DE60223229T2 - Vorrichtung zur zuführung von rückgeführtem abgas - Google Patents

Vorrichtung zur zuführung von rückgeführtem abgas Download PDF

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Description

  • STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zuführen von rückgeführten Abgasen zur Zuluft für eine Brennkraftmaschine in Kolbenbauweise. Die Erfindung kann beispielsweise bei Otto- und Dieselmotoren Anwendung finden.
  • HINTERGRUND
  • Die Abgasrückführung oder EGR (Exhaust Gas Recirculation) ist bekanntlich bei Brennkraftmaschinen ein üblicherweise bekanntes Verfahren zur Beeinflussung der Verbrennung und bedeutet, dass ein Teil des Gesamtabgasstroms des Motors rückgeführt und dieser Teilstrom auf der Einlassseite des Motors eingeführt wird, wo er mit der Zuluft für die Zuführung in die Motorzylinder gemischt wird. Es ist dadurch möglich, die Menge an Stickoxiden (NOx) in den in die Umgebung freigesetzten Abgasen zu reduzieren. Diese Technologie hat man über eine relativ lange Zeit für Ottomotoren verwendet, sie wurde jedoch mit der Zeit auch für Dieselmotoren zunehmend interessant. Die Technologie wurde besonders bei Fahrzeugeinsätzen verwendet, bei denen die Umweltanforderungen relativ streng sind, jedoch hat bei den insgesamt verschärften Umweltanforderungen das Interesse an der EGR-Technologie auch im Rahmen von Anwendungen im Transportwesen und in der Industrie zugenommen.
  • Der Abgasanteil in der Luft-Abgas-Mischung, die den Motorzylindern zugeführt wird, muss genau gesteuert werden, da eine zu kleine Abgaskomponente normalerweise zu einer erhöhten NOx-Erzeugung führt und eine zu große Abgaskomponente eine stark erhöhte Rußbildung erzeugen kann. Um geringe NOx- und Rußemissionen zu erreichen, ist es nicht nur wichtig, dass die gesamte Abgaskomponente optimiert wird, sondern dass auch die Abgaskomponente in allen Zylindern gleich groß ist. Vom Verschleißgesichtspunkt aus ist es beispielsweise hinsichtlich Kolben, Kolbenringen, Auskleidungen und Lagern wichtig, dass die Abgaskomponente in allen Zylindern gleich ist. Um diese gleichförmige Verteilung der Abgaskomponente auf die verschiedenen Zylinder zu erreichen, ist es von Bedeutung, dass der Rückführstrom der Abgase in geeigneter Weise in die Zuluft eingemischt wird.
  • Zur Vereinfachung soll in der weiteren Beschreibung der Ausdruck "EGR-Strom" an einer Anzahl von Stellen für den Rückführteilstrom des Gesamtabgasstroms des Motors verwendet werden. Zusätzlich bezeichnet "EGR-Impuls" einen Impuls in dem Teilstrom und "Abgasimpuls" einen Impuls in dem Gesamtabgasstrom, wenn sich nicht etwas anderes aus dem Zusammenhang ergibt.
  • Jedes Mal, wenn die Auslassventile der Zylinder geöffnet werden, wird in dem Abgassystem ein Druckimpuls erzeugt, der zu einer Erhöhung des EGR-Stroms führt. In Viertakt-Standardbrennkraftmaschinen wird das Auslassventil des Zylinders bei jeder zweiten Motorumdrehung geöffnet, so dass es beispielsweise bei einem Sechszylindermotor drei Abgasimpulse pro Motorumdrehung gibt. Wenn die Abgasabzweigleitungen so verteilt sind, dass jede drei Zylinder bedient und der EGR-Strom aus beiden Abgaszweigleitungen genommen wird, erhält man somit einen EGR-Strom mit drei Impulsen pro Motorumdrehung. Wenn der EGR-Strom aus einem dieser Zweigleitungen entnommen wird, erhält man stattdessen drei EGR-Impulse alle zwei Motorumdrehungen aus dem gleichen Motor. Abhängig von der Motorauslegung kann beispielsweise das EGR-System verschiedenartig gestaltet werden, und die Anzahl von EGR-Impulsen pro Motorumdrehung kann somit kleiner als die Gesamtzahl der Abgasimpulse pro Motorumdrehung sein. Das Wesentliche vom Gesichtspunkt der Mischtechnologie ist, dass der EGR-Strom, der mit der Zuluft gemischt werden soll, ein Impulsstrom ist.
