Stand der Technik Aus DE 198 57 577 AI und DE 198 57 578 Al sind Abgasrückführungssysteme für Brennkraftmaschinen bekannt geworden, wobei zur teilweisen Rückführung des Abgases von einem Auslaßsystem in ein Einlaßsystem eine Abgasrückführungsleitung mit Venturi- einrichtung in das Einlaßsystem mündet. Die Venturieinrichtung ist über einen Hauptluft- strang umgehbar, deren Durchfluß über ein Steuerorgan vorgebbar ist. Um den erforderli- chen Platzbedarf fur das Abgasrückführungssystem ohne Funktionseinbußen zu verringern, ist vorgesehen, die Venturieinrichtung mehrflutig auszubilden und als zumindest zwei

parallel geschaltete Düsen-Diffuser-Einheiten enthaltend auszubilden. Die mehrflutig aus- gebildete Venturieinrichtung wird samt Hauptluftstrang und Steuerorgan in einem gemein- samen Gehäuse angeordnet.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Abgasrückmhrungssystemen mit Venturi- einrichtungen sind die Venturieinrichtungen den heißen Abgasen nahezu ungeschützt aus- gesetzt, was den Einsatz temperaturbeständiger Werkstoffe für diese Komponenten erfor- derlich macht. Die Verwendung temperaturbeständiger Werkstoffe trägt zu einer nicht un- erheblichen Erhöhung der Herstellkosten dieser Komponenten von Abgasrückfuhrungssy- stemen bei.

Darstellung der Erfindung Mit dem vorgeschlagenen Fluidführungselement, eingelassen in eine Frischlufdeitung ei- nes Abgasrückführventiles, lassen sich vorteilhaft und mit wenig konstruktivem Aufwand mehrere Funktionalitäten erzielen. Das an Abstandshaltern an der Innenwandung der Frischluftleitung aufgenommene Fluidführungselement entkoppelt die Wandung der Frischluftleitung von einem ersten Fluidstrom, z. B. heißen Abgasen, so daß sich eine Bar- riere bildet, sowie ein konvektiver Wärmetransport um das Lunführungselement durch die es durch-bzw. umströmende Frischluft einstellt. Dadurch kann die Frischluftleitung aus einem temperaturkritischen, jedoch kostengünstigeren Werkstoff gefertigt werden. Es las- sen sich beispielsweise preiswertere Kunststoffe einsetzen ; gegenüber einer Verwendung des Werkstoffes Aluminium ergeben sich sowohl Kostenvorteile bei der Ausbildung der Frischluftleitung in einem temperaturkritischen Werkstoff als auch Vorteile hinsichtlich eines geringeren Gewichtes, einer leichteren Bearbeitbarkeit und der Integration weiterer Funktionselemente während des Herstellvorgangs.

Obwohl das Fluidführungselement in die Frischluftleittmg eingelassen ist, ergibt sich ein nur unwesentlich geringerer Strömungsquerschnitt in der Frischluftleitung, da das Fluid- führungselement-in radialer Richtung betrachtet-beidseitig umströmt wird. Der Ge- samtströmungsquerschnitt in der Frischluftleitung bleibt nahezu unverändert, da das Fluid

führungselement mittels Vorsprüngen, die als Abstandhalter dienen, an der Innenwand der Frischluftleitung befestigt wird. Es bildet sich zwischen der Innenwandung der Frischluft- leitung und dem Außenumfang des Fluidführungselements ein ringförmiger Spalt aus, der, durchströmt von Frischluft, als thermische Barriere fungiert.

Das Fluidfuhrungselement läßt sich sowohl als Venturidüse wie auch als Lavaldüse ausbil- den-es kann eine, je nach Anwendungsfall anwendungsspezifische Formgebung des Fluidführungselementes erfolgen, wodurch sich die Abgasrückführrate erheblich erhöhen läßt, insbesondere durch Absenlcung des lokalen Druckes am Abgaseinleitungsquerschnitt, beispielsweise im engsten Strömungsquerschnitt einer Lavaldüse.

