DE60111744T2

DE60111744T2 - Brennkraftmaschine mit abgasrückführung

Info

Publication number: DE60111744T2
Application number: DE60111744T
Authority: DE
Inventors: Jan Arnell
Original assignee: Volvo Lastvagnar AB
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: DE60111744D1; US20030136387A1; AU2001271151A1; SE521262C2; WO2002004803A1; ATE298839T1; BR0111524B1; JP2004502902A; US6752133B2; EP1299635B1; BR0111524A; SE0002464L; EP1299635A1; JP4632183B2; SE0002464D0

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, der wenigstens eine Zylinderreihe mit einer Ansaugseite und einer Auslassseite, wobei die Ansaugseite einen Ansaugkrümmerumfasst und die Auslassseite wenigstens einen Auslasskrümmer umfasst, der einer Gruppe von Zylindern gemein ist, wenigstens eine Ladeeinheit, die mittels ihrer Druckseite mit einer Ansaugluftleitung verbunden ist, die in den Ansaugkrümmer mündet, und eine Anordnung für eine Abgasrückführung von der Auslassseite des Motors zu seiner Ansaugseite umfasst.
HINTERGRUND
Eine Abgasrückführung, die als AGR bekannt ist, ist ein allgemein bekanntes Verfahren, bei dem ein Teil der gesamten Abgasströmung des Motors zurückgeführt wird und diese Teilströmung an der Ansaugseite des Motors eingeführt wird, wo sie mit der eingehenden Luft vermischt wird, um in die Zylinder des Motors eingeführt zu werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Menge an Stickstoffoxid in den Abgasen zu verringern. Obwohl diese Technik seit relativ langer Zeit eingesetzt wird, bestehen eine Anzahl von Problembereichen, die Lösungen erfordern.
Beispielsweise kann es im Hinblick auf die Art des Motors und die Drehzahl/Belastung des Motors schwierig sein, eine ausreichende Menge an AGR zu erzeugen. Es ist außerdem erwünscht, dass die Übertragung der AGR von der Auslassseite zu der Ansaugseite sich so wenig wie möglich auf das Druckverhältnis an dem Motor (das Verhältnis zwischen dem Druck an der Ansaugseite und der Auslassseite) auswirkt. Im Hinblick auf die Installation ist darüber hinaus erwünscht, lange und heiße Rohrverläufe in dem Motor zu vermeiden, insbesondere aufgrund von Ansaug- und Auslassleitungen, die Auslässe an verschiedenen Seiten des Zylinderkopfes des Motors haben. Eine Übertragung des AGR kann normalerweise nur stattfinden, wenn der Druck auf der Auslassseite des Motors größer ist, als der Druck auf der Ansaugseite.
In den meisten Fällen sind ein oder mehrere AGR-Ventile mit einer Absperrfunktion erforderlich, um die Menge an AGR zu regulieren. Um die Regulierung schnell durchführen zu können, sollten die AGR-Ventile so nahe wie möglich an der Auslassseite (der Quelle) angeordnet werden, so dass das Leitungsvolumen zwischen normalen Auslassventilen und einer mit dem Motor verbundenen Turboeinheit so wenig wie möglich durch die Anbringung des AGR-Systems an dem Motor verändert wird. AGR-Ventile werden deshalb oft in der Nähe des Auslasskrümmers des Motors angeordnet. Eine solche Positionierung ist jedoch hinsichtlich der Lebensdauer negativ, da eine bewegende Funktion in einer sehr heißen Umgebung aufrechterhalten werden muss. Um mit der Hitze fertig zu werden, ist oft ein Kühlmittel (oder Luft beispielsweise) erforderlich, in einigen Fällen ist jedoch auch eine Schmierung in Form von Öl erforderlich, wodurch die Konstruktion kompliziert wird. Wenn das AGR-Ventil an der kälteren Ansaugseite des Motors angeordnet ist, kann es einfacher konstruiert werden, es ist jedoch dann schwierig, ein erhöhtes Leitungsvolumen stromaufwärts des AGR-Ventils zu vermeiden. Bei durch Dieselmotoren angetriebenen Lastwägen mit durch Auslassdruck geregelten Motorbremsen werden hohe Auslassdrücke erhalten, denen die AGR-Kühleinrichtung ebenfalls zu widerstehen hat.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eines der Ziele der Erfindung besteht deshalb darin, einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung herzustellen, der es ermöglicht, das AGR-System einfacher und kompakter zu gestalten, mit kurzen Leitungslängen und mit einer Möglichkeit zur Kühlung der AGR-Ventile.
