EP0855502B1 - Brennkraftmaschine mit Abgasrückführungsvorrichtung - Google Patents

Brennkraftmaschine mit Abgasrückführungsvorrichtung Download PDF

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EP0855502B1
EP0855502B1 EP98890018A EP98890018A EP0855502B1 EP 0855502 B1 EP0855502 B1 EP 0855502B1 EP 98890018 A EP98890018 A EP 98890018A EP 98890018 A EP98890018 A EP 98890018A EP 0855502 B1 EP0855502 B1 EP 0855502B1
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exhaust gas
gas recirculation
internal combustion
combustion engine
engine according
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Walter Dr. Piock
Martin Dipl.-Ing.Dr. Wirth
Alexander Fürschuss
Paul Dr. Kapus
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AVL List GmbH
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    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10006—Air intakes; Induction systems characterised by the position of elements of the air intake system in direction of the air intake flow, i.e. between ambient air inlet and supply to the combustion chamber
    • F02M35/10072—Intake runners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/42—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
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    • F02M35/10222—Exhaust gas recirculation [EGR]; Positive crankcase ventilation [PCV]; Additional air admission, lubricant or fuel vapour admission
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/17—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system
    • F02M26/20—Feeding recirculated exhaust gases directly into the combustion chambers or into the intake runners

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a system for recycling exhaust gas is known from EP 0 594 462 A1, which is intended for internal combustion engines with at least two intake valves.
  • the exhaust gas is only introduced into one of the intake ducts.
  • the feed takes place via a collector, which is relatively far upstream from the concerned Inlet valve is removed.
  • Throttle valves can change the ratio of the intake air to the respective intake valves can be changed.
  • An adjustment of the recirculated exhaust gas quantity and a stratification is also a way of the exhaust gas in the combustion chamber possible.
  • this solution also suffers according to the relatively large line lengths and volumes of those described above Disadvantages.
  • EP 0 558 072 A also discloses a direct-injection gasoline engine, which is an unusual intake port arrangement through the cylinder head having. Thanks to this special duct system, there are very short exhaust gas recirculation lines possible, each from the exhaust duct of the respective cylinder lead to the intake duct of the same cylinder. Through a common control valve the recirculated exhaust gas quantities of the individual cylinders are common controlled. Because with such an arrangement the exhaust gases immediately returned from the cylinder to the intake duct after a short distance this leads to considerable temperature problems in connection with Deposits and coking in the exhaust gas recirculation channels and to an undesirable heating of the cylinder head. The cylinder head itself is extremely complicated with such an arrangement of the intake channels difficult to manufacture. There is a particular disadvantage of this known solution however, in that due to gas dynamics in certain operating conditions strong fluctuations in the amount of exhaust gas recirculated occur.
  • the object of the present invention is to provide a device in which the disadvantages described above can be avoided, and it in particular enables exhaust gas recirculation in a simple manner with a fast Response and more accurate metering of the recirculated exhaust gas create. In particular, gas dynamic effects should be exploited.
  • An important aspect of the present invention is the most possible avoidance of dead volumes in the intake system, with the exhaust gases first Group of cylinders combined and an exhaust gas recirculation line Distribution device are supplied.
  • This distribution device has an actuator on the metering of the recirculated exhaust gas controls for the individual cylinders together.
  • the present invention enables the disadvantages described above to be avoided and at the same time exhibits a simple structure.
  • Through the training according to the invention can Influences between the individual cylinders can be minimized. at For example, a four-cylinder in-line engine becomes two cylinders supply together with an ignition interval of 360 °, since this is an influence is low. With the usual firing order 1 - 3 - 4 -2 the cylinders become 1 and 4 and cylinders 2 and 3 supplied together.
  • the distribution device is designed as a tube, which is essentially extends parallel to the longitudinal axis of the engine. It is possible that in the distribution device designed as a tube in the longitudinal direction Movable slide is provided, the opening controls that with the Exhaust gas recirculation are connected. However, it can also be a rotary valve be provided, the opening controls that with the exhaust gas recirculation stay in contact.
  • the actuator has an auxiliary bore that a predetermined small opening cross-section for the exhaust gas recirculation defined.
  • a predetermined small opening cross-section for the exhaust gas recirculation defined Preferably an exact one A small amount of exhaust gas can be measured.
