AT500541B1

AT500541B1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: AT500541B1
Application number: AT0171505A
Authority: AT
Inventors: Ludwig Dipl Ing Buergler; Klemens Dipl Ing Neunteufl
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2007-05-15
Also published as: AT500541A2; AT500541A3

Description

2 AT 500 541 B12 AT 500 541 B1

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei, vorzugsweise V-förmig angeordneten Zylinderbänken, wobei jeder Zylinderbank zumindest ein Einlasssammelraum zugeordnet ist, und wobei die Einlasssammelräume mit vorzugsweise einer gemeinsamen Frischluftleitung strömungsverbunden sind, wobei ein Stellmittel zur Gleichverteilung der Frisch-5 luft an die Einlasssammelräume vorgesehen ist.The invention relates to an internal combustion engine having at least two, preferably V-shaped cylinder banks, wherein each cylinder bank is associated with at least one inlet collecting space, and wherein the inlet collecting chambers are preferably connected to a common fresh air line, wherein an adjusting means for equal distribution of fresh air to the inlet collecting chambers is provided.

Bei Brennkraftmaschinen mit zumindest zwei Zylinderbänken kann es in Folge asymmetrischer Ansaugverhältnisse, durch Verschleiß- und Toleranzeinflüsse etc. zu einer Ladungsungleichverteilung in den Zylinderbänken kommen. Dies wirkt sich - zumindest in einzelnen Motorbetriebs-io bereichen und Motorbetriebsarten - unter anderem nachteilig auf die Emissionen aus.In internal combustion engines with at least two cylinder banks, as a result of asymmetrical intake conditions, due to wear and tolerance influences, etc., a charge inequality distribution in the cylinder banks can occur. This has a negative effect on emissions, at least in individual engine operating areas and engine operating modes.

Die EP 0 223 378 B1 offenbart ein Einlasssystem für eine Brennkraftmaschine, wobei jeder Zylinderbank zumindest ein Einlasssammelraum zugeordnet ist. Die beiden Sammelräume sind über eine Verbindungspassage miteinander verbunden, in welcher ein Steuerventil angeordnet 15 is,t.EP 0 223 378 B1 discloses an intake system for an internal combustion engine, wherein each cylinder bank is associated with at least one intake plenum. The two collecting chambers are connected to each other via a connecting passage, in which a control valve is arranged 15 is, t.

Die JP 2002-070656 A offenbart ein Einlasssystem für eine Brennkraftmaschine, welche mehrere Gruppen von Einlasspassagen aufweist. Die Einlasspassagen sind durch ein verstellbares Steuerorgan voneinander getrennt. 20JP 2002-070656 A discloses an intake system for an internal combustion engine having a plurality of groups of intake passages. The inlet passages are separated by an adjustable control member. 20

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art eine Ladungsungleichverteilung der Zylinderbänke zu vermeiden.The object of the invention is to avoid these disadvantages and to avoid a charge inequality distribution of the cylinder banks in an internal combustion engine of the type mentioned.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Stellmittel in Abhängigkeit eines Sensor-25 Signals, welches ein Maß für die Ladungsungleichverteilung in den Zylinderbänken ist, verstellbar ist. Vorzugsweise wird pro Zylinderbank ein als Maß für die Ladungsungleichverteilung dienender Parameter erfasst wird und wobei besonders vorzugsweise aufgrund der Differenz der Parameterwerte ein die Ladungsungleichverteilung ausgleichendes Stellmittel betätigt wird. 30 Eine erste Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Stellmittel zumindest ein als Klappe oder Schieber ausgebildetes Zumessorgan aufweist, welches vorzugsweise im Verzweig ungsbereich der Einlasssammelräume von der gemeinsamen Frischluftleitung angeordnet ist, wobei stromaufwärts des Zumessorgans in die Frischluftleitung eine Abgasrückführleitung einmünden kann. Über das Zumessorgan und das Abgasrückführventil kann ein Stelleingriff für 35 eine bankweise Ladungszumessung erfolgen. Da das rückgeführte Abgas noch in der gemeinsamen Ansaugstrecke zugemessen wird, kann eine ideale Durchmischung der rückgeführten Abgase mit der Frischluft vor der Aufteilung in die Zylinderbänke erreicht werden. Eine allenfalls ungleichmäßige Aufteilung der Massenströme wird mittels des Zumessorgans ausgeregelt, so dass die Ladungsungleichverteilung auf Null reduziert wird. 40According to the invention this is achieved in that the adjusting means in dependence of a sensor signal 25, which is a measure of the charge inequality distribution in the cylinder banks, is adjustable. Preferably, a parameter serving as a measure for the charge inequality distribution is detected per cylinder bank, and wherein, particularly preferably due to the difference in the parameter values, a control means compensating for the charge inequality distribution is actuated. A first embodiment variant of the invention provides that the adjusting means has at least one metering device designed as a flap or slide, which is preferably arranged in the branching region of the inlet collecting chambers of the common fresh air line, wherein an exhaust gas recirculation line can flow into the fresh air line upstream of the metering element. About the Zumessorgan and the exhaust gas recirculation valve can be made a control intervention for a bank-wise charge metering. Since the recirculated exhaust gas is still metered in the common intake, an ideal mixing of the recirculated exhaust gases with the fresh air before dividing into the cylinder banks can be achieved. A possibly uneven distribution of the mass flows is compensated by means of the Zumessorgans, so that the charge inequality distribution is reduced to zero. 40

