DE3001413A1

DE3001413A1 - Einlasseinrichtung fuer abgas- rueckfuehrungsanlage eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3001413A1
Application number: DE19803001413
Authority: DE
Inventors: Eiichi Ohnishi; Seishi Yasuhara
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-01-17
Filing date: 1980-01-16
Publication date: 1980-08-07
Also published as: JPS55104757U; DE3001413C2; US4294220A

Description

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Beschreibung

Diese Erfindung betrifft eine Einlaßöffnungseinrichtung, um Motorabgas zur Rückführung bei einem Dieselmotor abzuziehen, welcher eine Abgasrückführungsanlage (EGR-Anlage) verwendet.

Das Abgas aus einem Dieselmotor enthält eine große Menge an Ruß und anderen kleinen Partikeln, und wenn ein derartiger Ruß und derartige kleine Partikel zusammen mit dem Rückführungsgas in der Abgasrückführungsanlage zurückgeführt werden, dann werden verschiedenartige Störungen durch ■ Beinträchtigung des Öls oder Ablagerung des Rußes verursacht. Deshalb liegt ein Bedarf für eine Anordnung vor, welche den Eintritt eines derartigen Rußes und derartiger kleiner Partikel in die Abgasrückführungsanlage an einer Einlaßöffnung zur Entnahme des Abgases bis auf einen Mindestwert verringert. Gegenwärtig befinden sich nur verhältnismäßig wenig Dieselmotoren auf dem Markt, welche mit einer derartigen Abgasrückführungsanlage ausgerüstet sind, aber der gegenwärtige Trend geht dahin, zum Zweck der Reinigung des Abgases Dieselmotoren mit einer Abgasrückführungsanlage zu versehen.

Im Fall von Benzinmotoren, die nun auf dem Markt verfügbar sind, ist der negative Druck an der Einlaßseite einer Einlaßöffnung zur Entnahme des Motorabgases zur Abgasrückführung groß, und die Abgasrückführung wird dadurch bewirkt, daß man einen derartigen negativen Ansaugdruck verwendet, so daß Verbesserungen an der Betreibbarkeit und Haltbarkeit der Abgasrückführungsanlage vorgenommen wurden, während man die Abgasrückführung selbst verbessert hat, aber amn-hat andere Gesichtspunkte nicht wesentlich in Betracht gezogen. Dementsprechend ist die bauliche Ausführung des Entnahmeeinlasses zur Abgasrückführung einfach ein Loch, welches in eine Rohrwand gebohrt ist. Wenn dieselbe öffnung zur Entnahme des Abgases für die Abgasrückführung so wie die bei herkömmlichen Benzinmotoren auch bei einem Dieselmotor verwendet wird, dann neigen, weil der maximale Strömungsdurchsatz der Abgasrückführung, der für den Dieselmotor erforderlich ist, groß ist und mit dessen Ansaugströmungsdurchsatz vergleichbar sein kann, kleine Partikel

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von dem Abgas des Dieselmotors, wie etwa Ruß, dazu, zum Motor zusammen mit dem Abgas für die Abgasrückführung zurückgeleitet zu werden.

Im Fall eines Dieselmotors ist der Ansaugdruck niedrig, und, verglichen mit einem Benzinmotor, ist eine mehrfach höhere Abgasrückführung notwendig, um dasselbe Maß an Verringerung der Stickoxide (ONx) zu erreichen, und deshalb muß die Entnahme-Einlaßöffnung für das Abgas ziemlich groß sein. Im übrigen können Verbrennungsprodukte, die im Abgas enthalten sind, wie etwa Ruß und kleine Partikel, verschiedenartige Störungen veranlassen, wie beispielsweise Ablagerungen in der Abgasrückführungsanlage, was deren Funktion verschlechtert, und können in den Motorzylinder eindringen, um einen beschleunigten Abrieb der Zylinderwände und Kolbenringe und eine beschleunigte Abnutzung des Schmieröls erreichen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Schwierigkeiten bei den Vorgehensweisen aus dem Stand der Technik dadurch zu umgehen, daß man eine neuartige Einlaßöffnungseinrichtung zur Entnahme von Abgas zur Rückführung vorsieht, wobei kleine Partikel daran gehindert werden, in die Abgasrückführungsanlage einzudringen. In anderen Worten, ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung bzw. Vorkehrung vorzusehen, welche es für kleine Partikel erschwert, in eine öffnung zur Entnahme von Abgasen einzudringen.