  • An additional exhaust gas recirculation valve can be provided upstream of the actuator his. In this way it is possible to regulate the exhaust gas recirculation quantity to be designed particularly fine.
  • FIG. 1 is an intake manifold of an internal combustion engine according to the invention shown.
  • the flange 1 is provided with screws 2 on the cylinder head attached to the internal combustion engine, not shown in FIG. 1 to become.
  • Intake pipes 3 open into openings 4 for supplying the intake air.
  • 3a is a partially cut intake duct.
  • Parallel to the flange 1, a tube 5 is integrally formed with the flange 1, the represents the distribution facility.
  • an actuator 6 in the Formed a rotary valve.
  • the actuator 6 controls an exhaust gas recirculation opening 7 to adjust the amount of recirculated exhaust gas.
  • about an opening 8 becomes exhaust gas from an exhaust gas recirculation line, not shown in FIG. 1 fed to the collector 9.
  • the first exhaust gas recirculation line Exhaust gases are in via a first opening 11 in of the distribution device 5 is introduced into a first distribution space 12 which is formed between the actuator 6 and the tube 5. That of a second Exhaust gas recirculation line supplied exhaust gases through an opening 13 in a Room 14 out, which is also limited by the actuator 6 and the tube 5 is.
  • a second Exhaust gas recirculation line supplied exhaust gases through an opening 13 in a Room 14 out which is also limited by the actuator 6 and the tube 5 is.
  • the exhaust gas from cylinders 1 and 4 through the opening 11 into the channel 12, while the exhaust gas Cylinder 2 and 3 is guided through the opening 13 in the channel 14.
  • a first one Group of openings 15 communicates with the first channel 12 while a second group of openings 16 in communication with the second channel 14 stands.
  • the exhaust gas recirculation openings are in the position shown in FIG. 6 7 fully opened in the intake duct.
  • FIG. 2 schematically shows the cylinder block 17 of an internal combustion engine shown, in which a piston 18 is movably arranged. From a cylinder head 19 lead exhaust ducts 20 away. Intake channels 21 are on their upstream Side connected to a collector 22, in front of which in turn a throttle valve 23 is arranged. An exhaust gas recirculation line 8 is with a Exhaust gas recirculation valve 24 is provided and leads to a distribution device 5, in a rotary valve 6 is arranged as an actuator. The rotary valve 6 controls the exhaust gas recirculation opening 7. It is indicated schematically that a crankcase ventilation or a tank vent 25 also of the distribution device 5 is supplied.
  • the distribution device 5 is shown in detail in FIG. 3.
  • the intake duct 21a is arranged.
  • the distribution device 5 is integrally formed with the flange 1 of the intake manifold.
  • Actuator 6 closes the suction opening 7 in the position shown in FIG. 3.
  • FIG 5 shows an embodiment variant in which a flat slide 28 sets the opening cross-section for the exhaust gas recirculation.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist bekannt, zur Verbesserung des Emissionsverhaltens und zur Verringerung des Treibstoffverbrauches von Brennkraftmaschinen eine Rückführung von Abgas vorzusehen. Eine solche Abgasrückführung wird sowohl bei Otto-Motoren als auch bei Dieselmotoren angewendet. Durch die Absenkung der Temperaturen im Brennraum können insbesondere die NOx-Emissionen verringert werden. Weiters ist beim gedrosselten Otto-Motor zusätzlich eine Absenkung des Kraftstoffverbrauches infolge der teilweisen Enddrosselung durch Abgasrückführung möglich.
Bei herkömmlichen Abgasrückführungssystemen wird das Abgas aus dem Auspuffsystem entnommen und einem Sammler im Ansaugsystem zugeführt. Zwischen der auspuff- und der ansaugseitigen Mündung ist dabei ein Stellglied angebracht, das die Zumessung der rückgeführten Abgasmenge steuert. Durch den bei solchen Systemen notwendigen relativ großen Abstand der Stelle, an der das Abgas in das Ansaugsystem zugeführt wird, zum Brennraum, ist jedoch nur eine relativ geringe Dynamik zu erzielen. Dies hat seinen Grund darin, dass eine Änderung der Stellung des Stellgliedes erst einige Arbeitstakte der Motors später eine Änderung der rückgeführten Abgasmenge bewirkt. Dies hat negative Auswirkungen auf die Fahrbarkeit des Fahrzeuges in dem die Brennkraftmaschine installiert ist und andererseits im Emissionsverhalten.
