DE19810840A1 - Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung - Google Patents
Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit AbgasrückführungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit zumindest einem Einlaßkanal je Zylinder, über den neben Frischgas auch Abgas der Brennkraftmaschine in den Zylinder rückführbar ist und wobei für jeden Zylinder in einem im Einlaßkanal mündenden Abgas-Rückführkanal ein die rückgeführte Abgasmenge bestimmendes Steuerventil vorgesehen ist. Sowohl hinsichtlich der konstruktiven Ausführung als auch hinsichtlich der gleichartigen parallelen Ansteuerung der einzelnen zylinderindividuellen AGR-Asteuerventile ergibt sich ein relativ hoher Aufwand, den so gering als möglich zu halten sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt hat. Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführkanäle zumindest zweier nebeneinanderliegender Zylinder baulich zu einer Abgasrückführ-Einheit (AGR-Einheit) zusammengefaßt sind, in der auch die gemeinsam betätigten Steuerventile angeordnet sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit zumindest
einem Einlaßkanal je Zylinder, über den neben Frischgas auch Abgas der
Brennkraftmaschine in den Zylinder rückführbar ist und wobei für jeden Zy
linder in einem im Einlaßkanal mündenden Abgas-Rückführkanal ein die
rückgeführte Abgasmenge bestimmendes Steuerventil vorgesehen ist, und
geht aus von der DE 43 10 839 A1.
Wie bekannt wird bei der sog. externen Abgasrückführung (AGR) ein Teil
des von den Brennkraftmaschinen-Zylindern ausgestoßenen Abgases über
die Zylinder-Einlaßkanäle neuerlich in die Zylinder-Brennräume eingeführt.
Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit zumindest zwei Einlaßkanälen je
Zylinder, die eine unterschiedliche Einströmcharakteristik aufweisen, kann es
erwünscht sein, das rückgeführte Abgas nur über einen dieser (bspw. bei
den) Einlaßkanäle in den Brennraum einzuleiten. So kann einer der Einlaß
kanäle als sog. Drallkanal ausgebildet sein, d. h. Maßnahmen aufweisen, mit
Hilfe derer die über diesen Einlaßkanal eingebrachte Ladung unter einem
auf die Zylinder-Längsachse bezogenen Drall in den Brennraum einströmt.
Der (oder die) andere(n) Einlaßkanal (Einlaßkanäle) kann (oder können) ein
sog. Füllkanal sein und demzufolge einen möglichst geringen Strömungswi
derstand aufweisen.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß bei der o.g. DE 43 10 839 A1
das rückzuführende Abgas in den Füllkanal eingeleitet wird, daß es alternativ
aber auch von besonderem Vorteil sein kann, das rückzuführende Abgas
über einen Drallkanal in den Zylinder-Brennraum einzuleiten. Dann nämlich
kommt das rückgeführte Abgas im Zylinder in bestmöglichen Kontakt mit der
Zylinderwand und erwärmt diese, was eine verbesserte Aufbereitung des in
den Zylinder eingebrachten Frischgas-Brennstoff-Gemisches zur Folge ha
ben kann. Aber auch durch andere Effekte kann die Gemischbildung und
Verbrennung im Zylinder-Brennraum verbessert werden, wenn das rückzu
führende Abgas über einen Drallkanal zugeführt wird.
Unabhängig davon, über welchen von mehreren Zylinder-Einlaßkanälen nun
das rückzuführende Abgas in den Brennkraftmaschinen-Zylinder eingeleitet
wird, stellt sich bei einer zylinderindividuellen AGR (= Abgasrückführung), bei
der also das Abgas nicht in die Sauganlage der Brennkraftmaschine, son
dern in die zylinderindividuellen Einlaßkanäle eingeleitet wird, das Problem,
daß die Einlaßkanäle der einzelnen Brennkraftmaschinen-Zylinder nicht über
die das Abgas heranführenden sog. Abgas-Rückführkanäle miteinander ver
bunden sein sollen, wenn kein Abgas rückgeführt wird. Wie bekannt wird
nämlich eine AGR bei Brennkraftmaschinen nur in bestimmten Brennkraft
maschinen-Betriebspunkten durchgeführt bzw. aktiviert, weshalb üblicher
weise ein die rückgeführte Abgasmenge bestimmendes Steuerventil vorge
sehen ist.
