DE102005025904A1

DE102005025904A1 - Abgasrückführsystem und Verfahren zur Abgasrückführung

Info

Publication number: DE102005025904A1
Application number: DE102005025904A
Authority: DE
Inventors: Osman Sari; Andreas Krien; Ulrich Fassbender
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-06-04
Also published as: DE102005025904B4

Abstract

Abgasrückführsysteme von Verbrennungskraftmaschinen mit einer Abgasrückführleitung (15), in dem ein Abgasrückführventil (17) zur Abgasmengenregulierung angeordnet ist, sowie Verfahren zur Abgasrückführung unter Ausnutzung der Druckdifferenz zwischen Ansaugleitung und Abgasleitung, sind bekannt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Abgasrückführleitung (15) so anzuordnen, dass sie unmittelbar vor einer Einlassöffnung (7) beziehungsweise einer Auslassöffnung (11) mündet, so dass der Schub- beziehungsweise Saugeffekt eines Kolbens (2) in einem Zylinder (1) ausgenutzt wird, um die Abgasrückführrate zu erhöhen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführsystem einer Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, in dem ein Kolben hin und her beweglich angeordnet ist, und der zumindest eine Einlassöffnung, die mit einer Ansaugleitung verbunden und durch ein Einlassventil beherrscht ist, und zumindest eine Auslassöffnung, die mit einer Abgasleitung verbunden und von einem Auslassventil beherrscht ist, aufweist und mit einer Abgasrückführleitung, über welche die Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasleitung der Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbunden ist, wobei in der Abgasrückführleitung ein Abgasrückführventil angeordnet ist sowie ein Verfahren zur Abgasrückführung, bei dem ein Abgasstrom durch die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Ansaugleitung und dem Druck in der Abgasleitung durch die Abgasrückführleitung strömt.

Derartige Abgasrückführsysteme sind allgemein bekannt und werden in einer Vielzahl von Anmeldungen beschrieben. In der DE 38 28 742 C3 wird ein Abgasrückführsystem beschrieben, bei dem die Verbrennungskraftmaschine einen Zylinder mit einem beweglichen Kolben aufweist, wobei der Zylinder zwei Einlassöffnungen und eine Auslassöffnung aufweist. Im Auslasskanal der Brennkraftmaschine ist der Einlass des Abgasrückführkanals angeordnet, wobei das Abgas über eine Sammelleitung zu den jeweils zweiten Einlasskanälen des Zylinders geleitet wird. In diesen Einlasskanälen befindet sich jeweils eine Öffnung, über die das Abgas in den Zylinder strömt. Hierzu ist vor dem zweiten Einlasskanal des Zylinders eine Steuerklappe zur Erzeugung des notwendigen Unterdrucks angeordnet. Das zweite Ventil öffnet zeitlich versetzt nach dem ersten Einlassventil und somit nach der Bewegung des Kolbens.

Nachteilig an einer derartigen Ausführungsform ist, dass ein Steuerventil in der zweiten Einlassleitung zur Abgasrückführung benötigt wird. Des Weiteren sind zusätzli che Regelungen für das Steuerventil sowie das zweite Einlassventil notwendig. Bei einem Verbrennungsmotor heutiger Bauweise sind jedoch Abgasraten und eine optimierte Zylinderfüllung notwendig, wobei die bisherige Abgasmengenregelung durch die Differenz des Abgasgegendrucks zum Saugrohrdruck begrenzt ist. Des weiteren ist die Aufteilung des rückgeführten Abgases auf die Zylinder über die Sammelleitung ungleichmäßig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur Erhöhung der Abgasrate sowie eine gleichmäßige Verteilung des Abgasstromes auf die Zylinder in modernen Motoren zu gewährleisten, wobei auf zusätzliche Einbauteile verzichtet werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für jeden Zylinder eine Abgasrückführleitung vorgesehen ist, welche derart in die Ansaugleitung jedes Zylinders mündet, dass durch den Saugeffekt des Kolbens im Zylinder bei geöffnetem Einlassventil ein Abgasstrom durch die Abgasrückführleitung in den Zylinder strömt. Bei Öffnung des Einlassventils erzeugt die abwärtige Bewegung des Kolbens im Zylinder hohe Unterdrücke, so dass durch die separate Öffnung der Abgasrückführleitung der Saugeffekt durch die Bewegung des Kolbens ausgenutzt werden kann, wodurch eine deutliche Erhöhung der Abgasrückführrate erreicht wird, ohne dass weitere Klappen verwendet werden müssen.

Vorzugsweise mündet die Abgasrückführleitung unmittelbar vor der Einlassöffnung des Zylinders in die Ansaugleitung. In diesem Bereich ist der Saugeffekt durch die Bewegung des Kolbens im Zylinder besonders groß, so dass eine Erhöhung der Abgasrate erfolgt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist in der Abgasrückführleitung in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Abgasrückführventil ein Rückschlagventil angeordnet, welches in Richtung zur Ansaugleitung öffnet. Durch die Anordnung dieses Rückschlagventils wird sichergestellt, dass auftretende Druckpulsationen beispielsweise durch Öffnen des Einlassventils immer nur in Richtung zum Zylinder in der Abgasrückführleitung wirken, so dass eine Rückströmung des Abgases in die Abgasrückführleitung zuverlässig verhindert wird.

