DE10028131C1 - Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ein Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und in dem Zylinderkopf sich befindlichen Brennräumen, insbesondere direkteinspritzende Dieselbrennkraftmaschine, weist wenigstens eine Abgasrückführleitung, durch welche Abgas von einer Abgasseite des Zylinderkopfes zu einer Ansaugseite des Zylinderkopfes geleitet wird, und ein Abgasrückführventil zur Steuerung der Abgasrückführung auf. Unmittelbar an dem Zylinderkopf ist ein Flanschteil angebracht, in welchem sich ein mit der wenigstens einen Abgasrückführleitung verbundener Abgasrückführkanal befindet, von dem mehrere zu den einzelnen Brennräumen führende Zuleitungen ausgehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführsystem für eine Brenn­ kraftmaschine nach der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 näher definierten Art.

Ein derartiges Abgasrückführsystem ist aus der DE 198 16 267 A1 bekannt.

Hierbei wird in einem einteiligen Flanschabschnitt eines Luft­ ansaugsystems für eine Brennkraftmaschine der Abgasrückführkanal über Einzelkanäle mit jedem einzelnen Luft­ ansaugkanal verbunden. Die Einzelkanäle werden von einer gemeinsamen Welle durchragt, die im Bereich der Einzelkanäle Abflachungen aufweist. Durch Drehen der Welle kann mit Hilfe der Abflachungen der Querschnitt der Einzelkanäle freigegeben oder versperrt und damit der Abgasanteil in der angesaugten Luft variiert werden. Dadurch, dass für jeden Einzelkanal eine Drosselklappe in Form der Abflachung der durchgehenden Welle vorgesehen ist, und weil die Strömungsquerschnitte in den teil­ versperrten Einzekanälen sehr klein werden können, ist die gesamte Vorrichtung empfindlich gegen Fertigungstoleranzen und Verschmutzungen in den Einzelkanälen und im Bereich der abge­ flachten Welle. Dadurch kann sich eine ungleiche Verteilung des Abgases in den einzelnen Zylindern ergeben.

Des weiteren ist in der WO 00/42311 eine aus einem Flanschteil bestehende Abgasrückführanlage beschrieben, bei der für jeden Zylinder eine eigene Sperrvorrichtung vorhanden ist, die Sperrvorrichtungen zur gemeinsamen Betätigung mechanisch gekop­ pelt und mit einem Stellantrieb verbunden sind. Der rückgeführte Abgasstrom ist allein durch die Betätigung der Sperrvorrichtungen unter Verzicht auf weitere Regelventile ein­ stellbar. Die Sperrvorrichtung ist nahe der Mündung des Abgasrückführverteilers in die Ansaugleitung vorgesehen. Auch diese Anordnung zur Abgasrückführung ist empfindlich gegen Fer­ tigungstoleranzen und Verschmutzungen in den Einzelkanälen. Dadurch kann sich eine ungleiche Verteilung des Abgases in den einzelnen Zylindern ergeben.

Weiterhin ist in der AT 003 762 U1 ein Einlasssystem für eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem im Bereich der Einmün­ dung der Abgasrückführleitung in den Einlasskanal die Abgasrückführleitung durch eine Klappe verschließbar ist. Die­ ses Einlasssystem ist in einem Flanschteil angeordnet und weist für jeden Einlasskanal eine Einmündung für eine Abgasrückführ­ leitung mit einer schwenkbaren Klappe zum Steuern des Durchflusses auf. Eine Ausführung mit jeweils einer Klappe für jeden Kanal ist aufwendig und führt bei Fertigungtoleranzen zu unterschiedlichen Durchflüssen von zugeführtem Abgas in den einzelnen Kanälen.

Ein weiteres Abgasrückführungssystem ist aus der DE 196 22 891 C2 bekannt. Hierbei wird über eine Abgasrückführleitung und ein Abgasrückführventil eine bestimmte Menge an Abgas in die zu der Brennkraftmaschine führenden Ansaugleitung zurückgeführt, was zu verschiedenen, bereits hinlänglich bekannten Vorteilen beim Betrieb der Brennkraftmaschine führt. Zwischen dem äußeren Be­ reich der Ansaugleitung und den Brennräumen der Brennkraftmaschine befindet sich ein Saugluftverteiler, in dem das rückgeführte Abgas mit der zugeführten Ansaugluft vermischt wird. Von diesem Saugluftverteiler wird das Abgas über einzelne Ansaugleitungen den Brennräumen zugeführt.

Diese bekannte Lösung weist jedoch sehr viele Bauteile auf, was sowohl zu Bauraumproblemen als auch zu verhältnismäßig hohen Kosten führt. Des weiteren sind bei der Montage solcher Bautei­ le stets Toleranzen zu beachten, woraus sich eine verhältnismäßig aufwendige Fertigung und eine ebenso aufwendige Montage ergibt.

