DE3909544C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasleitungssystem mit ventilgesteuerter Abgasrückführeinrichtung für eine Brennmaschine mit einem Druckwellenlader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 47 02 218 ist der prinzipielle Aufbau eines solchen Abgasleitungssystems bekannt. Ein Druckwellenlader ist zwischen einer Ansaugluftzuführleitung und einer Abgasleitung angeordnet. Vor dem Austritt der Abgase in die Abgasleitung werden diese aus den Zylindern kommend über Zylinderabgasrohre in einen Abgas-Druckausgleichsbehälter geleitet, aus welchem das Abgas so in die Abgasleitung eintritt, daß die Auswirkung der Pulsationseffekte der einzelnen Abgasimpulse auf den Druckwellenlader weitestgehend unterdrückt werden. Der Abgaskanal ist mit einer Ladeluftleitung über eine ventilgesteuerte Abgasrückführleitung verbunden, um neben der Frischluft auch Abgase in die Brennkraftmaschine einzuspeisen.

Aus der JP-OS 31 652 ist der Aufbau eines ähnlichen Abgasleitungssystems bekannt. Die dort gezeigte ventilgesteuerte Abgasrückführleitung ist dabei nicht an den Abgaskanal, sondern an der dem Abgaskanal gegenüberliegenden Seite des Abgas-Druckausgleichsbehälters angeordnet, führt mit ihrem anderen Ende jedoch auch in die Ladeluftleitung.

Bei diesen beiden bekannten Abgasleitungssystemen ist es von Nachteil, daß zwar der Pulsationseffekt der einzelnen Abgasimpulse auf den Druckwellenlader im wesentlichen unterdrückt werden kann, jedoch Schwierigkeiten bei der Einleitung des rückgeführten Abgases über die ventilgesteuerte Abgasrückführleitung in die Ladeluftleitung entstehen, wodurch nur ungenügende Mengen an rückgeführtem Abgas in die Ladeluftleitung eintreten können.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Abgasleitungssystem so auszubilden, daß die Auswirkungen der Pulsationseffekte der Abgase auf den Druckwellenlader so gering wie möglich gehalten werden, dabei aber gleichzeitig eine wirksame Einleitung der rückgeführten Abgase in die Ladeluftleitung zu erhalten.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Abgasleitungssystem durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Anordnung der Einströmöffnung der Abgasrückführleitung in Richtung des Hauptstroms kann die dynamische Energie des Abgases in hohem Maße ausgenutzt werden, um die Einleitung des rückgeführten Abgases an ein Abgasrückführ- Steuersystem bzw. in die Ladeluftleitung zu erleichtern, wodurch die Abgasrückführleistung verbessert wird. Andererseits ist das Abgasrohr so angeordnet, daß ein Einfluß der dynamischen Energie des Abgases, welches in das Abgasrohr strömt, so gering wie möglich gehalten werden kann. Daraus folgt, daß eine Pulsation des Abgases den Druckwellenlader nicht beeinträchtigt und der gewünschte Aufladeeffekt erhalten wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen vor.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird das erfindungsgemäße Abgasleitungssystem anhand einer bevorzugten Ausführungsform noch näher erläutert. Es zeigt:

Erfindungsgemäß ist der EGR-Öffnung an der Krümmereinrichtung im wesentlichen in Ausrichtung mit der Linie des einzigen Stromes angeordnet, in welchen jeweiligen Ströme des Abgases von dem Motor in den jeweiligen Abgaszweigeinrichtungen zusammengeführt werden, so daß eine dynamische Energie des Abgases in hohem Maße ausgenutzt werden kann, um die Einleitung des EGR-Gases an ein EGR-Steuersystem oder an ein Einlaßsystem zu erleichtern. Dies verbessert die EGR-Leistung. Andereseits ist die Abgasauslaßeinrichtung in der Krümmereinrichtung derart angeordnet, daß ein Einfluß der dynamischen Energie des Abgases, das in dem Abgaskanal strömt, so gering wie möglich unterdrückt werden kann. Beispielsweise kann die Abgasauslaßeinrichtung in einer Richtung orientiert sein, die verschieden ist von der des einzigen Stromes, der als Ergebnis des Austritts des Abgases von der jeweiligen Abgaszweigeinrichtung erzeugt wird. Daraus ergibt sich, daß eine Pulsation des Abgases die Aufladung nicht beeinträchtigt durch den Druck das Abgas in dem Druckwellenauflader, so daß ein wünschenswerter Aufladeeffekt erhalten wird.

