Beispielsweise ist das Leitungsteil kegelförmig oder kegelstumpfförmig und somit in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Kegel beziehungsweise der Kegelstumpf zentral in der Frischluftleitung vor dem Verdichterrad positioniert ist, insbesondere derart, dass eine beziehungsweise die Längsmittelachse des Leitungsteils, insbesondere des Kegels beziehungsweise Kegelstumpfs, mit einer Drehachse zusammenfällt, um welche das Verdichterrad relativ zu dem Verdichtergehäuse drehbar ist. Hierdurch kann eine besonders verlustarme Führung der Frischluft durch den Frischluftkanal gewährleistet werden. Mit anderen Worten können übermäßige, durch das Leitungsteil bewirkbar oder bewirkte Verluste vermieden werden.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Eine von der Frischluft und von dem in den Frischluftkanal eingeleiteten Abgas zurückzulegende Strecke, die sich von einer Einleitstelle, an welcher das Abgas mittels der Abgasrückführleitung in den Frischluftkanal eingeleitet wird, bis zu dem Verdichterrad erstreckt, wird auch als Mischstrecke, Mischungsstrecke oder Mischungslänge bezeichnet, wobei sich entlang der Mischungslänge das rückgeführte Abgas mit der Frischluft vermischen kann. Dabei kann es, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind, entlang der Mischungslänge zu einer Kondensatbildung kommen. Es wurde gefunden, dass jegliche Minimierung oder Reduzierung der Mischungslänge in der auch als Reinluftleitung bezeichneten Frischluftleitung stets zu einem oder mehreren der folgenden Probleme führen kann:
- - Radialkräfte am Verdichterrad
- - ungleichmäßige Einströmung und somit Reduzierung des Wirkungsgrads des Verdichters
- - akustische Auffälligkeiten seitens Strömungsrauschen
- - Erhöhung Neigung der Verdichterverkokung
- - erhöhte Anforderung eines gekühlten Verdichtergehäuses
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Die zuvor genannten Probleme können nun durch die Erfindung vermieden werden. Durch das Leitungsteil, insbesondere durch den Kegel beziehungsweise Kegelstumpf, kann beispielsweise eine zumindest nahezu rotationssymmetrische, radiale Einleitung des rückzuführenden Abgases in den Frischluftkanal erfolgen, wodurch Radialkräfte am Verdichterrad zumindest besonders gering gehalten oder gar vermieden werden können.
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Da sich das Leitungsteil in Strömungsrichtung des den Längenbereich durchströmenden Abgases verjüngt, ist beispielsweise das Leitungsteil, insbesondere außenumfangsseitig und/oder innenumfangsseitig, konusförmig ausgebildet. Mit anderen Worten kann das Leitungsteil beispielsweise, insbesondere außenumfangsseitig und/oder innenumfangsseitig, als ein Konus ausgebildet sein. Durch Verwendung des Leitungsteils, insbesondere des Konus, können sowohl dann, wenn Abgas rückgeführt wird, als auch dann, wenn eine Abgasrückführung unterbleibt, übermäßige, durch das Leitungsteil bewirkte Verluste, insbesondere Strömungsverluste, der Frischluft vermieden werden, sodass eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der Verbrennungskraftmaschine darstellbar ist. Das zuvor genannte Strömungsrauschen kann im Bereich einer Wand aufgrund von dort auftretenden Rückströmungen entstehen. Im Strömungsinneren gibt es jedoch keine Rückströmung, sodass ein solches Strömungsrauschen durch die Erfindung vermieden werden kann. Beispielsweise aufgrund einer Einleitung des rückzuführenden Abgases in einem Verdichterradinneren wird ein übermäßiger Kontakt zwischen dem eine hohe Temperatur aufweisenden, rückzuführenden Abgas und dem Verdichtergehäuse in einem Rotorbereich vermieden, sodass im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine Bauteiltemperaturreduzierung des Verdichtergehäuses erreicht werden kann, wodurch eine Verdichterverkokung vermieden oder zumindest gering gehalten werden kann. Aufgrund dieser reduzierten Neigung zur Verkokung ist eine übermäßige Kühlung des Abgasturboladers beziehungsweise des Verdichters nicht erforderlich, und eine Kühlung einer Rumpfkruppe des Verdichters beziehungsweise des Turboladers und dabei beispielsweise eines Verdichteraustrittdiffusors ist ausreichend, sodass eine übermäßig kostenintensive Verdichtergehäusekühlung vermieden werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs; und
