DE102017220441A1 - Internal combustion engine with cooled exhaust gas recirculation and energy recovery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit- mindestens einem Zylinder,- einem Ansaugsystem (3) zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Luft,- einem Abgasabführsystem (2) zur Abführung der Abgase, und- einer Abgasrückführung (4), die mindestens eine Rückführleitung (4a) umfasst, wobei in der mindestens einen Rückführleitung (4a) mindestens ein Kühler (5) und mindestens ein Stellelement (7, 8) zur Einstellung einer vorgebbaren rückzuführenden Abgasmenge vorgesehen sind.Es soll eine Brennkraftmaschine (1) der vorstehenden Art bereitgestellt werden, bei der sich die Abgasenergie effektiver nutzen lässt als nach Stand der Technik und die hinsichtlich der Abgasrückführung weiter verbessert ist.Erreicht wird dies durch eine Brennkraftmaschine (1) der genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein Kühler (5) mit einem Phasenwechselmaterial (5a) ausgestattet ist, wobei das Phasenwechselmaterial (5a) in Abhängigkeit von der Materialtemperatur entweder als flüssige Phase oder als feste Phase vorliegt und mit zunehmender Materialtemperatur Wärme speichert und mit abnehmender Materialtemperatur gespeicherte Wärme wieder abgibt.The invention relates to an internal combustion engine (1) with at least one cylinder, - an intake system (3) for supplying the at least one cylinder with air, - a Abgasabführsystem (2) for discharging the exhaust gases, and- an exhaust gas recirculation (4), the at least a return line (4a), wherein in the at least one return line (4a) at least one cooler (5) and at least one adjusting element (7, 8) are provided for setting a predetermined recirculating exhaust gas amount. It is an internal combustion engine (1) of the above kind This is achieved by an internal combustion engine (1) of the type mentioned above, which is characterized in that at least one cooler (5) is provided, in which the exhaust gas energy can be used more effectively than in the prior art and exhaust gas recirculation. is equipped with a phase change material (5a), wherein the phase change material (5a), depending on the Materialtemper nature is present either as a liquid phase or as a solid phase and stores heat with increasing material temperature and releases heat stored with decreasing material temperature.
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit
- - mindestens einem Zylinder,
- - einem Ansaugsystem zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Luft,
- - einem Abgasabführsystem zur Abführung der Abgase, und
- - einer Abgasrückführung, die mindestens eine Rückführleitung umfasst, wobei in der mindestens einen Rückführleitung mindestens ein Kühler und mindestens ein Stellelement zur Einstellung einer vorgebbaren rückzuführenden Abgasmenge vorgesehen sind.
- at least one cylinder,
- an intake system for supplying the at least one cylinder with air,
- an exhaust gas removal system for exhausting the exhaust gases, and
- - An exhaust gas recirculation, comprising at least one return line, wherein in the at least one return line, at least one cooler and at least one adjusting element are provided for setting a predetermined recirculating exhaust gas amount.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung betrifft der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d.h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine mindestens eine weitere Drehmoment-Quelle zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges umfassen, beispielsweise eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare bzw. antriebsverbundene Elektromaschine, welche anstelle der Brennkraftmaschine oder zusätzlich zur Brennkraftmaschine Leistung abgibt.An internal combustion engine of the type mentioned is used as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine relates to diesel engines and gasoline engines, but also to hybrid internal combustion engines, i. Internal combustion engines, which are operated with a hybrid combustion method, and hybrid drives, which comprise at least one further torque source for driving a motor vehicle in addition to the internal combustion engine, for example a drive-connected to the engine or drive connected electric machine, which instead of the internal combustion engine or in addition to Internal combustion engine gives off power.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Zudem wird eine Reduzierung der Schadstoffemissionen angestrebt, um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einhalten zu können.In the development of internal combustion engines, efforts are constantly being made to minimize fuel consumption. In addition, the aim is to reduce pollutant emissions in order to be able to comply with future limit values for pollutant emissions.
Brennkraftmaschinen werden zunehmend häufig mit einer Aufladung ausgestattet, wobei die Aufladung in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung ist, bei dem die für den motorischen Verbrennungsprozess benötigte Ladeluft verdichtet wird, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Ladeluftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.Internal combustion engines are increasingly equipped with a charge, the charge is primarily a method of increasing performance, in which the charge air required for the engine combustion process is compressed, whereby each cylinder per cycle a larger charge air mass can be supplied. As a result, the fuel mass and thus the medium pressure can be increased.
Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum reduziert, lässt sich bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Die Aufladung einer Brennkraftmaschine unterstützt folglich die Bemühungen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d.h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.The charge is a suitable means to increase the capacity of an internal combustion engine with unchanged displacement or to reduce the displacement at the same power. In any case, the charging leads to an increase in space performance and a lower power mass. If the cubic capacity is reduced, the load spectrum can be shifted to higher loads at the same vehicle boundary conditions, where the specific fuel consumption is lower. Charging an internal combustion engine thus supports efforts to minimize fuel consumption, i. to improve the efficiency of the internal combustion engine.
Durch eine geeignete Getriebeauslegung kann zusätzlich ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, wodurch ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt wird. Beim Downspeeding wird der Umstand ausgenutzt, dass der spezifische Kraftstoffverbrauch bei niedrigen Drehzahlen regelmäßig niedriger ist, insbesondere bei höheren Lasten.By means of a suitable transmission design, a so-called downspeeding can additionally be realized, as a result of which a lower specific fuel consumption is likewise achieved. Downspeeding exploits the fact that the specific fuel consumption at low speeds is regularly lower, especially at higher loads.
Bei gezielter Auslegung der Aufladung können auch Vorteile bei den Abgasemissionen erzielt werden. So können mittels geeigneter Aufladung beispielsweise beim Dieselmotor die Stickoxidemissionen ohne Einbußen beim Wirkungsgrad verringert werden. Gleichzeitig können die Kohlenwasserstoffemissionen günstig beeinflusst werden. Die Emissionen an Kohlendioxid, die direkt mit dem Kraftstoffverbrauch korrelieren, nehmen mit sinkendem Kraftstoffverbrauch ebenfalls ab.With targeted design of the charge also benefits in the exhaust emissions can be achieved. Thus, by means of suitable charging, for example in the diesel engine, the nitrogen oxide emissions can be reduced without sacrificing efficiency. At the same time, the hydrocarbon emissions can be favorably influenced. The emissions of carbon dioxide, which correlate directly with fuel consumption, also decrease with decreasing fuel consumption.
Um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einzuhalten, sind aber weitere Maßnahmen erforderlich. Im Mittelpunkt der Entwicklungsarbeiten steht dabei unter anderem die Reduzierung der Stickoxidemissionen, die insbesondere bei den Dieselmotoren von hoher Relevanz sind. Da die Bildung der Stickoxide nicht nur einen Luftüberschuss, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Senkung der Stickoxidemissionen darin, Verbrennungsprozesse mit niedrigeren Verbrennungstemperaturen einzusetzen.However, further measures are needed to meet future emission limits. Among other things, the development work focuses on reducing nitrogen oxide emissions, which are of particular relevance to diesel engines. Since the formation of nitrogen oxides requires not only an excess of air but also high temperatures, one concept for reducing nitrogen oxide emissions is to use combustion processes with lower combustion temperatures.
Dabei ist die Abgasrückführung (AGR), d.h. die Rückführung von Verbrennungsgasen von der Auslassseite auf die Einlassseite, zielführend, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate xAGR bestimmt sich dabei zu xAGR = mAGR / (mAGR + mFrischluft), wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mFrischluft die zugeführte Frischluft bezeichnet. Der via Abgasrückführung bereitgestellte Sauerstoff ist gegebenenfalls zu berücksichtigen.Here, the exhaust gas recirculation (EGR), ie the return of combustion gases from the exhaust side to the inlet side, expedient in which with increasing exhaust gas recirculation rate, the nitrogen oxide emissions can be significantly reduced. In this case, the exhaust gas recirculation rate x AGR is determined as x AGR = m AGR / (m AGR + m fresh air ), where m AGR designates the mass of recirculated exhaust gas and m fresh air the fresh air supplied. The oxygen provided via exhaust gas recirculation may need to be considered.
Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erzielen, können hohe Abgasrückführraten erforderlich werden, die in der Größenordnung von xAGR ≈ 60% bis 70% und mehr liegen können. Derart hohe Rückführraten erfordern eine Kühlung des rückzuführenden Abgases, mit der die Temperatur des Abgases gesenkt und die Dichte des Abgases gesteigert wird, so dass eine größere Abgasmasse zurückgeführt werden kann. Folglich wird eine Abgasrückführung regelmäßig mit einem Kühler ausgestattet. Auch die Abgasrückführung der Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, verfügt über eine Kühlung, d.h. über mindestens einen AGR-Kühler, der einen Kühlmittel führenden Kühlmittelmantel aufweist, welcher der Wärmeübertragung zwischen Abgas und Kühlmittel dient.In order to achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates may be required, which may be on the order of x AGR ≈ 60% to 70% and more. Such high recirculation rates require cooling of the recirculated exhaust gas, with which the temperature of the exhaust gas is lowered and the density of the exhaust gas is increased, so that a larger exhaust mass can be returned. Consequently, exhaust gas recirculation is regularly equipped with a radiator. The exhaust gas recirculation of the Internal combustion engine, which is the subject of the present invention, has a cooling, ie via at least one EGR cooler, which has a coolant jacket leading coolant, which serves the heat transfer between exhaust gas and coolant.
Probleme können sich beim Einleiten des rückgeführten Abgases in das Ansaugsystem ergeben, wenn die Temperatur des rückgeführten heißen Abgases abnimmt und sich Kondensat bildet.Problems may arise in introducing the recirculated exhaust gas into the intake system as the temperature of the recirculated hot exhaust gas decreases and condensate forms.
Zum einen kann sich Kondensat bilden, wenn das rückgeführte heiße Abgas im Ansaugsystem mit kühler Frischluft zusammentrifft und gemischt wird. Das Abgas kühlt sich ab, wohingegen die Temperatur der Frischluft angehoben wird. Die Temperatur der Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas, d.h. die Temperatur der Verbrennungsluft, liegt unterhalb der Abgastemperatur des rückgeführten Abgases. Im Rahmen der Abkühlung des Abgases können zuvor noch gasförmig im Abgas bzw. in der Verbrennungsluft enthaltene Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, auskondensieren, wenn die Tautemperatur einer Komponente der gasförmigen Verbrennungsluftströmung unterschritten wird. Es kommt zu einer Kondensatbildung in der freien Verbrennungsluftströmung, wobei häufig Verunreinigungen in der Verbrennungsluft den Ausgangspunkt für die Bildung von Kondensattröpfchen bilden.On the one hand, condensate can form when the recirculated hot exhaust gas in the intake system coincides with cool fresh air and is mixed. The exhaust gas cools, whereas the temperature of the fresh air is raised. The temperature of the mixture of fresh air and recirculated exhaust gas, i. the temperature of the combustion air is below the exhaust gas temperature of the recirculated exhaust gas. As part of the cooling of the exhaust gas previously contained gaseous in the exhaust gas or in the combustion air, especially water, condense out when the taut temperature of a component of the gaseous combustion air flow is exceeded. It comes to a condensation in the free combustion air flow, often impurities in the combustion air form the starting point for the formation of condensate droplets.
Zum anderen kann sich Kondensat bilden, wenn das rückgeführte heiße Abgas bzw. die Verbrennungsluft auf die Innenwandung des Ansaugsystems treffen, da die Wandtemperatur in der Regel unterhalb der Tautemperatur der relevanten gasförmigen Komponenten liegt.On the other hand, condensate can form when the recycled hot exhaust gas or the combustion air meet the inner wall of the intake system, since the wall temperature is usually below the taut temperature of the relevant gaseous components.
Kondensat und Kondensattröpfchen sind unerwünscht und führen zu einer erhöhten Geräuschemission im Ansaugsystem, gegebenenfalls zur Beschädigung der Laufschaufeln eines im Ansaugsystem angeordneten Verdichterlaufrades eines Laders bzw. eines Abgasturboladers. Letzteres ist mit einer Verminderung des Wirkungsgrades des Verdichters verbunden.Condensate and condensate droplets are undesirable and lead to increased noise emission in the intake system, possibly damaging the blades of a compressor arranged in the intake compressor of a supercharger or an exhaust gas turbocharger. The latter is associated with a reduction in the efficiency of the compressor.
Auch hinsichtlich der Problematik der vorstehend beschriebenen Kondensatbildung kann ein AGR-Kühler zielführend bzw. hilfreich sein. Die Kühlung des rückzuführenden Abgases im Rahmen der Rückführung hat den vorteilhaften Effekt, dass sich das Kondensat nicht erst im Ansaugsystem, sondern bereits beim Rückführen bildet und im Rahmen der Rückführung abgeschieden werden kann.Also with regard to the problem of the condensate formation described above, an EGR cooler can be effective or helpful. The cooling of the recirculated exhaust gas in the context of the return has the advantageous effect that the condensate forms not only in the intake system, but already during recycling and can be deposited in the context of recycling.
Nachteilig an den AGR-Kühlern nach dem Stand der Technik ist, dass die verwertbare Abgasenergie, d.h. die dem Abgas im Kühler mittels Kühlmittel entziehbare Wärme, regelmäßig nur anfällt und nutzbar ist, wenn Abgas zurückgeführt wird. Ist die Abgasrückführung deaktiviert, so dass kein Abgas zurückgeführt wird, bleibt die Abgasenergie des heißen Abgases häufig ungenutzt. Könnte diese Abgasenergie ohne Einschränkung genutzt werden, d.h. im Rahmen einer Energierückgewinnung zurückgewonnen werden, ließen sich weitere Wirkungsgradvorteile bei der Brennkraftmaschine erzielen.A disadvantage of the EGR coolers of the prior art is that the usable exhaust gas energy, i. the heat which can be extracted from the exhaust gas in the cooler by means of coolant regularly only accumulates and can be used when exhaust gas is recirculated. If the exhaust gas recirculation is deactivated, so that no exhaust gas is recirculated, the exhaust gas energy of the hot exhaust gas often remains unused. Could this exhaust energy be used without restriction, i. be recovered in the context of energy recovery, further efficiency advantages could be achieved in the internal combustion engine.
Die Energie des heißen Abgases könnte beispielsweise genutzt werden, um die Reibleistung und damit den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu reduzieren. Hierbei könnte eine zügige Erwärmung des Motoröls mittels Abgaswärme, insbesondere nach einem Kaltstart, zielführend sein. Eine schnelle Erwärmung des Motoröls während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine sorgt für eine entsprechend schnelle Abnahme der Viskosität des Öls und damit für eine Verringerung der Reibung bzw. Reibleistung, insbesondere in den mit Öl versorgten Lagern, beispielsweise den Lagern der Kurbelwelle.The energy of the hot exhaust gas could be used, for example, to reduce the friction and thus the fuel consumption of the internal combustion engine. In this case, rapid heating of the engine oil by means of exhaust heat, in particular after a cold start, could be expedient. Rapid heating of the engine oil during the warm-up phase of the engine provides for a correspondingly rapid decrease in the viscosity of the oil and thus for a reduction of friction or friction, especially in the oil-bearing, for example, the bearings of the crankshaft.
Das Öl könnte dabei beispielsweise mittels Heizvorrichtung aktiv erwärmt werden. Ein kühlmittelbetriebener Ölkühler kann dazu in der Warmlaufphase zweckentfremdet und zum Erwärmen des Öls genutzt werden.The oil could be actively heated, for example by means of a heater. A coolant-operated oil cooler can be used for this purpose in the warm-up phase and used to heat the oil.
Grundsätzlich kann einer schnellen Erwärmung des Motoröls zur Reduzierung der Reibleistung auch Vorschub geleistet werden durch eine schnelle Aufheizung der Brennkraftmaschine selbst, die wiederum dadurch unterstützt, d.h. forciert, wird, dass der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase möglichst wenig Wärme entzogen wird. In principle, a rapid heating of the engine oil to reduce the friction power can also be propelled by a rapid heating of the internal combustion engine itself, which in turn thereby supports, i. forced, is that the internal combustion engine during the warm-up phase as little heat is removed.
Insofern kann es bei einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine auch zielführend sein, dem Kühlmittel der Motorkühlung Wärme zu zuführen, insbesondere in der Warmlaufphase bzw. nach einem Kaltstart. Zur Erwärmung des Kühlmittels der Motorkühlung könnte die Abgasenergie genutzt werden.In this respect, it may also be expedient in a liquid-cooled internal combustion engine to supply heat to the coolant of the engine cooling, in particular in the warm-up phase or after a cold start. For heating the coolant of the engine cooling, the exhaust gas energy could be used.
