EP2128421A2 - Combustion engine with waste gas reclaim - Google Patents

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EP2128421A2
EP2128421A2 EP09007102A EP09007102A EP2128421A2 EP 2128421 A2 EP2128421 A2 EP 2128421A2 EP 09007102 A EP09007102 A EP 09007102A EP 09007102 A EP09007102 A EP 09007102A EP 2128421 A2 EP2128421 A2 EP 2128421A2
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    • 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 exhaust gas recirculation heat exchanger is designed as a cross-flow heat exchanger, cross counterflow heat exchanger or heat exchanger with n-fold cross flow.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

The engine has a charging device i.e. supercharger of a turbo-supercharger, installed in a fresh gas system. An exhaust gas system is connected with the fresh gas system by a controlled exhaust-gas recirculation line. A liquid cooled internal combustion engine has a cooling system with a heat exchanger and a cooling system-blower. The exhaust-gas recirculation line is attached to an exhaust-gas recirculation heat exchanger e.g. gas-gas heat exchanger, including an associated blower. The exhaust-gas recirculation heat exchanger is arranged at the engine in a fixed manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, mit einem Abgassystem und einem Frischgassystem, wobei in das Frischgassystem eine Ladeeinrichtung, insbesondere der Verdichter eines Abgasturboladers, eingeschaltet ist, wobei das Abgassystem über eine gesteuerte Abgasrückführleitung mit dem Frischgassystem verschaltet ist und wobei die flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine ein Kühlsystem mit zumindest einem Wärmetauscher und einem Kühlsystem-Lüfter aufweist, und wobei der Abgasrückführleitung zumindest ein einem zugeordneten Lüfter aufweisender Abgasrückführwärmetauscher zugeordnet ist.The invention relates to an internal combustion engine, in particular a self-igniting internal combustion engine, with an exhaust system and a fresh gas system, wherein in the fresh gas system, a charging device, in particular the compressor of an exhaust gas turbocharger, is turned on, wherein the exhaust system is connected via a controlled exhaust gas recirculation line with the fresh gas system and wherein the liquid-cooled internal combustion engine a cooling system having at least one heat exchanger and a cooling system fan, and wherein the exhaust gas recirculation line is associated with at least one associated with an exhaust fan exhaust gas recirculation exchanger.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 10 2005 047 840 A1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und Abgasrückführung weist einen luftgekühlten Ladeluftkühler auf, dem ein ebenfalls luftgekühlter Abgasrückführkühler zugeordnet ist. Für eine effektive Kühlung des zurückgeführten Abgases ist zusätzlich ein wassergekühlter Abgasrückführkühler vorgesehen, der dem luftgekühlten Abgasrückführkühler vorgeschaltet ist. Bevorzugt sind sämtliche Kühler zu einem Kühlmodul zusammengefasst in dem vorderen Motorraum des Kraftfahrzeuges angeordnet und befestigt. Dabei ist es aber auch vorgesehen, den luftgekühlten Abgaskühler unabhängig von dem Kühlmodul an anderer Stelle im Motorraum anzuordnen und diesem gegebenenfalls einen eigenen Lüfter zuzuordnen.Such an internal combustion engine is from the DE 10 2005 047 840 A1 known. This internal combustion engine with turbocharging and exhaust gas recirculation has an air-cooled intercooler, which is associated with a likewise air-cooled exhaust gas recirculation cooler. For effective cooling of the recirculated exhaust gas, a water-cooled exhaust gas recirculation cooler is provided in addition, which is connected upstream of the air-cooled exhaust gas recirculation cooler. Preferably, all coolers are combined to form a cooling module arranged and fixed in the front engine compartment of the motor vehicle. However, it is also envisaged to arrange the air-cooled exhaust gas cooler independently of the cooling module elsewhere in the engine compartment and, if appropriate, allocate this to a separate fan.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Aufladung und mit gekühlter Abgasrückführung bereitzustellen, die problemlos in Aggregate oder Fahrzeuge eingebaut werden kann.The invention has for its object to provide an internal combustion engine with supercharging and with cooled exhaust gas recirculation, which can be easily installed in units or vehicles.

