DE4420247B4

DE4420247B4 - Abgasrückführungseinrichtung für Verbrennungsmotoren, insbesondere mit Plastesaugrohren

Info

Publication number: DE4420247B4
Application number: DE4420247A
Authority: DE
Inventors: Osman Sari; Georg Joepen; Markus Duda; Helmut Blank; Gerhard Dr.-Ing. Eggers; Bernd Dipl.-Ing. Ohnesorge; Klaus Dr.-Ing. Matthees; Rainer Dipl.-Ing. Stockmann
Original assignee: Pierburg GmbH; Volkswagen AG; IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2014-06-11
Also published as: DE4420247A1

Abstract

Abgaszuführungseinrichtung für Verbrennungsmotoren mit Plastsaugrohr (1) und Einspritzung in den Zylinderraum oder in die Saugkanäle des Zylinderkopfes, wobei in einem düsenförmigen, in Strömungsrichtung nach einer Drosselklappe (31) folgenden Ansaugleitungsabschnitt im engsten Querschnitt (6) Öffnungen, vorzugsweise ein Ringschlitz (4) oder Ringschlitzsegmente (4a), zum Zuführen von Abgas in den Ansaugtrakt angeordnet sind und in Strömungsrichtung nachfolgend das zum Zylinderkopf geführte Plastsaugrohr (1) angeschlossen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
–eine Abgaszuführungseinrichtung (2) ist mit einem Drosselklappenstutzen (3) oder Zuführungsstutzen (2d) wärmeleitend verbunden,
– ein Übergangsquerschnitt (21), der zu einer zum Plastsaugrohr (1) gerichteten Verbindungsfläche (11) verläuft, ist gering dimensioniert und weist einen im Verhältnis zu seiner Querschnittsfläche hohen äußeren und inneren Flächenanteil und damit geringen Wärmeübergang zur Verbindungsfläche (11) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgaszuführungseinrichtung für Verbrennungsmotoren, insbesondere mit Plastansaugrohren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Vorbekannt ist es, zur Optimierung von Schadstoffausstoß und Kraftstoffverbrauch bei Ottound Dieselverbrennungsmotoren Abgas in den Ansaugtrakt zurückzuführen.
Die Zuführung erfolgt vorteilhaft entsprechend der aus der DE 34 13 419 C2 vorbekannten Ausführung in einer Verengung des Ansaugtraktes über einen Ringschlitz bzw. mehrere Ringschlitzsegmente. Diese Ausführungsart sichert einen hohen Grad der Gleichverteilung des Abgases auf die einzelnen Zylindereinheiten.
Vorbekannt ist es durch die DE 21 16 606 C bei Ottomotoren, das Abgas über einen Zwischenflansch, angeordnet zwischen Vergaser und Saugrohr, dem Ansaugtakt zuzuführen. Am Zwischenflansch ist ein über ein Gestänge zu betätigendes Abgasregelventil angebaut. Bei Ottomotoren mit einer Gemischbildung vor dem, auf die Zylinder verteilenden Saugrohr wird die Wärme des Abgases zur Verbesserung der Gemischaufbereitung durch Verdampfung von noch flüssigen Kraftstoffanteilen im Saugtrakt genutzt und dabei die Temperaturerhöhung durch die Abgaszuführung verringert.
Vorbekannt ist aus der Schrift JP 5-223 016 A die Gestaltung von Zuführungsstutzen für die Rückführung von Abgas in den Ansaugtrakt. Der jeweilige Zuführungsstutzen ist mit etwa dem gleichen Außen- und Innendurchmesser wie der rohrtörmige Bereich des Ansaugtraktes versehen, ist jedoch von einem ringförmigen Zuführungskanal für das rückzuführende Abgas umgeben. Von diesem wird das Abgas jeweils über mehrere Öffnungen am Umfang tangential in einen rohrförmigen Bereich des Ansaugtraktes zwischen einer Drosselklappe und dem Saugrohr, welches die Ladung auf die einzelnen Zylinder des Motors verteilt, zugeführt. Über in Strömungsrichtung der Abgaszuführung nachfolgende Leit- bzw. Wirbelflächen wird das Abgas gleichmäßig auf die im Rohrquerschnitt des Ansaugtraktes strömende Ladung verteilt.
Diese Schrift zeigt unterschiedliche Ausführungen von Leit- bzw. Führungsflächen zum Einmischen des Abgases. Keine Offenbarungen enthält sie zur wärmetechnische Gestaltung des Zuführungsstutzens bzw. dessen Anflanschung an die Drosselklappenstrecke bzw. an ein Plastsaugrohr.
Vorbekannt ist es auch aus der Zeitschrift MTZ 54/1993/s. 150 ff., das Abgasrückführungsventil mit seinem Mündungsflansch über eine Isolieranordnung seitlich an ein glasfaserverstärktes Kunststoffsaugrohr anzuschließen. Damit wird jedoch eine angestrebte homogene Zumischung von Abgas nicht vollständig erreicht. Die Isolieranordnung besteht aus einem hochtemperaturfesten Gummiring und einem wärmeableitenden Messingring.
Bei gesonderter Anordnung des Abgasrückführungsventils ist auf eine wärmeabführende Konstruktion zu achten, um eine Funktionsbeeinflussung durch zu hohe wärmebedingte Änderungen elektrischer Kenngrößen zu vermeiden.