Zur Verbesserung der Durchmischung von Frischluft und quer zu dessen Strömungsrich- tung eingeleitetem heißen Fluid sind am stromabseitigen Ende des Fluidführungselementes Turbulenzen erzeugende Einbauten vorgesehen. Mittels einer Abrißkante, beispielsweise am Austrittsquerschnitt des Fluidführungselements, lassen sich Querströmungen im ab- strömenden Abgas/Frischluftgemisch induzieren, die eine bessere Durchmischung des Gasgemisches herbeiführen, wodurch eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im strö- menden Gemisch erzielt werden kann.

Die die Abgaszumischung zum Frischluftstrom erzeugenden Ventile können als verdrehba- re Klappenvcntilc mit bezogen auf die Stellwelle schräggestellten Ventilteller oder als Hubventile mit topfförmiger Schließfläche ausgestaltet sein, deren Hubweg bzw. Verdreh- winkel den in die Frischluftleitung jeweils eintretenden Volumenstrom des ersten Fluides bemessen. Daneben lässt sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Fluidfihrungselement mit darin aufgenommener, schräggestellter Ventilanordnung ebenso zur Steuerung der Zu- luft : einer Verbrennungskraftmaschine einsetzen. Insbesondere ist die gute Dichtheit des Fluidführungselementes in dessen Schließstellung im Strömungsquerschnitt der Zuleitung zur Verbrennungskraftmaschine hervorzuheben.

Zeichnung Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend naher erläutert.

Es zeigt : Fig. 1 den Schnitt durch eine Frischluftleitung mit eingelassenem Fluidführungsele- ment, fixiert durch den Lagerdom eines verdrehbaren Tellerventiles, Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Fluidführungselement gemäß Figur 1, eingebaut in eine Frischluftleitung, Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Fluidführungselement mit topfförmig gestaltetem Hubventil und Fig. 4 den Schnitt durch ein Fluidführungselement, axial in der Frischluftzuleitung durch den Lagerdom eines Hubventils fixiert.

Ausführungsvarianten Figur 1 zeigt die Vorderansicht eines in einer Frischluftleitung eingelassenen Fluidfuh- rungselements, axial fixiert durch den Lagerdom eines verdrehbaren Tellerventiles, mit dem z. B. der Öffmmgsgrad einer Abgasleitung eingestellt werden kann.

Durch eine Abgaszuleitung 1, deren Anschlußstutzen 2 im Mündungsbereich der Abgas- leitung 1L in die Frischluftleitung 4 liegt, strömt ein erster Fluidstrom-hier z. B. heißes Abgas-in die Frischluftleitung 4 ein. In diese ist ein Pluidführungselement 5 eingelassen, welches an seiner äußeren Umfangsfläche mit einer Anzahl von Abstandshaltern 6 verse- hen ist. Die Abstandshalter 6 können beispielsweise als in das Fluidführungselement 5 ein- geprägte Sicken oder angeformte Sicken ausgebildet sein. Diese liegen an der Innenwan

dung 23 der Frischluftleitung 4 an und bilden dadurch einen sich ringförmig zwischen der Innenwandung der Frischluftleitung 4 und der Außenfläche des Fluidfuhrungselementes erstreckenden Ringspalt 13, der einen Wärmeabtransport durch Konvektion vom Fluidfüh- rungselement 5 ermöglicht. Am engsten Querschnitt 16 des Fluidfuhrungselementes 5 mündet der Strom der heißen Abgase 3 in den Frischluftstrom.