  • Wenn der impulsförmige EGR-Strom der Zuluft ohne irgendwelche speziellen Mischmaßnahmen zugeführt wird, wird der EGR-Strom schlecht in die Luft eingemischt, was bedeutet, dass die Luft "Wolken" des Abgases enthält. Die Abgaskomponente in dem Luft-Abgas-Gemisch (Gasgemisch), die einem bestimmten Zylinder zugeführt wird, hängt dann davon ab, wie sich das Gasgemisch außerhalb des Zylinders gerade zu dem Zeitpunkt zusammensetzt, wenn das Einlassventil des Zylinders geöffnet wird. Auch wenn der Anteil an Abgasen in dem Gasgemisch über den ganzen Motor insgesamt betrachtet die gewünschte Größe hat, ist es sehr wahrscheinlich, dass der Anteil in den verschiedenen Zylindern entweder zu niedrig oder zu hoch ist.
  • Gewöhnlich wird der EGR-Strom zur Zuluft durch ein kleines Zuführrohr rückgeführt, das in bekannter Weise mit der Ansaugluftleitung, beispielsweise mit dem Ansaugrohr, direkt vor der Verzweigung zu den Zylindern verbunden ist. Ein bekanntes Verfahren zum Verringern des Effekts der vorstehend erwähnten "Wolken"-Bildung besteht darin, bei/nach Herstellung der Verbindung eine turbulente Strömung beispielsweise durch Verwendung eines Systems kleiner Führungsplatten, sogenannter "Turbulatoren", oder durch Verwendung verschiedener Arten von Venturi-Einrichtungen zu erzeugen. Eine solche Venturi-Einrichtung verwendet einen Unterdruck in der Luft und kann beispielsweise so gestaltet sein, dass das Zuführrohr an einen verengten Abschnitt des Luftkanals angeschlossen ist, in dem eine erhöhte Luftstromgeschwindigkeit zu einem geringeren statischen Druck führt. In der JP 2000 00896 ist ein Beispiel für eine bekannte Technologie gezeigt, bei welcher Turbulatoren verwendet werden, während die US 5611204 eine Anzahl unterschiedlicher Venturi-Einrichtungen anbietet. Zur Erzeugung einer relativ guten Einmischung eines jeden individuellen Abgasimpulses in die Zuluft sind wenigstens Venturi-Einrichtungen bekannt. Die Wirkung des Pulsierens des EGR-Stroms bleibt jedoch, da die "Wolken" an Abgas in dem Luft-Abgas-Gemisch in der Bewegungsrichtung des Luftstroms gut getrennt sind. Das bedeutet, dass der Anteil an Abgas in dem Gasgemisch, das in die verschiedenen Zylinder angesaugt wird, noch beträchtlich variieren kann und dadurch die vorstehend erörterten Probleme entstehen. Unabhängig von diesem Nachteil beim Stand der Technik sind viele Venturi-Einrichtungen viel zu sperrig, als dass sie beispielsweise für eng bemessene Motorraume in Schwerlastfahrzeugen geeignet sind und, was noch wesentlicher ist, sie sind relativ teuer herzustellen.
  • Die JP-A-53041631 offenbart die Merkmale nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Ein erstes Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung, die veranlasst, dass das Luft-Abgas-Gemisch, das in die verschiedenen Zylinder in einer Brennkraftmaschine angesaugt wird, einen Anteil an rückgeführten Abgasen enthält, der so gleich wie möglich ist, die so wenig Raum wie möglich braucht und die in der Herstellung so kosteneffektiv wie möglich ist. Dieses Ziel wird durch die erfindungsgemäße Lösung erreicht, die auf den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 beruht.
  • Die anderen Patentansprüche beschreiben vorteilhafte Verbesserungen und Varianten der Vorrichtung nach der Erfindung (Ansprüche 2 bis 10).
  • Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 besteht die erfindungsgemäße Lösung bezüglich der Vorrichtung darin, dass das Zuführrohr in einen Auslassabschnitt mündet, der wenigstens einen Auslass für die Zuführung der Abgase hat, wobei der Auslassabschnitt einen Auslassweg bildet, der sich in Längsrichtung der Leitung erstreckt und dessen Länge größer als der Innendurchmesser des Zuführrohrs ist. Ein Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Abgase in dem EGR-Impuls auf eine große Luftmenge verteilt sind, auch wenn sie der Leitung zugeführt werden, d. h. im Augenblick der Zuführung, was ein wesentlicher Vorteil im Vergleich zum Stand der Technik ist. Die Vorrichtung wirkt so, dass zuerst das Phänomen der "Wolken"-Bildung weniger markant ist, da der EGR-Impuls einem größeren Luftvolumen zum Zeitpunkt der Zuführung zugeführt wird, und dass zweitens die "Wolken" in der Bewegungsrichtung des Luftstroms weniger gut getrennt sind, da ihre Form gestreckter ist. Die Lösung nach der Erfindung trägt dazu bei, die Notwendigkeit für ein anschließendes Wiedermischen von Luft und Abgasen, d. h. nach dem Augenblick der Zuführung, zu minimieren, wenn nicht sogar zu beseitigen.
  • Nach dem Stand der Technik wird die Zuführung des EGR-Stroms in der Bewegungsrichtung des Luftstroms nur über dem Weg verteilt, der von dem Innendurchmesser (oder einer entsprechenden Abmessung bei fehlender Kreisform) des angeschlossenen Zuführrohrs gebildet wird. Gegenüber dem Stand der Technik wird eine Verbesserung verwirklicht, d. h. mit anderen Worten, sobald der Auslassweg, der sich in Längsrichtung der Leitung erstreckt, länger ist als der Innendurchmesser des Zuführrohrs. Wenn dieser Weg verdoppelt wird, ist bereits verglichen mit dem Stand der Technik eine beträchtliche Verbesserung erreicht. Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Länge des Auslasswegs größer als der Innendurchmesser des Zuführrohrs.
  • Vorzugsweise weist der Auslassabschnitt eine Vielzahl von Auslässen auf, die in der Längsrichtung der Leitung verteilt sind und den Auslassweg bilden. Alternativ hat der Auslassabschnitt wenigstens einen langgestreckten Auslass, der sich in Längsrichtung der Leitung ausdehnt und den Auslassweg bildet.
  • Wenn die Zuführung der rückgeführten Abgase nur auf einen kleinen Teil des Umfangs der Luftleitung verteilt wird, beispielsweise wenn die Abgase von einem Standardrohr aus oder einer länglichen Öffnung in der Längsrichtung der Leitung zugeführt werden, ergibt sich eine ungleichförmige Verteilung der Abgase gesehen in einem Abschnitt, der quer zur Längsrichtung der Leitung verläuft. Unter bestimmten Umständen kann dies die Gefahr einer ungleichförmigen Verteilung der Abgaskomponente in dem Luft-Abgas-Gemisch nach sich ziehen, die den verschiedenen Zylindern zugeführt wird, wobei die Gefahr u. a. von der Ausgestaltung der Leitung stromab abhängt. Um eine weitere verbesserte Verteilung der rückgeführten Abgase zu erzielen, sind die Auslässe für diese vorzugsweise auch längs eines Umfangs verteilt, der quer zur Bewegungsrichtung der Zuluft verläuft. Alternativ ist eine Vielzahl von langgestreckten Auslässen längs eines Umfangs verteilt, der quer zu der Bewegungsrichtung der Zuluft verläuft, vorzugsweise in Form von im Wesentlichen parallelen Schlitzen in der Längsrichtung der Leitung. Eine weitere Alternative besteht darin, dass der wenigstens eine langgestreckte Auslass sich auch längs eines Umfangs erstreckt, der quer zur Bewegungsrichtung der Zuluft verläuft, vorzugsweise in Form eines wendelförmigen Schlitzes, alternativ in Form einer Vielzahl von im Wesentlichen parallelen wendelförmigen Schlitzen. Dadurch wird ebenfalls eine gute Abgasverteilung gesehen in einem Abschnitt erreicht, der quer zur Längsrichtung verläuft. Das Wort Umfang bezieht sich in diesem Zusammenhang nicht notwendigerweise auf eine Kreisform. Die Form der Leitung und/oder des Auslassabschnittes in einem quer zur Längsrichtung verlaufenden Abschnitt kann gleichermaßen irgendeine andere geometrische Form sein, beispielsweise ein Quadrat, ein Rechteck oder ein Oval.