Durch die gemeinsame Mischstrecke von Abgas und Frischluft für alle Brennräume ergibt sich außerdem eine sehr problematische Verrußung und Lackschichtbildung derjenigen Bauteile, in denen das Abgas geführt wird.

Zum allgemeinen Stand der Technik bezüglich Abgasrückführsyste­ men für Brennkraftmaschinen wird des weiteren auf die DE 38 28 742 C3, die DE 198 16 266 A1 und die DE 198 33 325 A1 verwie­ sen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasrückführ­ system für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem möglichst wenige Bauteile notwendig sind und die Zuführung des Abgases zu der Frischluft möglichst nah an den Brennräumen er­ folgt, wobei die Einstellung der zugemischten Abgasmenge mit möglichst wenigen Bauteilen erfolgen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch nur eine einige Klappe für den gesamten Abgasstrom, das sogenannte Abgasrückführventil, wird eine Ungleichverteilung des zurückgeführten Abgases aufgrund von Fertigungstoleranzen oder Verschmutzung von einzelnen Klappen durch das Abgas ver­ mieden. Zusätzlich wird durch eine Klappe und ein zweiteiliges Flanschteil, in dem die Kanäle weitgehend vorgegossen sind, der Bauaufwand wesentlich reduziert.

Durch das unmittelbar an dem Zylinderkopf angebrachte Flansch­ teil mit dem erfindungsgemäßen Abgasrückführkanal wird das Abgas erst in unmittelbarer Nähe der Brennräume zu der ange­ saugten Frischluft hinzugemischt. Hierdurch wird eine unnötige Verschmutzung von Ansaugluft führenden Bauteilen durch Abgas verhindert, was die Ansaugbedingungen für die Brennkraftmaschine erheblich verbessert.

Durch die einzelne Zuleitung des Abgases zu den Brenn­ räumen entsteht eine homogene Vermischung zwischen Abgas und Frischluft und es ist vorteilhafterweise möglich, jedem Brennraum ganz gezielt eine bestimmte Abgasmenge zuzuführen und so eine Gleichverteilung von Abgas über alle Zylinder zu erreichen. Auf diese Weise können Abgasgrenzwerte, insbesondere Stickoxidgrenz­ werte, besser eingehalten werden.

Des weiteren ermöglicht das erfindungsgemäße Flansch­ teil die Reduzierung der Bauteileanzahl und des Bau­ raumes, der für das erfindungsgemäße Abgasrückführsy­ stem erforderlich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend Anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 Einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Abgasrückführsy­ stem;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Abgasküh­ lers aus Fig. 1;

Fig. 3 eine erste Flanschteilhälfte des erfindungs­ gemäßen Flanschteils;

Fig. 4 eine zweite Flanschteilhälfte des erfindungs­ gemäßen Flanschteils;

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Abgasrück­ führventils aus Fig. 1 aus einer anderen Per­ spektive; und

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung eines Röhrchens aus Fig. 4.

In Fig. 1 ist von einer Brennkraftmaschine 1 lediglich ein Zylinderkopf 2 dargestellt, in dem sich in bekann­ ter, jedoch nicht dargestellter Weise mehrere Brenn­ räume befinden und der mit einem Abgasrückführsystem 3 versehen ist. Über eine Abgasrückführleitung 4 wird Abgas von einer Abgasseite 2a des Zylinderkopfes 2 zu einer Ansaugseite 2b des Zylinderkopfes 2 geleitet. Die Abgasrückführleitung 4 besteht aus mehreren Ab­ schnitten, und zwar einem ersten Abschnitt 4a, der innerhalb des Zylinderkopfes 2 bis zu einem zur Steue­ rung der Abgasrückführung dienenden Abgasrückführven­ til 5 verläuft, einem zweiten Abschnitt 4b, der von dem Abgasrückführventil 5 ausgehend in einen Abgasküh­ ler 6 mündet und einem dritten Abschnitt 4c, der aus­ gehend von dem Abgaskühler 6 in ein unmittelbar an den Zylinderkopf 2 angebrachtes Flanschteil 7 mündet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftma­ schine 1 als direkteinspritzende Dieselbrennkraftma­ schine ausgeführt.

Das Flanschteil 7 besteht aus zwei Flanschteilhälften 7a und 7b, von denen die Flanschteilhälfte 7a dem Zy­ linderkopf 2 zugewandt ist und die Flanschteilhälfte 7b von dem Zylinderkopf abgewandt ist. Die Flanschteilhälfte 7b weist einen Anschlußstutzen 8 auf, in den der Abschnitt 4c der Abgasrückführleitung 4 mün­ det. Entgegen der Darstellung könnte die dem Zylinder­ kopf 2 zugewandte Flanschteilhälfte 7a auch einstückig mit dem Zylinderkopf 2 ausgebildet sein.

