EP1327769B1 - Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung - Google Patents

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EP1327769B1
EP1327769B1 EP03000240A EP03000240A EP1327769B1 EP 1327769 B1 EP1327769 B1 EP 1327769B1 EP 03000240 A EP03000240 A EP 03000240A EP 03000240 A EP03000240 A EP 03000240A EP 1327769 B1 EP1327769 B1 EP 1327769B1
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EP
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air
internal combustion
exhaust gas
combustion engine
heat exchanger
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EP03000240A
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EP1327769A3 (de
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Wolfgang Beberdick
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Deutz AG
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Deutz AG
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    • 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
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/31—Air-cooled heat exchangers
    • 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
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/30—Connections of coolers to other devices, e.g. to valves, heaters, compressors or filters; Coolers characterised by their location on the engine

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a crankcase, in which a crankshaft is rotatably mounted on which at least one connecting rod bearing a piston is articulated, wherein the piston is movable in a covered by a cylinder head to form a working space cylinder and the working space via gas exchange means fresh gas can be supplied from a fresh gas line and exhaust gas can be discharged into an exhaust pipe and wherein the exhaust pipe and the fresh gas line are connected via an air-cooled return line, which is arranged in a partial region designed as an air-exhaust heat exchanger directly to the internal combustion engine.
  • Such an internal combustion engine is known from EP 1 154 144 A1.
  • This internal combustion engine has a return line which connects the exhaust line and the fresh gas line of the internal combustion engine controlled by a valve.
  • the peculiarity of this return line is the integration of this line directly in the cylinder head of the internal combustion engine.
  • the return line is arranged on an end face of the cylinder head designed as a cross-flow head and has on the outside of cooling ribs to increase the heat transfer surface, while the return line is adjacent to the gas exchange channels of the adjacent cylinder side facing a liquid-cooled refrigerator.
  • the invention has for its object to improve the cooling of the return line.
  • the air-exhaust heat exchanger of an existing cooling air flow of the internal combustion engine is flowed through, which is funded by a built-in internal combustion enginede Kunststoffgebläse_. Due to this design, intensive cooling can be achieved without significant additional effort and without significant changes to the internal combustion engine.
  • the cooling air flow is conveyed by a cooling air blower integrated in the internal combustion engine.
  • a cooling air blower is present, in particular in an air-cooled and / or oil-cooled internal combustion engine, so that according to the invention only the additional air-exhaust heat exchanger is provided and installed. In this case, recourse may be had to basically known and existing air-exhaust heat exchangers.
  • the air-exhaust heat exchanger is arranged in the exhaust air flow of the engine cooling system. It is again provided in a further embodiment to arrange the air-exhaust heat exchanger along at least a portion of the cylinder head of the internal combustion engine, wherein between the air-exhaust heat exchanger and the cylinder head, an air-liquid heat exchanger for the oil or air-cooled internal combustion engine is arranged ,
  • the cooling-air blower conveys the cooling-air flow along the cylinder head and / or through a part of the cylinder head, wherein a partial flow of the conveyed cooling air is first conveyed through the air-liquid heat exchanger and then through the air-exhaust heat exchanger , In this case - if at all - only the delivery rate of the cooling air blower needs to be adapted to the slightly increased flow resistance through the additional air-exhaust heat exchanger.
  • the single FIGURE shows an inventively designed internal combustion engine, which is a self-igniting, four-cylinder internal combustion engine is.
  • the internal combustion engine has a crankcase 1, which is bounded below by an oil pan 2.
  • a crankshaft is mounted, are hinged to the four connecting rods, which carry four pistons accordingly.
  • the pistons are movable in cylinders, which are part of the crankcase, and between the pistons and a cylinder head covering the cylinders, a working chamber is formed in each case.
  • Fresh gas (combustion air) from a fresh gas line in the form of an intake line or charge air line 3 can be fed to the working space via a gas exchange device in the form of at least one inlet valve and exhaust gas can be discharged via at least one outlet valve into an exhaust line arranged below the charge air line 3.
  • the crankshaft drives a camshaft via a toothed belt arranged behind a protective housing 4, which carries the actuating cams for the gas exchange devices and cams for injection pump elements, wherein the injection pump elements are arranged behind a cover 5 approximately parallel to the individual cylinders.
  • These injection pump elements are connected via short injection lines arranged in the cylinder head injectors which protrude into the individual work spaces.
  • a V-belt pulley 6 is mounted on the crankshaft, which drives a cooling air blower 8 via a V-belt 7.
  • a cooling air blower 8 In the cooling air blower 8, an alternator is integrated.
  • the illustrated internal combustion engine is oil / air cooled and the cooling air blower 8 conveys the cooling air along the cylinder bank and along the cylinder head.