  • Zur Anpassung beispielsweise an die Form der Leitung für Zuluft und den um die Leitung verfügbaren Raum kann die Erfindung anders gestaltet werden.
  • Wenn die Abgase in Verbindung mit einem Druckimpuls in den Auslassabschnitt eingeführt und darin verteilt werden, stellt sich ein bestimmter Druckabfall ein. Wenn die Auslässe in dem Auslassabschnitt gleichmäßig verteilt sind, strömt eine etwas größere Menge an Abgasen durch die Auslässe aus, alternativ durch den Teil oder die Teile von langgestreckten Auslässen, die sich am nächsten zu den Abgaseinlässen in dem Auslassabschnitt befinden, da der Druck dort am höchsten ist. Dies erzeugt eine etwas ungleichförmige Verteilung des Abgasstroms aus dem Auslassabschnitt heraus in der Längsrichtung und somit eine etwas ungleichförmige Abgasverteilung in der Längsrichtung der Luftleitung. In den meisten Fällen hat die se geringfügige Ungleichförmigkeit in der Verteilung keinen merklichen Einfluss auf das Arbeiten des Motors, unter bestimmten Umständen kann es jedoch nichtsdestoweniger erwünscht sein, der Ungleichförmigkeit in der Verteilung entgegenzuwirken. Die Erfindung kann somit weiter dadurch verbessert werden, dass zweckmäßigerweise für eine Vergrößerung der effektiven Öffnungsfläche des Auslassabschnitts pro Längeneinheit in der Richtung der Hauptströmungsrichtung der Abgase in dem Auslassabschnitt gesorgt wird.
  • Vorzugsweise bestehen die Auslässe aus Löchern oder Schlitzen oder gegebenenfalls aus einer Kombination von beiden. Die Auslegung des Auslassabschnitts kann beispielsweise so gewählt werden, dass bei der Herstellung Löcher auf einfache Weise gestanzt oder ausgepresst werden können. Zur Vergrößerung der effektiven Öffnungsfläche des Auslassabschnitts pro Längeneinheit können beispielsweise Schlitze allmählich erweitert werden, während die Löcher entweder graduell vergrößert oder graduell näher beieinander verteilt werden.
  • In bestimmten Situationen, beispielsweise wenn es aus Raumgründen schwierig ist, Platz für einen sich ausreichend lang erstreckenden Auslassweg zu finden, kann es erwünscht sein, die Erfindung mit einem anschließenden Wiedermischen zu kombinieren. Zweckmäßigerweise werden dann in der Vorrichtung wenigstens ein Turbulator und/oder wenigstens eine Venturi-Einrichtung angeordnet.
  • Die Länge des vergrößerten Auslasswegs, innerhalb dessen die Zuführung von Abgasen verteilt wird, wenn sie der Leitung zugeführt werden, kann auf den Weg der Zuluft bezogen werden, längs dessen die Zuluft während des Zeitraums zwischen zwei Abgasimpulsen aus dem Motor oder zwischen zwei EGR-Impulsen verschoben wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Länge des Auslasswegs, der sich in der Längsrichtung der Leitung erstreckt, wenigstens 20% des Wegs, längs dessen die Zuluft in der Leitung während des Zeitraums zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abgasimpulsen aus der Brennkraftmaschine verdrängt wird.
  • Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Lösung bezüglich des Verfahrens wird dadurch erreicht, dass die der Leitung zugeführten Abgase längs eines Umfangs verteilt werden, der quer zu der Bewegungsrichtung der Zuluft verläuft. Wie bereits vorher erörtert, bezieht sich der Ausdruck Umfang in diesem Zusammenhang nicht notwendig auf eine Kreis form, sondern schließt auch anderen Formen ein, beispielsweise eine quadratische, rechteckige oder ovale.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die folgenden Figuren näher beschrieben, in denen
  • 1 ein Umrissschema einer Brennkraftmaschine und ihrer Luft- und Abgasströme nach dem Stand der Technik,
  • 2 eine vorteilhafte beispielsweise Ausführungsform der Erfindung und
  • 3 den Grundvorgang für das Einmischen von rückgeführten Abgasen in die beispielsweise Ausführungsform der Erfindung nach 2 zeigt.
