DE19944710C2

DE19944710C2 - Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19944710C2
Application number: DE19944710A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Veit; Gernot Graf; Gabor Hrauda
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2019-09-18
Also published as: DE19944710A1; AT3761U1; US6230696B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel- Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Brennraum, mit einem zumindest einen Einlasssammler aufweisenden Einlasssystem, mit einem zumindest einen Abgasstrang aufweisenden Auslasssystem und einem Abgasrückführsystem zur Rückführung von Abgasen in das Einlasssystem, wobei das Abgasrückführsystem mindestens eine Abgasrückführleitung mit einem Abgasrückführventil aufweist.

Um den verschärften Abgas-Emissions-Gesetzgebungen Rechnung zu tragen und gleichzeitig bestmögliche Kraftstoffverbräuche zu realisieren, ist es bekannt, bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen, der von Motor angesaugten Frischluft eine gewisse Menge an gekühltem Abgas beizumi schen. Dadurch wird bei guter Kraftstoffausnutzung der N_x-Ausstoß des Motors auf das vom Gesetzgeber geforderte Maß reduziert.

Aus der DE 196 22 891 A1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine be kannt. Eine Abgasrückführleitung zweigt von der Abgasleitung ab und mündet in die Ansaugleitung. Um die Rückführrate zu erhöhen, mündet die Abgasrückführ leitung stromabwärts einer Saugleitungsdrossel in eine Saugleitung zwischen ei nem Saugluftverteiler und dem Motorzylinder ein.

Bei aufgeladenen Nutzfahrzeug-Diesel-Brennkraftmaschinen ist der mittlere Druck im Abgaskrümmer - abhängig von der Motorgröße und dem Drehzahlband - über eine weite Drehzahl- und Lastspanne geringer, als auf der Ansaugseite. Durch eine Verbindungsleitung zwischen Abgaskrümmer und Ansaugseite würde kein Abgas in den Saugbereich der Zylinder gelangen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auf möglichst einfache Weise bei guter Kraftstoffausnutzung den N_x-Ausstoß des Motors zu vermindern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Abgasrückführleitung di rekt vom Brennraum abzweigt, wobei das Abgasrückführventil vorzugsweise im Bereich der Abzweigung angeordnet ist. Durch das im Vergleich zu den Ein- und Auslassventilen kleine Abgasrückführventil, welches in der vorzugsweise durch den Zylinderkopf gebildeten Brennraumdecke angeordnet sein kann, können un ter hohem Druck stehende Abgase direkt aus dem Brennraum am Ende des Hochdruckprozesses entnommen werden. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Abgasrückführventil elektrisch betätigbar ist. Die Betätigung kann dabei über ein elektromagnetisches oder piezoelektrisches Betätigungsorgan erfolgen. Das Abgasrückführventil wird dabei über eine elektronische Steuerung und unab hängig von der Einlass- und Auslassventilsteuerung betätigt.

Weiters ist vorgesehen, dass das Abgasrückführsystem eine Abgassammelleitung aufweist, und dass zumindest zwei von jeweils einem Brennraum ausgehende Abgasrückführleitungen in die Abgassammelleitung münden, welche vorzugswei se über einen Abgasrückführkühler mit dem Einlasssystem verbunden ist. Wird das Abgasrückführventil während der Ausschubphase, beispielsweise bei 180° Kurbelwinkel, geöffnet, entweicht Abgas aufgrund der zu diesem Zeitpunkt herr schenden positiven Druckdifferenz zwischen dem Brennraum und dem Ansaug system durch die Abgasrückführleitung in die Abgassammelleitung, welche bei spielsweise außerhalb des Zylinderkopfes sein kann. Diese fasst das ausströmen de Abgas jedes einzelnen Zylinders zusammen und mündet in einen Abgasrückführkühler. Stromabwärts des Abgasrückführkühlers wird das Abgas in das Einlaßsystem geführt, um wiederum in die Zy linder zu gelangen. Je nach Erfordernis kann das Abgas auch nur an einem oder an wenigen oder an allen Zylindern entnommen werden.