Hierzu ist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung für eine Abgasrückführung von der Auslassseite des Motors zu seiner Ansaugseite einen Rückführkanal umfasst, der für die jeweilige Gruppe von Zylindern in dem Zylinderkopf (in den Zylinderköpfen) des Motors angeordnet ist und eine Verbindung zwischen dem Auslasskrümmer und der Ansaugseite bildet und durch eine Ventileinrichtung geöffnet und geschlossen werden kann. Durch diese Konstruktion des Zylinderkopfes können Abgase von der Auslassseite zu der Ansaugseite über eine sehr kurze Extraleitung transportiert werden.
Bei einer vorteilhaften illustrativen Ausführungsform der Erfindung kann die Ventileinrichtung durch eine Steuereinrichtung so reguliert werden, dass der Kanal geöffnet wird, wenn der Druck in dem zugeordneten Auslasskrümmer höher ist als der Druck in dem Ansaugkrümmer, wenn solche Umstände vorliegen, dass die Abgase zurückgeführt werden müssen.
Die Ventileinrichtungen werden geeigneterweise in dem Zylinderkopf (in den Zylinderköpfen) des Motors angeordnet. In diesem Zusammenhang können die Ventileinrichtungen durch Einrichtungen des normalen Kühlungssystems und Öl/Ölnebel und/oder Kühlmittel des Zylinderkopfes gekühlt werden, d.h. es sind keine extra Leitungsverbindungen oder dgl. erforderlich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften illustrativen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Einrichtung für eine Abgasrückführung einen Kühler, der als AGR-Kühler bekannt ist, zur Kühlung des zurückgeführten Gases.
Die Steuereinrichtung kann zur Abschwächung der Druckdifferenz zwischen der Auslassseite und der Ansaugseite und somit der Motorbremswirkung während des Motorbremsens mittels eines mit dem Motor verbundenen Abgasdruckregulators geeignet betätigt werden.
In diesem Zusammenhang kann das AGR-Ventil als ein Zusatz zu einer Abgasbremsanordnung verwendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nun anhand illustrativer Ausführungsformen unten stehend detaillierter beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, in denen
1 schematisch in einer Ansicht von oben einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor in einem ersten Anwendungsfall zeigt,
2 den Motor auf entsprechende Weise in einem zweiten Anwendungsfall zeigt,
3 den Motor auf entsprechenden Weise in einer dritten Anwendungsweise zeigt, und
4 in einer Ansicht von der Seite schematisch eine AGR-Leitung zeigt, die einen Teil der Erfindung bildet.
BESCHREIBUNG ILLUSTRATIVER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der in den 1 bis 3 gezeigte Verbrennungsmotor kann beispielsweise ein Viertaktdieselmotor sein, der eine Zylinderreihe 10 mit drei Zylindern 11, 12, 13 umfasst. Die Erfindung kann genau so gut bei einem Motor mit mehr oder weniger Zylindern angewandt werden. Jeder Zylinder weist ein Einlassventil 14 und ein Auslassventil 15 auf. Es ist natürlich auch möglich eine Anzahl von Einlass- und Auslassventilen pro Zylinder zu haben. Die Einlassventile 14 sind über Ansaugleitungen 14a mit einem gemeinsamen Ansaugkrümmer 16 ver bunden, der auf der Ansaugseite 10a der Zylinderreihe angeordnet ist. Die Auslassventile 15 sind über Auslassleitungen 15a mit einem gemeinsamen Auslasskrümmer 17 verbunden, der an der Auslassseite der Zylinderreihe angeordnet ist. Ein Turbolader 18 ist auf der Auslassseite 10b der Zylinderreihe angeordnet.