Vorteilhaft ist es, wenn die Abgasrückführleitung jedes Zylinders derart fluidisch mit der jeweiligen Abgasleitung verbunden ist, dass durch den Schubeffekt des Kolbens im Zylinder bei geöffnetem Auslassventil Abgas in die Abgasrückführleitung strömt. Somit wird nicht nur der Saugeffekt sondern auch der Schubeffekt des Kolbens an der Auslassseite genutzt, wodurch eine zusätzliche Abgasmenge in die Abgasrückführleitung gelangt, so dass auch hier ein erhöhter Abgasstrom die Folge ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abgasrückführleitung unmittelbar hinter der Auslassöffnung des Zylinders mit der Abgasleitung verbunden, wodurch eine besonders zuverlässige Nutzung des Schubeffektes des Kolbens sichergestellt wird.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist in der Abgasrückführleitung in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Abgasrückführventil ein Rückschlagventil angeordnet, welches in Richtung zum Abgasrückführventil öffnet. Auch die Anordnung dieses Rückschlagventils verhindert einen Rückfluss des Abgases bei auftretenden Druckpulsationen beispielsweise durch Öffnen des Auslassventils. Somit wird sichergestellt, dass die Flussrichtung des Abgases in die Abgasrückführleitung erfolgt und nicht umgekehrt.

Die Aufgabe die Abgasrate zu erhöhen wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Abgasstrom durch den Schubeffekt des Kolbens im Zylinder bei geöffnetem Auslassventil in eine Abgasrückführleitung gedrückt wird und durch den Saugeffekt des Kolbens im Zylinder bei geöffnetem Einlassventil in den Zylinder gezogen wird. Ein solches Verfahren stellt eine erhöhte Abgasrate auch bei geringen Druckdifferenzen zwischen Abgasgegendruck und Saugrohrdruck sicher, so dass eine weitere Erhöhung der Abgasrate und somit eine Verminderung der NO_x-Emissionen erreicht werden.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen einzelnen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine mit erfindungsgemäßer Abgasrückführleitung in Seitenansicht.
In der Figur ist ein Zylinder 1 einer Verbrennungskraftmaschine dargestellt, in der ein Kolben 2 bei laufender Verbrennungskraftmaschine über eine Kurbelwelle 3 auf und ab bewegt wird. Der Zylinder 1 wird durch einen Zylinderkopf 4 verschlossen, in dem eine Ansaugleitung 5 sowie eine Abgasleitung 6 ausgebildet sind. Die Ansaugleitung 5 weist eine Einlassöffnung 7 zum Zylinder 1 auf, welche durch ein Einlassventil 8 beherrscht wird, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel über einen Nocken 9 einer Nockenwelle 10 betätigt wird. Des Weiteren besteht über eine Auslassöffnung 11 eine fluidische Verbindung zwischen der Abgasleitung 6 im Zylinderkopf 4 und dem Zylinder 1. Diese Auslassöffnung 11 wird von einem Auslassventil 12 beherrscht, welches wiederum über einen Nocken 13 einer Nockenwelle 14 betätigt wird.
Erfindungsgemäß reicht eine Abgasrückführleitung 15 unmittelbar hinter der Auslassöffnung 11 in die Abgasleitung 6 hinein. In Strömungsrichtung des Abgases befindet sich in der Abgasrückführleitung 15 ein Rückschlagventil 16, welches in Richtung zur Abgasrückführleitung 15 hin öffnet. Im weiteren Verlauf der Abgasrückleitung 15 befindet sich ein Abgasrückführventil 17 zur Mengenregulierung des rückgeführten Abgasstromes. Die Abgasrückführleitung 15 mündet an ihrem anderen Ende unmittelbar vor der Einlassöffnung 7 in die Ansaugleitung 5. Auch in diesem Bereich in Strömungsrichtung vor der Mündung der Abgasrückführleitung 15 ist wiederum ein Rückschlagventil 18 angeordnet, welches in Richtung zur Ansaugleitung 5 öffnet.
Bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine wird nun der Kolben 2 im Zylinder 1 über die Kurbelwelle 3 auf und ab bewegt. In einem einzustellen Winkelbereich in dem die Kurbelwelle 3 den Kolben 2 im Zylinder von den Ventilen 8 und 12 wegbewegt, öffnet das Einlassventil 8, so dass durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 2 Luft und Kraftstoff in den Zylinder 1 gesaugt werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Abgasrückführleitung 15 unmittelbar vor dem Einlassventil 8 wird durch diesen Saugeffekt des Kolbens 2 gleichzeitig eine erhöhte Abgasmenge über die Abgasrückführleitung 15 in den Zylinder 1 gesaugt. Nach erfolgter Explosion und folgender Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 im Zylinder 1 zur Beseitigung des verbrannten Gemisches aus dem Zylinder 1 öffnet das Auslassventil 12. Das Abgas wird über die Abgasleitung 6 aus dem Zylinder 1 gedrückt, wobei durch den Schubeffekt des Kolbens 2 und die Anordnung des Abgasrückführleitung 15 unmittelbar hinter dem Auslassventil 12 eine erhöhte Abgasmenge in die Abgasrückführleitung 15 gedrückt wird.
Durch die Bewegung des Einlassventils 8 und des Auslassventils 12 aber auch durch die unterschiedlichen Zustände der Verbrennungskraftmaschine entstehen Druckpulsationen in entgegengesetzte Richtungen sowohl in der Ansaugleitung 5 als auch in der Abgasleitung 6. Um zu verhindern, dass Abgas auf der Einlassseite zurück in die Abgasrückführleitung 15 gedrückt wird beziehungsweise an der Auslassseite aus der Abgasrückführleitung 15 heraus gezogen wird, dienen die Rückschlagventile 16 und 18, welche dementsprechend so angeordnet sind, dass auf der Auslassseite der Abgasstrom lediglich in die Abgasrückführleitung 15 strömen kann und auf der Einlassseite lediglich über das Rückschlagventil 18 aus der Abgasrückführleitung gezogen werden kann.
Es wird deutlich, dass durch die vorliegende Konstruktion nicht nur der Abgasgegendruck gegenüber dem Saugrohrdruck die Abgasmenge bestimmt, sondern auch eine deutliche Erhöhung der Abgasrate durch den Schub- beziehungsweise Saugeffekt des Kolbens 2 im Zylinder 1 erreicht wird.
Es sollte ebenfalls klar sein, dass die Erfindung nicht auf die vorliegende Konstruktion der Verbrennungskraftmaschine beschränkt ist. Insbesondere die Betätigung der Einlassventile oder Auslassventile kann beliebig gewählt werden. Des weiteren ist es möglich, pro Zylinder mehrere Einlassleitungen beziehungsweise Auslassleitungen anzuordnen, wobei die Anordnung der erfindungsgemäßen Abgasrückführleitung 15 sowohl in einem der Ein- oder Auslassleitungen als auch in jeder einzelnen ausgebildet sein kann, ohne eine Beeinträchtigung der erfindungsgemäßen Wirkung zu erhalten. Bei mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen weist jeder Zylinder eine derartig angeordnete erfindungsgemäße Abgasrückführleitung auf.