In Fig. 2 ist der Abgaskühler 6 mit den Leitungsab­ schnitten 4b und 4c vergrößert dargestellt. Der Abgas­ kühler 6 kann von an sich bekannter Wirkungsweise sein und wird daher nicht näher beschrieben. An der dem Abgasrückführventil 5 zugewandten Seite des Abgasküh­ lers 6 ist ein Anschraubflansch 9 mit drei Schrauben 10 vorgesehen, mittels welchem der Abgaskühler 6 an der Flanschteilhälfte 7b angeschraubt werden kann. Neben dem Leitungsabschnitt 4b geht von dem Anschraub­ flansch 9 auch eine Kühlwasserzuleitung 11 für den Abgaskühler 6 aus. Die Kühlwasserzuleitung 11 kann dabei in nicht dargestellter Weise in ein Kühlwasser­ system des Zylinderkopfes 2 integriert sein.

In Fig. 3 ist die dem Zylinderkopf 2 abgewandte Flanschteilhälfte 7b und in Fig. 4 die dem Zylinder­ kopf 2 zugewandte Flanschteilhälfte 7a dargestellt. Dort ist zu erkennen, daß, ausgehend von dem Anschluß­ stutzen 8, sich in dem Flanschteil 7 ein Abgasrück­ führkanal 12 befindet, der annähernd über die gesamte Länge des Flanschteils 7 und zumindest annähernd je­ weils hälftig in beiden Flanschteilhälften 7a und 7b als Abgasrückführkanalhälften 12a und 12b verläuft. Der Abgasrückführkanal könnte sich gegebenenfalls auch nur in einem der beiden Flanschteilhälften 7a oder 7b befinden.

Zu jedem Brennraum führen zwei Einlaßkanäle 13 und 14, wobei durch das Vorhandensein von insgesamt fünf Brennräumen ebenso viele Einlaßkanäle 13 bzw. 14 vor­ gesehen sind. Der jeweils annähernd rechteckige Ein­ laßkanal 13 ist dabei als sogenannter Drallkanal 13 ausgebildet und der jeweils runde Einlaßkanal 14 als sogenannter Füllungskanal 14. Zwischen jeweils einem Paar von Einlaßkanälen 13 und 14 befindet sich eine Ausnehmung 15, die gießtechnische Gründe hat und zur Gewichtsreduzierung dient.

In Fig. 4 ist dargestellt, daß die Füllungskanäle 14 mittels Drosselklappen 16 verschlossen werden können, die auf einer gemeinsamen Drosselklappenwelle 17 ange­ ordnet sind. Die Drosselklappen 16 werden insbesondere bei niedrigen Drehzahlen geschlossen, um durch die alleinige Anströmung der Brennräume durch die Drallka­ näle 13 eine verbesserte Drallströmung zu erreichen. Die Drosselklappenwelle 17 ist zwischen den beiden Flanschteilhälften 7a und 7b gelagert. Hierfür sind in beiden Flanschteilhälften 7a und 7b Einkerbungen 18 als Lagerstellen vorgesehen, die jedoch nur in Fig. 3 erkennbar sind. Auf diese Weise wird die Drosselklappe 17 sehr einfach und ohne großen Bauteilaufwand in das Flanschteil 7 integriert. Die Drosselklappenwelle 17 kann dabei in bekannter Weise mit Hilfe eines Stelle­ lements 19 verdreht werden.

Von dem Abgasrückführkanal 12 gehen zu den einzelnen Brennräumen führende Zuleitungen 20 aus, die im vor­ liegenden Fall jeweils in Form eines gebogenen, von dem Abgasrückführkanal 12 abzweigenden Röhrchens 20 ausgebildet sind. Die Röhrchen 20 leiten das Abgas jeweils zentral in den Drallkanal 13 ein, so daß auch bei geschlossenen Drosselklappen 16 die Zuleitung von Abgas in die Brennräume gewährleistet ist. Eine derar­ tige zentrale Einleitung des Abgases verhindert die Verrußung von Bauteilen. Theoretisch wäre selbstver­ ständlich auch eine Zuleitung von Abgas hinter den Drosselklappen 16 in die Füllungskanäle 14 möglich.