In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellmittel pro Einlasssammelraum eine in den jeweiligen Einlasssammelraum mündende Zumessleitung mit einem Zumessorgan aufweist, wobei vorzugsweise zumindest eine Zumessleitung, vorzugsweise alle Zumessleitungen, mit einer Abgasrückführleitung strömungsverbun-45 den ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Zumessorgan als Abgasrückführventil ausgebildet ist. Der Stelleingriff erfolgt hierbei über zwei bankweise getrennte Abgasrückführventile. Dabei wird vorausgestellt, dass die Gleichverteilung der Frischluft durch konstruktive Gestaltung weitestgehend sichergestellt ist, so dass im Wesentlichen nur relativ geringe Abweichungen z.B. in Folge von Verschleiß- und Toleranzeinflüsse ausgeglichen werden müssen, so Das Abgas wird hier über das jeweilige Abgasrückführventil derart zugemessen, dass sich gleiche Verbrennungslagen bei gleichem Einspritzbeginn einstellen, wobei der allfällige Unterschied im erforderlichen Einspritzbeginn als Maß für die Ungleichverteilung dient.In a second embodiment of the invention, it is provided that the actuating means per inlet collecting chamber has a Zumessleitung opening into the respective intake plenum with a Zumessorgan, preferably at least one Zumessleitung, preferably all Zumessleitungen, strömungsverbun-45 with an exhaust gas recirculation line is the. It is particularly advantageous if at least one metering element is designed as an exhaust gas recirculation valve. The control intervention takes place via two bank-separated exhaust gas recirculation valves. It is assumed that the uniform distribution of the fresh air is largely ensured by constructive design, so that essentially only relatively small deviations, e.g. In this case, the exhaust gas is metered via the respective exhaust gas recirculation valve in such a way that identical combustion positions are established at the same start of injection, the difference in the required start of injection serving as a measure for the unequal distribution.

Um die Ladungsungleichverteilung möglichst genau ausregeln zu können, ist es vorteilhaft, 55 wenn pro Zylinderbank zumindest ein Erfassungsmittel für zumindest einen Parameter für die 3 AT 500 541 B1In order to be able to regulate the charge inequality distribution as accurately as possible, it is advantageous if at least one detection means for at least one detection means for at least one parameter is provided for each cylinder bank

Ladungsungleichverteilung vorgesehen ist. Der Parameter für die Ladungsungleichverteilung kann bei Verbrennungslagenregelung der unterschiedliche Einspritzbeginn, weiters der NOx-Gehalt im Abgas oder der λ-Wert im Abgas sein. Auf diese Weise kann über die Motorlebensdauer eine Verbesserung der Emissionsstabilität mittels Ausregeln von Toleranzen und Verschleißeinflüssen erreicht werden.Charge disparity is provided. In the case of combustion position control, the parameter for the charge inequality distribution can be the different start of injection, furthermore the NOx content in the exhaust gas or the λ value in the exhaust gas. In this way, over the engine life, an improvement in the emission stability can be achieved by regulating tolerances and wear influences.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS.