Die deutsche Offenlegungsschrift
Nachteilig an den AGR-Kühlern nach dem Stand der Technik ist auch, dass die Kühler nicht im Hinblick auf eine effektive Energierückgewinnung ausgelegt werden, sondern vielmehr die Kühlung des Abgases, d.h. der reine Kühleffekt im Vordergrund steht. Dabei muss der Kühler sämtliche im Betrieb der Brennkraftmaschine via Abgasrückführung rückzuführende Abgasmengen bewältigen können. Insbesondere der maximal rückzuführenden und zu kühlenden Abgasmenge ist Rechnung zu tragen. Die Variationsbreite der via Abgasrückführung rückzuführenden Abgasmenge führt zu sehr unterschiedlichen Druckverhältnissen am Kühler. Das Druckgefälle über den Kühler hinweg ändert sich in Abhängigkeit von der rückzuführenden Abgasmenge spürbar, d.h. in solch relevanter Weise, dass dies bei der Steuerung bzw. Einstellung der Rückführrate zu berücksichtigen ist. Die daraus resultierende Wechselwirkung führt zu einer gewissen Dynamik und erfordert eine entsprechend komplexe bzw. aufwendige Steuerung der Abgasrückführung.Another disadvantage of the prior EGR coolers is that the coolers are not designed for effective energy recovery, but rather the cooling of the exhaust gas, i. the pure cooling effect is in the foreground. In this case, the radiator must be able to cope with all the amounts of exhaust gas to be recirculated via exhaust gas recirculation during operation of the internal combustion engine. In particular, the maximum amount of exhaust gas to be recirculated and cooled must be taken into account. The range of variation of the amount of exhaust gas to be recirculated via exhaust gas recirculation leads to very different pressure conditions at the radiator. The pressure gradient across the radiator changes appreciably depending on the amount of exhaust gas to be recirculated, i. in such a relevant way that this must be taken into account in the control or adjustment of the return rate. The resulting interaction leads to a certain dynamics and requires a correspondingly complex or complex control of exhaust gas recirculation.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der sich die Abgasenergie effektiver nutzen lässt als nach Stand der Technik und die hinsichtlich der Abgasrückführung weiter verbessert ist.In light of the above, it is the object of the present invention to provide an internal combustion engine according to the preamble of
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit
- - mindestens einem Zylinder,
- - einem Ansaugsystem zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Luft,
- - einem Abgasabführsystem zur Abführung der Abgase, und
- - einer Abgasrückführung, die mindestens eine Rückführleitung umfasst, wobei in der mindestens einen Rückführleitung mindestens ein Kühler und mindestens ein Stellelement zur Einstellung einer vorgebbaren rückzuführenden Abgasmenge vorgesehen sind,
- - mindestens ein Kühler mit einem Phasenwechselmaterial ausgestattet ist, wobei das Phasenwechselmaterial in Abhängigkeit von der Materialtemperatur entweder als flüssige Phase oder als feste Phase vorliegt und mit zunehmender Materialtemperatur Wärme speichert und mit abnehmender Materialtemperatur gespeicherte Wärme wieder abgibt.
- at least one cylinder,
- an intake system for supplying the at least one cylinder with air,
- an exhaust gas removal system for exhausting the exhaust gases, and
- an exhaust gas recirculation, which comprises at least one return line, wherein at least one cooler and at least one adjusting element are provided in the at least one return line for setting a predefinable recirculating exhaust gas quantity,
- - At least one cooler is equipped with a phase change material, wherein the phase change material is present as a function of the material temperature either as a liquid phase or as a solid phase and stores with increasing material temperature heat and releases with stored material temperature stored heat again.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist mindestens ein Kühler der Abgasrückführung mit einem Phasenwechselmaterial ausgestattet, wobei auch mehrere Kühler mit diesem Material präpariert werden können.In the internal combustion engine according to the invention, at least one cooler of the exhaust gas recirculation is equipped with a phase change material, wherein a plurality of coolers can be prepared with this material.
Das Phasenwechselmaterial entzieht dem heißen Abgas, das durch den Kühler geführt wird, Wärme und dient damit als zusätzliche thermische Senke, aber auch als Energiespeicher. D.h. der erfindungsgemäß mit Phasenwechselmaterial ausgestattete Kühler kann dem Abgas mehr Energie entziehen als ein herkömmlicher Kühler unter ausschließlicher Verwendung des Kühlmittels. Vorteile bietet dies bei großen Abgasmengen, die bei hohen Drehzahlen bzw. Lasten vorliegen, und insbesondere bei hohen Abgastemperaturen, die bei hohen Lasten auftreten.The phase change material removes heat from the hot exhaust gas that is conducted through the radiator and thus serves as an additional thermal sink, but also as an energy store. That the cooler equipped with phase change material according to the invention can extract more energy from the exhaust gas than a conventional cooler with the exclusive use of the coolant. This provides advantages for large amounts of exhaust gas that are present at high speeds or loads, and especially at high exhaust gas temperatures, which occur at high loads.
Der erfindungsgemäß mit Phasenwechselmaterial ausgestattete Kühler hat einen weiteren wesentlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Kühlern. Das Phasenwechselmaterial kann nämlich bei Bedarf die dem Abgas entzogene und gespeicherte Energie wieder in das Abgas einbringen, d.h. einspeisen, und damit das Abgas zusätzlich erwärmen.The inventively equipped with phase change material cooler has a further significant advantage over conventional coolers. Namely, the phase change material may, if necessary, reintroduce the exhausted and stored energy into the exhaust gas, i. feed, and thus additionally heat the exhaust gas.
Ein vorteilhafter Effekt dieser Fähigkeit des Kühlers ist, dass beispielsweise ein Auskühlen der unbefeuerten Brennkraftmaschine im Schubbetrieb verhindert bzw. verlangsamt werden kann. Aus dem Abgasabführsystem entnommenes Abgas wird beim Durchströmen des Kühlers zusätzlich erwärmt und via Ansaugsystem den Zylindern der unbefeuerten Brennkraftmaschine zugeführt, wodurch einem Auskühlen zumindest entgegengewirkt wird. Beim Neustarten bzw. bei erneuter Befeuerung der Brennkraftmaschine wird die Betriebstemperatur schneller erreicht als üblich, wodurch sich Vorteile beim Wirkungsgrad und bei den Schadstoffemissionen ergeben.An advantageous effect of this ability of the radiator is that, for example, cooling of the unburned internal combustion engine in overrun operation can be prevented or slowed down. Exhaust gas taken from the exhaust gas removal system is additionally heated as it flows through the radiator and fed via the intake system to the cylinders of the uncontrolled internal combustion engine, whereby cooling is at least counteracted. When restarting or re-firing the internal combustion engine, the operating temperature is reached faster than usual, resulting in advantages in terms of efficiency and emissions of pollutants.
Des Weiteren ergeben sich Vorteile beim Abschalten der Brennkraftmaschine, beispielsweise beim Abstellen des Fahrzeuges. Beim Neustarten der Brennkraftmaschine kann ein schnelleres Aufwärmen der Brennkraftmaschine, insbesondere durch Erwärmen der Ansaugluft mittels rückgeführtem Abgas erreicht werden, wodurch wiederum Vorteile beim Wirkungsgrad und bei den Schadstoffemissionen erzielt werden.Furthermore, there are advantages when switching off the internal combustion engine, for example, when parking the vehicle. When restarting the engine, a faster warm-up of the internal combustion engine, in particular by heating the intake air by means of recirculated exhaust gas can be achieved, which in turn advantages in efficiency and in pollutant emissions can be achieved.
Dieser Effekt wird zunehmend an Bedeutung gewinnen, da ein Konzept zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs darin besteht, die Brennkraftmaschine abzuschalten, wenn kein momentaner Leistungsbedarf vorliegt, anstatt diese im Leerlauf weiter zu betreiben (Start-Stop-Strategie). In der Praxis bedeutet dies, dass zumindest bei Fahrzeugstillstand die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird, d.h. außer Betrieb befindlich ist, d.h. unbefeuert ist.This effect will become increasingly important because one concept for reducing fuel consumption is to shut down the engine when there is no momentary power demand, rather than idling it on (start-stop strategy). In practice, this means that at least when the vehicle is stationary, the internal combustion engine is switched off, i. is out of service, i. is not fired.
Ein weiterer Anwendungsfall ist der Stop-and-Go-Verkehr, wie er sich beispielsweise im Stau auf Autobahnen und Landstraßen einstellt. Im innerstädtischen Verkehr ist der Stop-and-Go-Verkehr infolge der vorhandenen und nicht aufeinander abgestimmten Ampelanlagen sowie des gestiegenen Verkehrsaufkommens nicht mehr die Ausnahme, sondern sogar die Regel. Another application is the stop-and-go traffic, as it sets, for example, in traffic jams on highways and rural roads. In inner-city traffic, stop-and-go traffic is no longer the exception, but the rule, as a result of existing and inconsistent traffic lights and increased traffic volumes.
