DE19631337A1 - Vorrichtung zur Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Vorrichtung zur Abgasrückführung zeigt die EP 0 542 264 B1 bei der zwei separate, zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine füh­ rende Einlaßleitungen vorgesehen sind, wobei in die erste Einlaßleitung je­ weils Abgas rückgeführt wird. In der ersten und in der zweiten Einlaßleitung sind ein Einspritzventil zur Zuführung von Brennstoff vorgesehen, ferner sind beide Einlaßleitungen mit einer Drosselklappe zur Steuerung der Ver­ brennungsluftzuführung versehen. Die Steuerung dieser Brennkraftma­ schine erfolgt in herkömmlicher Weise derart, daß zunächst durch Öffnen der Drosselklappe in der ersten Einlaßleitung in Verbindung mit Abgasrück­ führung die Brennräume der Brennkraftmaschine mit Brennstoff-Luft-Ge­ misch versorgt werden, während in höheren Lastbereichen zur Erzielung höherer Gasdurchsätze die zweite Einlaßleitung hinzugeschaltet wird. Der Rückführungsmenge von Abgas sind bei dieser Vorrichtung durch die erfor­ derliche Zündfähigkeit des Brennstoff-Luftgemisches Grenzen gesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine baulich einfache und steuerungstech­ nisch günstige Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, mit der in höherem Maße und in homogener Durchmischung mit Verbrennungsluft Abgas rückführbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß in die erste Einlaßleitung das Abgas rückgeführt wird, während in der zweiten Einlaßleitung in allen Be­ triebsbereichen zumindest teilweise der Verbrennungsluftbedarf und ggf. (sofern keine Direkteinspritzung) der Brennstoff zugeführt wird. Mit dieser Maßnahme kann bei entsprechender Gestaltung der Einlaßleitungen bzw. Einlaßkanäle und bei günstiger Anordnung der Zündkerze eine Ladungs­ schichtung erzielt werden, bei der in einem Zündkerzen nahen Bereich zündwilliges Brennstoff-Luftgemisch aus der zweiten Einlaßleitung und in einem von der Zündkerze entfernteren Bereich rückgeführtes Abgas, ggf. vermischt mit weiterer Verbrennungsluft, zugeführt wird. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Maßnahme wesentlich höhere Mengen an Abgas rückführbar sind, verbunden mit niedrigen Verbräuchen der Brennkraftmaschine bei günstigen Abgasemissionen.
Die Drosselmittel können besonders vorteilhaft durch einen im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine in einem Ansaugverteiler drehbar gelagerten, rohr­ förmigen Walzendrehschieber gebildet sein, in dessen Hohlraum das Abgas rückgeführt wird, wobei der Hohlraum in besonders günstiger Weise eine gezielte Durchmischung des Abgases mit Verbrennungsluft ermöglicht (ähnlich einem Vorvolumen).
Ferner kann über den Walzendrehschieber durch entsprechende Gestaltung der Ausströmöffnungen in Verbindung mit einem in den Walzendrehschieber eingeformten Umfangskanal eine Trennung der Verbrennungsluft einerseits für die zweite Einlaßleitung und eine gezielte Zuführung rückgeführten Ab­ gases in Verbindung mit weiterer Verbrennungsluft in die erste Einlaßleitung gesteuert werden. Damit ist in einfacher und steuerungstechnisch günstiger Weise sichergestellt, daß über die zweite Einlaßleitung, in die ggf. auch Brennstoff eingeführt wird, in definierten Betriebsbereichen (insbesondere im Leerlauf) nur zündfähiges Brennstoff-Luftgemisch eingeleitet werden kann.
Ggf. kann durch eine weitere Öffnung im Walzendrehschieber in einem de­ finierten Betriebsbereich, in dem besonders viel Abgas rückgeführt werden soll, auch der zweiten Einlaßleitung gezielt Abgas zugemischt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel­ heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in
Fig. 1 einen Schnitt entlang einer Einlaßleitung eines Ansaugverteilers einer mehrzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem drehbar gelagerten Walzendrehschieber, und
Fig. 2 einen teilweise aufgebrochenen Abschnitt des Ansaugverteilers nach Fig. 1 in raumbildlicher Darstellung.