Vorstehende und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Abgasleitungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das an einer Brennkraftmaschine angeordnet ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Abgasleitungssystems nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Abgasleitungssystems nach Fig. 1, der gegenüberliegenden Seite,

Fig. 4 eine Vorderansicht in Explosivdarstellung des Abgasleitungssystems, aus welcher insbesondere ein Abgaskrümmer und ein Druckwellenlader ersichtlich sind,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Abgasleitungssystems, wobei insbesondere der Druckwellenlader und der Abgaskrümmer ersichtlich sind, und

Fig. 6 eine Draufsicht auf das Abgasleitungssystem, wobei insbesondere der Druckwellenlader und der Abgaskrümmer gezeigt sind.

Die Figuren und insbesondere Fig. 1 und 2 zeigen eine Brennkraftmaschine E in Form eines Dieselmotors, an welchem die Erfindung verwirklicht ist.

Der Dieselmotor E ist ein sogenannter Gleichstromzylinder, wobei sowohl die Einlaßöffnungen als auch die Auslaßöffnungen der jeweiligen Zylinder an einer Seite eines Zylinderkopfes 1 angeordnet sind bezüglich einer Richtung, längs welcher die Zylinder angeordnet sind oder bezüglich der Axialrichtung der Kurbelwelle.

An dem Zylinderkopf 1 sind ein Einlaßkrümmer 3, der mit einem Ladeluftbehälter 2 verbunden ist, und ein Abgaskrümmer 8 befestigt, der mit Zylinderabgasrohren 4, 5, 6 und 7 versehen ist, welche mit den Auslaßöffnungen der jeweiligen Zylinder in Verbindung stehen. Ein Abgas-Druckausgleichsbehälter 9 - nachfolgend stets als Druckausgleichsbehälter 9 bezeichnet - ist integral mit einem Einmündungsabschnitt des Abgaskrümmers 8 ausgebildet, in welchen die Zylinderabgasrohre 4, 5, 6 und 7 einmünden, um einen einzigen Abgaskanal zu bilden. Ein Druckwellenlader 11 ist über dem Druckausgleichsbehälter 9 in dem Abgaskanal angeordnet. Der Druckwellenlader 11 weist ein Rotorgehäuse 12, in welchem ein Rotor angeordnet ist, und ein Luftgehäuse 13 auf, das mit einem Einlaßgaseinlaß 14 und einem Einlaßgasauslaß 15 versehen ist, und ein Abgasgehäuse 16 ist integral mit einer hinteren Seite des Rotorgehäuses 12 verbunden und weist einen Abgaseinlaß 17 und einen Abgasauslaß 18 auf. Der Rotor ist an einer Rotorwelle 19 befestigt, welche sich durch das Luftgehäuse 13 erstreckt. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist an der Rotorwelle 19 eine Rotorriemenscheibe 20 befestigt, welche über einen Riemen 21 in Eingriff mit einer Leerlaufscheibe 30 und einer Riemenscheibe 31 ist, die an einem Ende einer Antriebswelle 32 einer Wechselstromlichtmaschine 33 befestigt ist, wobei die Leerlaufscheibe 30 über einen Träger 34 an dem Luftgehäuse 13 befestigt ist. Am anderen Ende der Antriebswelle 32 ist eine Antriebsriemenscheibe 35 der Wechselstromlichtmaschine 33 befestigt. Eine Kurbelwellenriemenscheibe 36 ist an einer Kurbelwelle 37 angeordnet. Die Antriebsriemenscheibe 35 der Wechselstromlichtmaschine 33 ist über einen Riemen 38 mit der Kurbelwellenriemenscheibe 36 verbunden, wobei der Riemen 38 ebenfalls über eine Leerlaufscheibe 39 geführt ist, so daß die Antriebswelle 32 der Wechselstromlichtmaschine 33 über einen Motorausgang durch den Riemen 38 und somit der Rotor über den Motorausgang durch den Riemen 21 angetrieben wird.

Wie für ein Einlaßsystem des Dieselmotors üblich, ist ein Luftfilter 22 stromauf des Luftgehäuses 13 angeordnet und mit dem Einlaßgaseinlaß 14 verbunden. Ein Ladeluftkühler 23 ist in einem Einlaßkanal stromabwärts des Auslaßgasauslasses 15 des Luftgehäuses 13 vorgesehen. Der Zwischenkühler 23 ist mit dem Ladeluftbehälter 2 durch eine Ladeluftleitung 24 verbunden, welche im Querschnitt kleiner ist als der Ladeluftbehälter 2.

