DE4104127C1

DE4104127C1 -

Info

Publication number: DE4104127C1
Application number: DE4104127A
Authority: DE
Inventors: Franz 7317 Wendlingen De Bender
Original assignee: Mercedes Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1992-02-20
Anticipated expiration: 2011-02-13
Also published as: EP0498947B1; EP0498947A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Abgasrück führung mit einer zwischen Auspuff- und Ansauganlage angeordneten Abgasrückführleitung und mit einem in der Abgasrückführleitung angeordneten Steuerventil.The invention relates to an internal combustion engine with exhaust gas back guidance with an arranged between exhaust and intake system Exhaust gas recirculation line and with one in the exhaust gas recirculation line arranged control valve.

Aus der DE-OS 34 19 917 ist es bekannt, einen Anteil von Ab gasen unter bestimmten Betriebsbedingungen der Ansaugluft zu zuführen. Mit dieser Rückführung von Abgasen werden eine Anzahl im Verbrennungsmotorenbau zunehmend an Bedeutung gewinnende positive Effekte z. B. eine Minimierung des Schadstoffausstoßes erreicht. Die besten Ergebnisse werden dabei bei exakter Steue rung der Menge der zurückgeführten Abgase im Verhältnis zur Menge der angesaugten bzw. zugeführten Frischgase unter Einbe ziehung der jeweiligen Betriebsbedingungen wie Last, Drehzahl, Temperatur erreicht. Ferner ist es aus der DE-OS 34 19 917 be kannt, die Abgasrückführungsmenge unter Verwendung einer Mehr zahl von Ventilen und Drosselklappen in der Abgasrückführungs leitung und im Ansaugsystem zu regeln. Ventile oder Drossel klappen in der Abgasrückführungsleitung sind jedoch nur geeig net, die vom Druckgefälle zwischen Ansaugsystem und Auspuffan lage abhängige maximale Strömungsmenge zu reduzieren bzw. zu sperren. Um die Strömungsmenge zu erhöhen, kann wie in der ge nannten Lösung, der Ansaugquerschnitt verengt werden, um den Ansaugunterdruck und dadurch das Druckgefälle zwischen Ansaug system und Auspuffanlage zu erhöhen. Eine ausreichende wirksame Erhöhung des Ansaugunterdruckes insbesondere im abgasrückführungsrelevanten Teillastbereich mit geringer Dreh zahl führt jedoch zu einer Verschlechterung des motorischen Wirkungsgrades. Diese für eine optimale Abgasrückführung nach teiligen Bedingungen zwingen zu aufwendigen und großbauenden Abgasrückführungssystem mit sehr großen Strömungsquerschnitten.From DE-OS 34 19 917 it is known a share of Ab gas to the intake air under certain operating conditions respectively. With this recirculation of exhaust gases there are a number increasingly gaining importance in internal combustion engine construction positive effects e.g. B. minimization of pollutant emissions reached. The best results are obtained with exact steering tion of the amount of exhaust gases returned in relation to Amount of fresh gases sucked in or supplied under control drawing of the respective operating conditions such as load, speed, Temperature reached. Furthermore, it is from DE-OS 34 19 917 knows the exhaust gas recirculation amount using a more Number of valves and throttle valves in the exhaust gas recirculation system pipe and in the intake system. Valves or throttle flaps in the exhaust gas recirculation line are only suitable net caused by the pressure drop between the intake system and the exhaust fan position to reduce or increase dependent maximum flow rate lock. To increase the flow rate, as in the ge called solution, the intake cross section to be narrowed to the Intake negative pressure and thereby the pressure drop between intake system and exhaust system to increase. Adequate effective Increasing the suction vacuum especially in Partial load range relevant for exhaust gas recirculation with low rotation however, the number leads to a deterioration of the motor Efficiency. This for optimal exhaust gas recirculation partial conditions force to complex and large-scale Exhaust gas recirculation system with very large flow cross sections.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasrückführungseinrichtung der art weiterzubilden, daß ohne zusätzliche aufwendige Steuerein richtungen die maximale Abgasrückführungsmenge besonders in dem abgasrückführungsrelevanten Teillastbereich bei niedriger Dreh zahl erhöht wird.The invention is based on the object an exhaust gas recirculation device art to train that without additional expensive tax directions the maximum amount of exhaust gas recirculation especially in the Partial load range relevant for exhaust gas recirculation at low speed number is increased.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die Merkmale des kenn zeichnenden Teils des Patentanspruchs gelöst.This task is in a generic device by the features of the kenn Drawing part of the claim solved.