Claims

Abgasrückführsystem einer Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem Zylinder (1) in dem ein Kolben (2) hin und her beweglich angeordnet ist, und der zumindest eine Einlassöffnung (7), die mit einer Ansaugleitung (5) verbunden und durch ein Einlassventil (8) beherrscht ist, und zumindest eine Auslassöffnung (11), die mit einer Abgasleitung (6) verbunden und von einem Auslassventil (12) beherrscht ist, aufweist und mit einer Abgasrückführleitung (15), über welche die Ansaugleitung (5) der Verbrennungskraftmaschine mit der Abgasleitung (6) der Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbunden ist, wobei in der Abgasrückführleitung (15) ein Abgasrückführventil (17) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder (1) eine Abgasrückführleitung (15) vorgesehen ist, welche derart in die Ansaugleitung (5) jedes Zylinders (1) mündet, dass durch den Saugeffekt des Kolbens (2) im Zylinder (1) bei geöffnetem Einlassventil (8) ein Abgasstrom durch die Abgasrückführleitung (15) in den Zylinder (1) strömt.
Abgasrückführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (15) unmittelbar vor der Einlassöffnung (7) des Zylinders (1) in die Ansaugleitung (5) mündet.
Abgasrückführsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (15) in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Abgasrückführventil (17) ein Rückschlagventil (18) angeordnet ist, welches in Richtung zur Ansaugleitung (5) öffnet.
Abgasrückführsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (15) jedes Zylinders (1), derart fluidisch mit der jeweiligen Abgasleitung (6) verbunden ist, dass durch den Schubeffekt des Kolbens im Zylinder (1) bei geöffnetem Auslassventil (12) Abgas in die Abgasrückführleitung (15) strömt.
Abgasrückführsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (15) unmittelbar hinter der Auslassöffnung (11) des Zylinders (1) mit der Abgasleitung (6) verbunden ist.
Abgasrückführsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (15) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Abgasrückführventil (17) ein Rückschlagventil (16) angeordnet ist, welches in Richtung zum Abgasrückführventil (17) öffnet.
Verfahren zur Abgasrückführung, bei dem ein Abgasstrom durch die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Ansaugleitung und dem Druck in der Abgasleitung durch die Abgasrückführleitung strömt, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der Abgasstrom durch den Schubeffekt eines Kolbens (2) im Zylinder (1) bei geöffnetem Auslassventil (12) in eine Abgasrückführleitung (15) gedrückt wird und durch den Saugeffekt des Kolbens (2) im Zylinder (1) bei geöffnetem Einlassventil (8) in den Zylinder (1) gezogen wird.