Die im Kühler unter Verwendung des Kühlmittels rückgewonnene Abgasenergie kann in der Warmlaufphase bzw. nach einem Kaltstart genutzt werden, um das Motoröl der Brennkraftmaschine zu erwärmen und damit die Reibleistung der Brennkraftmaschine zu mindern. Bei einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine kann die Abgasenergie genutzt werden, um das Kühlmittel der Motorkühlung zu erwärmen und damit die Aufheizung der Brennkraftmaschine zu beschleunigen. Beide Maßnahmen verbessern bzw. erhöhen den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine.The exhaust gas energy recovered in the radiator using the coolant can be used in the warm-up phase or after a cold start in order to heat the engine oil of the internal combustion engine and thus to reduce the frictional loss of the internal combustion engine. In a liquid-cooled internal combustion engine, the exhaust gas energy can be used to heat the coolant of the engine cooling and thus to accelerate the heating of the internal combustion engine. Both measures improve or increase the efficiency of the internal combustion engine.
Der mindestens eine AGR-Kühler der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist sowohl im Hinblick auf eine effektive Kühlung als auch im Hinblick auf die Energierückgewinnung, d.h. die Nutzung der Abgasenergie, ausgelegt. Beiden Aspekten wird erfindungsgemäß Rechnung getragen.The at least one EGR cooler of the internal combustion engine according to the invention is effective both in terms of effective cooling and energy recovery, i. the use of exhaust energy, designed. Both aspects are taken into account according to the invention.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine löst somit die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der sich die Abgasenergie effektiver nutzen lässt als nach Stand der Technik und die hinsichtlich der Abgasrückführung weiter verbessert ist.The internal combustion engine according to the invention thus solves the problem underlying the invention, namely to provide an internal combustion engine according to the preamble of
Die mindestens eine Rückführleitung der erfindungsgemäßen Abgasrückführung kann zu einer Niederdruck-AGR oder einer Hochdruck-AGR gehören.The at least one return line of the exhaust gas recirculation according to the invention may belong to a low-pressure EGR or a high-pressure EGR.
Es können mehrere - beispielsweise parallel angeordnete - Kühler vorgesehen werden, die sukzessive zugeschaltet und für die Kühlung rückzuführenden Abgases herangezogen werden können. Insofern kann die Kühlleistung der AGR-Kühlung bzw. die Anzahl der AGR-Kühler der zu kühlenden Abgasmenge angepasst werden. Dies hat mehrere vorteilhafte Effekte.It is possible to provide a plurality of coolers, for example arranged in parallel, which can be switched on successively and used for the exhaust gas to be recirculated. In this respect, the cooling capacity of the EGR cooling or the number of EGR coolers of the amount of exhaust gas to be cooled can be adjusted. This has several beneficial effects.
Das Druckgefälle über einen einzelnen Kühler hinweg ändert sich im Betrieb des Kühlers weniger stark, da die von diesem Kühler zu kühlenden bzw. zu bewältigenden Abgasmengen weniger stark variieren.The pressure gradient across a single radiator changes less during operation of the radiator, since the amount of exhaust gas to be cooled or managed by this radiator varies less.
Bei kleineren Rückführraten kann erfindungsgemäß ein Kühler zur Kühlung des rückzuführenden Abgases herangezogen werden. Nimmt die rückzuführende und zu kühlende Abgasmenge dann zu, kann - beispielsweise bei Überschreiten einer vorgebbaren Abgasmenge - ein weiterer Kühler zugeschaltet, d.h. aktiviert werden, um Abgas zu kühlen und zur Kühlung des rückzuführenden Abgases beizutragen. In Abhängigkeit von der Anzahl der vorgesehenen AGR-Kühler, falls beispielsweise drei, vier oder mehr Kühler vorgesehen sind, kann mehrmals bzw. sukzessive zugeschaltet werden. Die Steuerung bzw. Einstellung der Rückführrate reagiert weniger dynamisch.For smaller recirculation rates, according to the invention, a cooler can be used for cooling the recirculating exhaust gas. If the amount of exhaust gas to be recirculated and to be cooled then increases, another cooler can be switched on, for example if a predefinable amount of exhaust gas is exceeded. be activated to cool exhaust gas and contribute to the cooling of the recirculating exhaust gas. Depending on the number of provided EGR cooler, if, for example, three, four or more radiators are provided, can be switched on several times or successively. The control or adjustment of the return rate is less dynamic.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Kühler eine integrale bauliche Einheit bilden. Eine vormontierte Baugruppe, welche die Kühler umfasst und die gesamte Kühleinheit darstellt, vereinfacht die Montage der Abgasrückführung bzw. der Brennkraftmaschine insgesamt und reduziert damit auch die Kosten.Embodiments of the internal combustion engine in which the radiators form an integral structural unit are advantageous. A preassembled module, which comprises the radiator and represents the entire cooling unit, simplifies the assembly of the exhaust gas recirculation or of the internal combustion engine as a whole and thus also reduces the costs.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die Kühler als vereinzelte separate Kühler ausgebildet sind. Gemäß dem Baukastenprinzip können dann mit einzelnen Kühlern unterschiedliche Abgasrückführungen ausgebildet werden bzw. unterschiedliche Brennkraftmaschinen ausgestattet werden.Embodiments of the internal combustion engine may also be advantageous, in which the radiators are designed as isolated, separate coolers. According to the modular principle, different exhaust gas recirculations can then be formed with individual coolers or different internal combustion engines can be equipped.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Aufladung vorgesehen ist. Es wird Bezug genommen auf die im Zusammenhang mit der Aufladung bereits genannten Vorteile und gemachten Ausführungen.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which a charge is provided. Reference is made to the already mentioned in connection with the charging advantages and statements made.
Ein erfindungsgemäßer Kühler muss mindestens einen Hohlraum bzw. mindestens ein Behältnis zur Aufnahme des Phasenwechselmaterials aufweisen. Ein Hohlraum bzw. Behältnis zur Aufnahme des Phasenwechselmaterials könnte im Rahmen eines Fertigungsprozesses als integraler Bestandteil des Kühlers ausgebildet werden. Der Kühler könnte modular aufgebaut sein, wobei im Rahmen des Zusammenbaus ein Hohlraum ausgebildet wird, der das Phasenwechselmaterial aufnimmt.An inventive cooler must have at least one cavity or at least one container for receiving the phase change material. A cavity or container for receiving the phase change material could be formed as part of a manufacturing process as an integral part of the cooler. The cooler could be modular in construction, wherein a cavity is formed during assembly, which receives the phase change material.
Ein Hohlraum könnte dadurch ausgebildet werden, dass der eigentliche Kühler mit einer Verschalung versehen wird, so dass sich zwischen dem Kühler und dem mindestens einen beabstandet angeordneten Schalungselement ein Hohlraum ausbildet, in dem Phasenwechselmaterial aufgenommen wird. Der durch die Verschalung erweiterte Kühler umfasst dann das Behältnis zur Aufnahme des Phasenwechselmaterials.A cavity could be formed by providing the actual radiator with a casing, so that a cavity is formed between the radiator and the at least one spaced-apart formwork element, in which phase change material is received. The extended by the shutter cooler then includes the container for receiving the phase change material.
Vorteilhaft sind aus den vorstehend genannten Gründen Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Kühler mindestens einen Hohlraum zur Aufnahme des Phasenwechselmaterials aufweist.For the reasons mentioned above, embodiments of the internal combustion engine in which the at least one cooler has at least one cavity for receiving the phase change material are advantageous.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Hohlraum zumindest auch unter Verwendung von Schalungselementen ausgebildet ist. Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one cavity is also formed using shuttering elements are advantageous.
Der mindestens eine Kühler ist vorzugsweise kein Gussteil, in welches der mindestens eine Hohlraum im Rahmen des Gießvorganges als integraler Bestandteil mit eingearbeitet wird. Vielmehr ist ein Kühler vorzugsweise ein - beispielsweise aus Blechen - gebautes System, bei dem der mindestens eine Hohlraum im Rahmen des Zusammenbaus unter Verwendung von beabstandet angeordneten Schalungselementen ausgebildet wird.The at least one cooler is preferably not a casting, in which the at least one cavity is incorporated as part of the casting process as an integral part. Rather, a cooler is preferably a system constructed of sheets, for example, in which the at least one cavity is formed during assembly using spaced formwork elements.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine are discussed in connection with the subclaims.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Kühler zwecks Energierückgewinnung mindestens einen Kühlmittel führenden Kühlmittelmantel aufweist, welcher der Wärmeübertragung zwischen dem Abgas und dem Kühlmittel dient.Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one cooler has at least one coolant jacket leading to energy recovery, which serves to transfer heat between the exhaust gas and the coolant, are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine erste Rückführleitung vorgesehen ist, in der ein erster Kühler angeordnet ist und die unter Verwendung mindestens eines Stellelementes stromaufwärts des ersten Kühlers mit dem Abgasabführsystem und stromabwärts des ersten Kühlers mit dem Ansaugsystem zumindest verbindbar ist.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which a first return line is provided, in which a first radiator is arranged and which is at least connectable using at least one control element upstream of the first radiator with the Abgasabführsystem and downstream of the first radiator with the intake system.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die erste Rückführleitung stromabwärts des ersten Kühlers unter Verwendung mindestens eines Stellelementes wahlweise mit dem Ansaugsystem und/oder dem Abgasabführsystem zumindest verbindbar ist.In this context, embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the first return line downstream of the first radiator is at least connectable to the intake system and / or the Abgasabführsystem using at least one control element at least.