  • BESCHREIBUNG BESPIELSWEISER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In 1 ist als Beispiel ein Umrissschema einer Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern und ihren Luft- und Abgasströmen nach dem Stand der Technik gezeigt. Die Figur zeigt ein Beispiel eines Motorsystems, bei welchem die Erfindung eingesetzt werden kann, um einen Strom von rückgeführten Abgasen der Zuluft des Motors zuzuführen. Die in den Motor 21 gelangende Luft strömt durch eine Leitung 2 über einen Kompressor 24 und einen Kühler 25 zur Einlassseite 23 des Motors 21 und weiter zu den Zylindern 26. Auf der Auslassseite 27 des Motors 21 werden die Abgase durch das bei diesem Beispiel geteilte Zweigrohr 28a, 28b über eine Turbine 29 und weiter zu einem Abgasrohr 30 geleitet. Die Turbine 29 treibt den Kompressor 24 an. Der Strom der rückgeführten Abgase (der EGR-Strom) wird aus dem geteilten Zweigrohr 28a, 28b an zwei Stellen 31a, 31b entnommen. Der EGR-Strom wird in ein gemeinsames Zuführrohr 1 über einen EGR-Kühler 33 und zurück zur Einlassseite 23 des Motors 21 über einen Anschluss 34 an die Leitung 2 für Zuluft geführt. Bei diesem Beispiel kann die Erfindung in der Verbindung 34 verwendet werden. Alles, was für die Anwendung der Erfindung erforderlich ist, ist somit ein Zuführrohr 1 für die rückgeführten Abgase und eine Leitung 2.
  • Bei anderen Varianten von Motorsystemen, bei denen die Erfindung ebenfalls eingesetzt werden kann, kann die Verbindung 34 irgendwo anders längs der Leitung 2 angeordnet werden, beispielsweise zwischen dem Kompressor 24 und dem Kühler 25 oder vor dem Kompressor 24. Bei weiteren anderen Varianten können mehr oder weniger Kühler, Kompressoren und Turbinen Teil des Motorsystems bilden. Es können auch mehr als eine Verbindung 34 für die Zuluft vorgesehen werden. Die Erfindung ist auch für eine andere Anzahl von Zylindern, für eine andere Ausgestaltung des Zweigrohrs 28a, 28b und bei anderen Varianten dafür verwendbar, wie der EGR-Strom aus dem Gesamtabgasstrom des Motors entnommen wird.
  • In 2 ist eine vorteilhafte beispielsweise Ausgestaltung der Erfindung gezeigt. In einer Verbindung 34 (gemäß 1) ist ein Zuführrohr 1 für einen impulsförmigen Strom von rückgeführten Abgasen mit einer Leitung 2 für Zuluft zu einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) verbunden. Das Zuführrohr 1 mündet über einen Krümmer 5 in einen Auslassabschnitt 3, der sich innerhalb der Leitung 2 befindet. Der Auslassabschnitt 3 ist mit einer Vielzahl von Auslässen 4 versehen, die über einem ausgedehnten Auslassweg "a" in der Längsrichtung der Leitung verteilt sind. Die Auslässe 4 sind auch längs des Umfangs des Auslassabschnittes 3 verteilt, d. h. längs eines Umfangs, der quer zur Bewegungsrichtung der Zuluft verläuft. In diesem Fall ist der Umfang kreisförmig, jedoch kann der Umfang, wie vorstehend erwähnt, auch eine andere geometrische Form haben. Der Auslassabschnitt 3 ist weiterhin mit einem Endstück 6 versehen, das in großem Umfang verhindert, dass Abgase axial durch das Ende des Auslassabschnittes 3 abströmen anstatt durch die Auslässe 4. Bei Varianten der beispielsweisen Ausgestaltung kann das Endstück 6 entfernt oder mit kleinen Auslässen 4 versehen werden. Um den Auslassabschnitt 3 zu stabilisieren, ist an dem Endstück 6 des Auslassabschnitts 3 ein Halter 7 befestigt. Wenn ein Abgasimpuls in das Zuführrohr 