Besonders günstig ist es, wenn das Abgasrückführventil kennfeldgesteuert betätigbar ist. So wohl die Anzahl der Entnahmen als auch die Steuerzeiten des Abgasrückführventiles sind Optimierungskriterien in Abhängigkeit vom Motorkonzept. Durch die freie Wählbarkeit der Öffnungszeiten des Abgasrückführventiles kann das System kennfeldgesteuert an alle Be triebspunkte optimal angepaßt werden. Auf diese Weise lassen sich optimale Abgasrückführ raten für besten Verbrauch bei Straßenlast erreichen und auch strengste Abgasnormen erfül len.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß das Abgasrückführsystem über zumindest eine Verbindungsleitung mit dem Auslaßsystem ver bindbar ist, wobei die Verbindungsleitung vorzugsweise stromaufwärts des Abgasrückführ kühlers vom Abgasrückführsystem ausgeht und, vorzugsweise stromaufwärts einer Abgastur bine, in den Abgasstrang des Auslaßsystemes einmündet. Durch diese Verbindung zwischen Abgasrückführsystem und Auslaßsystem kann das Abgasrückführventil die Funktion einer Auspuffbremse mit übernehmen. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn vorzugsweise stromabwärts der Abgassammelleitung ein Steuerorgan vorgesehen ist, über welches die Abgassammelleitung mit dem Abgasrückführsystem oder mit dem Auslaßsystem strömungsverbindbar ist. Über das beispielsweise als Klappe ausgeführte Steuerorgan, kann abhängig vom Betriebspunkt (Fahr- oder Schubbetrieb) das Abgas entweder in den Abgas rückführkühler oder alternativ in den Abgasstrang vor einer eventuellen Abgasturbine geleitet werden.

Verglichen mit bekannten Abgasrückführsystemen und separaten Auspuffbremssystemen nimmt die erfindungsgemäße Lösung einen äußerst geringen Platzbedarf ein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer Schemadarstellung,

Fig. 2 einen Zylinderkopf der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine aus der Seite des Brennraumes,

Fig. 3 diesen Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 eine Detailansicht des Zylinderkopfes im Schnitt bei demontiertem Auslaßventil.

In Fig. 1 ist die vorzugsweise mehrzylindrig ausgeführte Brennkraftmaschine schematisch dargestellt. Die Brennkraftmaschine weist ein Einlaßsystem 1 mit einem Einlaßsammler 2 auf, welcher über jeweils zwei Einlaßkanäle 3, 4 mit dem Brennraum 5 eines Zylinders 6 verbun den ist. Die Einlaßkanäle 3, 4 münden über im Zylinderkopf 9 angeordnete Einlaßventile 7, 8 in den Brennraum 5 der Brennkraftmaschine. Wie Fig. 2 zeigt, sind im Zylinderkopf 9 weiters pro Zylinder 6 zwei weitere Auslaßventile 10, 11 angeordnet, über welche der Brennraum 5 mittels Auslaßkanälen 12, 13 mit einem Abgassammler bzw. Abgasstrang 14 eines Auslaßsy stems 15 verbindbar ist.

Die Brennkraftmaschine weist weiters ein Abgasrückführsystem 16 mit mindestens einer Ab gasrückführleitung 17 auf, welche direkt vom Brennraum 5 abzweigt. Im Bereich der Ab zweigung 18 ist dabei in der Abgasrückführleitung 12 ein Abgasrückführventil 19 vorgese hen.

Das Abgasrückführventil 19 ist - wie die Einlaßventile 7, 8 und die Auslaßventile 10, 11 - in der durch den Zylinderkopf 9 gebildeten Brennraumdeckfläche 20 angeordnet, wie aus den Fig. 2 bis 4 hervorgeht, und vorteilhafterweise als in den Brennraum 5 öffnendes Hubventil ausgebildet. Die Betätigung kann dabei mechanisch, hydraulisch oder elektrisch erfolgen. Das Abgasrückführsystem 16 weist weiters eine Abgassammelleitung 21 auf, in welche die aus den Brennräumen 5 kommenden Abgasrückführleitungen 17 einmünden. Die Abgassammel leitung 21 führt zu einem Abgasrückführkühler 22 und von diesem weiter zurück in das Ein laßsystem 1, beispielsweise in den Einlaßsammler 2.