Aus der EP 0 594 462 A1 ist ein System zur Rückführung von Abgas bekannt, das für Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei Einlassventilen vorgesehen ist. Dabei wird das Abgas nur in einen der Ansaugkanäle eingebracht. Die Zufuhr erfolgt dabei über einen Sammler, der relativ weit stromaufwärts vom betreffenden Einlassventil entfernt ist. Durch Drosselklappen kann das Mengenverhältnis der Ansaugluft zu den jeweiligen Einlassventilen verändert werden. Auf diese Weise ist auch eine Einstellung der rückgeführten Abgasmenge und eine Schichtung des Abgases im Brennraum möglich. Jedoch auch diese Lösung leidet zufolge der relativ großen Leitungslängen und -volumina an den oben beschriebenen Nachteilen.
Aus der EP 0 558 072 A ist weiters ein direkt einspritzender Otto-Motor bekannt, der eine an sich unübliche Ansaugkanalanordnung durch den Zylinderkopf hindurch aufweist. Durch diese spezielle Kanalführung sind sehr kurze Abgasrückführungsleitungen möglich, die jeweils vom Auspuffkanal des jeweiligen Zylinders zum Ansaugkanal des gleichen Zylinders führen. Durch ein gemeinsames Steuerungsventil werden die rückgeführten Abgasmengen der einzelnen Zylinder gemeinsam gesteuert. Da bei einer solchen Anordnung die Abgase unmittelbar nach dem Verlassen des Zylinders auf kurzem Wege zum Ansaugkanal rückgeführt werden, führt dies zu erheblichen Temperaturproblemen in Verbindung mit Ablagerungsbildungen und Verkokungen in den Abgasrückführungskanälen und zu einer unerwünschten Aufheizung des Zylinderkopfes. Der Zylinderkopf selbst ist bei einer solchen Anordnung der Ansaugkanäle äußerst kompliziert und schwer zu fertigen. Ein besonderer Nachteil dieser bekannten Lösung besteht jedoch darin, dass aufgrund der Gasdynamik bei bestimmten Betriebszuständen starke Schwankungen der rückgeführten Abgasmenge auftreten.
Aus der EP 701 048 A ist ein Zylinderkopf bekannt, der für jeden Zylinder einen Abgasrückführkanal aufweist. Über ein Ventil kann die Abgasrückführung geregelt werden. Die dabei auftretenden thermischen Probleme entsprechen denen der zuvor beschriebenen Lösung.
Ferner ist aus der EP 485 089 A ein Abgasrückführsystem bekannt, bei dem die einzelnen Zylinder zeitlich versetzt angesteuert werden. Die rückgeführte Abgasmenge ist dabei nur über ein gemeinsames Ventil regelbar. Gasdynamische Effekte sind bei dieser Lösung nicht gezielt nutzbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden können, und die es insbesondere ermöglicht, in einfacher Weise Abgasrückführung mit einem schnellen Ansprechverhalten und genauer Zumessung des rückgeführten Abgases zu schaffen. Insbesondere sollen dabei gasdynamische Effekte ausgenützt werden.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die möglichste Vermeidung von Totvolumina im Ansaugsystem, wobei zunächst die Abgase einer Gruppe von Zylindern zusammengefasst und über eine Abgasrückführleitung einer Verteilungseinrichtung zugeführt werden. Dabei weist diese Verteilungseinrichtung ein Stellorgan auf, das in die Zumessung der rückgeführten Abgasmenge für die einzelnen Zylinder gemeinsam steuert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile und weist gleichzeitig einen einfachen Aufbau auf. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung können Beeinflussungen zwischen den einzelnen Zylindern minimiert werden. Bei einem Vierzylinder-Reihenmotor wird man beispielsweise jeweils zwei Zylinder mit einem Zündabstand von 360° gemeinsam versorgen, da hier eine Beeinflussung gering ist. Bei der üblichen Zündfolge 1 - 3 - 4 -2 werden dabei die Zylinder 1 und 4 und die Zylinder 2 und 3 gemeinsam versorgt.