Die Erfindung be ruht also darauf, durch eine temperaturabhängige Erhöhung des Abgasgegendruckes insbesondere im abgasrückführungsrelevanten Teillastbereich die Rückführungsmenge bei gleichbleibenden oder minimierten Querschnitten der Abgasrückführungsleitung zu er höhen.The invention be is based on a temperature-dependent increase in Exhaust gas back pressure, particularly in exhaust gas recirculation-relevant Partial load range the return quantity at constant or minimized cross sections of the exhaust gas recirculation line to it heights.

Aus der DE-PS 5 10 960 und dem DE-GM 73 01 889 ist es bekannt, mittels temperaturabhängig geregelter Drosseleinrichtungen die Durchflußmenge eines Mediums zu drosseln bzw. den Staudruck in einem Auspuff zu erhöhen. Diese Lösungen geben jedoch keinen Hinweis darauf, bei Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung die Rückführungsmenge zu beeinflussen.From DE-PS 5 10 960 and DE-GM 73 01 889 it is known by means of temperature-controlled throttling devices Throttle the flow rate of a medium or the dynamic pressure in to increase an exhaust. However, these solutions do not give Note on internal combustion engines with exhaust gas recirculation to influence the return quantity.

Vorteilhaft ist das Drosselventil in Abhängigkeit seiner Tempe raturbelastbarkeit unmittelbar nach dem Anschluß der Abgasrück führungsleitung anzuordnen.The throttle valve is advantageous depending on its tempe temperature load capacity immediately after connecting the exhaust gas return to arrange management.

Bei mehrflutigen Auspuffanlagen kann erfindungsgemäß unmittel bar nach jedem Anschluß einer Abgasrückführungsleitung ein Drosselventil oder ein Drosselventil nach der Zusammenführung der getrennten Auspuffrohre angeordnet sein.In the case of multi-flow exhaust systems, according to the invention, immediate bar after each connection of an exhaust gas recirculation line Throttle valve or a throttle valve after the merge the separate exhaust pipes.

Weiterhin können erfindungsgemäß mehrere Drosselventile hin tereinander angeordnet sein.Furthermore, according to the invention, several throttle valves can be used be arranged one above the other.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Prinzipdarstellungen weiter erläutert, wobei Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit ei ner Abgasrückführung und Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Drossel ventil zeigt.The invention is further explained in the following on the basis of schematic diagrams, FIG. 1 showing an internal combustion engine with egg exhaust gas recirculation and FIG. 2 a throttle valve according to the invention.

An einem Auspuffkrümmer 1 einer Brennkraftmaschine 2 ist eine Abgasrückführungsleitung 3 angeschlossen und mündet in die Mischkammer 4, in der die vom Luftfilter 5 einströmende Frisch luft mit den über die Abgasrückführungsleitung 3 zuströmenden Abgasen gemischt wird. Der Durchlaß der Abgasrückführungslei tung 3 ist mittels eines Ventiles 6 steuerbar. Weiterhin kann eine dem Luftfilter 5 vorgelagerte oder zwischen Luftfilter 5 und Mischkammer 4 angeordnete nicht dargestellte Ansaugdrossel den Ansaugquerschnitt vermindern. Die Ansteuerung des Ventiles 6 und der Ansaugdrossel geschieht in Abhängigkeit von Stell größen, die in Auswertung von Betriebsparametern wie Lastzu stand, Drehzahl und Temperatur gebildet werden.At an exhaust manifold 1 of an internal combustion engine 2 , an exhaust gas recirculation line 3 is connected and opens into the mixing chamber 4 , in which the fresh air flowing in from the air filter 5 is mixed with the exhaust gases flowing in via the exhaust gas recirculation line 3 . The passage of the exhaust gas recirculation device 3 can be controlled by means of a valve 6 . Furthermore, an intake throttle, not shown, arranged upstream of the air filter 5 or arranged between the air filter 5 and the mixing chamber 4 can reduce the intake cross section. The control of the valve 6 and the intake throttle occurs depending on the manipulated variables that were in evaluation of operating parameters such as Lastzu, speed and temperature are formed.