- 2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Abgasrückführeinrichtung.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine erste Ausführungsform einer Abgasrückführeinrichtung 10 für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Während ihres befeuerten Betriebs stellt die auch als Verbrennungsmotor bezeichnete und zum Antreiben des beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine Abgas bereit, welche einen Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine durchströmt. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine auch einen als Einlasstrakt bezeichneten Ansaugtrakt auf, welcher von Frischluft durchströmbar ist. Die Frischluft wird wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugeführt. Während des befeuerten Betriebs wird der Brennraum mit der Frischluft und mit Kraftstoff, insbesondere mit flüssigem Kraftstoff, versorgt, sodass ein die Frischluft und den Kraftstoff umfassendes Gemisch gebildet wird. Das Gemisch wird im Brennraum verbrannt, woraus das Abgas resultiert. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird zumindest ein Teil des Abgases mittels der Abgasrückführeinrichtung 10 von dem Abgastrakt zu den Ansaugtrakt rückgeführt und in den Ansaugtrakt eingeleitet. Dabei weist die Abgasrückführeinrichtung 10 eine Frischluftleitung 12 auf, welche ein Bestandteil des Ansaugtrakts ist. Die Frischluftleitung 12 umfasst beziehungsweise begrenzt einen von der Frischluft durchströmbaren Frischluftkanal 14.
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Die Verbrennungskraftmaschine weist außerdem wenigstens einen Abgasturbolader auf, welcher eine Turbine und einen Verdichter umfasst. Die Turbine umfasst ein Turbinengehäuse und ein drehbar in dem Turbinengehäuse angeordnetes Turbinenrad, welches in dem Abgastrakt angeordnet und von dem Abgas antreibbar ist. Der in 1 mit 16 bezeichnete Verdichter umfasst ein Verdichtergehäuse 18 und ein in 1 besonders schematisch dargestelltes Verdichterrad 20, welches drehbar in dem Verdichtergehäuse 18 angeordnet und demzufolge um eine Drehachse 22 relativ zu dem Verdichtergehäuse 18 drehbar ist. Dabei ist das Verdichterrad 20 von dem Turbinenrad antreibbar. Durch Antreiben des Verdichterrads 20 wird mittels des Verdichterrads 20 die den Frischluftkanal 14 durchströmende Luft verdichtet. Es ist erkennbar, dass das Verdichterrad 20 in dem Frischluftkanal 14 angeordnet ist, welcher zumindest teilweise von der Frischluftleitung 12 begrenzt ist.
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Die Abgasrückführeinrichtung 10 umfasst außerdem eine Abgasrückführleitung 24, welche von dem rückzuführenden Abgas durchströmbar ist. Die Abgasrückführeinrichtung 10 kann zumindest ein Abgasrückführleitungsteil aufweisen, welches separat von der Frischluftleitung 12 ausgebildet und mechanisch sowie vorzugsweise fluidisch mit der Frischluftleitung 12 verbunden sein kann. Die Abgasrückführleitung 24 kann alternativ oder zusätzlich einen Leitungsbereich 26 aufweisen, welcher vorliegend einstückig mit der Frischluftleitung 12 ausgebildet ist. Der Leitungsbereich 26 ist vorliegend beispielsweise ein Anschlussstutzen, insbesondere der Frischluftleitung 12, wobei das zuvor genannte Abgasrückführleitungsteil mittels des Anschlussstutzens mechanisch und fluidisch mit der Frischluftleitung 12 verbunden werden kann.