Die Abgasenergie des heißen Abgases kann gemäß der vorstehenden Ausführungsform auch bei deaktivierter Abgasrückführung genutzt werden und zwar mittels des ersten Kühlers, der stromabwärts wahlweise mit dem Ansaugsystem und/oder dem Abgasabführsystem verbindbar ist, wozu mindestens ein Stellelement dient, mit dem sich die abgasführenden Leitungen entsprechend schalten, nämlich mit dem Abgasabführsystem verbinden lassen.The exhaust gas energy of the hot exhaust gas can be used according to the above embodiment, even with deactivated exhaust gas recirculation by means of the first radiator, the downstream optionally with the intake system and / or Abgasabführsystem is connectable, including at least one actuator, with which the exhaust-gas lines corresponding switch, namely connect to the exhaust system.
Auch bei deaktivierter Abgasrückführung kann somit Wärme vom Abgas auf das Kühlmittel und das Phasenwechselmaterial des ersten Kühlers übertragen werden, wobei das durch den ersten Kühler strömende Kühlmittel die Wärme aus dem Inneren des ersten Kühlers abführt und einer vorgebbaren Verwendung zuführt bzw. das Phasenwechselmaterial die dem Abgas entzogene Wärme speichert, wodurch der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erhöht wird. Insoweit lässt sich die Abgasenergie, die dem Abgas immanent ist, nutzen.Thus, even with deactivated exhaust gas recirculation heat from the exhaust gas can thus be transferred to the coolant and the phase change material of the first radiator, wherein the coolant flowing through the first radiator dissipates the heat from the interior of the first radiator and feeds a predetermined use or the phase change material that the exhaust gas removed heat stores, whereby the efficiency of the internal combustion engine is increased. In that regard, the exhaust gas energy that is inherent in the exhaust gas can be used.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die erste Rückführleitung unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes von dem Abgasabführsystem abzweigt und unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes in das Ansaugsystem mündet.Embodiments of the internal combustion engine in which the first return line branches off from the exhaust gas removal system to form a first node point and opens into the intake system to form a second node point are advantageous.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der ersten Rückführleitung am zweiten Knotenpunkt ein erstes Stellelement vorgesehen ist.In this context, embodiments of the internal combustion engine in which a first adjusting element is provided in the first return line at the second node are advantageous.
Das erste Stellelement fungiert als AGR-Ventil und dient bei aktivierter Abgasrückführung der Einstellung der Rückführrate, d.h. der via erste Rückführleitung rückgeführten Abgasmenge. Die Verwendung eines am zweiten Knotenpunkt angeordneten Kombiventils gestattet die Bemessung der rückgeführten Abgasmenge und gleichzeitig die Drosselung der angesaugten Frischluftmenge.The first actuator acts as an EGR valve and, with exhaust gas recirculation activated, serves to adjust the feedback rate, i. the amount of exhaust gas recirculated via the first return line. The use of a composite valve arranged at the second node allows the design of the recirculated exhaust gas quantity and at the same time the throttling of the intake fresh air quantity.
Ein solches Kombiventil kann beispielsweise eine Klappe sein, die um eine quer zur Frischluftströmung verlaufende Achse in der Art verschwenkbar ist, dass in einer ersten Endposition die Vorderseite der Klappe das Ansaugsystem versperrt und gleichzeitig die Rückführleitung freigegeben wird und in einer zweiten Endposition die Rückseite der Klappe die Rückführleitung verdeckt und gleichzeitig das Ansaugsystem freigegeben wird. Ein zusätzlicher Ventilkörper, der mit der Klappe verbunden und auf diese Weise mechanisch gekoppelt ist, gibt die Rückführleitung entweder frei oder versperrt diese. Während die Klappe der Einstellung der via Ansaugsystem zugeführten Luftmenge dient, bewerkstelligt der Ventilkörper die Dosierung der rückgeführten Abgasmenge.Such a combination valve may for example be a flap which is pivotable about an axis extending transversely to the fresh air flow in such a way that in a first end position the front of the flap obstructs the intake system and at the same time the return line is released and in a second end position the rear of the flap conceals the return line and at the same time the intake system is released. An additional valve body, which is connected to the flap and in this way mechanically coupled, either releases or blocks the return line. While the flap is used to adjust the amount of air supplied via the intake system, the valve body accomplishes the metering of the amount of recirculated exhaust gas.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine abgasführende Leitung vorgesehen ist, die unter Ausbildung eines dritten Knotenpunktes stromabwärts des ersten Kühlers von der ersten Rückführleitung abzweigt und unter Ausbildung eines vierten Knotenpunktes in das Abgasabführsystem mündet.Embodiments of the internal combustion engine in which an exhaust-gas-conducting line is provided, which branches off from the first return line downstream of the first radiator and opens into the exhaust-gas removal system to form a fourth node, are advantageous in this connection.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen am vierten Knotenpunkt ein zweites Stellelement angeordnet ist.In this context, embodiments of the internal combustion engine in which a second actuating element is arranged at the fourth node are advantageous.
Das zweite Stellelement kann dazu genutzt werden, den ersten Kühler stromabwärts mit dem Abgasabführsystem zu verbinden. Dann kühlt der erste Kühler kein rückzuführendes Abgas. Vielmehr kühlt der erste Kühler Abgas, das dem Abgasabführsystem entnommen wurde und wieder in das Abgasabführsystem eingeleitet wird. D.h. der erste Kühler dient vorliegend nur der Energierückgewinnung, d.h. der Nutzbarmachung der dem Abgas immanenten Energie.The second actuator can be used to connect the first radiator downstream with the Abgasabführsystem. Then, the first radiator does not cool recirculated exhaust gas. Rather, it cools the first radiator exhaust, which has been taken from the Abgasabführsystem and is re-introduced into the Abgasabführsystem. That is, the first cooler is used here only the energy recovery, ie the utilization of the immanent energy of the exhaust gas.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das zweite Stellelement ein 3-3-Wege-Ventil ist, das drei Leitungsanschlüsse und drei Schaltpositionen hat.Embodiments of the internal combustion engine in which the second actuating element is a 3-3-way valve having three line connections and three switching positions are advantageous.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der vierte Knotenpunkt stromabwärts des ersten Knotenpunktes im Abgasabführsystem angeordnet ist.Embodiments of the internal combustion engine in which the fourth node is arranged downstream of the first node in the exhaust-gas removal system are advantageous.
Bei dieser Ausführungsform kann der Abgasgegendruck stromaufwärts des vierten Knotenpunktes und damit auch am Eintritt in die Abgasrückführung gezielt erhöht werden, indem das zweite Stellelement in Richtung Schließstellung verstellt wird.In this embodiment, the exhaust backpressure upstream of the fourth node and thus also at the inlet to the exhaust gas recirculation can be selectively increased by the second actuator is moved in the direction of the closed position.
Dadurch lässt sich das treibende Druckgefälle über den Kühler hinweg erhöhen. Dem Abgas wird eine Ausweichmöglichkeit um den Kühler herum genommen, d.h. ein Umgehen des Kühlers wird erschwert.This can increase the driving pressure gradient across the radiator. The exhaust gas is allowed to bypass the radiator, i. bypassing the radiator is made more difficult.
Zur Generierung des erforderlichen Druckgefälles kann zusätzlich ein Absperrelement stromaufwärts der Einmündung der Abgasrückführung im Ansaugsystem vorgesehen werden, um einlassseitig den Druck stromabwärts des Absperrelementes zu senken.To generate the required pressure gradient, a shut-off element upstream of the junction of the exhaust gas recirculation in the intake system can additionally be provided in order to reduce the pressure downstream of the shut-off element on the intake side.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein mittels Hilfsantrieb antreibbarer Verdichter im Ansaugsystem angeordnet ist.Embodiments of the internal combustion engine in which at least one compressor drivable by means of an auxiliary drive is arranged in the intake system are advantageous.
Der Vorteil eines mittels Hilfsantrieb antreibbaren Verdichters, d.h. Laders, gegenüber einem Abgasturbolader besteht darin, dass der Lader stets den angeforderten Ladedruck generieren und zur Verfügung stellen kann und zwar unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Das gilt insbesondere für einen Lader, der mittels Elektromaschine elektrisch antreibbar und daher unabhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle ist.The advantage of an auxiliary drive drivable compressor, i. Laders, compared to an exhaust gas turbocharger is that the loader can always generate and provide the required boost pressure, regardless of the operating condition of the internal combustion engine. This is especially true for a loader that is electrically driven by electric motor and therefore independent of the speed of the crankshaft.