Das Abgasleitungssystem des Dieselmotors E ist mit einer Abgasventilsteuereinrichtung 25 zum Steuern der Menge des Abgases, die in den Rotor eingeleitet wird, und mit einem Schalldämpfer (nicht gezeigt) ausgebildet.

Der Abgaseinlaß 17 des Abgasgehäuses 16 steht in Verbindung mit dem Druckausgleichsbehälter 9, der integral ausgebildet ist mit dem Abgaskrümmer 8 durch einen bogenförmiges Abgasrohr 29, das einen Verbindungsflansch 10 aufweist, mit welchem das Rotorgehäuse 12 des Druckwellenladers 11 verbunden ist.

Eine Abgasrückführleitung 26, die von einer L-förmigen Rohrleitung zum Leiten des rückgeführten Abgases von dem Abgassystem zu dem Einlaßsystem gebildet ist, ist mit der Druckausgleichsbehälter 9 verbunden. Um das rückgeführte Abgas aufzunehmen, ist eine Einlaßöffnung 28 in der Ladeluftleitung 24 des Ladeluftbehälters 2 vorgesehen durch ein Abgasrückführventil 27, das an einem oberen Abschnitt der Abgasrückführleitung 26 angeordnet ist zum Steuern der Menge des rückgeführten Abgases, um es in den Einlaßkanal einzuleiten. Da die Einlaßöffnung 28 für das rückgeführte Abgas an der Ladeluftleitung 24 vorgesehen ist, welche im Querschnitt geringer ist als der Ladeluftbehälter 2, ist dort die Strömungsgeschwindigkeit des Einlaßgases größer als im Ladeluftbehälter 2, so daß die Einleitung des rückgeführten Abgases in den Einlaßkanal erleichtert wird infolge der hohen Strömungskraft, die sich aus der höheren Strömungsgeschwindigkeit ergibt.

Wie in den Fig. 4 und 6 zu ersehen ist, sind die Zylinderabgasrohre 4, 5, 6 und 7 des Abgaskrümmers 8 integral mit dem Druckausgleichsbehälter 9 in einer derartigen Anordnung ausgebildet, daß Strömungs­ linien l1, l2, l3 und l4 des Abgases von den jeweiligen Zylindern in einem einzigen Hauptstrom L in dem Druckausgleichsbehälter 9 zusammengeführt werden. Zusätzlich ist eine Einströmöffnung 26a zum Einleiten des rückgeführten Abgases in die Abgasrückführleitung 26 im wesentlichen ausgerichtet zu dem zusammengeführten Hauptstrom L des Abgases, so daß wirksam ein Pulsationseffekt des Abgases erhalten wird, der als Ergebnis der verschiedenen Betriebsphasen der jeweiligen Zylinder erzeugt wird. Dies ist wirksamer bei der Einleitung des rückgeführten Abgases bei einem Dieselmotor als bei einem Benzinmotor, da der Einlaßgasdruck des Dieselmotors gewöhnlich höher ist als der des Benzinmotors.

Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, ist das Abgasrohr 29 im wesentlichen in einer Richtung senkrecht zum Hauptstrom L orientiert. In anderen Worten ist ein Auslaß aus dem Druckausgleichsbehälter 9 für das Abgas in einer Richtung angeordnet, welche nicht ausgerichtet ist zum Hauptstrom L, so daß ein Einfluß des Pulsationseffektes von dem Abgas in dem Druckausgleichsbehälter 9 auf einen geringst möglichen Wert unterdrückt werden kann. Als Ergebnis kann ein Druckausgleich des Einlaßgases und des Auslaßgases in den Gaskammern des Rotors verbessert werden, so daß ein wünschenswerter Aufladeeffekt erhalten wird.

In dem gezeigten Aufbau ist ein stromaufwärts liegender Endbereich des Ladeluftbehälters 2 im wesentlichen ausgerichtet zu einem stromabwärts liegenden Ende des Druckausgleichsbehälters 9 hinsichtlich der Erstreckungsrichtung der Kurbelwelle 37, so daß die Abgasrückführleitung 26 leicht mit dem Einlaßkanal stromaufwärts des Ladeluftbehälters 2 mittels eines einfachen Aufbaus verbunden werden kann. Dies erleichtert die Ausbildung eines kompakten Motors und die Ausführungsform des Einlaß- und des Auslaßsystems.