Es zeigen schematisch Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1 und Fig. 3 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante.1 shows an internal combustion engine according to the invention in a first embodiment variant, FIG. 2 shows the detail II from FIG. 1 and FIG. 3 shows an internal combustion engine according to the invention in a second embodiment variant.

Funktionsgleiche Bauteile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.Functionally identical components are provided in the embodiment variants with the same reference numerals.

Die Brennkraftmaschine 1 weist eine erste und eine zweite Zylinderbank 2, 3 mit mehreren Zylindern 4, 5 auf. Jede Zylinderbank 2, 3 ist mit jeweils einem Einlasssammelraum 6, 7 über Einlassleitungen 8, 9 verbunden. Die Einlasssammelräume 6, 7 gehen über ein gemeinsames Plenum 10 von einer gemeinsamen Frischluftleitung 11 aus.The internal combustion engine 1 has a first and a second cylinder bank 2, 3 with a plurality of cylinders 4, 5. Each cylinder bank 2, 3 is connected in each case to an inlet collecting space 6, 7 via inlet lines 8, 9. The inlet collecting chambers 6, 7 extend via a common plenum 10 from a common fresh air line 11.

Weiters ist jede Zylinderbank 2, 3 auslassseitig über Auslasssammelrohre 12, 13 mit einem Abgasstrang 14 verbunden. Mit Bezugszeichen 15 ist eine im Abgasstrang 14 angeordnete Abgasturbine eines Abgasturboladers bezeichnet. Zur Erfassung der Ladungsungleichverteilung können abgasseitig Sensoren 16,17 verwendet werden, welche charakteristische Parameter, wie beispielsweise NOx, λ-Wert im Abgasteilstrang 12, 13 jeder Zylinderbank 2, 3 erfassen. Alternativ dazu kann - insbesondere bei Verbrennungslagenregelung - als Maß für die Ladungsungleichverteilung der beiden Zylinderbänke 2, 3 der Unterschied im Einspritzbeginn in Zylindern 4, 5 unterschiedlicher Zylinderbänke 2, 3 verwendet werden.Furthermore, each cylinder bank 2, 3 is connected on the outlet side via outlet manifolds 12, 13 to an exhaust line 14. Reference numeral 15 denotes an exhaust gas turbine arranged in the exhaust line 14 of an exhaust gas turbocharger. To detect the charge inequality distribution, sensors 16, 17, which detect characteristic parameters, such as, for example, NOx, λ value in the exhaust gas sub-branch 12, 13 of each cylinder bank 2, 3, can be used on the exhaust gas side. Alternatively, the difference in the start of injection in cylinders 4, 5 of different cylinder banks 2, 3 can be used as a measure for the charge inequality distribution of the two cylinder banks 2, 3, in particular during combustion position control.

Abhängig von der festgestellten Ladungsungleichverteilung wird einlassseitig ein Stellmittel S verwendet, um eine Ladungsgleichverteilung in den Einlasssammelräumen 6, 7 zu erreichen.Depending on the detected charge inequality distribution, an adjusting means S is used on the inlet side in order to achieve a charge equal distribution in the inlet collecting chambers 6, 7.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsvariante besteht das Stellmittel S aus einem Zumessorgan 16, welches den Ladeluftstrom aus dem Einlassrohr 11 entsprechend in die Einlasssammelräume 6, 7 aufteilt. Das Zumessorgan 16 kann durch eine Klappe (Fig. 1) oder einen Schieber (Fig. 2) gebildet sein.In the embodiment variant shown in FIGS. 1 and 2, the adjusting means S consists of a metering element 16 which divides the charge air flow from the inlet pipe 11 into the inlet collecting chambers 6, 7 accordingly. The metering element 16 can be formed by a flap (FIG. 1) or a slide (FIG. 2).