In der Frischluftzuleitung 4 wird das Fluidfuhrungselement 5 einerseits durch die Abstand- halter 6 radial zur Innenwandung 23 der Frischluftzuleitung 4 gehalten ; andererseits ist das Fluidfuhrungselement 5 durch einen Lagerdom 11, der von einer Ventilwelle 8 durchsetzt ist, axial in der Frischluftzuleitung 4 gesichert. Im in Figur 1 dargestellten Ausführungsbei- spiel ist das den ersten Fluidstrom 3 steuernde Ventil als Klappenventil 7 mit schräge- stelltem Ventilteller 10 ausgebildet. Durch ein Verdrehen der Ventilwelle 8, entweder im Drehsinn 9 oder auch entgegengesetzt dazu, wird ein abhängig vom Drehwinkel der Ven- tilwelle 8 sich einstellendes Öffnen der Leitungsöffnung 24 erzielt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht das Fluidfuhrungselement 5 aus einem gerollten, metallischen Blechteil mit einem Durchbruch für die Abgaszuleitungsöffhung 24. An der Längsnaht 12 ist das Blechteil zusammengefügt, wobei die Kante 22 die Längsnaht 12 nach innen abgewinkelt positioniert ist. Anstelle eines gerollten Blechteiles als Fluidfuhrungs- element 5 läßt sich dieses auch auf dem Tiefziehweg, oder per Hydroformen oder auch mittels eines Druckgußverfahrens fertigen.

Da das Fluidfuhrungselement 5 einen Ringspalt 13 zur Innenwandung 23 der Frischluft- leitung 4 bildend angeordnet ist, ist die Frischluftleitung 4 thermisch gegen den in das Fluidfuhrungselement 5 eintretenden ersten Fluidstrom 3 abgeschirmt. Der erste Fluidstrom 3 tritt mit der Innenwandung 23 der Frischluftleitung 4 nicht in Kontakt, da- durch kann die Frischluftleitung 4 aus einem temperaturkritischen und damit kostengünsti- geren Werkstoff gefertigt werden. Gegenüber einer Fertigung aus Aluminium beispielswei- se, läßt sich dadurch eine Kosteneinsparung sowie eine leichtere Bearbeitbarkeit der Kom- ponenten erzielen. Durch das Einfügen des thermisch isolierend wirkenden Fluidfuhrungs- elementes 5 kann der Gefahr des thermischen Abbaus und damit der Zerstörung der

Frischluftleitung vorgebeugt werden. Der das Fluidführungselement 5 umgebende Rings- palt 13 erzeugt eine Umströmung des Fluidführungselementes an dessen Innen-und Au- ßenseite und erzeugt dadurch einen konvektiven Wärmetransport und damit eine bessere Entkopplung gegenüber an der Innenwandung 23 der Frischluftleitung anliegenden Leite- lementen.

Wird das Fluidführungselement 5 als Venturi-oder Lavaldüse ausgelegt, kann durch ent- sprechende Auslegung des engsten Düsenquerschnittes im Bereich der Abgaszuleitung 2 eine maximale Druckabsenktmg erzielt werden, wodurch sich eine signifikant erhöhte Druckdifferenz am Abgasrückführventil einstellt. Aus der erheblichen Druckdifferenz er- gibt sich eine Erhöhung der Abgasrückführrate in die Verbrennungskraftmaschine bei Ein- bau des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fluidführungselementes 5 in das Innere der Frischluftleitung 4.

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Fluidführungselement 5 gemäß Figur 1.

Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, daß das beispielsweise als Lavaldüse kon- figurierte Fluidführungselement 5 durch Abstandshalter 6 mit der Innenwandung 23 der Frischluftleitung 4 in Verbindung steht. In der Darstellung gemäß Figur 2 sind die Ab- standhalter 6 als in das Fluidführungselement 5 eingeprägte Sicken ausgebildet, wodurch ein das Fluidführungselement 5 umgebender Ringspalt 13 möglich wird. Die durch das Fluidführungselement 5 gebildete Dosierzone 15 erstreckt sich vom Eintrittsquerschnitt 19 bis zum Austrittsquerschnitt 20. Am engsten Querschnitt 16 des Fluidführungselementes 5 ist die Achse der Ventilwelle 8 an daran befestigtem schräggestellten Ventilteller 10 befe- stigt. Dieser verschließt den in die Seitenfläche des Fluidfiihrungselementes 5 mündenden Stutzen 2, durch den der erste Fluidstrom 3 in das Fluidführungselement 5 einströmt. Ein weiterer Fluidstrom-z. B Frischluft oder Zuluft-25 tritt am Eintrittsquerschnitt 19 in das Fluidfiihrungselement 5 ein, in dessen engstem Querschnitt 16 der weiterer Fluidstrom 25 dem ersten Fluidstrom 3 zugemischt wird. Durch den Austrittsquerschnitt 20 des Fluidfiih- rungselementes 5 tritt ein Gemisch 25,3 aus, welches aus Kontinuitätsgründen aus erstem Fluidstrom 3 und weiterem Fluidstrom 25 besteht. Im Austrittsbereich aus dem FluidRih- rungselement 5 am Austrittsquerschnitt 20 sind am Fluidführungselement 5 Turbulenzen

