DE4235794C1 - Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 28 55 687 ist bereits eine Abgasrückführung für eine aufgeladene Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art bekannt.

Die mit Turboaufladung arbeitende Brennkraftmaschine weist mehrere Zylinder mit einer Abgasleitung auf. Die Abgasleitung ist in einen ersten und einen zweiten Teil unterteilt, wobei der erste Teil die Abgase von einem ersten Satz von Zylindern und der zweite Teil die Abgase von einem zweiten Satz von Zylindern aufnimmt. Eine asymmetrische Doppelspirale bildet das zweiflutige Gehäuse der Turbine des Abgasturboladers, wobei der erste Teil der Abgasleitung in die Spirale mit dem engeren Durchtrittsquerschnitt und der zweite Teil der Abgasleitung in die Spirale mit dem weiteren Durchtrittsquerschnitt mündet. Von dem ersten Teil der Abgasleitung zweigt vor der Turbine eine Abgasrückführungsleitung ab, die mit der Ladeluftleitung nach dem Verdichter des Abgasturboladers verbunden ist. In der Abgasrückführungsleitung ist ein Ventil und eine Drossel zum Regeln des rückgeführten Abgasstromes eingebaut.

Bei bekannten Brennkraftmaschinen mit Turboaufladung und Abgasrückführung ist der hohe Bauaufwand für die asymmetrische zweiflutige Turbine und der zweigeteilten Abgasleitung von Nachteil.

Diese aufwendige Bauweise ist deshalb notwendig, da der Druck in der Abgasleitung höher sein muß als der Druck in der Ladeluftleitung, so daß die Abgase in der gewünschten Weise zur Ladeluftleitung strömen. Dies wird hier durch das oben geschilderte asymmetrische Turbinengehäuse erreicht, in dem der Teil der Abgasleitung, von dem die Abgasrückführungsleitung abzweigt, in den engeren Durchtrittsquerschnitt mündet und somit ein Staudruck in dem ersten Teil der Abgasleitung entsteht, der über dem Druck in der Ladeluftleitung liegt.

Der Betrieb der Abgasrückführung ist somit erst gewährleistet, wenn das Druckgefälle zwischen Abgas- und Ladeluftleitung in der oben geschilderten Weise besteht. Somit ist es bei gattungsgemäßen Abgasrückführungen nicht möglich, Turbolader zu verwenden, die sich bei einem Druck in der Abgasleitung vor dem Turbolader betreiben lassen, der niedriger ist als der Druck in der Ladeluftleitung nach dem Verdichter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasrückführung für eine turboaufgeladene Brennkraftmaschine so auszubilden, daß eine baulich vereinfachte Brennkraftmaschine mit Turboaufladung und Abgasrückführung entsteht, bei der unabhängig vom Druck des Abgases in einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine eine gesonderte Menge Abgas in eine Ladeluftleitung der Brennkraftmaschine rückführbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung der Abgasrückführung ist, daß der Druck in der Abgasleitung nicht betriebsnotwendig höher sein muß als der Druck in der Ladeluftleitung, um eine bestimmte Menge Abgas zurückzuführen. Somit wird gegenüber dem bekannten Stand der Technik eine größere Variabilität hinsichtlich der verwendeten Turbolader und eine bauliche Vereinfachung erreicht.

Die Anordnung der Durchflußreguliereinrichtung hat unter anderem den Vorteil, daß eine Nachrüstung einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung mit geringem Aufwand möglich ist, da die Drossel-Ejektor-Parallelschaltung und das Absperrventil in der Abgasrückführleitung lediglich auf den vorhandenen Turbolader und das Motor-Kennfeld abgestimmt werden muß.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 und 3 kann zusammen mit der Drossel-Ejektor-Parallelschaltung eine vom Motorkennfeld abhängige Regelung der Abgasrückführrate vorgenommen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachstehenden Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1, die über eine Abgasleitung 2 und eine Ladeluftleitung 3 mit einem Abgasturbolader 4 verbunden ist. Der Abgasturbolader 4 besteht in seinen wesentlichen Teilen aus einem Verdichter 5, der über eine Welle 6 mit einer Turbine 7 verbunden ist.

Die Abgasleitung 2 führt von der Auslaßseite 8 der Brennkraftmaschine 1 zum Einlaßstutzen 9 der Turbine 7.

Ein erster Teil 10 der Ladeluftleitung 3 führt von einem Auslaßstutzen 11 des Verdichters 5 zu einem Ladeluftkühler 12, ein zweiter Teil 13 der Ladeluftleitung 3 verbindet den Ladeluftkühler 12 mit der Einlaßseite 14 der Brennkraftmaschine 1.

In dem zweiten Teil 13 der Ladeluftleitung 3 befindet sich eine Drossel 15, zu der ein Ejektor 16 mittels einer Bypassleitung 17 parallel geschaltet ist. Die Parallelschaltung der Drossel 15 und des Ejektors 16 bildet eine Durchflußreguliereinrichtung 18.

Von der Abgasleitung 2 führt eine Abgasrückführungsleitung 19 zu einem Saugstutzen 20 des Ejektors 16, der an seinem Einströmstutzen 21 und an seinem Ausströmstutzen 22 mit der Bypassleitung 17 verbunden ist.

In der Abgasrückführungsleitung 19 ist ein Absperrventil 23 angeordnet.

Ein Regler 24 regelt über die Drossel 15 und das Absperrventil 23 die Abgasrückführrate in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 1.