Bei Verbrennungsmotoren mit einer zylindernahen Gemischbildung erfolgt die Kraftstoffeinspritzung in die Saugkanäle des Zylinderkopfes vor den Einlassventilen oder bei Verbrennungsmotoren mit innerer Gemischbildung direkt in den Zylinderraum. Der dadurch jeweils im Ansaugtrakt fehlende Kühleffekt durch das Fehlen von zu verdampfendem Kraftstoff vor und im Saugrohr ergibt eine stärker erwärmte Ladung als bei einer Gemischbildung im Ansaugtrakt.
Die Temperatur kann bei hoher Abgaszuführung bis zu 500°C betragen. Dies führt bei Plastesaugrohren von Verbrennungsmotoren zu Haltbarkeitsproblemen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abgaszuführungseinrichtung für hohe Abgaszuführungsraten angepasst an Plastesaugrohre zu gestalten und dabei in ein größeres Fertigmodul einzubeziehen.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer gattungsgemäßen Abgaszuführungseinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Durch diese grundsätzliche Ausführungsart, eine thermisch-funktionelle Gesamteinheit des Ansaugtraktes vor dem Plastesaugrohr zu bilden, einschließlich der in den Unteransprüchen genannten Details gelingt es, die Temperaturen an der Übergangsfläche zum Plastesaugrohr und am Abgasrückführungsventil herabzusetzen sowie gleichzeitig eine Vorwärmung der angesaugten Ladung mittels größerer, erwärmter Wandflächen zu unterstützen;
An Hand einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden. Es zeigt:
1 eine Abgaszuführungseinrichtung mit Drosselklappenstutzen in einstückiger Ausführung, einschließlich dem Abgasrückführungsventil im Längsschnitt und
2 eine Abgaszuführungseinrichtung mit Drosselklappenstutzen in geteilter Ausführung im Längsschnitt.
Am Plastsaugrohr 1 mit seinen zu den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors führenden Saugrohren 12 ist eine Abgaszuführungseinrichtung 2 mit Drosselklappenstutzen 2D befestigt.
Das Plastsaugrohr 1 erhält über den Drosselklappenstutzen 2D; 3 und die Abgaszuführungseinrichtung 2 die Ansaugladung.
Vorzugsweise sind Abgaszuführungseinrichtung 2 und Drosselklappenstutzen 2D als ein Teil ausgeführt. Dabei verbindet eine Ringschlitz 4 oder Ringschlitzsegmente 4a stromab der Drosselklappe 31 den Abgaszuführungskanal 5 mit dem Querschnitt des Ansaugrohres. Abgaszuführungseinrichtung 2 und Drosselklappenstutzen 2D bilden eine wärmeaufnehmende und wärmeabführende Einheit mit einer großen Außenfläche und einer speziellen Wärme an die Ansaugluft abgebenden Innenfläche. Mit AG ist die Zuführung des Abgases gekennzeichnet.
Dabei können Abgaszuführungseinrichtung 2 und Drosselklappenstutzen 3 als zwei Teile ausgeführt sein, die jedoch in der Weise verbunden sind, dass sie Wärme gut übertragen, siehe 2.
Ein Übergangsquerschnitt 21 der Abgaszuführeinrichtung 2, der zu einer zum Plastsaugrohr (1) gerichteten Verbindungsfläche (11) verläuft, ist gering dimensioniert und weist einen im Verhältnis zu seiner Querschnittsfläche hohen äußeren und inneren Flächenanteil zur Wärmeabgabe auf. Es kommt damit zu einem geringen Wärmefluss zur Verbindungsfläche 11.
Der Dichtflansch 22 weist zur Wärmeabgabe nach außen zweckmäßigerweise ebenfalls einen hohen Außenflächenanteil auf. Zur Vergrößerung des Außenflächenanteils des Dichtflansches 22 kann dieser größere als die Verbindungsfläche 11, diese überragend, ausgeführt sein.
Zusätzlich ist eine wärmedämmende Schicht 23 an dem Dichtflansch 22 der Abgaszuführungseinrichtung 2 zur Verbindungsfläche 11 zum Plastesaugrohr 1 hin angeordnet. Als Materialien der wärmedämmenden Schicht kommt Keramik, Silikonkunststoff oder Ähnliches in Betracht. Diese Schicht kann fest oder ggf. lösbar aufgebracht sein, um die Montage zu erleichtern.
Alternativ wäre es denkbar, eine solche wärmedämmende Schicht beim Herstellen des Plastsaugrohres 1 auch an diesem zu befestigen, in dem ein wärmedämmendes Verbindungsflächenteil in die Herstellungsform eingelegt wird, welches bei Spritzen mit dem Plastmaterial verbunden wird.
Ebenso ist es möglich, eine Verbindung mit einem wärmefesten Gummiring zu bewirken, der zwischen dem Plastsaugrohr 1 und und Abgaszuführungseinrichtung 2 in einer Nutanordnung eingelegt und geklemmt wird, siehe 2.
Das Abgasrückführungsventil 7 steuert den effektiven Zuströmungsquerschnitt für das Abgas und ist in der Abgaszuführungseinrichtung 2 funktionell und auch wärmeabführend eingeordnet. Damit wird eine Funktionsbeeinflussung durch wärmebedingte Änderungen elektrischer Kenngrößen vermieden und gleichzeitig ein Funktions- und Fertigungsmodul mit folgenden Teilen für eine Vorfertigung möglich:

- Saugrohr
- Drosselklappenstutzen
- Abgaszuführungseinrichtung mit Abgasrückführungsventil

Zur gleichmäßigen Verteilung des Abgases in den Ansaugstrom ist ein gleichmäßiger Ringschlitz 4 oder mehrere Ringschlitzsegmente 4a für die Abgaszuführung in die venturiartige Verengungen 6 des Drosselklappenstutzens 3 notwendig. Der, den oder die Ringschlitze 4; 4a umgebende Abgaszuführungskanal 5 muss einen vielfach größeren Querschnitt als der oder die Ringschlitze 4; 4a selbst aufweisen.
Ebenso ist auch eine mittige Zuführung von Abgasen in das Saugrohr über eine zentrale venturiartige Einrichtung denkbar, jedoch wird dann der Ansaugquerschnitt geschmälert.

Claims

Abgaszuführungseinrichtung für Verbrennungsmotoren mit Plastsaugrohr (1) und Einspritzung in den Zylinderraum oder in die Saugkanäle des Zylinderkopfes, wobei in einem düsenförmigen, in Strömungsrichtung nach einer Drosselklappe (31) folgenden Ansaugleitungsabschnitt im engsten Querschnitt (6) Öffnungen, vorzugsweise ein Ringschlitz (4) oder Ringschlitzsegmente (4a), zum Zuführen von Abgas in den Ansaugtrakt angeordnet sind und in Strömungsrichtung nachfolgend das zum Zylinderkopf geführte Plastsaugrohr (1) angeschlossen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – eine Abgaszuführungseinrichtung (2) ist mit einem Drosselklappenstutzen (3) oder Zuführungsstutzen (2d) wärmeleitend verbunden, – ein Übergangsquerschnitt (21), der zu einer zum Plastsaugrohr (1) gerichteten Verbindungsfläche (11) verläuft, ist gering dimensioniert und weist einen im Verhältnis zu seiner Querschnittsfläche hohen äußeren und inneren Flächenanteil und damit geringen Wärmeübergang zur Verbindungsfläche (11) auf.
Abgaszuführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaszuführungseinrichtung (2) und der Drosselklappenstutzen (3) oder Zuführungsstutzen (2d) zusammengefasst als ein Teil ausgeführt sind.
Abgaszuführungseinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine wärmedämmende Schicht (23) an der Verbindungsfläche (11) zum Plastesaugrohr (1) angeordnet ist.
Abgaszuführungseinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgasrückführungsventil (7) direkt eingeordnet ist.
Abgaszuführungseinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaszuführungseinrichtung (2) aus Keramik besteht.