Nach dem Stand der Technik bereitet es nämlich Schwierigkeiten, die Leistung mittels Abgasturboaufladung in allen Drehzahlbereichen zu steigern. Es wird ein stärkerer Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beobachtet. Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis bzw. der Turbinenleistung abhängt. Wird die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis bzw. einer kleineren Turbinenleistung. Folglich nimmt das Ladedruckverhältnis zu niedrigeren Drehzahlen hin ebenfalls ab. Dies ist gleichbedeutend mit einem Drehmomentabfall.In fact, according to the state of the art, it is difficult to increase the power by means of turbocharging in all engine speed ranges. It is observed a greater torque drop when falling below a certain speed. This torque drop becomes understandable if it is taken into account that the boost pressure ratio depends on the turbine pressure ratio or the turbine output. If the engine speed is reduced, this leads to a smaller exhaust gas mass flow and thus to a smaller turbine pressure ratio or a smaller turbine power. Consequently, the boost pressure ratio also decreases toward lower speeds. This is synonymous with a torque drop.
Vorteilhaft können dennoch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst. Bei einem Abgasturbolader sind ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt. Die vom Abgasstrom an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung der Zylinder, d.h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt gewissermaßen eine Verdichtung durch Kühlung.However, embodiments of the internal combustion engine may still be advantageous in which at least one exhaust-gas turbocharger is provided which comprises a turbine arranged in the exhaust-gas removal system and a compressor arranged in the intake system. In an exhaust gas turbocharger, a compressor and a turbine are arranged on the same shaft. The hot exhaust gas flow is supplied to the turbine and relaxes with release of energy in the turbine, causing the shaft to rotate. The output from the exhaust stream to the shaft energy is used to drive the also arranged on the shaft compressor. The compressor conveys and compresses the charge air supplied to it, whereby a charging of the cylinder is achieved. Advantageously, a charge air cooler is provided downstream of the compressor in the intake system, with which the compressed charge air is cooled before entering the at least one cylinder. The radiator lowers the temperature and thus increases the density of the charge air, so that the radiator to a better filling of the cylinder, i. contributes to a larger air mass. There is a certain amount of compression by cooling.
Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem - mittels Hilfsantrieb antreibbaren - Lader besteht darin, dass ein Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase nutzt, während ein Lader die für seinen Antrieb erforderliche Energie direkt oder indirekt von der Brennkraftmaschine bezieht und damit, zumindest solange die Antriebsenergie nicht aus einer Energierückgewinnung stammt, den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, d.h. mindert.The advantage of an exhaust gas turbocharger in comparison to a - drivable by auxiliary drive - loader is that an exhaust gas turbocharger uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases, while a loader requires the energy required for its drive directly or indirectly from the internal combustion engine and thus, at least as long as the drive power does not come from an energy recovery, adversely affects the efficiency, ie decreases.
Falls es sich nicht um einen mittels Elektromaschine, d.h. elektrisch antreibbaren Lader handelt, ist regelmäßig eine mechanische bzw. kinematische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen dem Lader und der Brennkraftmaschine erforderlich, die auch das Packaging im Motorraum nachteilig beeinflusst bzw. bestimmt.If it is not an electric machine, i. is electrically driven supercharger is regularly a mechanical or kinematic connection for power transmission between the charger and the internal combustion engine is required, which also adversely affects or determines the packaging in the engine compartment.
Um einem Drehmomentabfall bei niedrigen Drehzahlen entgegen wirken zu können, sind besonders Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen mindestens zwei Abgasturbolader vorgesehen sind. Wird die Motorendrehzahl nämlich verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Ladedruckverhältnis.In order to counteract a torque drop at low speeds, particularly embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which at least two exhaust gas turbochargers are provided. If the engine speed is reduced, this leads to a smaller exhaust gas mass flow and thus to a lower boost pressure ratio.
Durch Einsatz mehrerer Abgasturbolader, beispielsweise mehrerer in Reihe oder parallel geschalteter Abgasturbolader, kann die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine spürbar verbessert werden. By using a plurality of exhaust gas turbochargers, for example a plurality of exhaust gas turbochargers connected in series or in parallel, the torque characteristic of a supercharged internal combustion engine can be appreciably improved.
Zur Verbesserung der Drehmomentcharakteristik kann neben dem mindestens einen Abgasturbolader auch ein weiterer Verdichter vorgesehen werden und zwar sowohl ein mittels Hilfsantrieb antreibbarer Lader als auch ein Verdichter eines weiteren Abgasturboladers.To improve the torque characteristic, in addition to the at least one exhaust gas turbocharger, a further compressor may be provided, namely both a supercharger drivable by means of an auxiliary drive and a compressor of a further exhaust gas turbocharger.
Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen mindestens eine Rückführleitung stromabwärts des Verdichters in das Ansaugsystem mündet.In this connection, embodiments of the supercharged internal combustion engine may advantageously be advantageous in which at least one return line opens into the intake system downstream of the compressor.
Bei einer sogenannten Hochdruck-AGR wird das Abgas stromabwärts des Verdichters in das Ansaugsystem eingebracht. Um dabei das für eine Rückführung erforderliche Druckgefälle zwischen dem Abgasabführsystem und dem Ansaugsystem bereitzustellen bzw. sicherzustellen, wird das Abgas bei einer Abgasturbolaufladung vorzugsweise und regelmäßig stromaufwärts der zugehörigen Turbine aus dem Abgasabführsystem entnommen. Die Hochdruck-AGR hat den Vorteil, dass das Abgas den Verdichter nicht passiert und daher vor der Rückführung keiner Abgasnachbehandlung, beispielsweise in einem Partikelfilter, unterzogen werden muss. Ablagerungen im Verdichter, welche die Geometrie des Verdichters, insbesondere die Strömungsquerschnitte, verändern und auf diese Weise den Wirkungsgrad des Verdichters verschlechtern, sind nicht zu befürchten. Eine Kondensatbildung erfolgt - wenn überhaupt - stromabwärts des Verdichters, der die ihm zugeführte Ladeluft im Rahmen der Kompression auch erhitzt und einer Kondensatbildung auf diese Weise vorbeugt bzw. entgegenwirkt.In a so-called high pressure EGR, the exhaust gas is introduced downstream of the compressor into the intake system. In order to provide or to ensure the pressure gradient between the exhaust gas removal system and the intake system required for a return, the exhaust gas is preferably taken from the exhaust gas removal system at an exhaust gas turbocharging and regularly upstream of the associated turbine. The high-pressure EGR has the advantage that the exhaust gas does not pass through the compressor and therefore no exhaust aftertreatment, for example in a particle filter, has to be subjected before the recirculation. Deposits in the compressor, which change the geometry of the compressor, in particular the flow cross-sections, and thus worsen the efficiency of the compressor, are not to be feared. Condensation takes place - if at all - downstream of the compressor, which also heats the charge air supplied to it as part of the compression and prevents or counteracts condensation in this way.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen mindestens eine Rückführleitung stromaufwärts des Verdichters in das Ansaugsystem mündet.However, embodiments of the supercharged internal combustion engine may also be advantageous in which at least one return line opens into the intake system upstream of the compressor.
Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und gleichzeitiger Verwendung einer Hochdruck-AGR kann sich ein Konflikt ergeben, wenn das rückgeführte Abgas stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem entnommen wird und zum Antrieb der Turbine nicht mehr zur Verfügung steht.When operating an internal combustion engine with turbocharging and simultaneous use of a high-pressure EGR, a conflict may arise when the recirculated exhaust gas is taken from the Abgasabführsystem upstream of the turbine and is no longer available for driving the turbine.
Bei einer Steigerung der Abgasrückführrate nimmt der in die Turbine eingeleitete Abgasstrom gleichzeitig ab. Der verminderte Abgasmassenstrom durch die Turbine bedingt ein kleineres Turbinendruckverhältnis, wodurch das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, was gleichbedeutend ist mit einem kleineren Verdichtermassenstrom. Neben dem abnehmenden Ladedruck können sich zusätzlich Probleme beim Betrieb des Verdichters hinsichtlich der Pumpgrenze einstellen. Nachteile können sich auch bei den Schadstoffemissionen ergeben, beispielsweise hinsichtlich der Rußbildung bei Dieselmotoren während einer Beschleunigung.With an increase in the exhaust gas recirculation rate, the exhaust gas flow introduced into the turbine simultaneously decreases. The reduced exhaust gas mass flow through the turbine causes a smaller turbine pressure ratio, whereby the charge pressure ratio also decreases, which is equivalent to a smaller compressor mass flow. In addition to the decreasing boost pressure, additional problems with the operation of the compressor with regard to the surge limit can occur. Disadvantages can also arise in the pollutant emissions, for example, with regard to the formation of soot in diesel engines during acceleration.