Die dem Zylinderkopf 2 zugewandte Flanschteilhälfte 7a weist Aussparungen 21 in Form von Langlöchern auf, in welche die Röhrchen 20 eingeschoben werden können. Um einen Halt in dem Abgasrückführkanal 12 zu erreichen, weisen die Röhrchen 20 eine umlaufende Auskragung 22 auf, deren Durchmesser größer als die Aussparungen 21 ist. Auf diese Weise liegen die Auskragungen 22 der Röhrchen 20 auf der Unterseite des Abgasrückführkanals 12 auf. Alternativ zu der Ausführungsform als Röhrchen 20 wäre es auch möglich, die Zuleitungen 20 jeweils als von dem Abgasrückführkanal 12 abzweigende Bohrung in dem Flanschteil 7 auszubilden.

Die beiden Flanschteilhälften 7a und 7b bestehen vor­ zugsweise aus Aluminium und werden im Druckgießverfah­ ren hergestellt. Alternativ ist auch Magnesium als Material für diese Bauteile denkbar.

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Abgas­ rückführventils 5, welches mittels eines Anschraub­ flansches 23 und zweier Schrauben 24 direkt an der dem Zylinderkopf 2 zugewandten Flanschteilhälfte 7a ange­ schraubt werden kann. Ansonsten kann das gegebenen­ falls über das Kühlwassersystem des Zylinderkopfes 2 wassergekühlte Abgasrückführventil 5 von an sich be­ kannter Bauart sein, weshalb nicht näher auf dasselbe eingegangen wird.

Eine vergrößerte Darstellung eines Röhrchens 20 zeigt Fig. 6. Hier ist erkennbar, daß sich direkt unterhalb der umlaufenden Auskragung 22 zwei miteinander fluch­ tende Bohrungen 25 und 26 befinden, von denen die Boh­ rung 25 zur Durchführung eines nicht dargestellten Werkzeugs dient, um das Röhrchen 20 beispielsweise mittels einer durch die Bohrung 26 hindurchgeführte Schraube an der Flanschteilhälfte 7a anzuschrauben.

Claims (12)

1. Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und in dem Zylinderkopf sich befindlichen Brennräumen, insbesondere direkteinsprit­ zende Dieselbrennkraftmaschine, mit wenigstens einer Abgasrückführleitung, durch welche Abgas von einer Abgasseite des Zylinderkopfes zu einer Ansaugseite des Zylinderkopfes geleitet wird, und mit einem Abgasrück­ führventil zur Steuerung der Abgasrückführung, und einem am Zylinderkopf angebrachten Flanschteil in wel­ chem sich ein mit der wenigstens einen Abgasrückführ­ leitung verbundener Abgasrückführkanal befindet, von dem mehrere zu den einzelnen Brennräumen führende Zu­ leitungen ausgehen dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschteil (7) aus zwei Flanschteilhälften (7a, 7b) besteht, von denen eine Flanschteilhälfte (7a) dem Zylinderkopf (2) zugewandt und die andere Flansch­ teilhälfte (7b) von dem Zylinderkopf (2) abgewandt ist und dass das für den gesamten Abgasrückführstrom die­ nende Abgasrückführventil (5) im Bereich der Abgas­ rückführleitung (4) angeordnet ist.

2. Abgasrückführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführkanal (12) zumindest annähernd je­ weils hälftig in beiden Flanschteilhälften (7a, 7b) verläuft.

3. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die dem Zylinderkopf (2) zugewandte Flanschteilhälfte (7a) einstückig mit dem Zylinderkopf (2) ausgebildet ist.

4. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Brennraum wenigstens zwei Einlasskanäle (13, 14) führen, von denen einer als Drallkanal (13) und der andere als mit einer Drosselklappe (16) ver­ schließbarer Füllungskanal (14) ausgebildet ist.

5. Abgasrückführsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas über den Abgasrückführkanal (12) und die Zuleitungen (20) jeweils in den Drallkanal (13) einge­ leitet wird.

6. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Drosselklappen (16) der Füllungskanäle (14) auf einer Drosselklappenwelle (17) angeordnet sind, welche zwischen den beiden Flanschteilhälften (7a, 7b) gelagert ist.

7. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (20) jeweils in Form eines gebogenen, von dem Abgasrückführkanal (12) abzweigenden Röhrchens (20) ausgebildet sind.

8. Abgasrückführsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der dem Zylinderkopf (2) zugewandten Flanschteil­ hälfte (7a) Aussparungen (21) für die als Röhrchen (20) ausgebildeten Zuleitungen vorgesehen sind.

9. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (20) jeweils als von dem Abgasrück­ führkanal (12) abzweigende Bohrung in dem Flanschteil (7) ausgebildet sind.

10. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (4) vor der Einleitung in den Abgasrückführkanal (12) durch einen Abgaskühler (6) durchgeführt ist.

11. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschteil (7) im Druckgießverfahren hergestellt wird.

12. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführventil (5) an dem Flanschteil (7) angebracht ist.