DE102007053126A1

DE102007053126A1 - Brennkraftmaschine mit gekühlter Abgasrückführung sowie Abgaskrümmer

Info

Publication number: DE102007053126A1
Application number: DE102007053126A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Eibl; Andreas Dr. Witt; Claus Dr. Reulein; Claus-Peter Schreck
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: DE102007053126B4; US7841323B2; US20090120418A1

Abstract

Eine Brennkraftmaschine enthält wenigstens eine einen Brennraum enthaltende Kolben-/Zylindereinheit, einen in den Brennraum führenden Einlasspfad, einen aus dem Brennraum führenden Abgaspfad mit einem Abgaskrümmer, einen vom Abgaskrümmer in den Einlasspfad führenden Abgasrückführpfad und eine Kühleinrichtung zum Kühlen des rückgeführten Abgases, wobei die Kühleinrichtung zum Kühlen des rückgeführten Abgases den Abgaskrümmer kühlt und der Abgasrückführpfad aus dem gekühlten Abgaskrümmer abzweigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer einen Brennraum enthaltenden Kolben-/Zylindereinheit, einem in den Brennraum führenden Einlasspfad, einem aus dem Brennraum führenden Abgaspfad mit einem Abgaskrümmer, einem vom Abgaskrümmer in den Einlasspfad führenden Abgasrückführpfad und einer Kühleinrichtung zum Kühlen des rückgeführten Abgases. Die Erfindung betrifft weiter einen Abgaskrümmer für eine solche Brennkraftmaschine.
Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE 100 11 954 A1 bekannt. Die Kühleinrichtung zum Kühlen des rückgeführten Abgases ist durch einen Abgaswärmetauscher gebildet, der als ein vom Abgaskrümmer getrenntes Bauteil ausgeführt ist, das unmittelbar am Abgaskrümmer befestigt ist. Mit einem Ventil kann ein Teil des Abgasstroms entweder durch den Abgaswärmetauscher in die Abgasrückführleitung oder direkt in die Abgasrückführleitung in das Saugrohr bzw. den Einlasspfad der Brennkraftmaschine geleitet werden.
Aus der DE 43 24 458 B4 ist ein wassergekühlter Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine bekannt, der ein doppelwandiges Außenrohr aufweist, das von Kühlflüssigkeit durchströmt wird, und ein abgasführendes Innenrohr enthält, das in dem Außenrohr gehalten ist und mit Ausnahme von Befestigungsstellen durch einen Ringspalt vom Außenrohr thermisch isoliert ist. Mit diesem gekühlten Abgaskrümmer wird erreicht, dass beim Anlassen der Brennkraftmaschine das Abgas nur wenig gekühlt wird, so dass ein Katalysator rasch auf seine Betriebstemperatur kommt. Erst im oberen, den Katalysator stark belastenden Temperaturbereich wird dem Abgas Wärme entzogen, so dass der Katalysator nicht durch unzulässig hohe Temperaturen gefährdet ist.
In der 3 der vorliegenden Anmeldung ist eine an sich bekannte Brennkraftmaschine mit Einlasspfad und Abgaspfad dargestellt.
Der insgesamt mit 8 bezeichnete Einlasspfad zum Versorgen der im dargestellten Beispiel vierzylindrigen Brennkraftmaschine 10 mit Frischluft bzw. Frischladung führt von einem Luftfilter (12) durch eine Laderturbine 14 eines Abgasturboladers, anschließend durch einen Ladeluftkühler 16 und weiter durch ein Drosselklappenteil 18 in einen Luftsammler 20, der über Einlasskanäle mit je einer der Kolbenzylindereinheiten der Brennkraftmaschine 10 verbunden ist.
Ein insgesamt mit 22 bezeichneter Abgaspfad der Brennkraftmaschine enthält einen zweiflutigen Abgaskrümmer 24, von dem aus das Abgas die Abgasturbine 26 des Abgasturboladers, anschließend ein Katalysatorsystem 28 und schließlich einen Schalldämpfer 30 durchströmt.
Vom Abgaskrmümmer 24 führt eine Abgasrückführleitung 32 durch einen Abgasrückführkühler 34 und ein Abgasrückführventil 36 strömungsoberhalb des Luftsammlers 20 in den Einlasspfad 8 zurück.
Der Durchströmquerschnitt des Abgasrückführventils 36 wird in an sich bekannter Weise abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert.
Die Abgasrückführung durch die Abgasrückführleitung 32, den Abgasrückführkühler 34 und das Abgasrückführventil 36 bedeutet einen verhältnismäßig hohen baulichen Aufwand, der Platz erfordert und zusätzliche Bauteile mit entsprechendem zusätzlichem Montageaufwand mit sich bringt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit vereinfachtem Aufbau der Abgasrückführeinrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist keine eigene bzw. als ein gesondert zu montierendes Bauteil ausgebildete Kühleinrichtung zum Kühlen des rückgeführten Kühlgases erforderlich. Vielmehr wird der zur Sicherung des Katalysatorsystems gekühlte Abgaskrümmer auch zur Kühlung des rückgeführten Abgases herangezogen.
Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gerichtet.
Der Anspruch 11 kennzeichnet einen erfindungsgemäßen Abgaskrümmer.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
In den Figuren stellen dar:
1 und 2: Prinzipanordnungen einer Brennkraftmaschine mit zugehörigem Einlasspfad und Abgaspfad entsprechend zwei Ausführungsformen der Erfindung,
3 die bereits beschriebene Prinzipanordnung einer an sich bekannten Brennkraftmaschine mit Einlasspfad und Abgaspfad, und
4 eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen gekühlten Abgaskrümmers.