Aus diesem Grunde sind Konzepte erforderlich, die ausreichend hohe Ladedrücke bei gleichzeitig hohen Abgasrückführraten sicherstellen. Einen Lösungsansatz bietet die sogenannte Niederdruck-AGR, mit der Abgas in das Ansaugsystem zurückgeführt wird, welches die Turbine bereits durchströmt hat. Hierzu entnimmt die Niederdruck-AGR stromabwärts der Turbine Abgas aus dem Abgasabführsystem und leitet dieses vorzugsweise stromaufwärts des Verdichters in das Ansaugsystem, um das für eine Rückführung erforderliche Druckgefälle zwischen dem Abgasabführsystem und dem Ansaugsystem realisieren zu können.For this reason, concepts are required which ensure sufficiently high boost pressures with simultaneously high exhaust gas recirculation rates. One solution is the so-called low-pressure EGR, with which exhaust gas is fed back into the intake system, which has already flowed through the turbine. For this purpose, the low-pressure EGR takes exhaust gas from the Abgasabführsystem downstream of the turbine and passes this preferably upstream of the compressor in the intake system in order to realize the required for a return pressure drop between the Abgasabführsystem and the intake system can.
Das mittels Niederdruck-AGR rückgeführte Abgas wird stromaufwärts des Verdichters mit Frischluft gemischt. Die auf diese Weise erzeugte Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas bildet die Ladeluft, die dem Verdichter zugeführt und verdichtet wird, wobei die komprimierte Ladeluft vorzugsweise stromabwärts des Verdichters in einem Ladeluftkühler gekühlt wird.The exhaust gas recirculated by means of low-pressure EGR is mixed with fresh air upstream of the compressor. The mixture of fresh air and recirculated exhaust gas thus produced forms the charge air which is supplied to the compressor and compressed, the compressed charge air preferably being cooled downstream of the compressor in an intercooler.
Da Abgas durch den Verdichter hindurchgeführt wird, wird das Abgas stromabwärts der Turbine vorzugsweise einer Abgasnachbehandlung unterzogen. Die Niederdruck-AGR kann auch mit einer Hochdruck-AGR kombiniert werden.As exhaust gas is passed through the compressor, the exhaust gas downstream of the turbine is preferably subjected to exhaust aftertreatment. The low pressure EGR can also be combined with a high pressure EGR.
Vorteilhaft können aus den bereits genannten Gründen somit Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen mindestens eine Rückführleitung stromaufwärts der Turbine vom Abgasabführsystem abzweigt.For the reasons already mentioned, embodiments of the supercharged internal combustion engine can thus be advantageous in which at least one return line branches off the exhaust gas removal system upstream of the turbine.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Turbine eines vorgesehenen Abgasturboladers eine variable Turbinengeometrie aufweist, die eine weitergehende Anpassung an den Betrieb der Brennkraftmaschine durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes gestattet. Dabei sind im Eintrittsbereich der Turbine verstellbare Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades rotieren die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the turbine of a proposed exhaust-gas turbocharger has a variable turbine geometry which permits further adaptation to the operation of the internal combustion engine by adjusting the turbine geometry or the effective turbine cross-section are advantageous. In this case, adjustable guide vanes for influencing the flow direction are arranged in the inlet region of the turbine. Unlike the vanes of the rotating impeller, the vanes do not rotate with the shaft of the turbine.
Verfügt die Turbine über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich im Eintrittsbereich angeordnet, d.h. starr fixiert, falls überhaupt eine Leiteinrichtung vorgesehen ist. Bei einer variablen Geometrie hingegen sind die Leitschaufeln zwar stationär angeordnet, aber nicht völlig unbeweglich, sondern um ihre Achse drehbar, so dass auf die Anströmung der Laufschaufeln Einfluss genommen werden kann.If the turbine has a fixed fixed geometry, the vanes are not only stationary, but also arranged completely immovable in the inlet region, ie rigidly fixed, if any guide is provided. With a variable geometry, however, the vanes are indeed arranged stationary, but not completely immobile, but rotatable about its axis, so that the flow of the blades can be influenced.
Durch Verstellen der Turbinengeometrie kann Einfluss genommen werden auf den Abgasdruck stromaufwärts der Turbine, damit auf das Druckgefälle zwischen Abgasabführsystem und Ansaugsystem und somit auf die Rückführrate der Hochdruck-AGR.By adjusting the turbine geometry, it is possible to influence the exhaust gas pressure upstream of the turbine, thereby influencing the pressure gradient between the exhaust gas removal system and the intake system and thus the high-pressure EGR return rate.
Vorteilhaft können ebenfalls aus bereits genannten Gründen Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen mindestens eine Rückführleitung stromabwärts der Turbine vom Abgasabführsystem abzweigt.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which at least one return line branches off from the exhaust gas removal system downstream of the turbine may also be advantageous for reasons already mentioned.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen zwischen der Turbine und der mindestens einen abzweigenden Rückführleitung mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem im Abgasabführsystem vorgesehen ist. Da Abgas durch den Verdichter hindurchgeführt wird, wird das Abgas stromabwärts der Turbine vorzugsweise einer Abgasnachbehandlung unterzogen.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which at least one exhaust aftertreatment system is provided in the exhaust gas removal system between the turbine and the at least one branching return line are advantageous. As exhaust gas is passed through the compressor, the exhaust gas downstream of the turbine is preferably subjected to exhaust aftertreatment.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zur Nachbehandlung des Abgases ein Partikelfilter als Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen ist.Embodiments of the internal combustion engine in which a particle filter is provided as exhaust gas aftertreatment system for after-treatment of the exhaust gas are advantageous.
Zur Minimierung der Rußemission wird vorliegend ein regenerativer Partikelfilter eingesetzt, der die Rußpartikel aus dem Abgas herausfiltert und speichert, wobei diese Rußpartikel im Rahmen der Regeneration des Filters intermittierend verbrannt werden. Die zur Regeneration des Partikelfilters erforderlichen Temperaturen liegen bei nicht vorhandener katalytischer Unterstützung bei etwa 550°C. Regelmäßig wird daher auf zusätzliche Maßnahmen zurückgegriffen, um eine Regeneration des Filters unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.To minimize the emission of soot, a regenerative particle filter is used in the present case, which filters out and stores the soot particles from the exhaust gas, wherein these soot particles are intermittently burned as part of the regeneration of the filter. The temperatures required for the regeneration of the particulate filter are at about 550 ° C with no catalytic support. Therefore, additional measures are regularly used to ensure regeneration of the filter under all operating conditions.
Die Regeneration des Filters trägt Wärme in das Abgas ein und erhöht die Abgastemperatur und damit die Abgasenthalpie. Am Austritt des Filters steht somit ein energiereiches Abgas zur Verfügung, das in der erfindungsgemäßen Weise genutzt werden kann.The regeneration of the filter introduces heat into the exhaust gas and increases the exhaust gas temperature and thus the exhaust gas enthalpy. At the outlet of the filter is thus an energy-rich exhaust gas available, which can be used in the manner according to the invention.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen zur Nachbehandlung des Abgases ein Oxidationskatalysator als Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine may also be advantageous in which an oxidation catalytic converter is provided as exhaust gas aftertreatment system for the after-treatment of the exhaust gas.
Zwar findet auch ohne zusätzliche Maßnahmen bei einem ausreichend hohen Temperaturniveau und dem Vorhandensein genügend großer Sauerstoffmengen eine Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und von Kohlenmonoxid im Abgasabführsystem statt. Diese Reaktionen kommen aber aufgrund der stromabwärts schnell abnehmenden Abgastemperatur und der infolgedessen rapide sinkenden Reaktionsgeschwindigkeit schnell zum Erliegen. Daher kommen katalytische Reaktoren zum Einsatz, die unter Verwendung katalytischer Materialien eine Oxidation auch bei niedrigen Temperaturen sicherstellen. Sollen zusätzlich Stickoxide reduziert werden, kann dies beim Ottomotor durch den Einsatz eines Drei-Wege-Katalysators erreicht werden.Although it takes place without additional measures at a sufficiently high temperature level and the presence of sufficiently large amounts of oxygen oxidation of the unburned hydrocarbons and carbon monoxide in Abgasabführsystem instead. However, these reactions come to a halt quickly due to the rapidly decreasing exhaust gas temperature downstream and consequently rapidly decreasing reaction rate. Therefore, catalytic reactors are used which ensure oxidation even at low temperatures using catalytic materials. If additional nitrogen oxides are to be reduced, this can be achieved in the gasoline engine by using a three-way catalyst.