Besonders bei elektrischer, insbesondere piezoelektrischer oder elektromagnetischer Betäti gung des Abgasrückführventiles 19 ist eine besonders flexible Regelung in Abhängigkeit des Motorkennfeldes möglich, so daß die Abgasrückführung unabhängig von den Steuerzeiten der Auslaßventile 10, 11 erfolgen kann. Je nach Erfordernis kann das Abgas nur an einem oder an wenigen Zylindern entnommen werden. Sowohl die Anzahl der Entnahmen, als auch die Steuerzeiten des Abgasrückführventiles 19 sind Optimierungskriterien in Abhängigkeit vom Motorkonzept und der Aufgabenstellung. Durch die freie Wählbarkeit der Öffnungszeiten des Abgasrückführventiles 19 können optimale Abgasrückführraten für besten Verbrauch bei Straßenlast und zur Erfüllung strengster Abgasnormen realisiert werden.

Ist das Abgasrückführsystem 16 stromaufwärts des Abgasrückführkühlers 22 über eine Ver bindungsleitung 23 mit dem Auslaßsystem 15 verbindbar, so kann das Abgasrückführventil 19 auch als Drosselventil für eine Motorbremse eingesetzt werden. Um dies zu erreichen, ist stromabwärts des Abgasstranges 14 und stromaufwärts der Abgassammelleitung 21 ein Steu erorgan 24 vorgesehen, welches abhängig vom Betriebspunkt das Abgas in den Abgasrück führkühler 22 oder in den Abgasstrang 14 stromaufwärts der Abgasturbine 25 des Abgastur boladers 26 leitet. Vom Abgasturbolader 26 gelangt das Abgas weiter in den Auspuff 28 und weiter ins Freie.

Die Ansaugluft gelangt über den Luftfilter 29, den Verdichter 27 des Abgasturboladers 26 und den Ladeluftkühler 30 in den Einlaßsammler 2.

Das beschriebene Abgasrückführsystem mit integrierter Motorbremse benötigt im Vergleich mit bekannten Systemen relativ geringen Platzbedarf und gestattet es auf einfache Weise und bei guter Kraftstoffausnutzung, den NO_x-Ausstoß zu reduzieren.

Claims

1. Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Brennraum (5), mit einem zumindest einen Einlaßsammler (2) aufweisenden Einlaßsy stem (1), mit einem zumindest einen Abgasstrang (14) aufweisenden Auslaßsystem und einem Abgasrückführsystem (16) zur Rückführung von Abgasen in das Einlaßsystem (1), wobei das Abgasrückführsystem (16) mindestens eine Abgasrückführleitung (17) mit einem Abgasrückführventil (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas rückführleitung (17) direkt vom Brennraum (5) abzweigt, wobei das Abgasrückführven til (19) vorzugsweise im Bereich der Abzweigung (18) angeordnet ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrück führventil (19) in der vorzugsweise durch einen Zylinderkopf (9) gebildeten Brennraum decke (20) angeordnet ist.

3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas rückführventil (19) elektrisch betätigbar ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführsystem (16) eine Abgassammelleitung (21) aufweist, und daß zumin dest zwei von jeweils einem Brennraum (5) ausgehende Abgasrückführleitungen (17) in die Abgassammelleitung (21) münden, welche vorzugsweise über einen Abgasrückführ kühler (22) mit dem Einlaßsystem (1), vorzugsweise mit dem Einlaßsammler (2), ver bunden ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführventil (19) kennfeldgesteuert betätigbar ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführsystem (16) über zumindest eine Verbindungsleitung (23) mit dem Auslaßsystem (15) verbindbar ist, wobei die Verbindungsleitung (23) vorzugsweise stromaufwärts des Abgasrückführkühlers (22) vom Abgasrückführsystem (16) ausgeht und, vorzugsweise stromaufwärts einer Abgasturbine (25) in den Abgasstrang (14) des Auslaßsystemes (15) einmündet.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise stromabwärts der Abgassammelleitung (21) ein Steuerorgan (24) vorgesehen ist, über welches die Abgassammelleitung (21) mit dem Abgasrückführsystem (16) oder mit dem Auslaßsystem (15) strömungsverbindbar ist.