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante mündet stromaufwärts des Zumessorgans 16 eine Abgasrückführleitung AGR in die Frischluftleitung 11 ein. In der Abgasrückführleitung AGR ist ein Abgasrückführkühler 19 und ein Abgasrückführventil 20 angeordnet. Der Stelleingriff für die Ladungsgleichverteilung erfolgt über das Abgasrückführventil 20 und das Zumessorgan 18. Über das Zumessorgan 18 wird eine bankweise Ladungszumessung eines Frischluft-Abgas-Gemisches erreicht. Da die Abgaszumessung noch in der gemeinsamen Ansaugstrecke der Frischluftleitung 11 erfolgt, kann eine ideale Durchmischung des rückgeführten Abgases mit der Frischluft vor der Verteilung erreicht werden. Eine allenfalls vorhandene ungleichmäßige Aufteilung der Gesamtmassenströme aus Frischluft und Abgas wird mittels des Zumessorgans 18 ausgeregelt, wobei jeweils die Strömung zu einem Einlasssammelraum 6, 7 gedrosselt wird.In the embodiment variant shown in FIG. 1, an exhaust gas recirculation line EGR opens into the fresh air line 11 upstream of the metering element 16. In the exhaust gas recirculation line EGR, an exhaust gas recirculation cooler 19 and an exhaust gas recirculation valve 20 are arranged. The control intervention for the charge equalization takes place via the exhaust gas recirculation valve 20 and the metering device 18. About the metering device 18 a bank-wise charge metering of a fresh air-exhaust gas mixture is achieved. Since the Abgaszumessung still takes place in the common intake of the fresh air line 11, an ideal mixing of the recirculated exhaust gas with the fresh air can be achieved prior to distribution. Any existing uneven distribution of the total mass flows of fresh air and exhaust gas is compensated by means of the Zumessorgans 18, wherein in each case the flow is throttled to an intake plenum 6, 7.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung, bei der das Zumessorgan S Zumessleitungen 21, 22 mit Zumessventilen 23, 24 aufweist. Die Zumessleitungen 21, 22 gehen von der Abgasrückführleitung AGR aus und können als konventionelle Abgasrückführventile ausgebildet sein. Das Abgas aus der Abgasrückführleitung AGR wird über das jeweilige Zumessventil 23, 24 derart zugemessen, dass eine Ladungsgleichverteilung in den Einlasssammelräumen 6, 7 erreicht wird. Als Regelgröße kann dabei zum Beispiel die Differenz der Verbrennungslagen bei gleichem Einspritzbeginn, und somit gleichem Zündverzug, unter-FIG. 3 shows a second embodiment variant of the invention, in which the metering element S has metering lines 21, 22 with metering valves 23, 24. The metering lines 21, 22 start from the exhaust gas recirculation line AGR and can be designed as conventional exhaust gas recirculation valves. The exhaust gas from the exhaust gas recirculation line EGR is metered via the respective metering valve 23, 24 such that a charge equal distribution in the inlet collecting chambers 6, 7 is achieved. As a control variable, for example, the difference in the combustion positions at the same start of injection, and thus the same ignition delay, can be reduced.

Claims

4 AT 500 541 B1 schiedlicher Zylinderbänke verwendet werden. Durch die Stellmittel S kann bankweise eine betriebspunktabhängige Ladungsgleichverteilungsregelung im Kennfeld durchgeführt werden. Weiters ist es möglich, Toleranz- und Verschleißeinflüsse zu kompensieren und dadurch die Emissionsstabilität über die Lebensdauer zu verbessern. Patentansprüche: 1. Brennkraftmaschine (1) mit zumindest zwei, vorzugsweise V-förmig angeordneten Zylinderbänken (2, 3), wobei jeder Zylinderbank (2, 3) zumindest ein Einlasssammelraum (6, 7) zugeordnet ist, und wobei die Einlasssammelräume (6, 7) mit vorzugsweise einer gemeinsamen Frischluftleitung (11) strömungsverbunden sind, wobei ein Stellmittel (S) zur Gleichverteilung der Frischluft an die Einlasssammelräume (6, 7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel (S) in Abhängigkeit eines Sensorsignals, welches ein Maß für die Ladungsungleichverteilung in den Zylinderbänken (2, 3) ist, verstellbar ist.4 AT 500 541 B1 different cylinder banks are used. By means of the adjusting means S, an operating point-dependent charge equalization control in the characteristic field can be carried out by bank. Furthermore, it is possible to compensate for tolerance and wear influences and thereby improve the emission stability over the service life. 1. internal combustion engine (1) with at least two, preferably V-shaped arranged cylinder banks (2, 3), wherein each cylinder bank (2, 3) at least one inlet collecting space (6, 7) is associated, and wherein the inlet collecting spaces (6, 7) with preferably a common fresh air line (11) are flow-connected, wherein an adjusting means (S) for uniform distribution of the fresh air to the inlet collecting chambers (6, 7) is provided, characterized in that the adjusting means (S) in response to a sensor signal which a Measure of the charge inequality distribution in the cylinder banks (2, 3) is adjustable.