Münden nun zylinderindividuelle Abgas-Rückführkanäle in den zylinderindi
viduellen Einlaßkanälen, so ist eine strömungsdynamische Entkoppelung der
Einlaßkanäle der einzelnen Zylinder bei stillgesetzter, d. h. nicht aktivierter
AGR nur dann gegeben, wenn in jedem der Rückführkanäle ein Sperrventil
oder dgl. vorgesehen ist, das diesen Rückführkanal bei stillgesetzter AGR
versperrt. Auch bei durch das Steuerventil gedrosselter AGR ist eine strö
mungsdynamische Entkoppelung der einzelnen Zylinder-Einlaßkanäle gege
ben, wenn in jedem Rückführkanal ein die rückgeführte Abgasmenge be
stimmendes Steuerventil vorgesehen ist, so wie dies in der bereits mehrfach
genannten DE 43 10 839 A1 gezeigt ist.
Sowohl hinsichtlich der konstruktiven Ausführung als auch hinsichtlich der
gleichartigen parallelen Ansteuerung der einzelnen zylinderindividuellen
AGR-Steuerventile ergibt sich dann jedoch ein relativ hoher Aufwand, den so
gering als möglich zu halten sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe ge
stellt hat.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführ
kanäle zumindest zweier nebeneinander liegender Zylinder baulich zu einer
Abgasrückführ-Einheit (AGR-Einheit) zusammengefaßt sind, in der auch die
gemeinsam betätigten Steuerventile angeordnet sind. Vorteilhafte Aus- und
Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs
beispieles, wobei in Fig. 1 ein Längsschnitt (Schnitt A-A aus Fig. 2) einer
erfindungsgemäßen Abgasrückführ-Einheit dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt den Schnitt B-B aus Fig. 1.
Fig. 3 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen Ausschnitt einer mehrzylindri
gen Brennkraftmaschine mit zylinderindividueller Abgasrückführung (AGR)
und wird zunächst erläutert.
Mit der Bezugsziffer 1 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die mehrere
in Reihe angeordnete Zylinder 2 besitzt. Jedem Zylinder 2 sind zwei Einlaß
kanäle 3a, 3b sowie ein Auslaßkanal 4 zugeordnet, die - wie üblich - zum
Zylinder-Brennraum hin von nicht näher dargestellten Hubventilen ver
schließbar sind. Sämtliche Einlaßkanäle 3a, 3b aller Zylinder 2 werden von
einer Sauganlage 5 mit Frischgas versorgt, zusätzlich ist in jeden Einlaßka
nal 3a jedes Zylinders 2 über einen Rückführkanal 6 in die Brennräume zu
rückzuführendes Abgas einleitbar, welches vom zuvor über die Auslaßkanäle
4 aller Zylinder 2 abgeführten Abgasstrom abgezweigt wurde. Mit dem zu
rückzuführenden Abgas versorgt werden die Rückführkanäle 6 dabei von
einem in Fig. 3 nicht gezeigten Abgas-Verteilerraum aus, d. h. in diesen Ab
gas-Verteilerraum, der in den Fig. 1, 2 die Bezugsziffer 11 trägt, wird ein
Teil des Abgasstromes eingeleitet.
In jedem Rückführkanal 6 jedes Zylinders 2 ist ein die rückgeführte Abgas
menge bestimmendes Steuerventil 7 (auch zylinderindividuelles AGR-
Steuerventil 7 genannt) vorgesehen, mit Hilfe dessen einstellbar ist, ob und
wieviel Abgas in den zugehörigen Einlaßkanal 3a gelangt. Wird dabei in ge
wissen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine (wie üblich) kein Abgas in
die Zylinder 2 zurückgeführt, so stehen aufgrund der dann geschlossenen
Steuerventile 7 die Einlaßkanäle 3a aller Zylinder 2 über die Rückführkanäle
6 nicht miteinander in strömungsdynamischer Verbindung, so wie dies auch
gewünscht ist.