Eine Einlaßöffnungseinrichtung zum Entnehmen von Motorabgasen zur Rückführung umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung eine Entnahmeöffnung, die in einem Strom des Motorabgases angeordnet ist, beispielsweise in einem Teil der Abgasverrohrung, sowie eine Abdeckung mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende» Das geschlossene Ende der Abdeckung liegt an der stromaufwärts gelegenen Seite der oben erwähnten öffnung, und das-offene Ende der Abdeckung ist der stromabwärts gelegenen Seite der oben erwähnten öffnung zugewandt, wobei das Motorabgas durch den hinteren Abschnitt des offenen Endes der Kappe entnommen wird.

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Wenn die Abdeckung bzw. der Deckel in der oben erwähnten Weise angeordnet ist, dann wird das Motorabgas zunächst einmal gezwungenrdie Entnahmeöffnung zu umgehen, und es wird ihm erst dann gestattet, be-züglich der allgemeinen Strömungsrichtung des Abgases eine Rückwärtswendung durchzuführen, bevor es zur Rückführung entnommen wird. Infolge der Trägheit können kleine Partikel in dem Motorabgas kaum die Rückwärtswendung durchführen, so daß es möglich wird, lediglich das Abgas zu entnehmen, während man kleine Partikel daran hindert, entnommen zu werden. Die öffnungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann am Auspuffkrümmer . eines Motors oder gerade stromabwärts von einem derartigen Auspuffkrümmer, einem Katalysator,'einem Vorschalldämpfer oder einem Hauptschalldämpfer des Motors angeschlossen sein.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug auf die beigefügte Zeichnung genommen, in welcher: Fig. 1A die Ansicht eines Längsschnitts in schematischer Form des wesentlichen Abschnitts eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist, Fig. 1B die seitliche Ansicht eines Schnitts ist, der längs der Linie X - X in Fig. 1A vorgenommen wurde,

Fig. 2-4 jeweils eine Ansicht eines Längsschnitts durch wesentliche Abschnitte anderer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist, und

Fig. 5 ein schematisches Diagramm ist, welches unterschiedliche, mögliche Positionen zur Anordnung der Entnahmeöffnungseinrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt.

Eine Einlaßöffnungseinrichtung zum Entnehmen von Motorabgas zur Rückführung in eina Ansauganlage kann an verschiedenen Stellen angeordnet sein; und zwar am Auspuffkrümmer eines Motors oder unmittelbar stromabwärts hiervon bezüglich der Strömungsrichtung des Motorabgases, wie durch den Punkt A in Fig. 5 gezeigt ist; stromabwärts von einem Vorschalldämpfer oder Katalysator, wie durch den Punkt B in Fig. 5 gezeigt ist, oder am Auspuffrohr stromabwärts vom Hauptschalldämpfer, wie durch den Punkt C in Fig. 5 gezeigt ist. Die Einlaßöffnungseinrichtung gemäß der

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vorliegenden Erfindung kann also an irgendeiner der oben erwähnten Punkte A, B oder C angebracht sein. Fig« 5 zeigt den Fall des Motorabgas-Rückführungsweges, der die Entnahme an der Stelle B umfaßt, als ein Beispiel, das durch ausgezogene Linien dargestellt ist, während die Wege in bezug auf die Entnahme an den Stellen A und C als die möglichen Alternativlösungen durch gestrichelte Linien dargestellt sind. In dieser Figur dient ein Ansaugkrümmer 101 zum Zuführen von Luft-Treibstoffgemisch zum Motor 103 mit einem Auspuffkrümmer 102, und das Abgas vom Motor wird einem Vorschalldämpfer oder Katalysator 104 und ferner einem Hauptschalldämpfer 105 zugeführt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 beschrieben, welche die Verrohrung lediglich schematisch zeigen. Wie in diesen Figuren gezeigt ist, steht ein Abgasrohr 1 mit einem Abgasrückführungsrohr 2 durch einen Entnahme-Einlaß oder eine Entnahme-Öffnung 3 in Verbindung, die zur Funktion als Einlaßöffnung oder Einlaß-Durchlaß zum Rückführen des Abgases vorgesehen ist. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Entnahmeöffnung in der Mitte des Abgasstromes angeordnet. Eine Kappe bzw. ein Deckel 4 ist derart angeordnet, daß das geschlossene Ende der Kappe 4 an der stromaufwärts gelegenen Seite der Entnahmeöffnung mit einem Abstand hierzu vorliegt, während das offene Ende 5 der Kappe 4 der stromabwärts gelegenen Seite der Entnahmeöffnung 3 zugewandt ist. Die derart angeordnete Kappe dient zur Nutzung einer Erscheinung, die darin besteht, daß kleine Partikel mit einer gewissen Masse eine höhere Trägheit aufweisen als die des Abgases, und daß es schwierig ist, die Bewegungsrichtung der kleinen Partikel zu ändern. Genauer gesagt, die kleinen Partikel im Abgas werden durch die äußere Umfangswand der Kappe 4 durch den Venturi-Rohr-Effekt bzw. durch Düsenwirkung beschleunigt, und wenn derart beschleunigte, kleine Partikel in die Entnahmeöffnung 3 eintreten sollen, dann ist es für sie erforderlich, eine Wendung um 180° vor einem derartigen Eintritt durchzuführen. Durch diese Anordnung ist es für die kleinen Partikel erschwert, durch die öffnung 3 einzudringen. Die Ausführungsbeispiele der