1 eintritt, werden die Abgase in dem Auslassabschnitt 3 verteilt und über seine Auslässe 4 der Leitung 2, verteilt über den Auslassweg "a", der sich in Längsrichtung der Leitung erstreckt, zugeführt. Für alternative Ausgestaltungen kann der Krümmer 5 in die andere Richtung so gedreht werden, dass der Auslassabschnitt 3 der Bewegungsrichtung der Luft in der Leitung 2 entweder zugewandt oder entgegengerichtet ist. Alternativ kann das Zuführrohr 1 beispielsweise in der Mitte des Auslassabschnittes münden, so dass die Abgase in unterschiedliche Richtungen in dem Auslassabschnitt 3 strömen, bevor sie der Leitung 2 über die Auslässe 4 zugeführt werden. Weitere Alternativen zu der in 2 gezeigten beispielsweisen Ausgestaltung bestehen darin, die Auslässe 4 anders zu gestalten. Beispielsweise können die Auslässe von langgestreckten Auslässen, beispielsweise Schlitzen, gebildet werden, die sich in der Längsrichtung des Auslassabschnittes 3 über den vergrößerten Auslassweg "a" erstrecken. Es ist weiterhin möglich, einen oder mehrere Auslässe 4 in Form eines Wendelschlitzes zu verwenden, der sich sowohl in der Längsrichtung des Auslassabschnitts 3 als auch längs seines Umfangs erstreckt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Länge des vergrößerten Auslasswegs, über der die Zuführung der Abgase zur Leitung verteilt wird, gerade so lang wie der Weg, längs dessen die Zuluft in der Leitung während des Zeitraums zwischen zwei EGR-Impulsen verschoben wird. Wenn dies der Fall ist, ist es möglich, herbeizuführen, dass jeder Querschnitt des Luft-Abgas-Gemisches in der Leitung stromab von dem Auslassweg eine gleich große Abgaskomponente enthält, was sehr gute Aussichten bietet, ein in die verschiedenen Zylinder gesaugtes Luft-Abgas-Gemisch zu erhalten, das eine gleich große Abgaskomponente enthält. Der Grundvorgang für dieses effektive Einmischen von Abgasen in die Luftleitung ist in 3 unter Bezug auf die beispielsweise Ausgestaltung gemäß 2 gezeigt. Wie vorher ist das Zuführrohr 2 für den impulsförmigen Strom von rückgeführten Abgasen mit einer Leitung 2 für Zuluft zu einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) verbunden. Die Luft strömt in Richtung des Pfeils, d. h. in der Figur nach rechts. Die Wege a1, a2 und a3 sind gleich lang und entsprechen in der Länge dem Auslassweg "a", der sich in der Längsrichtung der Leitung 2 erstreckt und innerhalb dessen die Zuführung von Abgas zur Leitung 2 verteilt wird. Für jeden Weg a1, a2 und a3 gibt es ein entsprechendes Leitungsvolumen V1, V2 und V3. In 3a wird gerade ein EGR-Impuls dem Volumen V1 zugeführt. Das Vorhandensein von Abgasen in dem Leitungsvolumen ist durch Punkte angezeigt. In diesem Fall werden die Zuluft und somit die Volumina V1, V2 und V3 längs des Wegs "a" während des Zeitraums zwischen zwei EGR-Impulsen verschoben. Dieser Zustand, d. h. gerade bevor der nächste EGR-Impuls dem Volumen V2 zugeführt wird, ist in 3b gezeigt. In 3c ist gerade ein EGR-Impuls dem Volumen V2 zugeführt worden, das V1 in 3a entspricht. In der nächsten Folge werden die Luft und somit die Volumina V1, V2 und V3 wieder längs des Weges "a" nach rechts in der Figur verschoben, wonach der nächste EGR-Impuls dem Volumen V3 zugeführt wird. Somit wird mit dem Einmischen der rückgeführten Abgase zur Leitung 2 fortgefahren. Im Prinzip beseitigt dieser Vorgang die vorher beschriebene "Wolken"-Bildung.