Um den Aufwand sowohl hinsichtlich der konstruktiven Ausführung als auch
hinsichtlich der erforderlich gleichartigen, d. h. parallelen Ansteuerung der
einzelnen zylinderindividuellen AGR-Steuerventile 7 so gering als möglich zu
halten, sind die Rückfuhrkanäle 6 zumindest zweier nebeneinander liegen
der Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 baulich zu einer sog. Abgasrück
führ-Einheit 10 (kurz auch AGR-Einheit 10 genannt) zusammengefaßt, in
der auch die gemeinsam betätigten Steuerventile 7 angeordnet sind. Diese
AGR-Einheit 10 ist in den Fig. 1, 2 dargestellt und wird im folgenden er
läutert.
Wie ersichtlich handelt es sich bei der gezeigten AGR-Einheit 10 um eine
solche für eine vierzylindrige Reihen-Brennkraftmaschine, nachdem die
AGR-Einheit 10 vier nebeneinander liegende, d. h. in Reihe angeordnete
Rückführkanäle 6 besitzt. Innerhalb der AGR-Einheit 10 ist ein einziger sog.
Abgas-Verteilerraum 11 vorgesehen, von welchem die Rückführkanäle 6
abzweigen, d. h. die Eintrittsöffnung 8 jedes Rückführkanales 6 liegt im Ver
teilerraum 11, dem über eine in der AGR-Einheit 10 vorgesehene Einlaßöff
nung 9 Abgas der Brennkraftmaschine zuführbar ist. Mit seinem der Eintritts
öffnung 8 gegenüberliegenden Ende mündet jeder Rückführkanal 6 in einen
Einlaßkanal 3a eines Zylinders 2 der vierzylindrigen Reihen-Brennkraft
maschine 1, was in Fig. 1 jedoch nicht dargestellt ist und wozu auf Fig. 3 so
wie auf die obigen Erläuterungen dazu verwiesen wird.
Die AGR-Einheit 10 ist aus zwei Gehäuseteilen 12a, 12b aufgebaut, die den
Verteilerraum 11 begrenzen und wobei an das (untere) bereichsweise wan
nenförmige Gehäuseteil 12a gleichzeitig die Rückführkanäle 6 angeformt
sind, für welches das andere (obere) Gehäuseteil 12b quasi ein Deckelteil
bildet. Im (unteren) Gehäuseteil 12a ist auch die Einlaßöffnung 9 vorgese
hen, über welche Abgas der Brennkraftmaschine in den Verteilerraum 11
eingeführt wird. Ferner sind innerhalb der AGR-Einheit 10 als Dichtkegel
ausgebildete Steuerventile 7 angeordnet, mit Hilfe derer die Eintrittsöffnun
gen 8 der Rückführkanäle 6 mehr oder weniger versperrbar sind.
Jedem Rückführkanal 6 ist ein eigenes derartiges Dichtkegel-Steuerventil 7
zugeordnet, welche im folgenden auch einfach als Dichtkegel 7 bezeichnet
werden. Jede Eintrittsöffnung 8 ist geeignet gestaltet bzw. hier konisch ge
formt, so daß dann, wenn der Dichtkegel 7 auf der Wand der Eintriftsöffnung
8 aufliegt, die Verbindung zwischen dem zugehörigen Rückführkanal 6 sowie
dem Abgas-Verteilerraum 11 unterbrochen ist. Jeder Dichtkegel 7 ist aber
auch in Kegelachsrichtung 13 verschiebbar und somit von der Wand der
Eintrittsöffnung 8 abhebbar, so daß dann Abgas aus dem Verteilerraum 11 in
den zugehörigen Rückführkanal 6 einströmen kann. Dabei wird die Menge
des in den Rückführkanal 6 gelangenden Abgases durch den Grad des Ab
hebens jedes Dichtkegels 7 von der Wand der zugehörigen Eintriftsöffnung 8
bestimmt, d. h. je weiter gemäß Pfeilrichtung 14 der Dichtkegel 7 (bzw. das
Steuerventil 7) von der Eintrittsöffnung 8 entfernt ist, desto mehr Abgas kann
aus dem Verteilerraum 11 in den entsprechenden Rückführkanal 6 gelan
gen.