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Fig. 1 bis 3 weisen Entnahmeöffnungen 3 auf, welche stromaufwärts gerichtet sind, um noch mehr Richtungsänderungen des Abgases erforderlich zu machen, bevor es in das Abgasrückführungsrohr 2 eintritt, verglichen mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4, bei welchem die Entnahmeöffnung 3 unmittelbar in Stromabwärts-Richtung des Abgases im Rohr 1 gerichtet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Form der Kappe 4¹ derart gewählt, daß die kleinen Partikel in Richtungen nach außen beschleunigt werden (Fliehkraftrichtungen), um eine noch weitere Abtrennung der kleinen Partikel vom Abgas zu bewirken, verglichen mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 umfaßt Stromführungsplatten 6, die neben dem offenen Ende 5 der Abdeckung 4 angebracht sind, und zwar zum Zweck, die Strömung des Abgases dort längs der Stromfäden auszurichten und an dieser Stelle eine übermäßige Turbulenz zu vermeiden. In den Ausführungsbeispxelen der Figuren 1 bis 4 stellt das Bezugszeichen 7 Abstützungsstäbe dar.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau wird das Abgas durch das offene Ende 5 der Abdeckung 4 hindurch abgezogen, welches stromabwärts angeordnet ist, und zwar erst nach der Beschleunigung, die durch die Anwesenheit der Kappe 4 verursacht wird, so daß die Wirkung des Entfernens der kleinen Partikel verbessert werden kann. Im übrigen wird, wenn sich die Rußpartikel im Abgas zusammenklumpen, die Masse eines Partikels umso größer werden, je größer die zusammengeklumpten Partikel sind, und das Umkehren derartiger Partikel wird schwieriger werden. Dementsprechend wird es bei dem oben genannten Aufbau, der beim Rückführungsgas stromabwärts von der Kappe 4 eine 180°-Wendung erfordert, für die Rußpartikel schwierig, in das Rückführungsabgas der Abgasrückführungsanlage einzudringen, und die absolute Rußmenge im Rückführungsabgas wird verringert. Ferner bewirkt die Kappe 4 die Verringerung des wirksamen Innenquerschnitts des Abgasrohrs 1, so daß die Abgasgeschwindigkeit erhöht wird, um die Abtrennung der feinen Partikel zu fördern. Wenn die Entnahmeöffnung fern vom Motor angeordnet ist, und zwar beispielsweise in einer Lage stromabwärts vom Schalldämpfer, dann wird das Klumpen der Rußpartikel durch

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die erhöhte, gegenseitige Kollisionsmöglichkeit und die erhöhte Kondensation der Feuchtigkeit im Abgas gefördert, wobei die Abtrennung der kleinen Partikel noch mehr verstärkt ist. Wenn Katalysatoren oder Rauchfallen im Abgaskanal angeordnet sind, dann kann hierbei eine beträchtliche Verringerung der Menge kleiner Partikel erwartet werden, so daß es eher erwünscht ist, das Abgas für die Abgasrückführung nach Passieren derartiger Katalysatoren oder Rauchfallen zu entnehmen.

Die vorliegende Erfindung erfüllt die folgenden Wirkungen dadurch, daß die Menge kleiner Partikel im Abgas der Abgasrückführungsanlage verringert wird, und zwar:

i) Die Menge der Ablagerung in den Gaskanälen der Abgasrückführungsanlage ist verringert, und die Fähigkeit, die Funktion der Abgasrückführungsanlage aufrechtzuerhalten, kann verbessert werden.

ii) Der Abrieb oder Verschleiß des Kolbens, des Kolbenrings und des Zylinders des Motors durch kleine Partikel kann verringert werden.

iii) Die Menge kleiner Partikel, die dem Schmieröl beigemischt ist, wird verringert, so daß die Alterung des Schmieröls durch die Abgasrückführungsanlage verringert wird, und iv) infolge der Verringerung der Alterung des Schmieröls ist Abrieb bzw. Verschleiß jener Motorteile, welche durch ein derartiges Schmieröl geschmiert werden, verringert.