  • a partial flow of the conveyed cooling air is passed through an arranged in the region of the cylinder head air-oil heat exchanger, above this heat exchanger, an air-exhaust heat exchanger 14 is arranged through which the cooling air also flows through and exits up into the environment.
  • the air-exhaust heat exchanger has end boxes 15a, 15b, wherein the end box 15a is connected via a line 16 to the charge air line 3.
  • This line 16 and the air-exhaust heat exchanger 14 in total are part of an exhaust gas recirculation line, wherein the end box 15b is connected to the exhaust pipe via a control valve.
  • the exhaust gas thus flows via the end box 15b into the air-exhaust heat exchanger 14, is cooled, and passes through the end box 15a and the line 16 in the charge air line 3.
  • This configuration and arrangement of the air-exhaust heat exchanger 14 on the cylinder head above the air-liquid heat exchanger is a very compact design that does not or only insignificantly affects the external dimensions of the internal combustion engine. It is also provided in the context of the invention to arrange the air-exhaust heat exchanger in addition to the air-liquid heat exchanger within the existing cylinder head side outer contours of the internal combustion engine.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraums abgedeckten Zylinder bewegbar ist und dem Arbeitsraum über Gaswechseleinrichtungen Frischgas aus einer Frischgasleitung zuführbar sowie Abgas in eine Abgasleitung abführbar ist und wobei die Abgasleitung und die Frischgasleitung über eine luftgekühlte Rückführleitung verbunden sind, die in einem Teilbereich als Luft-Abgas-Wärmetauscher ausgebildet direkt an der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
  • Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der EP 1 154 144 A1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine verfügt über eine Rückführleitung, die die Abgasleitung und die Frischgasleitung der Brennkraftmaschine über ein Ventil gesteuert verbindet. Die Besonderheit dieser Rückführleitung ist die Integration dieser Leitung direkt in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine. Dabei wird die Rückführleitung an einer Stirnseite des als Querstromkopf ausgebildeten Zylinderkopfs angeordnet und weist auf der Außenseite Kühlrippen zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche auf, während die Rückführleitung auf der den Gaswechselkanälen des benachbarten Zylinders zugewandten Seite an einen flüssigkeitsgekühlten Kühlraum angrenzt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung der Rückführleitung zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Luft-Abgas-Wärmetauscher von einem vorhandenen Kühlluftstrom der Brennkraftmaschine durchströmt ist, der von einem in die Brennkraftmaschine integrierten Kühlluftgebläse_ gefördert wird. Durch diese Ausbildung kann ohne einen wesentlichen Mehraufwand und ohne wesentliche Änderungen an der Brennkraftmaschine eine intensive Kühlung erreicht werden. Dabei wird der Kühlluftstrom von einem in die Brennkraftmaschine integrierten Kühlluftgebläse gefördert. Ein solches Kühlluftgebläse ist, insbesondere bei einer luft- und/oder ölgekühlten Brennkraftmaschine vorhanden, sodass erfindungsgemäß nur der zusätzliche Luft-Abgas-Wärmetauscher bereitgestellt und eingebaut werden. Dabei kann hier wieder auf grundsätzlich bekannte und vorhandene Luft-Abgas-Wärmetauscher zurückgegriffen werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Luft-Abgas-Wärmetauscher im Abluftstrom des Brennkraftmaschinen-Kühlsystems angeordnet. Dabei ist wiederum in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dem Luft-Abgas-Wärmetauscher entlang zumindest eines Teils des Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine anzuordnen, wobei zwischen dem Luft-Abgas-Wärmetauscher und dem Zylinderkopf ein Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher für die öl- oder luftgekühlte Brennkraftmaschine angeordnet ist. Dabei ist es weiterhin so, dass das Kühlluftgebläse den Kühlluftstrom entlang des Zylinderkopfs und/oder durch einen Teil des Zylinderkopfs hindurch fördert, wobei ein Teilstrom der geförderten Kühlluft zunächst durch den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher und anschließend durch den Luft-Abgas-Wärmetauscher gefördert wird. Hierbei braucht - wenn überhaupt - nur die Förderleistung des Kühlluftgebläses an den geringfügig erhöhten Strömungswiderstand durch den zusätzlichen Luft-Abgas-Wärmetauscher angepasst zu werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
  • Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäß ausgestaltete Brennkraftmaschine, die eine selbstzündende, vierzylindrige Brennkraftmaschine ist. Die Brennkraftmaschine weist ein Kurbelgehäuse 1 auf, das nach unten von einer Ölwanne 2 begrenzt wird. In dem Kurbelgehäuse 1 ist eine Kurbelwelle gelagert, an der vier Pleuel angelenkt sind, die entsprechend vier Kolben tragen. Die Kolben sind in Zylindern, die Bestandteil des Kurbelgehäuses sind, bewegbar und zwischen den Kolben und einem die Zylinder abdeckenden Zylinderkopf ist ein jeweils ein Arbeitsraum gebildet. Dem Arbeitsraum ist über eine Gaswechseleinrichtung in Form von zumindest einem Einlassventil Frischgas (Brennluft) aus einer Frischgasleitung in Form einer Ansaugleitung oder Ladeluftleitung 3 zuführbar sowie Abgas ist über zumindest ein Auslassventil in eine unter der Ladeluftleitung 3 angeordnete Abgasleitung abführbar.