Die Auslassleitung 15a des zentralen Zylinders 12 ist mit einem Zweigabschnitt 15b versehen, der sich zu einem AGR-Ventil 19 erstreckt, das so angeordnet ist, dass es eine AGR-Leitung 20 öffnet oder schließt, die sich zur Ansaugseite der Zylinderreihe 10 hinaus und weiter über einen AGR-Kühler 21, der auf dieser Seite des Motors angeordnet ist, zu dem Ansaugkrümmer 16 erstreckt.
Die Ansaugluft wird dem Ansaugkrümmer 16 durch den Turbolader 18 über einen Ladeluftkühler 22 zugeführt.
1 zeigt die AGR-Strömung in einem Anwendungsfall, bei dem das Auslassventil 15 des Zylinders 11 momentan offen ist und das AGR-Ventil 19 geöffnet wird, um Abgase zu der Ansaugseite des Motors rückzuführen. In diesem Fall können die Abgase, wie es durch die Pfeile in der Figur gezeigt ist, von dem Zylinder 11 über den Auslasskrümmer 17 und die Auslassleitung des Zylinders 12 an dem geschlossenen Auslassventil vorbei und weiterhin an dem AGR-Ventil 19 vorbei in die AGR-Leitung 20 strömen.
2 zeigt die AGR-Strömung in einem anderen Anwendungsfall, bei dem das Auslassventil 15 des Zylinders 13 momentan offen ist und das AGR-Ventil 19 geöffnet wird, um Abgase zu der Ansaugseite des Motors rückzuführen. In diesem Fall können die Abgase, wie es durch die Pfeile in der Figur gezeigt ist, von dem Zylinder 13 über den Auslasskrümmer 17 und die Auslassleitung des Zylinders 12 an dem geschlossenen Auslassventil vorbei und weiterhin an dem AGR-Ventil 19 vorbei in die AGR-Leitung 20 strömen.
3 zeigt die AGR-Strömung in dem Anwendungsfall, bei dem das Auslassventil 15 des Zylinders 12 momentan offen ist und das AGR-Ventil 19 für eine Rückführung von Abgasen zu der Ansaugseite des Motors geöffnet ist. In diesem Fall können die Abgase, wie es durch die Pfeile in der Figur gezeigt ist, direkt von dem Zylinder 12 und seiner Auslassleitung an dem AGR-Ventil 19 vorbei in die AGR-Leitung 20 strömen.
4 zeigt, wie die AGR-Strömung in den Zylinderkopf nahe des Zylinders 12 integriert ist. Es ist aus dieser Figur zu sehen, dass der Zweigabschnitt 15b im Wesentlichen eine Erstreckung der Auslassleitung 15 bildet, die in der Figur horizontal ist. Das AGR-Ventil 19 wird mit seinem Ventilschaft 19a in einem im Wesentlichen vertikalen Winkelabschnitt der AGR-Leitung 20 angebracht, die sich ansonsten hauptsächlich horizontal zu der Ansaugseite des Zylinderkopfs hinaus erstreckt. Diese Konstruktion führt zu geringen Änderungen bei der maschinellen Bearbeitung in dem gegossenen Zylinderkopf, was nicht zu irgendwelchen neuen Maschinenebenen führt, wodurch eine billige Produktionslösung begünstigt wird.
Eine Betätigungsvorrichtung 19b zur Betätigung des AGR-Ventils ist in dem Zylinderkopf so angebracht, dass sie von dem Zylinderkopfdeckel des Motors umgeben wird. In diesem Zusammenhang wird jeglicher Lärm von der Arbeit des AGR-Ventils durch den Zylinderkopfdeckel abgedämpft. Darüber hinaus kann das AGR-Ventil durch das normale Kühlsystem und den Öl/Ölnebel des Motors wirksam gekühlt werden. Wenn das AGR-Ventil elektronisch geregelt wird, sorgt die oben beschriebene Anbringung dafür, dass die elektronische Verbindung innerhalb des Zylinderkopfdeckels des Motors gut geschützt ist.