erzeugende Einbauten in Gestalt einer Abrißkante 17 angeordnet. Durch Turbulenzen er- zeugende Einbauten wird eine Querströmung im Gasgemisch 25,3, welches den Austritts- querschnitt 20 des Fluidfiihrungselementes 5 passiert, erzeugt. Durch die sich einstellenden Querströmungsvorgänge wird eine homogener Durchmischung und damit eine gleichmä- ßigere Temperaturverteilung im das Fluidfuhrungselement 5 verlassenden Gasstrom 25,3 erreicht, werden Abgase und Frischluft gemischt.

Neben der Mischung zweier Fluidströme 3,25 unterschiedlicher Temperaturen lässt sich das Fluidfiihrungselement 5 als Ersatz für eine Drosselklappe in der Frischluftleitung 4 montieren, sodass die Zuluft zur Verbrennungskraftmaschine dosiert werden kann. Das Fluidßihrungselement 5 kann mit einem schräggestellten Ventilteller oder einem flach aus- gebildeten Ventilteller 29 versehen werden. Das erfindungsgemäß konfigurierte Fluidfüh- rungselement 5 ist auch in dieser Einsatzvariante von der Innenwandung 23 der Frischluft- leitung 4 entkoppelt, wobei sich zwischen den schräggestellten Ventiltellern 10 oder einem flach ausgebildeten Ventilteller 29 eine besondere Dichtheit in deren Schließstellung im Fluidfuhrungselement 5 erzielen lässt.

Damit ist einerseits ein hoher Grad an Dichtheit bei Schließstellung und andererseits eine fein abgestufte Dosierung des weiteren Fluidstroms 25-in diesem Falle Frischluft-mög- lich. Auch gemäß dieser Einsatzmöglichkeit ist das Fluidfuhrungselement 5 von der Wan- dung der Frischluftzuleitung 4 entkoppelt.

Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht ein Längsschnitt durch ein Fluidfuhrungselement mit topfförmig gestaltetem, die Zumessung beispielsweise ein den Abgasstrom regelnden Hubventiles hervor.

Auch in dieser Konfiguration ist das Fluidfuhrungselement 5 mit Abstandhaltern 6 in Form von eingeprägten Sicken versehen, die auch angeformt sein können, und mit diesen inner- halb der Frischluftzuleitung 4 fixiert. Neben der durch die Abstandshalter 6 in radiale Richtung erfolgenden Fixierung des Fluidführungselementes 5 ist dieses durch den die Frischluftzuleitung 4 und das Fluidfuhrungselement 5 durchsetzenden Lagerdom 11 eines Hubventiles 26 fixiert. Analog zu Figur 1 bildet sich durch die Lagerung des Fluidfiih

rungselementes 5 mittels der Abstandshalter 6 an der Innenwandung der Frischluftzulei- tung 4 ein das Fluidführungselement 5 umgebender Ringspalt 13 aus, der zum konvektiven Wärmetransport dient. Durch den Ringspalt 13 zwischen Innenseite der Frischluftleitung 4 und des Fluidführungselementes 5 ist eine thermische Isolierung der Frischluftzuleitung 4 gegen die hohen Temperaturen des ersten Fluidstroms 3 gegeben.