Erfindungsgemäß ist im Auspuffrohr 9 stromab nach dem Anschluß der Abgasrückführungsleitung 3 ein in Fig. 2 näher beschrie benes temperaturabhängig wirkendes Drosselventil 7 angeordnet. Dieses Drosselventil 7 besteht im wesentlichen aus mindestens vier Streben 8, die radial bzw. sternförmig in dem Auspuffrohr 9 befestigt und auf der Mittellängsachse des Auspuffrohres 9 miteinander fest verbunden sind, so daß im Auspuffrohr 9 ein starrer den Querschnitt in Kreissegmente unterteilender Körper entsteht, dessen Länge sich über die gesamte Länge des Drossel ventiles 7 erstreckt. An den stromauf liegenden Enden der Streben 8 sind über die gesamte mögliche Breite von der Mittellängsachse bis zur Wandung des Auspuffrohres 9 Bi-Metall bleche 10, in Auspufflängsrichtung an den Streben 8 anliegend, starr befestigt. Diese Bi-Metallbleche 10 verjüngen sich strom ab in ihrer Breite dergestalt, daß sie bei geringen Abgastem peraturen entsprechend der Darstellung in Fig. 2 im gekrümmten Zustand das jeweilige Kreissegment vollständig oder nahezu voll ständig verschließen.According to the invention, a temperature-dependent throttle valve 7, which is described in more detail in FIG. 2, is arranged downstream of the exhaust gas recirculation line 3 in the exhaust pipe 9 . This throttle valve 7 consists essentially of at least four struts 8 that are radial or star-shaped mounted in the exhaust pipe 9 and are firmly connected with each other on the central longitudinal axis of the exhaust pipe 9, so that a rigid cross section sectioning in circular segments body is formed in the exhaust pipe 9, whose Length extends over the entire length of the throttle valve 7 . At the upstream ends of the struts 8 are 9 metal plates 10 , in the exhaust longitudinal direction on the struts 8 , rigidly attached over the entire possible width from the central longitudinal axis to the wall of the exhaust pipe. These bi-metal sheets 10 taper current from their width in such a way that they close the respective circle segment completely or almost completely at low exhaust gas temperatures as shown in FIG. 2 in the curved state.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung wird ohne aufwendige Regelung von außen eine Erhöhung des Staudruckes der Abgase speziell in den Betriebsbereichen erreicht, in denen eine maximale Abgasmenge zurückgeführt werden soll. Dies ist in unteren Drehzahlbereichen bei geringem Mitteldruck P_e also bei Teillast der Fall. Gerade diese Betriebsbereiche zeichnen sich jedoch durch relativ ge ringe Abgasmengen mit niedrigen Temperaturen aus. Durch das bei diesen Betriebsbereichen aufgrund der geringen Abgastemperaturen geschlossene Drosselventil 7 wird nun erfindungsgemäß der Abgas gegendruck und damit das Druckgefälle zum Ansaugsystem derart vergrößert, daß die optimale Abgasmenge problemlos rückführbar ist, wobei der Querschnitt der Abgasrückführungsleitung 3 im Vergleich zu herkömmlichen Abgasrückführungsanlagen gleich oder geringer dimensioniert sein kann. Eine Begrenzung des maximalen Staudruckes ist durch eine entsprechende Auslegung der Dicke und damit der Steifigkeit sowie der Elastizität der Bi-Metall bleche 10 gegeben, indem die Bi-Metallbleche 10 bei Überschrei tung des vorgesehenen Staudruckes entgegen ihrer Schließrich tung aufgebogen werden. Veränderungen der Lastbedingungen in Richtung Erhöhung des Mitteldruckes P_e führen zur sofortigen Erhöhung der Abgastemperaturen und damit mit geringer zeit licher Vergrößerung zum Strecken und Anlegen der Bi-Metall bleche 10 an die Streben 8. Die Kreissegmente werden somit für den ungehinderten Abgasdurchtritt freigegeben und der Staudruck sinkt auf das ungedrosselte Maß. Für die bei diesen Betriebsbe dingungen geringen Mengen zurückzuführenden Abgases reicht das nun herrschende geringe Druckgefälle. Das Drosselventil 7 ist vorteilhaft unmittelbar nach dem Abgang der Abgasrückführungs leitung 3 angeordnet, wobei jedoch die maximale Abgastemperatur die Obergrenze der Temperaturbelastbarkeit des Drosselventiles 7 nicht übersteigen darf. Bei mehrflutigen Auspuffanlagen mit mehreren Abgasrückführungsleitungen sind erfindungsgemäß Dros selventile 7 entweder in jedem Auspuffrohr analog einer einflu tigen Anlage oder ein Drosselventil 7 nach Zusammenführung der Auspuffrohre angeordnet.With the help of this device, an increase in the dynamic pressure of the exhaust gases is achieved without complex control, especially in the operating areas in which a maximum amount of exhaust gas is to be returned. This is the case in the lower speed ranges at low medium pressure P _e at partial load. However, these operating areas are characterized by relatively low amounts of exhaust gas at low temperatures. The throttle valve 7 , which is closed in these operating areas due to the low exhaust gas temperatures, now increases the exhaust gas counterpressure according to the invention and thus the pressure gradient to the intake system in such a way that the optimum exhaust gas quantity can be easily recirculated, the cross section of the exhaust gas recirculation line 3 being dimensioned the same or less than conventional exhaust gas recirculation systems can be. A limitation of the maximum dynamic pressure is sheet metal by an appropriate design of the thickness and thus the stiffness and the elasticity of the bi-metal 10 given by the bi-metal sheets 10 Tung in rewriting of the intended back pressure are bent tung against its closing Rich. Changes in the load conditions in the direction of increasing the mean pressure P _e lead to an immediate increase in the exhaust gas temperatures and thus with a slight increase in time to stretch and apply the bimetal plates 10 to the struts 8 . The circular segments are thus released for unhindered exhaust gas passage and the dynamic pressure drops to the unrestricted level. For the small amounts of exhaust gas to be recycled under these operating conditions, the now low pressure drop is sufficient. The throttle valve 7 is advantageously arranged immediately after the outlet of the exhaust gas recirculation line 3 , but the maximum exhaust gas temperature must not exceed the upper limit of the temperature resistance of the throttle valve 7 . In multi-flow exhaust systems with several exhaust gas recirculation lines Dros selventile 7 according to the invention either in each exhaust pipe analogous to a Einflu term system or a throttle valve 7 after merging the exhaust pipes.