Wie ersichtlich sind sämtliche Dichtkegel-Steuerventile 7 der AGR-Einheit 10
auf einer (zumindest im wesentlichen) in Kegelachsrichtung 13 (d. h. in bzw.
gegen Pfeilrichtung 14) verschiebbaren Stellplatte 15 angeordnet, die sich
ebenfalls innerhalb des Verteilerraumes 11 befindet. Vorgesehen ist ferner
ein in seiner Gesamtheit mit 16 bezeichnetes Stellorgan, mit Hilfe dessen die
Stellplatte 15 wie genannt verschiebbar ist. Durch eine entsprechende Betä
tigung des einzigen Stellorganes 16 können somit sämtliche Dichtkegel-
Steuerventile 7 im wesentlichen gleichartig positioniert werden, so daß über
die Rückführkanäle 6 sämtlichen Brennkraftmaschinen-Zylindern 2 im we
sentlichen die gleiche Abgasmenge zuführbar ist.
Zum Toleranzausgleich sind die Dichtkegel 7 ihrerseits gegenüber der Stell
platte 15 jeweils gegen Federkraft geringfügig in Kegelachsrichtung 13 ver
schiebbar. Wie ersichtlich ist jeder Dichtkegel 7 mittels eines geringfügig fe
dernden Clipselementes 17a in eine geeignete Aussparung 15a der Stell
platte 15 eingeclipst, wobei zwischen der dem Clipselement 17a gegenüber
liegenden Seite der Stellplatte 15 und dem nicht näher bezeichneten Ke
gelabschnitt des Dichtkegels 7 ein Druckfederelement 17b eingespannt ist.
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß zumindest in der Schließposition der
Dichtkegel-Steuerventile 7 alle Dichtkegel 7 die zugehörigen Mündungsöff
nungen 8 der Rückführkanäle 6 hundertprozentig gegenüber dem Verteiler
raum 11 absperren.
Was die Ausbildung des Stellorganes 16 zum Verschieben der Stellplatte 15
in Kegelachsrichtung 13 sowie die Aufhängung bzw. Führung der Stellplatte
15 betrifft, so handelt es sich bei dem Stellorgan 16 um eine elektromoto
risch betätigte Stellerstange 16a, auf der die Stellplatte 15 aufliegt. Letztere
ist dabei mit Führungsstiften 15b versehen, die in Führungsaufnahmen 12c,
welche an der Innenseite des (oberen) Gehäuseteiles 12b der AGR-Einheit
10 vorgesehen sind, in Kegelachsrichtung 13 verschiebbar geführt sind. An
jeder Führungsaufnahme 12c ist ferner eine Schraubendruckfeder 18 vorge
sehen, die zwischen dem Gehäuseteil 12b und der Stellplatte 15 einge
spannt ist, so daß sich die Stellplatte 15 stets auf der Stellerstange 16a ab
stützt, die sich wie ersichtlich auf der den Schraubendruckfedern 18 abge
wandten Seite der Stellplatte 15 befindet.
Die Stellerstange 16a selbst ist in ihrem der Stellplatte 15 abgewandten Ab
schnitt als Zahnstange 16b ausgebildet und ragt mit diesem Zahnstangen
abschnitt 16b aus dem (unteren) Gehäuseteil 12a der AGR-Einheit heraus.
Mit diesem Zahnstangenabschnitt 16b kämmt das Ritzel 16c einer Elektro
motorwelle 16d (vgl. Fig. 2) eines nicht gezeigten Elektromotores. Durch ge
eignete Ansteuerung dieses Elektromotores ist somit die Stellerstange 16a
und damit auch die Stellplatte 15 mit den Dichtkegel-Steuerventilen 7 in bzw.
gegen Pfeilrichtung 14 (und dabei in Kegelachsrichtung 13) verschiebbar. Im
übrigen ist das Ritzel 16c sowie der Zahnstangenabschnitt 16b von einem an
das (untere) Gehäuseteil 12a angeflanschten Stellorgan-Gehäuse 16e um
geben, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere
konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel
gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
Insgesamt zeichnet sich die beschriebene AGR-Einheit 10 durch einen äu
ßerst einfachen Aufbau aus, was auch der Funktionssicherheit und Zuver
lässigkeit förderlich ist. Auf einfache Weise können dabei die zylinderindivi
duellen Steuerventile 7 zur Bestimmung der in die Zylinder-Einlaßkanäle 3a
der Brennkraftmaschine 1 eingeleiteten und somit rückgeführten Abgasmen
ge mittels eines einzigen Stellorganes 16 wie gewünscht positioniert werden.