Das Fluidführungselement 5 erstreckt sich vom Eintrittsquerschnitt 19 über den engsten Querschnitt 16 in einen Diffusorabschnitt 18, der austrittsseitig einen Austrittsquerschnitt 20 aufweist. Im Bereich des Austrittsquerschnitts 20 des Fluidführungselementes 5 sind Turbulenzen erzeugende Einbauten 17 in Form von Abrißkanten am Fluidführungselement 5 ausgebildet. Die Abrißkante induziert Querströmungen im das Fluidführungselement 5 verlassenden Gasgemisch 25,3.

In Figur 4 ist die Draufsicht auf das Fluidführungselement gemäß Figur 3 wiedergegeben, welches axial in der Frischluftzuleitung durch einen Lagerdom fixiert ist.

Aus der Draufsicht gemäß Figur 4 geht die radiale Lagerung des Fluidführungselementes 5 an der Innenwandung 23 der Frischluftleitung 4 hervor. Die hier in einem Winkel von 180° zueinander angeordneten Abstandshalter 6 in Form angeformter Sicken oder eingeprägter Sicken, erlauben die Ausbildung eines sich ringförmig zwischen Innenwandung 23 der Frischluftleitung 4 und Außenumfangsfläche des Fluidführungselementes 5 erstreckenden Ringspalte 13. Der Ringspalt 13 dient zur thermischen Isolierung der Frischluftleitung 4 gegen eine höhere Temperatur des über den Stutzen 2 einströmenden ersten Fluidstroms 3.

In der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist das den Volumenstrom des eintretenden ersten Fluidstroms regelnde Ventil als Hubventil 26 ausgebildet, welches einen gemäß des Dop- pelpfeiles mit h und Bezugszeichen 27 identifizierten Hubweg ausführt. Dadurch wird die Öffnung im die Abgasöffnung im Stutzen 2 hubwegabhängig freigegeben oder verschlos- sen. Das Hubventil 26, welches den entlang des Hubweges 27 verfahrbar ist, enthält einen Ventilkopf 2S, an dessen Ventilboden 29 die Schließfläche 30, hier zylinderförmig gestal- tet, aufgenommen ist. Die zylinderförmig gestaltete Schließfläche 30 liegt an der Innen- wandung des Stutzens 2 an und verschließt diese.

Je nach Ausgestaltung der den Volumenstrom des Abgases 3 regelnden Ventile kann deren Hubbewegung 27 oder deren Verdrehbewegung 9 mittels elektrischer Antriebe oder ande- rer Antriebe erzeugt werden. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgestaltung des Fluidiührungselementes 5 als Venturi-oder Lavaldüse kann eine signifikante Reduzierung des Druckes in der Frischluftleitung 4 realisiert werden. Entscheidend ist dabei der Lo- kaldruck am Einleitungsquerschnitt 16 in der Frischluftleitung 4, welcher durch den eng- sten Querschnitt einer Venturi-bzw. Lavaldüse erzeugt wird. Bei einer Einsatzmöglichkeit des Fluidmbmngselementes als Abgasrückführventil führt die Druckreduzierung am eng- sten Querschnitt 16 fuhrt zu einer Erhöhung der Druckdifferenz am Abgasrückflihrventil, wodurch sich eine Erhöhung der Abgasrückführrate erzielen läßt und ein Abgasstrom, der der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeleitet wird, signifikant erhöhen läßt.

Bezugszeichenliste 1 Abgaszuleitung 2 Stutzen 3 erster Fluidstrom 4 Frischluftleitung 5 Fluidführungselement 6 Abstandhalter 7 Klappenventil 8 Ventilwelle 9 Drehsinn 10 Ventilteller 11 Lagerdom 12 Längsnaht 13 Ringspalt 14 Strömungsquerschnitt 15 Dosierzone 16 engster Querschnitt 17 Abrißkante 18 Diffusor 19 Eintrittsquerschnitt 20 Austrittsquerschnitt 21 Kontur 22 Längsnahtkanten 23 Wandung Frischluftleitung 24 Ventildichtsitz 25 weiterer Fluidstrom 26 Hubventil 27 Hubweg 28 Ventilkopf 29 Ventilboden 30 Schließfläche