DE19819123A1 - Abgas-Rückführungsvorrichtung in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Abgas-Rückführungsvorrichtung in einer Brennkraftmaschine weist eine Rückführungsleitung zwischen dem Abgasstrang und dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und ein einstellbares Sperrventil zur Einstellung des rückgeführten Abgasstromes auf. DOLLAR A Um einen weitgehend ungestörten Strömungsverlauf der Ansaugluft zu gewährleisten, ist das Sperrventil in mindestens einem Mündungsbereich der Rückführungsleitung in den Ansaugtrakt angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgas-Rückführungsvorrichtung in einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind Abgas-Rückführungsvorrichtungen bekannt, die eine Rückführungsleitung zwischen dem Abgasstrang und dem Ansaug­ trakt der Brennkraftmaschine mit einem in der Rückführungs­ leitung angeordneten, einstellbaren Sperrventil umfassen. Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine ist das Sperrventil in Öffnungsstellung geschaltet, so daß ein Teil des Abgas­ stromes über die Rückführungsleitung in den Ansaugtrakt zu­ rückgeleitet, mit angesaugter Frischluft vermischt und er­ neut der Verbrennung im Motor zugeführt wird. Durch die Rückführung kann der Schadstoffanteil im Abgas reduziert werden.

Im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine befindet sich dage­ gen das Sperrventil in seiner Schließstellung, so daß kein Abgas in den Ansaugtrakt zurückgeführt wird und die Zylinder ausschließlich mit Frischluft beschickt werden.

Bei der Abgasrückführung kann das Problem auftreten, daß im Leitungsabschnitt zwischen dem Sperrventil und dem Ansaug­ trakt als Folge der oszillierenden Öffnungs- und Schließbe­ wegung des Einlaßventils Resonanzen entstehen können, die zu einer unerwünschten Wechselwirkung mit dem angesaugten Frischluftstrom führen können. Durch die Resonanzen können in dem Leitungsabschnitt der Rückführungsleitung Strö­ mungsimpulse entstehen, die die Einströmung der Ansaugluft in die Brennräume der einzelnen Zylinder negativ beeinflus­ sen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Abgas-Rück­ führungsvorrichtung in einer Brennkraftmaschine so aus­ zubilden, daß ein weitgehend ungestörter Strömungsverlauf der Ansaugluft möglich ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Da das Sperrventil nunmehr im Mündungsbereich der Rückfüh­ rungsleitung in dem Ansaugtrakt angeordnet ist, hat die Rückführungsvorrichtung bei geschlossenem Sperrventil keinen Einfluß auf die Einströmung der Ansaugluft in den mindestens einen durch das Sperrventil beaufschlagten Brennraum des Mo­ tors. Resonanzen in der Rückführungsleitung infolge oszil­ lierender Strömungsimpulse im Ansaugtrakt werden dadurch vermieden, Wechselwirkungen zwischen der Gassäule in der Rückführungsleitung und der einströmenden Frischluft können nicht entstehen. Die Frischluft kann vollständig gegen das in der Rückführungsleitung eingeschlossene Abgasvolumen iso­ liert werden. Bei zylinderselektiver Einleitung soll zusätz­ lich auch das Übersprechen der einzelnen Zylinder unterein­ ander verhindert werden.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung verzweigt die Rück­ führungsleitung in mehrere Rückführungskanäle, die jeweils in einen Ansaugkanal einmünden, welcher jeweils einem Zylin­ dereinlaß zugeordnet ist. In jedem Mündungsbereich eines Rückführungskanals in einen Ansaugkanal ist ein Sperrventil angeordnet, so daß die Zufuhr des Abgases für jeden Ansaug­ kanal einzeln eingestellt werden kann und eine exakt ein­ stellbare Zufuhr von Abgas in den jeweiligen Zylinder mög­ lich ist.

Bevorzugt ist in der Rückführungsleitung vor der Verzweigung in die einzelnen Rückführungskanäle ein Abgassammler ange­ ordnet, der mögliche Druckimpulse aus dem Abgasstrang kom­ pensiert, so daß auch bei geöffnetem Sperrventil eines Rück­ führungskanals eine unerwünschte Druckübertragung vom Ab­ gasstrang auf die Ansaugluft vermieden wird.