Gemäß den Fig. 1 und 2 setzt sich die Vorrichtung zur Abgasrückführung und zum Steuern der Ansaugquerschnitte im wesentlichen zusammen aus einem rohrförmigen Walzendrehschieber 10, der drehbar in einem Gehäuse bzw. in einem Ansaugverteiler 12 gelagert ist, wobei an dem Ansaugverteiler 12 Verbrennungsluft-Einlaßleitungen (allgemein mit 14 bezeichnet) in einer einheitlichen Längsebene angeschlossen sind. Über einen sämtliche Einlaß­ leitungen 14 aufnehmenden Anschlußflansch 18 ist der soweit beschriebene Ansaugverteiler 12 an den nicht dargestellten Zylinderkopf der Brennkraft­ maschine in einem Kraftfahrzeug angebaut, wobei die Einlaßleitungen 14 mit den im Zylinderkopf ausgebildeten Einlaßkanälen kommunizieren.
Entlang dem Walzendrehschieber 10 ist eine Verteilerkammer 16 vorgese­ hen, die einen generellen Lufteinlaß 20 mit einer Drosselklappe 22 zur Lei­ stungssteuerung der Brennkraftmaschine aufweist und die einen Umfangs­ abschnitt des Walzendrehschiebers 10 unter Belassung eines freien Strö­ mungsquerschnittes umschließt. Der Walzendrehschieber 10 ist in stirnseiti­ gen Deckeln des Ansaugverteilers 12 über geeignete Lager drehbar gela­ gert (nicht dargestellt).
Wie insbesondere die Fig. 2 zeigt, sind je Brennraum bzw. Zylinder 24 der Hubkolben-Brennkraftmaschine zwei separate Einlaßleitungen 14a, 14b vor­ gesehen, die zylinderkopfseitig der Brennkraftmaschine von zwei Einlaß­ ventilen 25, 27 beherrscht sind. In der zweiten Einlaßleitung 14b ist ferner eine Einspritzdüse 34 vorgesehen, über die der zugeführten Verbrennungs­ luft Brennstoff zumeßbar ist. Der Brennstoff könnte aber auch direkt in die Zylinder 24 eingespritzt werden.
In den Walzendrehschieber 10 ist im Bereich der Lufteinlaßleitung 14a eine erste Öffnung 26 in Form eines Umfangsschlitzes eingearbeitet, über die die Einlaßleitung 14a mit dem Innenraum 28 des rohrförmigen Walzendreh­ schiebers 10 ständig verbunden ist. Eine weitere, schlitzförmige Öffnung 30 im Walzendrehschieber 10 verbindet dessen Innenraum 28 mit der Vertei­ lerkammer 16 des Ansaugverteilers 12.
Im Bereich der Einlaßleitung 14b ist ferner über den Außenumfang des Wal­ zendrehschiebers 10 ein nutförmiger Umfangskanal 32 eingearbeitet, über den der Strömungsquerschnitt der zweiten Einlaßleitung 14b (vgl. auch Fig. 1) steuerbar ist. Schließlich kann in dem Walzendrehschieber 10 im Bereich der zweiten Einlaßleitung 14b eine weitere Öffnung 36 vorgesehen sein, die in einer definierten Drehwinkelstellung des Walzendrehschiebers 10 die Einlaßleitung 14b mit dem Innenraum 28 des Walzendrehschiebers 10 ver­ bindet (die ggf. vorgesehene Öffnung 36 ist in der Fig. 1 nicht dargestellt).
Innerhalb des Walzendrehschiebers 10 ist eine Abgasrückführleitung 40 angeordnet, die jeweils im Bereich der Öffnung 26 eine Ausströmöffnung für rückgeführtes Abgas aufweist und die durch einen stirnseitigen Deckel (nicht dargestellt) des Ansaugverteilers 12 hindurchgeführt über eine Leitung 38 mit einem Abgasrückführventil 42 verbunden ist. Über das Abgasrückführ­ ventil 42 und die Leitung 38 bzw. das Abgasrückführungsrohr 40 wird jeweils entsprechend den Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine eine definierte Menge Abgas in den Innenraum 28 des Walzendrehschiebers 10 rückge­ führt, das dann über die Öffnung 26 und die erste Einlaßleitung 14a über das Einlaßventil 25 dem Brennraum innerhalb des Zylinders 24 der Brenn­ kraftmaschine zugeführt wird.