Prinzipiell strömt bei voll geöffneter Drossel 15 und geschlossenem Absperrventil 23 die Ladeluft direkt durch die Ladeluftleitung 3 zur Einlaßseite 14 der Brennkraftmaschine 1, da der Strömungswiderstand der geöffneten Drossel 15 geringer ist als der des Ejektors 16 in der Bypassleitung 17.

Ist der Druck des Abgases in der Abgasleitung 2 höher als der Druck der Ladeluft in dem zweiten Teil 13 der Ladeluftleitung 3 und das Absperrventil 23 geöffnet, kommt es zu einer Strömung des Abgases von der Abgasleitung 2 über die Abgasrückführungsleitung 19 durch den Ejektor 16 zu der Ladeluftleitung 3 und zu einer Mischung des Abgases mit der Ladeluft. Die Menge des rückgeführten Abgases ist über das Absperrventil 23 regelbar.

Sinkt der Abgasdruck unter den Druck der Ladeluft in dem zweiten Teil 13 der Ladeluftleitung 3 und ist eine Abgasrückführung erwünscht, wird die Drossel 15 soweit abgeriegelt, daß die Ladeluft sowohl durch den zweiten Teil 13 der Ladeluftleitung 3 als auch über die Bypassleitung 17 durch den Ejektor 16 strömt. Nach dem Einströmstutzen 21 des Ejektors 16 wird die Strömung der Ladeluft in einer Düse zunächst beschleunigt und damit der statische Druck im Ejektor 16 soweit abgesenkt, daß der Druck des Abgases aus der Abgasrückführungsleitung 19 höher ist als der statische Druck im Ejektor 16. Damit kann das Abgas aus dem Saugstutzen 20 strömen und vermischt sich mit der Ladeluft. Anschließend strömt das Luft-Abgas-Gemisch zum Diffusor des Ejektors 16. Dort wird die Strömung wieder verzögert und Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt. Das Luft- Abgas-Gemisch gelangt über den Ausströmstutzen 22 und die Bypassleitung 17 in die Ladeluftleitung 3 und vermischt sich mit der Ladeluft, die über die teilweise abgeriegelte Drossel 15 direkt durch den zweiten Teil 13 der Ladeluftleitung 3 zur Einlaßseite 14 der Brennkraftmaschine 1 strömt.

Um die oben beschriebene Funktion der Durchflußreguliereinrichtung 18 betriebssicher zu gewährleisten, sind der Ejektor 16 und die Drossel 15 aufeinander abzustimmen.

Ein besonders zweckmäßiger Betrieb der Abgasrückführung ist durch die Regelung der Abgasrückführrate über die Durchflußreguliereinrichtung 18 und das Absperrventil 23 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 1 und in Abhängigkeit der Betriebsparameter des Abgasturboladers 4 gegeben. So muß unter anderem die Drosselung der Ladeluft mit der Pumpgrenze des Verdichters 5 des Abgasturboladers 4 und die Menge des rückgeführten Abgases mit den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 1 abgestimmt werden.

Die Einspeisung des rückgeführten Abgases erfolgt in den zweiten Teil 13 der Ladeluftleitung 3 nach dem Ladeluftkühler 12, um dessen Verschmutzung durch das Abgas zu vermeiden. Dies ist auch hinsichtlich des Gaswechsels sinnvoll, da der Ladeluftkühler 12 hauptsächlich zur Verbesserung des Liefergrades im Vollastbereich benötigt wird und gleichzeitig in diesem Bereich die rückgeführte Abgasmenge sehr gering ist bzw. überhaupt kein Abgas mehr rückgeführt wird.

Die Abgasrückführung erfolgt hauptsächlich im Teillastbereich, in dem eine gewisse Temperaturerhöhung und damit eine Verringerung der Dichte der zuvor gekühlten Ladeluft durch die rückgeführten Abgase tolerierbar ist.

Eine Zuführung des Abgases vor den Verdichter ist zwar möglich, jedoch wegen der Verschmutzung des Verdichters und einem eventuell nachfolgendem Ladeluftkühler kritisch, da hierdurch die Lebensdauer dieser Bauteile deutlich beeinträchtigt wird.

Claims (3)

1. Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine, die einen Abgasturbolader mit einer Turbine und einem Verdichter sowie eine Abgasleitung und eine Ladeluftleitung aufweist, wobei eine Abgasrückführungsleitung die Abgasleitung vor der Turbine mit der Ladeluftleitung nach dem Verdichter verbindet und wobei eine Durchflußreguliereinrichtung vorgesehen ist, über die die Menge des aus der Abgasrückführungsleitung strömenden Abgases regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußreguliereinrichtung (18) aus einer Parallelschaltung einer Drosseleinrichtung (15) und eines Ejektors (16) mit einem Einströmstutzen (21), einem Ausströmstutzen (22) und einem Saugstutzen (20) gebildet ist, wobei sich die Drosseleinrichtung (15) in der Ladeluftleitung (3) nach dem Verdichter (5) und der Ejektor (16) in einer Bypassleitung (17) befindet und der Einströmstutzen (21) und der Ausströmstutzen (22) mit der Ladeluftleitung (3) und der Saugstutzen (20) mit der Abgasrückführungsleitung (19) verbunden ist.

2. Abgasrückführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasrückführungsleitung (19) ein Absperrventil (23) mit Rückschlagsicherung angeordnet ist.

3. Abgasrückführung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Abgasrückführrate über die Durchflußreguliereinrichtung (18) und das Absperrventil (23) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (1) vornehmbar ist.