Beim Betrieb des Druckwellenladers 11 wird das Abgas in die jeweiligen Gaskammern des Rotors nacheinander von einem Ende des Rotors durch den Abgaseinlaß 17 eingeleitet, wenn der Rotor mittels der Motorkraft gedreht wird. Zur gleichen Zeit wird Einlaßgas in die Gaskammern des Rotors von dem Einlaßgaseinlaß 14 eingeleitet und durch die Druckwelle des Abgases komprimiert, wenn das Einlaßgas in Kontakt mit dem Abgas in den jeweiligen Gaskammern gebracht wird, und danach wird das aufgeladene Einlaßgas durch den Einlaßgasauslaß 15 abgegeben. Andererseits wird das Abgas von dem Abgasgehäuse 16 durch den Abgasauslaß 18 abgegeben.

Claims (6)

1. Abgasleitungssysteme mit ventilgesteuerter Abgasrückführ­ leitung für eine Brennkraftmaschine mit einem Druck­ wellenlader, der zwischen einer Ansaugluftzuführleitung und einer Abgasleitung angeordnet ist, und mit einem Abgas-Druckausgleichsbehälter, in den Zylinderabgasrohre einmünden und aus dem Abgas in ein Abgasrohr derart eintritt, daß die Auswirkung der Pulsationseffekte der einzelnen Abgasimpulse auf den Druckwellenlader im wesentlichen unterdrückt ist, wobei eine Ladeluftleitung und die Abgasleitung über die ventilgesteuerte Abgasrück­ führleitung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderabgasrohre (4, 5, 6, 7) bis zu ihrem Eintritt in den Abgas-Druckausgleichsbehälter (9) jeweils derart gekrümmt geführt sind, daß ihre einzelnen Abgasströme (l₁), (l₂), (l₃), (l₄) in diesem (9) in einen gemeinsamen Hauptstrom (L) übergehen, daß die Abgasrückführleitung (26) mit ihrer Einströmöffnung (26a) am Abgas-Druckausgleichsbehälter (9) derart zum Hauptstrom (L) ausgerichtet angeordnet ist, daß die Pulsationseffekte in die Abgasrückführleitung (26) hineinwirken und daß das Abgasrohr (29) in einer Richtung angeordnet ist, die von der des Hauptstroms (L) verschieden ist.

2. Abgasleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführleitung (26) an ihrem stromabwärts liegenden Ende in die Ladeluftleitung (24) mündet, deren Querschnitt zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in diesem geringer als der eines sich an die Ladeluftleitung (24) anschließenden Ladeluftbehälters (2) ist.

3. Abgasleitungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein stomaufwärts liegender Endbereich des Ladeluftbehälters (2) zum stromabwärts liegenden Ende des Abgas-Druckausgleichsbehälters (9) ausgerichtet ist, so daß die Abgasrückführleitung (26) leicht mit der Ladeluftleitung (24) stromaufwärts des Ladeluftbehälters (2) verbindbar ist.

4. Abgasleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas-Druckausgleichs­ behälter (9) im wesentlichen kastenförmig ausgebildet ist, wobei dessen Höhe größer ist als dessen Breite, daß wenigstens ein Teil des Abgas-Druckausgleichsbehälters (9) in einem Raum zwischen der Brennkraftmaschine (E) und dem Druckwellenlader (11) angeordnet ist, daß die Einströmöffnung (26a) in der Nähe eines unteren Eckab­ schnitts des Abgas-Druckausgleichsbehälters (9) an einer Seite der Brennkraftmaschine (E) bezüglich der Axial­ richtung einer Kurbelwelle (37) angeordnet ist und daß der Hauptstrom (L) des Abgases in den Abgas-Druckaus­ gleichsbehälter (9) an einem oberen Eckabschnitt des Abgas-Druckausgleichsbehälters (9) eingeleitet wird, welcher in diagonaler Richtung von dem unteren Eckabschnitt beabstandet ist.

5. Abgasleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluftleitung (24) mit einem Abgasrückführventil (27) zur Steuerung des rückge­ fürten Abgases versehen ist, wobei das Abgasrückführventil (27) und die Einströmöffnung (26) an einer Seite der Brennkraftmaschine (E) bezüglich der Axialrichtung der Kurbelwelle (37) angeordnet sind.

6. Abgasleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführleitung (26) von einer L-förmigen Rohrleitung gebildet wird, die sich von der Einströmöffnung (26a) nach oben erstreckt und oberhalb des Abgas-Druckausgleichbehälters (9) mit dem Abgasrückführventil (27) versehen ist.