2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel (S) zumindest ein als Klappe oder Schieber ausgebildetes Zumessorgan (16) aufweist, welches vorzugsweise im Verzweigungsbereich der Einlasssammelräume (6, 7) von der gemeinsamen Frischluftleitung (11) angeordnet ist.Second internal combustion engine (1) according to claim 1, characterized in that the adjusting means (S) comprises at least one flap or slide designed metering element (16), which preferably in the branching region of the inlet collecting chambers (6, 7) of the common fresh air line (11). is arranged.

3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Zumessorgans (16) in die Frischluftleitung (11) eine, vorzugsweise ein Abgasrückführventil aufweisende, Abgasrückführleitung (AGR) einmündet.3. internal combustion engine (1) according to claim 2, characterized in that upstream of the Zumessorgans (16) in the fresh air line (11), preferably, an exhaust gas recirculation valve having, exhaust gas recirculation line (EGR) opens.

4. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel (S) pro Einlasssammelraum (6, 7) eine in den jeweiligen Einlasssammelraum (6, 7) mündende Zumessleitung (21,22) mit einem Zumessorgan (16) aufweist.4. internal combustion engine (1) according to claim 1, characterized in that the adjusting means (S) per inlet collecting space (6, 7) in the respective inlet collecting space (6, 7) emptying metering line (21,22) having a Zumessorgan (16) ,

5. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Zumessleitung, (21, 22) vorzugsweise alle Zumessleitungen (21, 22), mit einer Abgasrückführleitung (AGR) strömungsverbunden ist.5. internal combustion engine (1) according to claim 4, characterized in that at least one Zumessleitung, (21, 22) preferably all the metering lines (21, 22), is fluidly connected to an exhaust gas recirculation line (EGR).

6. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zumessorgan (16) als Abgasrückführventil (23, 24) ausgebildet ist.6. Internal combustion engine (1) according to claim 5, characterized in that at least one metering element (16) as an exhaust gas recirculation valve (23, 24) is formed.

7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Ladungsungleichverteilung pro Zylinderbank (2, 3) zumindest ein Erfassungsmittel für zumindest einen Parameter für die Ladungsungleichverteilung vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der Parameter der NOx-Gehalt im Abgas, der λ-Wert im Abgas oder - bei Verbrennungslagenregelung - der bankweise Unterschied im Einspritzbeginn ist.7. Internal combustion engine (1) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that for measuring the charge inequality distribution per cylinder bank (2, 3) is provided at least one detection means for at least one parameter for the charge inequality, preferably the parameter of the NOx content in the exhaust gas, the λ value in the exhaust gas or - in combustion position control - the bank-wise difference in the start of injection.

8. Verfahren zur Regelung der Ladungsgleichverteilung für die Zylinderbänke (2, 3) einer Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass pro Zylinderbank (2, 3) ein als Maß für die Ladungsungleichverteilung dienender Parameter erfasst wird und dass aufgrund der Differenz der Parameterwerte verschiedener Zylinderbänke ein die Ladungsungleichverteilung ausgleichendes Stellmittel (S) betätigt wird.8. A method for controlling the charge uniform distribution for the cylinder banks (2, 3) of an internal combustion engine (1), characterized in that per cylinder bank (2, 3) serving as a measure of the charge inequality distribution parameter is detected and that due to the difference of the parameter values Cylinder banks a charge equalization balancing actuator (S) is actuated.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Maß für die Ladungsungleichverteilung auf die beiden Zylinderbänke (2, 3) der Unterschied in den Neuwerten, der Unterschied im λ-Wert in den Abgassträngen (14) der beiden Zylinderbänke (2, 3) oder - bei Verbrennungslagenregelung - der Unterschied im Einspritzbeginn erfasst wird. 5 5 AT 500 541 B1 Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 559. The method according to claim 8, characterized in that as a measure of the charge inequality distribution on the two cylinder banks (2, 3) the difference in the new values, the difference in the λ value in the exhaust gas lines (14) of the two cylinder banks (2, 3 ) or - in combustion position control - the difference in the start of injection is detected. 5 5 AT 500 541 B1 For this purpose 1 sheet Drawings 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55