Zur Erläuterung der 1 und 2 werden nachfolgend dieselben Bezugszeichen verwendet wie bei der an sich bekannten Ausführungsform gemäß 3. Es werden nur die von der Anordnung gemäß 4 abweichenden Umfänge erläutert.
Wie unmittelbar durch einen Vergleich der 1 mit 3 ersichtlich, fehlt der Abgasrückführkühler 34 der 3 bei der Ausführungsform gemäß 1. Der ungekühlte Abgaskrümmer 24 der 3 ist ersetzt durch einen Abgaskrümmer 38, in dem das die Brennkraftmaschine 10 verlassende Abgas insgesamt gekühlt wird. Der Abgaskrümmer 38 kann beispielsweise mit integrierter Kühlung versehen sein, indem er unmittelbar an den Zylinder bzw. Motorblock der Brennkraftmaschine 10 angeflascht ist und mit im Zylinderkopf ausgebildeten Kühlkanälen verbunden ist. Diese Kühlkanäle können derart in den vorzugsweise einteilig ausgebildeten Abgaskrümmer 38 integriert sein, dass insbesondere auch ein Bereich 40 gekühlt wird, von dem die Abgasrückführleitung 32 ausgeht. Alternativ kann der Abgaskrümmer 38 auch mit einem eigenen Kühlsystem, beispielsweise einem Luftkühlsystem versehen sein, indem die Oberfläche des Abgaskrümmers 38, durch den hindurch die aus den einzelnen Kolbenzylindereinheiten führenden Abgasleitungen hindurchführen, stark verrippt ist und von Kühlluft gezielt umströmt wird. Der Abgaskrümmer 38 muss wegen seiner Kühlung nicht zwingend als ein hoch temperaturfestes Gussteil ausgeführt sein, sondern kann als Aluminiumgussteil oder Blechteil konstruiert sein.
Das Gehäuse des Abgasrückführventils 36 ist vorteilhafter Weise in den Abgaskrümmer 46 integriert.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 wird gegenüber der der 1 eine zusätzliche Kompaktheit dadurch erreicht, dass die Abgasrückführleitung 32 nicht als gesonderte Leitung ausgeführt ist, die in den Einlasspfad 8 oder den Luftsammler 20 mündet, sondern ist unmittelbar in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 integriert. Dazu ist die Abgasrückführleitung 32 beispielsweise unmittelbar als mit den zu den einzelnen Brennräumen führenden Einlasskanälen im Zylinderkopf verbundener, längs des Zylinderkopfes verlaufender Kanal 42 ausgebildet, der in den Zylinderkopf eingegossen ist und dessen an einem Stirnende der Brennkraftmaschine freiliegendes Ende unmittelbar mit dem Abgasrückführventil 36 verbunden ist.
Mit der Anordnung gemäß 2 wird eine außerordentlich kompakte Ausführung des Abgasrückführsystems erreicht, bei der die Anzahl zusätzlicher Teile und der Montageaufwand auf ein Minimum herabgesetzt ist.
4 zeigt in vereinfachter Darstellung schematisch einen erfindungsgemäßen Abgaskrümmer. Ein beispielsweise aus Aluminiumguss ausgeführtes Gehäuse 50 des Abgaskrümmers 24 enthält doppelt gestrichelte Abgaskanäle 52, die an im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausgebildete Abgasauslassöffnungen anschließbare Einlassöffnungen 54 aufweisen und diese mit einer Auslassöffnung 56 verbinden, die an den Abgaspfad 22 anschließbar ist. Im dargestellten Beispiel ist der Auslass des Abgaskrümmers einflutig. Ein weiterer Abgaskanal ist als Abgasrückführkanal 58 ausgebildet und führt durch das Abgasrückführventil 36 zu einer Auslassöffnung 60, die an den in den Zylinderkopf integrierten Kanal 42 anschließbar ist.
In dem Gehäuse 50 ausgebildete, durch einfach strickpunktierte Linien angedeutete Kühlkanäle 62 führen von einem Kühlmitteleinlass 64 zu einem Kühlmittelauslass 66 und sind innerhalb des Gehäuses 50 derart geführt, dass die Abgaskanäle 52 zweckentsprechend gekühlt werden, wobei Bereiche des Abgasrückführkanals 58 durch entsprechende Gestaltung gezielt gekühlt werden kann.
Die beispielhaft geschilderten Ausführungsformen können in vielfältiger Weise abgeändert werden:
Die Kühlung des Abgaskrümmers 38 kann sowohl mit dem Kühlsystem der Brennkraftmaschine verbunden sein. Alternativ kann sie mit einem Kühlsystem verbunden sein, über das wenigstens ein weiteres Aggregat des Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine vorgesehen ist, gekühlt wird, beispielsweise ein automatisches Getriebe, eine Lichtmaschine usw. Es ist auch möglich, den Abgaskrümmer mit einem eigenen Kühlsystem zu verbinden. Weiter kann der gekühlte Abgaskrümmer derart ausgebildet sein, dass das rückgeführte Abgas gezielt mehr oder weniger kühlbar ist , indem ein Steuerventil in den Abgaskrümmer integriert ist, mit dem ein Bereich einer in den Abgaskrümmer integrierten Abgasrückführleitung gezielt mehr oder weniger gekühlt wird.
Der gekühlte Abgaskrümmer kann ein vom Zylinderkopf getrenntes Bauteil sein, beispielsweise ein Aluminiumgussbauteil, oder kann integral mit dem Zylinderkopf gegossen werden. Der Angaskrümmer muss nicht, wie dargestellt, zweiflutig enden, sondern kann einen einflutigen Auslass haben.
Die Erfindung kann für weitgehend alle Arten von Brennkraftmaschinen verwendet werden, aufgeladene Brennkraftmaschinen, nicht aufgeladenen Brennkraftmaschinen (es fehlt dann die Laderturbine), Benzinmotoren, Dieselmotoren oder Gasmotoren usw. Die Katalysatoreinrichtung 28 kann unterschiedlichsten, an sich bekannten Aufbau haben und aus mehreren Katalysatoren zusammengesetzt sein.