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Die Abgasrückführleitung 24 weist einen von dem rückzuführenden Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Rückführkanal 28 auf, welcher teilweise in dem Anschlussstutzen verläuft beziehungsweise durch den Anschlussstutzen (Leitungsbereich 26), insbesondere direkt, gebildet beziehungsweise begrenzt sein kann. Der Rückführkanal 28 ist fluidisch mit dem Frischluftkanal 14 verbunden, wodurch das den Rückführkanal 28 durchströmende Abgas aus dem Rückführkanal 28 ausströmen und in den Frischluftkanal 14 einströmen kann. Hierdurch ist das den Rückführkanal 28 durchströmende Abgas in den Frischluftkanal 14 einleitbar und somit rückführbar.
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Um nun das Abgas besonders vorteilhaft rückführen zu können, weist die Abgasrückführleitung 24 ein in den Frischluftkanal 14 hineinragendes, einen Leitungsbereich L des Rückführkanals 28 begrenzendes und sich in Strömungsrichtung des den Leitungsbereich L durchströmenden Abgases verjüngendes Leitungsteil 30 auf, welches sich zu dem Verdichterrad 20 hin verjüngt. Die Strömungsrichtung des den Leitungsbereich L durchströmenden Abgases ist in 1 durch einen Pfeil 32 veranschaulicht und verläuft dabei in Längserstreckungsrichtung des Leitungsteils 30. Das Leitungsteil 30 weist eine den Leitungsbereich L entlang einer senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufenden und in 1 durch einen Doppelpfeil 34 veranschaulichten Richtung begrenzenden Mantelfläche M auf, welche mehrere, zumindest in Umfangsrichtung des Leitungsteils 30 aufeinanderfolgende, und voneinander beabstandete und von dem Abgas durchströmbare Durchströmöffnungen 36 aufweist. Über die Durchströmöffnungen 36 ist der Rückführkanal 28 fluidisch mit dem Frischluftkanal 14 verbunden.
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Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform weist das Leitungsteil 30 eine Spitze S auf, an welcher das Leitungsteil 30 endet. Die Spitze S ist dabei dem Verdichterrad 20 zugewandt. Beispielsweise liegt die Spitze S auf der Drehachse 22.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Abgasrückführeinrichtung 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Leitungsteil 30 beispielsweise zumindest im Wesentlichen konusförmig, kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei eine Längsmittelachse 38 des Leitungsteils 30 mit der Drehachse 22 des Verdichterrads 20 zusammenfällt. Dabei ist das Leitungsteil 30 bei der zweiten Ausführungsform bezüglich der Längsmittelachse 38 beziehungsweise bezüglich der Drehachse 22 rotationssymmetrisch ausgebildet. Außerdem weist das Leitungsteil 30 bei der zweiten Ausführungsform an seinem in dem Frischluftkanal 14 angeordneten und dem Verdichterrad 20 zugewandten Ende E eine Stirnseite 40 mit genau einer weiteren, von dem Abgas aus dem Rückführkanal 28 durchströmbaren Durchströmöffnung 42 auf. Hierdurch kann das Abgas besonders vorteilhaft rückgeführt werden. Das Leitungsteil 30 kann einstückig mit dem Leitungsbereich 26 und/oder einstückig mit der Frischluftleitung 12 ausgebildet sein, oder das Leitungsteil 30 ist separat von dem Leitungsbereich 26 und/oder separat von der Frischluftleitung 12 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abgasrückführeinrichtung
- 12
- Frischluftleitung
- 14
- Frischluftkanal
- 16
- Verdichter
- 18
- Verdichtergehäuse
- 20
- Verdichterrad
- 22
- Drehachse
- 24
- Abgasrückführleitung
- 26
- Leitungsbereich
- 28
- Rückführkanal
- 30
- Leitungsteil
- 32
- Pfeil
- 34
- Doppelpfeil
- 36
- Durchströmöffnungen
- 38
- Längsmittelachse
- 40
- Stirnseite
- 42
- Durchströmöffnung
- E
- Ende
- L
- Längenbereich
- M
- Mantelfläche
- S
- Spitze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016215873 A1 [0002]
- DE 102009053463 A1 [0002]