Bei einem Dieselmotor, der bei einem Lastwagen verwendet werden soll und mit einer betätigbaren Motorbremse versehen ist, bedeutet die oben beschriebene AGR-Anbringung ein minimales Extravolumen, wenn das AGR-Ventil geschlossen ist, weshalb die Motorbremswirkung nicht negativ beeinflusst wird. Es ist außerdem möglich, das AGR-Ventil zur Abschwächung der Motorbremswirkung zu verwenden.
Die oben beschriebene Lösung kann leicht für eine Verwendung an einem Sechszylindermotor verdoppelt werden, wobei die Auslassleitungen an den Zylindern II und V mit AGR-Ventilen gemäß der oben beschriebenen Lösung versehen werden.
Die Erfindung soll nicht so betrachtet werden, dass sie auf die oben beschriebenen illustrativen Ausführungen beschränkt ist, es sind jedoch eine Anzahl von weiteren Varianten und Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der nachstehenden Patentansprüche möglich. Die Erfindung kann auch bei Motoren mit Zylindern in einer V-Anordnung angewendet werden.

Claims

Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, der wenigstens eine Zylinderreihe (10) mit einer Ansaugseite (10a) und einer Auslassseite (10b), wobei die Ansaugseite einen Ansaugkrümmer (16) umfasst und die Auslassseite wenigstens einen Auslasskrümmer (17) umfasst, der einer Gruppe von Zylindern (11–13) gemein ist, wenigstens eine Ladeeinheit (18), die mittels ihrer Druckseite mit einer Ansaugluftleitung verbunden ist, die in den Ansaugkrümmer mündet, und eine Anordnung für eine Abgasrückführung von der Auslassseite des Motors zu seiner Ansaugseite umfasst, die einen Rückführkanal (15b, 20) umfasst, der für die jeweilige Gruppe von Zylindern in dem Zylinderkopf (in den Zylinderköpfen) des Motors angeordnet ist und eine Verbindung zwischen dem Auslasskrümmer (17) und der Ansaugseite (10a) bildet, die durch eine Ventileinrichtung (19) geöffnet und geschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführkanal (15b, 20) einen Zweigabschnitt (15) umfasst, der sich von einer Auslassleitung (15a) einer der Zylinder in der jeweiligen Gruppe von Zylindern zu einem AGR-Ventil (19) zur Öffnung oder Schließung einer AGR-Leitung (20) erstreckt, die die Auslassleitung mit der Ansaugseite verbindet, wodurch eine Abgasrückführung von allen Zylindern in der jeweiligen Gruppe über dieselbe Auslassleitung (15a) ermöglicht wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ein ladeluftgekühlter Turbomotor ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn solche Umstände vorliegen, dass die Abgase zurückgeführt werden müssen, die Ventileinrichtung (19) durch eine Steuereinrichtung so geregelt werden kann, dass der Kanal (15b, 20) geöffnet wird, wenn der Druck in dem zugeordneten Auslasskrümmer (17) höher ist als der Druck in dem Ansaugkrümmer (16).
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zeit, in der die gewünschte AGR-Strömung vorliegt, die Ventileinrichtung (19) offen ist, wenn der Druck in dem zugeordneten Auslasskrümmer höher ist als der Druck an der Ansaugseite.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (19) in dem Zylinderkopf (in den Zylinderköpfen) des Motors angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung für eine Abgasrückführung einen Kühler (21) umfasst, der als AGR-Kühler bekannt ist, um das rückgeführte Gas zu kühlen.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung für eine Abschwächung der Druckdifferenz zwischen der Auslassseite und der Ansaugseite während des Motorbremsens mittels einer mit dem Motor verbundenen Abgasdruck-Reguliereinrichtung betätigt werden kann.