In diesem Zusammenhang sei abschließend nochmals auf Fig. 3 verwiesen.
Hierin ist erkennbar, daß das zylinderseitige Ende des Einlaßkanales 3a in
einer drallerzeugenden Weise ausgebildet ist, d. h. der Einlaßkanal 3a stellt
einen sog. Drallkanal gemäß dem zweiten und dritten Absatz der Beschrei
bungseinleitung (vgl. oben) dar, während der andere Einlaßkanal 3b als ein
im Hinblick auf minimalen Strömungswiderstand optimierter Füllkanal fun
giert.
1
Brennkraftmaschine
2
Zylinder
3
a Einlaßkanal (Drallkanal)
3
b Einlaßkanal (Füllkanal)
4
Auslaßkanal
5
Sauganlage
6
(Abgas-)Rückführkanal
7
Steuerventil (= Dichtkegel)
8
Eintrittsöffnung (von
6
in
10
,
11
)
9
Einlaßöffnung (von
10
)
10
Abgasrückführ-Einheit (AGR-Einheit)
11
(Abgas-)Verteilerraum
12
a (unteres) Gehäuseteil (von
10
)
12
b (oberes) Gehäuseteil (von
10
)
12
c Führungsaufnahme
13
Kegelachsrichtung (von
7
)
14
Pfeilrichtung
15
Stellplatte
15
a Aussparung
15
b Führungsstift
16
Stellorgan
16
a Stellerstange
16
b Zahnstangenabschnitt
16
c Ritzel
16
d Elektromotorwelle
16
e Stellorgan-Gehäuse
17
a Clipselement
17
b Druckfederelement
18
Schraubendruckfeder
Claims (6)
1. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit zumindest einem Einlaßkanal
(3a) je Zylinder (2), über den neben Frischgas auch Abgas der Brenn
kraftmaschine (1) in den Zylinder rückführbar ist und wobei für jeden
Zylinder (2) in einem im Einlaßkanal (3a) mündenden Abgas-
Rückführkanal (6) ein die rückgeführte Abgasmenge bestimmendes
Steuerventil (7) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführkanäle (6) zumindest zwei
er nebeneinander liegender Zylinder (2) baulich zu einer Abgasrück
führ-Einheit (AGR-Einheit 10) zusammengefaßt sind, in der auch die
gemeinsam betätigten Steuerventile (7) angeordnet sind.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführ-Einheit (AGR-Einheit
10) einen Verteilerraum (11) aufweist, in den das rückzuführende Ab
gas über eine Einlaßöffnung (9) einleitbar ist, und von dem die zu den
Zylinder-Einlaßkanälen (3a) führenden Rückführkanäle (6) abzweigen,
wobei die geeignet gestalteten Eintrittsöffnungen (8) der Rückführka
näle (6) vom Verteilerraum (11) aus durch die als Dichtkegel ausge
bildeten Steuerventile (7) mehr oder weniger versperrbar sind.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtkegel (7) auf einer im wesentli
chen in Kegelachsrichtung (13) verschiebbaren Stellplatte (15) ange
ordnet sind.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtkegel (7) ihrerseits gegenüber
der Stellplatte (15) jeweils gegen Federkraft geringfügig in Kegelachs
richtung (13) verschiebbar sind.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführ-Einheit (AGR-Einheit
10) mit einem Stellorgan (16) zum Verschieben der Stellplatte (15)
versehen ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit
zumindest zwei Einlaßkanälen (3a, 3b) je Zylinder (2), von denen ei
ner als Drallkanal ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführkanäle (6) der Abgasrück
führ-Einheit (AGR-Einheit 10) in die Drallkanäle der Zylinder münden.
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