Das Sperrventil ist vorteilhaft über eine Stellvorrichtung zu betätigen, die das Sperrventil des jeweils saugenden Zy­ linders im Teillastbetrieb öffnet. Das Sperrventil bzw. die Stellvorrichtung ist elektromagnetisch, hydraulisch, pneuma­ tisch oder auch mechanisch zu betätigen, beispielsweise über eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeich­ nungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftma­ schine mit Abgas-Rückführungsvorrichtung,

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der Abgas-Rückfüh­ rungsvorrichtung.

Der in Fig. 1 gezeigten Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine wird über einen Ansaugtrakt 5 Ansaugluft zugeführt. Der An­ saugtrakt 5 besteht aus einem Luftsammelrohr 7 und vom Luftsammelrohr 7 abzweigenden, je einem Zylindereinlaß zuge­ ordneten Ansaugkanälen 8a, 8b, 8c, 8d. Die Abgase der Brenn­ kraftmaschine werden in einem Abgasstrang 4 zusammengeführt, einer katalytischen Reinigung unterzogen und dann in die At­ mosphäre abgeleitet.

Um die Schadstoffe in den Abgasen zu reduzieren, ist eine Abgas-Rückführungsvorrichtung 2 vorgesehen, über die ein Teil des Abgases dem Abgasstrang 4 entnommen und der Ansaug­ luft im Ansaugtrakt 5 wieder beigemischt und damit zum Motor zurückgeführt werden kann.

Die Abgas-Rückführungsvorrichtung 2 umfaßt eine Rückfüh­ rungsleitung 3, die vom Abgasstrang 4 abzweigt und einen Teil des Abgases zum Ansaugtrakt 5 der Brennkraftmaschine zurückführt. Die Rückführungsleitung 3 verzweigt in einzelne Rückführungskanäle 3a, 3b, 3c, 3d, die jeweils in die An­ saugkanäle 8a, 8b, 8c und 8d münden; die Anzahl der von der Rückführungsleitung 3 verzweigenden Rückführungskanäle ent­ spricht der Anzahl der Ansaugkanäle bzw. der Anzahl der Zy­ linder der Brennkraftmaschine.

Im Bereich der Abzweigung der Rückführungskanäle ist in der Rückführungsleitung 3 ein Abgassammler 9 angeordnet, aus dem die Rückführungskanäle 3a bis 3d gespeist werden.

Im Mündungsbereich der Rückführungskanäle 3a bis 3d in die Ansaugkanäle 8a bis 8d sind Sperrventile 6a bis 6d angeord­ net, die über jeweils eine Stellvorrichtung in Abhängigkeit des Betriebs- bzw. Lastzustands der Brennkraftmaschine in Öffnungs- oder Sperrstellung versetzt werden und die Ein­ strömung des Abgases in die Ansaugkanäle freigeben bzw. ab­ sperren. Die Sperrventile 6a bis 6d sind unabhängig vonein­ ander ansteuerbar. Durch die Position der Sperrventile un­ mittelbar am Mündungsbereich der Rückführungskanäle in die Ansaugkanäle wird erreicht, daß in Sperrstellung der Sperr­ ventile die Strömung der Ansaugluft unbeeinflußt von Druck­ impulsen in der Rückführungsleitung bleibt. Es werden außer­ dem unerwünschte Resonanzerscheinungen in der Gassäule in der Rückführungsleitung vermieden, die ebenfalls den Strö­ mungsfluß der Ansaugluft beeinträchtigen könnten, als auch das Übersprechen einzelner Zylinder.

In Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt dargestellt, der den Mündungsbereich 12 des Rückführungskanals 3a in den An­ saugkanal 8a zeigt. Der Ansaugkanal 8a mündet in den Zylin­ dereinlaß 10 mit dem Einlaßventil 11; in Öffnungsstellung des Einlaßventils 11 wird dem Zylinder Ansaugluft zugeführt. Das Sperrventil 6a, das im Endabschnitt des Rückführungska­ nals 3a angeordnet ist, besteht aus einem Ventilteller an einem Ventilschaft und ist über eine schematisch angedeutete Stellvorrichtung 13 zwischen Öffnungs- und Schließstellung verstellbar. In Schließstellung liegt der Ventilteller des Sperrventils 6a strömungsdicht in seinem Ventilsitz im Mün­ dungsbereich 12. Das Sperrventil 6a ist zweckmäßig in der Weise plaziert, daß in Öffnungsstellung der Ventilteller noch im Endabschnitt des Rückführungskanals 3a liegt, ohne in den freien Strömungsquerschnitt des Ansaugkanals 8a ein­ zuragen. In dieser Ausführung wird die Strömung der Ansaug­ luft durch den Ansaugkanal weder in Schließstellung noch in Öffnungsstellung durch das Sperrventil 6a behindert.

Der Endabschnitt des Rückführungskanals 3a ist im Mündungs­ bereich 12 winklig in den Ansaugkanal 8a geführt, wobei die Strömungsrichtungen der Ansaugluft und des einströmenden Ab­ gases einen Winkel kleiner als 90°, insbesondere etwa 45°, einschließen, so daß der Strömungsrichtung der Ansaugluft keine Strömungskomponenten des Abgases entgegenstehen.

Die das Sperrventil 6a beaufschlagende Stellvorrichtung kann elektromagnetisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betätigt werden, beispielsweise über die Nockenwelle der Brennkraftmaschine. Es kann aber auch zweckmäßig sein, das Sperrventil und die Stellvorrichtung zu einer Baueinheit zu­ sammenzufassen, indem beispielsweise das Sperrventil selbst als elektromagnetisches Ventil ausgeführt wird.

Die Stellvorrichtung kommuniziert vorteilhaft mit der Motor­ steuerung der Brennkraftmaschine, die die Stellsignale zum Öffnen und Schließen des Sperrventils in Abhängigkeit des Last- und Betriebszustandes der Brennkraftmaschine erzeugt.

Der Öffnungs- und Schließfunktion des Sperrventils kann so­ wohl eine Steuerung als auch eine Regelung zugrunde liegen.

Claims (9)

1. Abgas-Rückführungsvorrichtung in einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Arbeits-Zylinder mit Ein- und Auslaß­ ventilen, mit einer Rückführungsleitung zwischen dem Ab­ gasstrang und dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und mit einem einstellbaren Sperrventil zur Einstellung des rückge­ führten Abgasstromes, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) in mindestens einem Mün­ dungsbereich (12) der Rückführungsleitung (3) in den Ansaug­ trakt (5) angeordnet ist.

2. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungsleitung (3) in eine der Zylinderanzahl entsprechende Anzahl von Rückführungskanälen (3a, 3b, 3c, 3d) verzweigt, die jeweils in einen einem Zylindereinlaß (10) zugeordneten Ansaugkanal (8a, 8b, 8c, 8d) des Ansaugtrakts (5) münden, wobei jeweils ein Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) im Mün­ dungsbereich (12) zwischen Rückführungskanal (3a, 3b, 3c, 3d) und Ansaugkanal (8a, 8b, 8c, 8d) vorgesehen ist.

3. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführungsleitung (3) vor der Verzweigung in die Rückführungskanäle (3a, 3b, 3c, 3d) ein Abgassammler (9) angeordnet ist.

4. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellvorrichtung (13) zur Öffnung und Schließung des Sperrventils (6a, 6b, 6c, 6d) vorgesehen ist und das Sperr­ ventil (6a, 6b, 6c, 6d) durch die Stellvorrichtung (13) bei ge­ öffnetem Einlaßventil (11) der Brennkraftmaschine (1) in Öffnungsstellung versetzbar ist.

5. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) elektromagnetisch betätig­ bar ist.

6. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) hydraulisch betätigbar ist.

7. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) pneumatisch betätigbar ist.

8. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) mechanisch betätigbar ist.

9. Abgas-Rückführungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (6a, 6b, 6c, 6d) über eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine (1) betätigbar ist.