Zur weiteren Erhöhung des Abgasgegendruckes können mehrere Drosselventile hintereinander angeordnet sein.To further increase the exhaust gas back pressure, several Throttle valves can be arranged one behind the other.

Claims

1. Internal combustion engine with exhaust gas recirculation with a device arranged between the exhaust and intake system, and with a control valve arranged in the exhaust gas recirculation line, characterized in that an exhaust gas temperature-dependent throttle valve ( 7 ) is arranged in the exhaust system downstream of the connection of the exhaust gas recirculation line ( 3 ).

2. Internal combustion engine with exhaust gas recirculation according to claim 1, characterized in that the throttle valve ( 7 ) is arranged immediately after the connection of the exhaust gas recirculation line ( 3 ).

3. internal combustion engine with exhaust gas recirculation according to claim 1, characterized in that return lines for a multi-flow exhaust system with a plurality of exhaust gas (3) immediately after each connection of an exhaust gas recirculation line (3) a throttle valve (7) is arranged.

4. Internal combustion engine with exhaust gas recirculation according to claim 1, characterized in that in a multi-flow exhaust system with several exhaust gas recirculation lines ( 3 ), a throttle valve ( 7 ) is arranged after the management of the separate exhaust pipes.

5. Internal combustion engine with exhaust gas recirculation according to claim 1, characterized in that a plurality of throttle valves ( 7 ) are arranged one behind the other.

6. Internal combustion engine with exhaust gas recirculation according to claim 1, characterized in that the throttle valve ( 7 ) from a plurality in the exhaust pipe ( 9 ) arranged radially or in a star shape and thereby the free cross section of the exhaust pipe ( 9 ) in circular segments sub-dividing struts ( 8 ) which extend over the entire length of the throttle valve ( 7 ) and on the central longitudinal axis of the exhaust pipe ( 9 ) with each other and on the outside with the wall of the exhaust pipe ( 9 ) and that at the upstream ends of the struts ( 8 ) downstream tapering bi-metal sheets ( 10 ) are rigidly attached, which in the warm state assume an almost no flow resistance, in the exhaust longitudinal direction stretched against the struts ( 8 ) and in the cold state are curved in such a way that each bi- Metal sheet ( 10 ) the cross section of a circular segment formed by the struts of the exhaust pipe cross section is closed.

7. Internal combustion engine with exhaust gas recirculation according to claim 6, characterized in that a limitation of the dynamic pressure which is set when the throttle valve ( 7 ) is closed is ensured by appropriate interpretation of the rigidity or elasticity of the bimetal sheets ( 10 ).