8: Einlasspfad
10: Brennkraftmaschine
12: Luftfilter
14: Laderturbine
16: Ladeluftkühler
18: Drosselklappenteil
20: Luftsammler
22: Abgaspfad
24: Abgaskrümmer
26: Abgasturbine
28: Katalysatorsystem
30: Schalldämpfer
34: Abgasrückführkühler
36: Abgasrückführventil
38: Abgaskrümmer
40: Bereich
42: Kanal
50: Gehäuse
52: Abgaskanal
54: Einlassöffnung
56: Auslassöffnung
58: Abgasrückführkanal
60: Auslassöffnung
62: Kühlkanal
64: Kühlmitteleinlass
66: Kühlmittelauslass

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10011954 A1 [0002]
- DE 4324458 B4 [0003]

Claims

Brennkraftmaschine mit wenigstens einer einen Brennraum enthaltenden Kolben-/Zylindereinheit, einem in den Brennraum führenden Einlasspfad (8), einem aus dem Brennraum führenden Abgaspfad (22) mit einem Abgaskrümmer (38), einem vom Abgaskrümmer in den Einlasspfad führenden Abgasrückführpfad (32) und einer Kühleinrichtung zum Kühlen des rückgeführten Abgases, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung zum Kühlen des rückgeführten Abgases den Abgaskrümmer (38) kühlt und der Abgasrückführpfad (32) aus dem gekühlten Abgaskrümmer (38) abzweigt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (10) flüssigkeitsgekühlt ist und in den Abgaskrümmer (438) wenigstens eine an das Kühlsystem der Brennkraftmaschine angeschlossene Kühlleitung integriert ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskrümmer (38) an ein vom Kühlsystem der Brennkraftmaschine getrenntes Kühlsystem angeschlossen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskrümmer (38) einteilig mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Abgaskrümmers (38) und/oder die Kühlung eines im Abgaskrümmer enthaltenen Bereiches (40) des Abgasrückführpfades abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine veränderbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmquerschnitt des Abgasrückführpfades mittels eines abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (10) steuerbaren Abgasrückführventils (36) veränderbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführpfad (50) innerhalb eines Zylinderkopfes der Kolben-/Zylindereinheit(en) in den Einlasspfad (8) mündet.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaspfad (22) strömungsabwärts des Abgaskrümmers (46) durch ein Katalysatorsystem (26) führt.
Abgaskrümmer (24) für eine Brennkraftmaschine (10), enthaltend ein Gehäuse (50) zum Anschluss an die Abgasseite einer Brernnkraftmaschine, wenigstens einen in dem Gehäuse ausgebildeten Abgaskanal (52), der an einen Abgaskanal der Brennkraftmaschine anschließbar ist und in wenigstens einer an ein Abgassystem (22) der Brennkraftmaschine anschließbaren Auslassöffnung (56) endet, einem von dem Abgaskanal ausgehenden Abgasrückführkanal (58), der in einer Abgasrückführöffnung (60) endet, und eine Kühleinrichtung (62, 64, 66), mittels der zumindest das durch den Abgasrückführkanal (60) strömende Abgas kühlbar ist.