  • Es kann jedoch ein Grund dafür bestehen, dem Auslassweg in der Längsrichtung der Leitung eine Erstreckung zu geben, die kürzer ist als der Weg der Zuluft, die während des Zeitraums zwischen zwei EGR-Impulsen verschoben wird, d. h. weniger als 100% des Wegs der Verschiebung der Luft. Eine Ursache können Raumgründe sein, beispielsweise dass nur Platz für einen Auslassweg von einer bestimmten Länge vorhanden ist. Eine andere Ursache kann sein, dass eine kleinere Länge des Auslasswegs ganz einfach eine ausreichend gute Verteilung der Abgase in der Zuluft erzeugt, damit der Motor wie gefordert arbeitet. Die Wirkung davon, dass der Auslassweg kürzer als der Verschiebeweg der Luft zwischen zwei EGR-Impulsen ist, besteht darin, dass ein bestimmter Zwischenraum, der kein Abgas enthält, zwischen den Abgas enthaltenden Volumina auftritt. Gemäß 3c bedeutet dies, dass ein bestimmter Zwischenraum zwischen den Volumina V1 und V2 auftritt. In welchem Ausmaß dies den Abgasanteil in den verschiedenen Zylindern beeinflusst, hängt u. a. von der Größe des Zwischenraums ab und davon, wie gut Luft und Abgas während des fortgesetzten Stroms in der Leitung wieder gemischt werden. Die Ausgestaltung des Auslasswegs so, dass er kürzer ist als der Verschiebeweg der Luft zwischen zwei EGR-Impulsen, ist besonders interessant, wenn der EGR-Strom aus einer Teilmenge der Motorzylinder entnommen wird. In einem solchen Fall ist der Verschiebeweg der Luft verlängert, da der Zeitraum zwischen den EGR-Impulsen größer ist als zwischen den Abgasimpulsen aus dem Motor.
  • Für die Erfindung ist es von Interesse, abzuschätzen, wie kurz der Auslassweg des EGR-Stroms in der Luftleitung in Bewegungsrichtung der Luft normalerweise beim Stand der Technik ist. Dieselmotoren laufen häufig mit maximal 15% Abgasen in der Zuluft. Da das Zuführrohr für die rückgeführten Abgase für diesen Zustand eines maximalen Stroms ausgelegt ist, beträgt die Beziehung zwischen der Fläche (A1) für das Zuführrohr und der Fläche (A2) für die Leitung für Zuluft normalerweise etwa 15%, d. h. 0,15. Wenn man annimmt, dass das Rohr und die Leitung zylindrisch sind, folgt nach den Gesetzen der Geometrie daraus, dass das Verhältnis zwischen dem Rohrdurchmesser (d1) und dem Leitungsdurchmesser (d2) die Wurzel aus 0,15 also 0,39 beträgt. Der Verschiebeweg (L) der Luft in der Leitung zwischen zwei EGR-Impulsen hängt von dem Hubvolumen pro Zylinder (Vcyl), von der Fläche (A2) der Leitung und davon ab, wo der EGR-Strom entnommen wird. Wenn der EGR-Strom aus allen Zylindern entnommen wird, berechnet sich der Verschiebeweg der Luft zwischen zwei Impulsen zu L = Vcyl/A2. Wenn der EGR-Strom beispielsweise von der Hälfte der Zylinder entnommen wird, ist die Zeit zwischen den Impulsen zweimal so lang, und dementspre chend wird L = 2·Vcyl/A2. Da die Länge des Auslasswegs des EGR-Stroms in Bewegungsrichtung der Luft der Durchmesser (d1) des Zuführrohrs ist, kann eine Beziehung zwischen dem Auslassweg und dem Verschiebeweg der Luft aus dem Verhältnis von d1/L berechnet werden. Wenn dieses Verhältnis in Prozent berechnet wird, sagen 10% beispielsweise, dass der Verschiebeweg zehnmal länger als der Auslassweg des EGR-Stroms ist, d. h. dass die EGR-"Wolken" in Bewegungsrichtung der Luft gut getrennt sind. Wenn der EGR-Strom aus allen Zylindern entnommen wird, kann das Verhältnis ausgedrückt werden als d1/L = d1·A2/Vcyl. Wenn, wie vorher erwähnt, A2 = π·d2 2/4 und d1 = 0,39·d2, dann ist es möglich, d1/L = π·d2 3·0,39/(Vcyl·4) zu schreiben. Durch Einsetzen von typischen Werten von d2 und Vcyl ist es möglich zu sehen, wie das Verhältnis d1/L normalerweise für den Stand der Technik aussieht. Da ein größerer Luftstrom für größere Zylinder erforderlich ist, nimmt d2 mit zunehmendem Vcyl zu. Für Zylinderräume von etwa 1000 cm3 beträgt d2 gewöhnlich 7 bis 7,5 cm, für 2000 cm3 etwa 8 cm und für 3000 cm3 etwa 9 cm. Wenn diese Werte in den Ausdruck für d1/L eingesetzt werden, kann man sehen, dass der Auslassweg des EGR-Stroms normalerweise um 10% oder weniger herum bezogen auf den Verschiebeweg der Luft zwischen zwei Abgasimpulsen beträgt. Wenn der EGR-Strom nicht von allen Zylindern entnommen wird, ist der Wert für d1/L noch kleiner, d. h. der Einlassweg bildet einen noch kleineren Teil des Verschiebewegs der Luft. Mit anderen Worten, eine beträchtliche Verbesserung verglichen mit dem Stand der Technik wird erreicht, sobald der Auslassweg 20% des Verschiebewegs der Luft erreicht. Zweckmäßigerweise beträgt deshalb die Länge des Auslasswegs in der Längsrichtung der Leitung wenigstens 20% des Wegs, auf dem die Zuluft in der Leitung während des Zeitraums zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abgasimpulsen aus der Brennkraftmaschine verschoben wird.