In einer bevorzugten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verteilungseinrichtung als Rohr ausgebildet Ist, das sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des Motors erstreckt. Dabei ist es möglich, dass In der als Rohr ausgebildeten Verteilungseinrichtung ein in Längsrichtung beweglicher Schieber vorgesehen ist, der Öffnungen aufsteuert, die mit den Abgasrückführungen in Verbindung stehen. Es kann jedoch auch ein Drehschieber vorgesehen sein, der Öffnungen aufsteuert, die mit den Abgasrückführungen in Verbindung stehen.
Um eine genau definierte Abgasrückführung geringen Umfanges zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass das Stellorgan eine Hilfsbohrung aufweist, die einen vorbestimmten kleinen Öffnungsquerschnitt für die Abgasrückführung definiert. Auf diese Weise wird erreicht, dass in einer Mittelstellung des Stellorgans auch bei Vorliegen von Herstellungstoleranzen oder anderen Ungenauigkeiten eine genaue Zumessung einer geringen Abgasmenge möglich ist. In bevorzugter Weise kann stromaufwärts des Stellorgans ein zusätzliches Abgasrückführventil vorgesehen sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Regelung der Abgasrückführmenge besonders fein zu gestalten.
In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1
eine teilweise geschnittene axonometrische Darstellung des Abgasrückführsystems einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
Fig. 2
schematisch eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Abgasrückführung,
Fig. 3
ein Detail von Fig. 2,
Fig. 4 und 5
weitere Ausführungsvarianten der Erfindung in Darstellungen entsprechend der Fig. 3,
Fig. 6
einen Schnitt durch eine Verteilungseinrichtung einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung.
In der Fig. 1 ist ein Ansaugkrümmer einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine dargestellt. Der Flansch 1 ist dafür vorgesehen, mit Schrauben 2 am Zylinderkopf der in der Fig. 1 nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine befestigt zu werden. Ansaugrohre 3 münden in Öffnungen 4 zur Zuführung der Ansaugluft. Mit 3a ist ein teilweise aufgeschnittener Ansaugkanal bezeichnet. Parallel zum Flansch 1 ist ein Rohr 5 einstückig mit dem Flansch 1 ausgebildet, das die Verteilungseinrichtung darstellt. In dem Rohr 5 ist ein Stellorgan 6 in der Form eines Drehschiebers angeordnet. Das Stellorgan 6 steuert eine Abgasrückführöffnung 7 auf, um die Menge des rückgeführten Abgases einzustellen. Über eine Öffnung 8 wird Abgas aus einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Abgasrückführleltung dem Sammler 9 zugeführt. Eine weitere Abgasrückführleitung von einer anderen Zylindergruppe ist an dem Flansch 10 zu befestigen. In der Fig. 6 ist diese Verteilungseinrichtung detaillierter dargestellt. Die aus einer ersten Abgasrückführleitung stammenden Abgase werden über eine erste Öffnung 11 in der Verteilungseinrichtung 5 in einen ersten Verteilungsraum 12 eingeführt, der zwischen dem Stellorgan 6 und dem Rohr 5 gebildet ist. Die von einer zweiten Abgasrückführleitung zugeführten Abgase werden über eine Öffnung 13 in einen Raum 14 geführt, der ebenfalls von dem Stellorgan 6 und dem Rohr 5 begrenzt ist. So kann etwa bei einem Vierzylindermotor das Abgas der Zylinder 1 und 4 durch die Öffnung 11 in den Kanal 12 geführt werden, während das Abgas der Zylinder 2 und 3 durch die Öffnung 13 in den Kanal 14 geführt wird. Eine erste Gruppe von Öffnungen 15 steht mit dem ersten Kanal 12 in Verbindung, während eine zweite Gruppe von Öffnungen 16 mit dem zweiten Kanal 14 in Verbindung steht. In der in der Fig. 6 dargestellten Stellung sind die Abgasrückführöffnungen 7 in den Ansaugkanal vollständig aufgesteuert.