Die Oxidation ist eine exotherme Reaktion, wobei die freigesetzte Wärme die Temperatur und damit die Enthalpie des Abgases erhöht. Am Austritt des Oxidationskatalysators steht somit ein energiereicheres Abgas zur Verfügung. Insofern ist das Vorsehen eines Oxidationskatalysators insbesondere auch im Hinblick auf die erfindungsgemäße Nutzung der Abgasenergie sinnvoll und vorteilhaft.The oxidation is an exothermic reaction, the heat released increases the temperature and thus the enthalpy of the exhaust gas. At the outlet of the oxidation catalyst is thus a higher-energy exhaust gas available. In this respect, the provision of an oxidation catalyst is meaningful and advantageous in particular also with regard to the use of the exhaust gas energy according to the invention.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Bypassleitung zur Umgehung des mindestens einen Kühlers vorgesehen ist, die den AGR-Kühler überbrückt und mit der das via Abgasrückführung rückgeführte Abgas bei Umgehung des Kühlers in das Ansaugsystem eingeleitet werden kann.Embodiments of the internal combustion engine in which a bypass line for bypassing the at least one cooler is provided, which bypasses the EGR cooler and with which the exhaust gas recirculated via exhaust gas recirculation can be introduced into the intake system when the cooler is bypassed, are advantageous.
Es kann sinnvoll sein, die AGR-Kühlung zu überbrücken, beispielsweise um zu vermeiden, dass zusätzlich Wärme in die Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine eingetragen wird. Eine derartige Vorgehensweise bietet sich an, falls die Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine bereits stark beansprucht ist, beispielsweise bei Volllast. Wird die Abgasrückführung im Rahmen einer Motorbremse genutzt, ist es ebenfalls sinnvoll, das heiße Abgas ungekühlt zurückzuführen.It may be useful to bridge the EGR cooling, for example, to avoid that additional heat is added to the liquid cooling of the internal combustion engine. Such a procedure lends itself to, if the liquid cooling of the internal combustion engine is already heavily stressed, for example, at full load. If the exhaust gas recirculation is used in the context of an engine brake, it is also useful to recirculate the hot exhaust without cooling.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zur Ausbildung einer Motorkühlung eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen ist.Embodiments of the internal combustion engine in which liquid cooling is provided to form an engine cooling are advantageous.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mit mindestens einem im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist.Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one cylinder head of the internal combustion engine is equipped to form a liquid cooling system with at least one coolant jacket integrated in the cylinder head are advantageous.
Eine Flüssigkeitskühlung erweist sich insbesondere bei aufgeladenen Motoren als vorteilhaft, da die thermische Belastung aufgeladener Motoren im Vergleich zu herkömmlichen Brennkraftmaschinen deutlich höher ist. Verfügt der Zylinderkopf über einen integrierten Abgaskrümmer ist dieser thermisch höher belastet als ein herkömmlicher Zylinderkopf, der mit einem externen Krümmer ausgestattet ist. Es werden erhöhte Anforderungen an die Kühlung gestellt. A liquid cooling proves to be particularly advantageous in turbocharged engines, since the thermal load of turbocharged engines compared to conventional internal combustion engines is significantly higher. The cylinder head has an integrated exhaust manifold, this is thermally higher load than a conventional cylinder head, which is equipped with an external manifold. There are increased demands on the cooling.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Flüssigkeitskühlung einen Kühlkreislauf aufweist, der mindestens einen Kühler der Abgasrückführung umfasst.In this connection, embodiments of the internal combustion engine in which the liquid cooling has a cooling circuit which comprises at least one cooler of the exhaust gas recirculation are advantageous.
Ist der mindestens eine AGR-Kühler in den Kühlkreislauf der Motorkühlung eingebunden, müssen viele zur Ausbildung eines Kreislaufs erforderlichen Bauteile und Aggregate grundsätzlich nur in einfacher Ausfertigung vorgesehen werden, da diese sowohl für den Kühlkreislauf des AGR-Kühlers als auch für den der Motorkühlung verwendet werden können, was zu Synergien und Kosteneinsparungen führt, aber auch eine Gewichtsersparnis mit sich bringt.If the at least one EGR cooler is integrated in the cooling circuit of the engine cooling system, many components and units required for forming a circuit generally only have to be provided in a single copy, since these are used both for the cooling circuit of the EGR cooler and for the engine cooling which leads to synergies and cost savings, but also results in weight savings.
So werden vorzugsweise nur eine Pumpe zur Förderung des Kühlmittels und ein Behältnis zur Bevorratung des Kühlmittels vorgesehen. Die von der Brennkraftmaschine und der AGR-Kühlung an das Kühlmittel abgegebene Wärme kann dem Kühlmittel in einem gemeinsamen Wärmetauscher entzogen werden.Thus, preferably only one pump for conveying the coolant and a container for storing the coolant are provided. The heat emitted by the internal combustion engine and the EGR cooling to the coolant heat can be removed from the coolant in a common heat exchanger.
Die vom Kühlmittel in der AGR-Kühlung aufgenommene Abgasenergie bzw. Abgaswärme lässt sich auf diese Weise ebenfalls einfacher nutzen, beispielsweise zur Erwärmung der Brennkraftmaschine bzw. des Motoröls.The exhaust gas energy absorbed by the coolant in the EGR cooling or exhaust gas heat can also be used more easily in this way, for example for heating the internal combustion engine or the engine oil.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und gemäß den
-
1 schematisch die erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Abgasrückführung in einem ersten Betriebsmodus, -
2 schematisch die erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Abgasrückführung in einem zweiten Betriebsmodus, -
3 schematisch die erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Abgasrückführung in einem dritten Betriebsmodus, und -
4 schematisch die erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Abgasrückführung in einem vierten Betriebsmodus.
-
1 schematically the first embodiment of the internal combustion engine together with exhaust gas recirculation in a first operating mode, -
2 schematically the first embodiment of the internal combustion engine together with exhaust gas recirculation in a second operating mode, -
3 schematically the first embodiment of the internal combustion engine together with exhaust gas recirculation in a third mode of operation, and -
4 schematically the first embodiment of the internal combustion engine together with exhaust gas recirculation in a fourth mode of operation.
Die Brennkraftmaschine
Die Brennkraftmaschine
Des Weiteren ist eine Abgasrückführung
In der ersten Rückführleitung
Der erste Kühler
Insofern kann das Phasenwechselmaterial
Eine weitere abgasführende Leitung
Der vierte Knotenpunkt
Im Einzelfall kann das zweite Stellelement
Folglich kann der erste Kühler
Im zweiten Betriebsmodus trennt das zweite Stellelement
Im dritten Betriebsmodus trennt das erste Stellelement
Im vierten Betriebsmodus sind das erste und zweite Stellelement
Die im Phasenwechselmaterial
Das aus dem Abgasabführsystem
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 22
- AbgasabführsystemAbgasabführsystem
- 2a2a
- erster Knotenpunktfirst node
- 2b2 B
- vierter Knotenpunktfourth node
- 33
- Ansaugsystemintake system
- 3a3a
- zweiter Knotenpunktsecond node
- 4 4
- AbgasrückführungExhaust gas recirculation
- 4a4a
- Rückführleitung, erste RückführleitungReturn line, first return line
- 55
- Kühler, AGR-Kühler, erster KühlerRadiator, EGR cooler, first radiator
- 5a5a
- PhasenwechselmaterialPhase change material
- 66
- Abgasturboladerturbocharger
- 6a6a
- Verdichter des AbgasturboladersCompressor of the exhaust gas turbocharger
- 6b6b
- Turbine des AbgasturboladersTurbine of the exhaust gas turbocharger
- 77
- erstes Stellelementfirst actuator
- 7a7a
- KombiventilCombination valve
- 88th
- zweites Stellelementsecond actuator
- 8a8a
- 3-3-Wege-Ventil3-3-way valve
- 99
- Abgasnachbehandlungssystemaftertreatment system
- 1010
- dritter Knotenpunktthird node
- 1111
- abgasführende Leitungexhaust gas line
- 1212
- Motorkühlung engine cooling
- AGRAGR
- AbgasrückführungExhaust gas recirculation
- mAGR m AGR
- Masse an zurückgeführtem AbgasMass of recirculated exhaust gas
- mFrischluft Fresh air
- Masse an zugeführter Frischluft bzw. VerbrennungsluftMass of supplied fresh air or combustion air
- xAGR x AGR
- AbgasrückführrateExhaust gas recirculation rate
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATERIS THEOBALD ELBEL & PARTNER, PATENTANWAEL, DE Representative=s name: PATERIS THEOBALD ELBEL FISCHER, PATENTANWAELTE, DE |
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| R016 | Response to examination communication |