  • Die Erfindung soll nicht als auf die gezeigten beispielsweisen Ausführungsformen beschränkt angesehen werden, vielmehr kommt eine Reihe von Modifizierungen in Betracht, ohne aus diesem Grund von dem Umfang des Patentschutzes abzuweichen.

Claims (10)

  1. Vorrichtung (34) zum Zuführen von rückgeführten Abgasen zur Zuluft für eine Brennkraftmaschine in Kolbenbauweise an einer Stelle stromauf von einem Einlasskrümmer (23), wobei die Vorrichtung – eine Leitung (2) für Zuluft und ein Zuführrohr (1) für die Abgase aufweist, das in einen Auslassabschnitt (3) mündet, der wenigstens einen Auslass (4) für eine verteilte Zuführung von Abgasen aufweist, – wobei der Auslassabschnitt (3) einen Auslassweg (a) bildet, der sich in der Längsrichtung der Leitung erstreckt, – wobei die Länge des Auslasswegs (a) wenigstens zweimal so lang wie die Abmessung des Innendurchmessers des Zuführrohrs (1) ist, und – wobei es möglich ist, dass ein Abgasimpuls, der durch das Zuführungsrohr (1) transportiert wird, in einen Teil (a1) der Zuluft verteilt wird, die in der Leitung (2) den Auslassabschnitt (3) passiert, dadurch gekennzeichnet, – dass der Auslassabschnitt (3) wenigstens teilweise innerhalb der Leitung (2) für die Zuluft angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Auslasswegs (a) wenigstens dreimal so lang, vorzugsweise wenigstens viermal so lang ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassabschnitt (3) eine Vielzahl von Auslässen (4) aufweist, die in der Längsrichtung der Leitung verteilt sind und den Auslassweg (a) bilden.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslässe (4) auch längs eines quer zur Bewegungsrichtung der Zuluft verlaufenden Umfangs verteilt sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassabschnitt (3) wenigstens einen langgestreckten Auslass (4) aufweist, der sich in der Längsrichtung der Leitung erstreckt und den Auslassweg (a) bildet.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von langgestreckten Auslässen (4) längs eines quer zur Bewegungsrichtung der Zuluft verlaufenden Umfangs, vorzugsweise in Form von im Wesentlichen parallelen Schlitzen in der Längsrichtung der Leitung (2), verteilt sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein langgestreckter Auslass (4) sich längs eines quer zur Bewegungsrichtung der Zuluft verlaufenden Umfangs, vorzugsweise in Form eines wendelförmigen Schlitzes und alternativ in Form einer Vielzahl von im Wesentlichen parallelen wendelförmigen Schlitzen erstreckt.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Auslassfläche des Auslassabschnitts (3) pro Längeneinheit in Richtung der Hauptströmungsrichtung der Abgase in dem Auslassabschnitt (3) zunimmt.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Wirbelerzeuger und/oder wenigstens eine Venturieinrichtung aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein Dieselmotor ist, der vorzugsweise in ein Schwerlastfahrzeug eingebaut ist.
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