In der Fig. 2 ist schematisch der Zylinderblock 17 einer Brennkraftmaschine dargestellt, in der ein Kolben 18 beweglich angeordnet ist. Von einem Zylinderkopf 19 führen Auspuffkanäle 20 weg. Ansaugkanäle 21 sind auf ihrer stromaufwärtigen Seite mit einem Sammler 22 verbunden, vor dem wiederum eine Drosselklappe 23 angeordnet ist. Eine Abgasrückführungsleitung 8 ist mit einem Abgasrückführventil 24 versehen und führt zu einer Verteilungseinrichtung 5, in der ein Drehschieber 6 als Stellorgan angeordnet ist. Der Drehschieber 6 steuert die Abgasrückführöffnung 7 auf. Schematisch ist angedeutet, dass eine Kurbelgehäuseentlüftung oder eine Tankentlüftung 25 ebenfalls der Verteilungseinrichtung 5 zugeführt wird.
In der Fig. 3 ist die Verteilungseinrichtung 5 detailliert dargestellt. Im Zylinderkopf 19 ist der Ansaugkanal 21a angeordnet. Die Verteilungseinrichtung 5 ist einstückig mit dem Flansch 1 des Ansaugkrümmers ausgebildet. Das Stellorgan 6 verschließt in der in Fig. 3 dargestellten Stellung die Ansaugöffnung 7.
Die Ausführungsvariante der Fig. 4 unterscheidet sich von der der Fig. 3 dadurch, dass in dem Stellorgan 6 eine Hilfsbohrung 26 vorgesehen ist. In der in der Fig. 4 dargestellten Stellung des Stellorgans 6 steht der Kanal 27 der Verteilungseinrichtung 5 über die Hilfsbohrung 26 mit der Rückführungsöffnung 7 in Verbindung. Bei dieser Ausführungsvariante ist es möglich, einen kleinen, wohldefinierten Öffnungsquerschnitt für die Abgasrückführung freizugeben, ohne besondere Genauigkeitsanforderungen an die Stellung des Stellorgans 6 zu haben.
In der Fig. 5 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der ein Flachschieber 28 den Öffnungsquerschnitt für die Abgasrückführung einstellt.
Mit der vorliegenden Erfindung sind große Abgasrückführungsmengen von mehr als 25 % möglich, wobei ein besonders günstiges dynamisches Verhalten der Brennkraftmaschine erzielt wird. Weiters wird durch die vorliegende Erfindung ein besonders gutes Fahrverhalten erreicht. Der erfindungsgemäße Aufbau ist einfach und leicht herstellbar.

Claims (7)

  1. Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einer Vorrichtung zur gesteuerten Rückführung von Abgas in Ansaugkanäle (3a; 21) über eine Abgasrückführleitung (8), die mit dem Auspuff-System des Motors verbunden ist, wobei in unmittelbarer Nähe der Zylinder in jedem Ansaugkanal (3a; 21) eine Abgasrückführöffnung (7) vorgesehen ist, die mit einer Verteilungseinrichtung (5) in Verbindung steht, die von der Abgasrückführleitung (8) versorgt wird, und dass die Verteilungseinrichtung (5) ein Stellorgan (6) aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Durchflussquerschnitte für das Abgas durch die Abgasrückführöffnungen (7) gemeinsam zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stellorgan (6) zwei oder mehr unabhängige Strömungswege (15, 16) für einzelne Zylinder oder Zylindergruppen vorgesehen sind.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungseinrichtung (5) als Rohr ausgebildet ist, das sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des Motors erstreckt.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der als Rohr ausgebildeten Verteilungseinrichtung (5) ein in Längsrichtung beweglicher Schieber (28) vorgesehen ist, der die Abgasrückführöffnungen (7) aufsteuert.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der als Rohr ausgebildeten Verteilungseinrichtung (5) ein Drehschieber (6) vorgesehen ist, der die Abgasrückführöffnungen (7) aufsteuert.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan (6) eine Hilfsbohrung (26) aufweist, die einen vorbestimmten kleinen Öffnungsquerschnitt für die Abgasrückführung definiert.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kurbelgehäuseentlüftung und/oder eine Tankentlüftung (25) im Bereich des Stellorgans (6) mündet.
  7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Stellorgans (6) ein zusätzliches Abgasrückführventil (24) vorgesehen ist.
EP98890018A 1997-01-23 1998-01-22 Brennkraftmaschine mit Abgasrückführungsvorrichtung Expired - Lifetime EP0855502B1 (de)

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