  • Die Kurbelwelle treibt über einen hinter einem Schutzgehäuse 4 angeordneten Zahnriemen eine Nockenwelle an, die die Betätigungsnocken für die Gaswechseleinrichtungen und Nocken für Einspritzpumpenelemente trägt, wobei die Einspritzpumpenelemente in etwa parallel zu den einzelnen Zylindern hinter einer Abdeckhaube 5 angeordnet sind. Diese Einspritzpumpenelemente sind über kurze Einspritzleitungen mit in dem Zylinderkopf angeordneten Einspritzventilen, die in die einzelnen Arbeitsräume hineinragen, verbunden.
  • Vor dem Schutzgehäuse 4 ist auf der Kurbelwelle ein Keilriemenrad 6 montiert, das über einen Keilriemen 7 ein Kühlluftgebläse 8 antreibt. In das Kühlluftgebläse 8 ist eine Lichtmaschine integriert.
  • Unterhalb der Abdeckhaube 5 sind an der Kurbelgehäusewand verschiedene Ölanschlüsse 9 (beispielsweise für einen Fahrzeuginnenraum-Wärmetauscher) sowie ein Ölfilter 10 angeordnet. Seitlich neben den Ölanschlüssen 9 ist ein Kraftstofffilter 11 und davorliegend ein Öleinfüllstutzen 12 sowie ein Ölpeilstab 13 angeordnet.
  • Die dargestellte Brennkraftmaschine ist öl-/luftgekühlt und das Kühlluftgebläse 8 fördert die Kühlluft entlang der Zylinderreihe und entlang dem Zylinderkopf. Ein Teilstrom der geförderten Kühlluft wird durch einen im Bereich des Zylinderkopfs angeordneten Luft-Öl-Wärmetauscher geleitet, wobei oberhalb dieses Wärmetauschers ein Luft-Abgas-Wärmetauscher 14 angeordnet ist, durch den die Kühlluft ebenfalls hindurchströmt und nach oben in die Umgebung austritt. Der Luft-Abgas-Wärmetauscher weist Endkästen 15a, 15b auf, wobei der Endkasten 15a über eine Leitung 16 mit der Ladeluftleitung 3 verbunden ist. Diese Leitung 16 und der Luft-Abgas-Wärmetauscher 14 insgesamt sind ein Teil einer Abgasrückführleitung, wobei der Endkasten 15b mit der Abgasleitung über ein Regelventil verbunden ist. Das Abgas strömt folglich über den Endkasten 15b in den Luft-Abgas-Wärmetauscher 14, wird gekühlt, und gelangt über den Endkasten 15a und die Leitung 16 in die Ladeluftleitung 3. Diese Ausbildung und Anordnung des Luft-Abgas-Wärmetauschers 14 an dem Zylinderkopf oberhalb des Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers stellt eine sehr kompakte Ausbildung dar, die die äußeren Abmessungen der Brennkraftmaschine nicht oder nur unwesentlich beeinflusst. Es ist im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, den Luft-Abgas-Wärmetauscher neben dem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher innerhalb der vorhandenen zylinderkopfseitigen Außenkonturen der Brennkraftmaschine anzuordnen.

Claims (5)

  1. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse (1), in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraums abgedeckten Zylinder bewegbar ist und dem Arbeitsraum über Gaswechseleinrichtungen Frischgas aus einer Frischgasleitung zuführbar sowie Abgas in eine Abgasleitung abführbar ist und wobei die Abgasleitung und die Frischgasleitung über eine luftgekühlte Rückführleitung verbunden sind, die in einem Teilbereich als Luft-Abgas-Wärmetauscher (14) ausgebildet direkt an der Brennkraftmaschine angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Abgas-Wärmetauscher (14) von einem vorhandenen Kühlluftstrom der Brennkraftmaschine durchströmt ist, der von einem in die Brennkraftmaschine integrierten Kühlluftgebläse (8) gefördert wird.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Abgas-Wärmetauscher (14) im Abluftstrom des Brennkraftmaschinen-Kühlsystems angeordnet ist.
  3. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine luft- und/oder ölgekühlt ist.
  4. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Abgas-Wärmetauscher (14) entlang zumindest eines Teils des Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine angeordnet ist
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Luft-Abgas-Wärmetauscher (14) und dem Zylinderkopf ein Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher für öl- und/oder luftgekühlte Brennkraftmaschinen ist.
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