Beispielsweise im Leerlauf der Brennkraftmaschine und im Teillastbereich werden über die Einlaßleitung 14a eine gesteuerte Menge Abgas rückge­ führt, wobei dieses Abgas über die Öffnung 26 im Walzendrehschieber 10 und über die Einlaßleitung 14a in den Brennraum gelangt. Der rückgeführten Abgasmenge wird Verbrennungsluft zugemischt, die über die Öffnung 30 in den Innenraum 28 des Walzendrehschiebers 10 strömt, sich in diesem mit dem Abgas vermengt und dann über die Öffnung 26 abströmt. Das über die Einlaßleitung 14a eingebrachte Abgas-Verbrennungsluft-Gemisch kann durch entsprechende Gestaltung der Einlaßleitung 14a (z. B. spiralförmig) mit einer definierten Verwirbelung bzw. Ladungsschichtung in den Brenn­ raum eingebracht werden.
Gleichzeitig wird über den Umfangskanal 32 (vgl. Fig. 1) nur Verbrennungs­ luft aus der Verteilerkammer 16 über einen im Mündungsbereich zwischen Walzendrehschieber 10 und Einlaßleitung 14b gebildeten Überströmschlitz 44 eingeleitet, die über das Einspritzventil 34 mit Brennstoff vermischt über das Einlaßventil 27 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Eine in Nähe des Einlaßventiles 27 angeordnete Zündkerze 46 zündet dieses zündfähige Brennstoff-Luftgemisch vorrangig, wobei sich die dann ausbil­ dende Flammenfront mit dem geschichteten Gemisch aus Abgas und Ver­ brennungsluft reagiert und ein Durchbrennen der Ladung sicherstellt.
Mit zunehmender Leistungsanforderung der Brennkraftmaschine, wobei der Walzendrehschieber 10 synchron mit der Drosselklappe 22 oder entkoppelt von dieser im Uhrzeigersinn verdreht wird, wird der Überströmschlitz 44 ver­ größert, bis schließlich der volle Öffnungsquerschnitt erreicht ist, bei dem die Brennkraftmaschine über die beiden Einlaßleitungen 14a und 14b mit Verbrennungsluft, Brennstoff und so weit über das Abgasrückführventil 42 definiert vorgegeben mit Abgas versorgt wird.
Über die ggf. weitere Öffnung 36 im Bereich der zweiten Einlaßleitung 14b des Walzendrehschiebers 10 kann ggf. in definierten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine (z. B. nahe Vollast) auch in die zweite Einlaßleitung 14b Abgas rückgeführt werden, indem die Öffnung 36 bei entsprechender An­ ordnung in den Mündungsbereich der Einlaßleitung 14b gerät.
Die Öffnungen 26, 30, 36 sowie die Steuerkanten des Umfangskanales 32 können entsprechend verrundet sein, um ein strömungsdynamisch günsti­ ges Umströmen des Walzendrehschiebers 10 innerhalb des Ansaugvertei­ lers 12 zu erreichen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Abgasrückführung an einer Brennkraftmaschine, insbe­ sondere für Kraftfahrzeuge, mit zumindest zwei separaten Einlaßleitungen je Brennraum und mit den Einlaßleitungen zugeordneten Drosselmitteln, über die zumindest die zweite Einlaßleitung bzw. deren Durchströmquer­ schnitt steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Einlaßlei­ tung (14a) das Abgas und in der zweiten Einlaßleitung (14b) in allen Be­ triebsbereichen zumindest teilweise der Verbrennungsluftbedarf und ggf. der Brennstoff zugeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dros­ selmittel durch einen rohrförmigen Walzendrehschieber (10) mit die Mün­ dungen der Einlaßleitungen (14a, 14b) überstreichenden Öffnungen (26, 32) gebildet sind und daß das Abgas in den Walzendrehschieber (10) rückgeführt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgas­ rückführungsrohr (40) innerhalb des Walzendrehschiebers (10) vorgese­ hen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzendrehschieber (10) im Bereich der zweiten Einlaßleitung (14b) über einen definierten Umfangswinkel einen Umfangskanal (32) aufweist, über den die zweite Einlaßleitung (14b) mit Verbrennungsluft versorgbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Walzendrehschieber (10) zusätzlich Öffnungen (30) vorgese­ hen sind, die den Innenraum (28) des Walzendrehschiebers (10) mit der stromauf liegenden Verbrennungsluftzufuhr verbinden.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der zweiten Einlaßleitung (14b) eine zusätzliche Öffnung (36) im Walzendrehschieber (10) vorgesehen ist, mittels der in einem höheren Last- und/oder Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine auch der zweite Einlaßleitung (14b) Abgas aus dem Walzendrehschieber zuführbar ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kanten der Öffnungen (26, 30, 36) und/oder des Umfangskanales (32) des Walzendrehschiebers (10) strömungsgünstig verrundet sind.
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