Somit trägt die vorliegende Erfindung in hohem Umfang zur Instandhaltung des Motors und Verringerung der Motorbetriebskosten bei.

Obwohl die Erfindung mit einer gewissen Detailliertheit beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Offenbarung lediglich beispielsweise vorgebracht wurde und daß zu zahlreichen Änderungen in Einzelheiten vom Aufbau sowie der Kombination und Anordnung von Teilen gegriffen werden kann, ohne daß man den Umfang der Erfindung, wie sie auch in den Ansprüchen beschrieben ist, verläßt.

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Claims

ΡΛΤ Ξ N TA IN! WA LT Έ Α. GRÜNECKER

DlPL-ING

H KINKELDEY

DR-ING.

3001413 W. STOCKMAlR

Da-INa - A«e (CALTECHJ

K. SCHUMANN

DR RER NAT. - DlPU-PHYS.

P. H. JAKOB

DIPL-ING

G. BEZOLD

DfI PER NAT - CSPL-CHEM.

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

P 14 050

16, Jan. 1980

NISSAN MOTOR CO., LTD.

2, Takara-Cho, Kanagawa-Ku, Yokohama City, Japan

Einlaßeinrichtung für Abgas-Rückführungsanlage eines Verbrennungsmotors

Patentansprüche

Einlaßöffnungseinrichtung zum Entnehmen von Motorabgasen zur Rückführung bei einem Verbrennungsmotor mit einer Abgas-Rückführungsanlage (EGR-Anlage), gekennzeichnet durch eine Einlaßöffnungseinrichtung, die an einem Abgasrückführungsrohr (2) ausgebildet ist und eine Entnahmeöffnung (3) aufweist, die in eine Strömung des Motorabgases angeordnet ist, sowie einen Deckel (4; 4¹), welcher ein geschlossenes Ende aufweist, das an der stromaufwärts gelegenen Seite der öffnung liegt, während er auch ein offenes Ende aufweist, das der stromabwärts gelegenen Seite der öffnung derart zugewandt ist, daß das Motorabgas durch den hinteren Abschnitt des offenen Endes des Deckels hindurch entnommen wird-
2. Einlaßöffnungseinrichtung nach Anspruch 1 „ dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeöffnung (3) in einer Richtung stromaufwärts zum Strom des Motorabgases offen ist (Fig.iA, 2, 3). 030032/0592

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3. Exnlaßöffnungsexnrxchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeöffnung (3) in einer Richtung stromabwärts des Motorabgasstromes offen ist (Fig. 4).
4. Exnlaßöffnungsexnrxchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (4) im wesentlichen zylindrische Form aufweist, wobei das eine Ende geschlossen und das gegenüberliegende Ende (5) offen ist.
5. Exnlaßöffnungsexnrxchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende des Deckels (4¹) im wesentlichen konusförmig ist und ein spitz zulaufendes Ende aufweist, das in eine Richtung stromaufwärts des Motorabgasstromes weist.
6. Exnlaßöffnungsexnrxchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeöffnung (3) am Auspuffkrümmer (102) des Verbrennungsmotors (103) liegt.
7. Exnlaßöffnungsexnrxchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeöffnung (3) unmittelbar stromabwärts, in bezug auf die Strömung des Motorabgases, eines Auspuffkrümmers (102) des Verbrennungsmotors

(103) liegt.
8. Exnlaßöffnungsexnrxchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,· dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeöffnung (3) gerade stromabwärts, bezüglich der Strömung des Motorabgases, von einem Vorschalldämpfer (102) des Verbrennungsmotors (103) liegt.
9. Exnlaßöffnungsexnrxchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeöffnung (3) an einer Stelle stromabwärts , bezüglich der Motorabgasströmung _g einer Katalysatoreinrichtung des Verbrennungsmotors (103) liegt.

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10. Einlaßöffnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeöffnung (. 3) an einer Stelle gerade stromabwärts, in bezug auf die Motorabgasströmung, eines HauptSchalldämpfers (105) des Verbrennungsmotors (103) liegt.

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