Der Erfindung liegt zunächst einmal die Erkenntnis zugrunde, dass bestehende gesetzliche Regelungen zur Festlegung von Emissionsstufen, beispielsweise die ab 2012 kommende EU-Regelung zur Emissionsstufe EURO VI, die Addition mehrerer Technologien zur Abgasnachbehandlung erforderlich machen. So wird zum einen eine Abgasnachbehandlung durch den Einsatz von verschiedenartigen katalytischen Systemen und/oder Partikelfiltersystemen notwendig sein und zusätzlich neben verbrennungstechnischen Optimierungen eine Abgasrückführung erforderlich sein. Unabhängig von den Umgebungsbedingungen müssen relativ niedrige Temperaturniveaus für die Verbrennungsluft eingehalten werden. Dafür wird eine stark gekühlte Luft aus der Aufladestrecke und Abgasrückführstrecke vorausgesetzt. Für die Einbauten beziehungsweise Einbaukunden solcher weiterentwickelter Brennkraftmaschinen besteht das Problem, die zuvor genannten Komponenten mit den erforderlichen Leitungen, Steuergeräten und sonstigen Peripheriegeräten unterbringen. Darüber hinaus können durch die (falls dies möglich ist) in dem jeweiligen Einbauraum zusätzlich untergebrachten Komponenten vorhandene Luftströmungen (Zuluft, Kühlluft und Abluft) gestört werden.The invention is based first of all on the recognition that existing statutory regulations for the determination of emission levels, for example the EU regulation on emission level EURO VI, which will come into effect in 2012, necessitates the addition of several technologies for exhaust gas aftertreatment. For example, exhaust gas aftertreatment through the use of various catalytic systems and / or particle filter systems will be necessary and, in addition to optimization of combustion technology, exhaust gas recirculation will also be required. Regardless of the ambient conditions, relatively low temperature levels for the combustion air must be maintained. For this purpose, a strongly cooled air from the charging path and exhaust gas recirculation path is required. For the internals or customers of such advanced engine development, there is the problem of accommodating the aforementioned components with the required lines, controllers and other peripherals. In addition, can be disturbed by the (if this is possible) in the respective installation space additionally accommodated components existing air flows (supply air, cooling air and exhaust air).

Dadurch, dass erfindungsgemäß der Abgasrückführwärmetauscher brennkraftmaschinenfest angeordnet ist, braucht für diesen kein zusätzlicher Einbauraum in den Motorraum bereitgestellt werden und der Einbaukunde hat die Möglichkeit, auch in eng bemessene Motorräume eine für die Erfüllung künftiger Emissionsstufen weiterentwickelte Brennkraftmaschine einzubauen. Dieser Einbau hat zudem den Vorteil, dass das Gesamtsystem, bestehend aus Brennkraftmaschine und Abgasrückführwärmetauscher, mit dem zugeordneten Lüfter kühltechnisch von dem Brennkraftmaschinenhersteller optimiert werden kann, da insbesondere die Strömungsverhältnisse bei dem Anbau an die Brennkraftmaschine bekannt sind beziehungsweise beispielsweise prüfstandsmäßig ermittelt werden können, während dies beim Einbau in den Einbauraum nicht der Fall ist.Due to the fact that according to the invention the exhaust gas recirculation heat exchanger is arranged fixed to the engine, no additional installation space in the engine compartment needs to be provided for this and the installation customer has the possibility to install even in closely spaced engine compartments an engine developed to meet future emission levels. This installation also has the advantage that the entire system, consisting of internal combustion engine and exhaust gas recirculation, with the associated fan can be optimized by the engine manufacturer cooling technology, especially since the flow conditions in the Attachment to the internal combustion engine are known or, for example, can be determined by test stand, while this is not the case when installed in the installation space.

In Weiterbildung der Erfindung ist der zumindest eine Abgasrückführwärmetauscher ein Gas-Gas-Wärmetauscher ist und dass das Kühlmedium ist Luft. Bei dieser Ausgestaltung ist folglich die Kühlung des rückgeführten Abgases, die im Übrigen auf Temperaturen von ca. 90°C bis 160°C erfolgt, vollständig von dem Kühlsystem der Brennkraftmaschine getrennt und eine Beeinflussung dieses Kühlsystems ausgeschlossen.In a further development of the invention, the at least one exhaust gas recirculation heat exchanger is a gas-gas heat exchanger and that the cooling medium is air. In this embodiment, therefore, the cooling of the recirculated exhaust gas, which incidentally takes place at temperatures of about 90 ° C to 160 ° C, completely separated from the cooling system of the internal combustion engine and excluded an influence of this cooling system.

In weiterer Ausgestaltung ist mit dem zumindest einen Gas-Gas-Wärmetauscher ein als Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildeter Abgasrückführwärmetauscher verschaltet und das Kühlmedium ist Wasser. Eine solche Kombination ist sinnvoll, wenn beispielsweise eine zusätzliche weitere Rückkühlung des rückgeführten Abgases erfolgen soll oder muss. Auch kann diese zweifache Rückkühlung dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn das Kühlsystem der Brennkraftmaschine nicht ausgelastet ist und mit anderen Worten einen Teil der Kühlung des rückgeführten Abgases ohne negative Auswirkungen auf den Kühlhaushalt der Brennkraftmaschine übernehmen kann. Bei dieser Ausgestaltung ist der Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher vor den Gas-Gas-Wärmetauscher geschaltet, das heißt, das Abgas durchströmt zunächst den Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass beide Wärmetauscher-Bauarten gegebenenfalls in mehrere einzelne Wärmetauscher entsprechend den nachfolgend noch detaillierter erläuterten Anbauverhältnissen an die Brennkraftmaschine aufgeteilt sein können.In a further embodiment, an exhaust gas recirculation heat exchanger formed as a gas-liquid heat exchanger is connected to the at least one gas-gas heat exchanger and the cooling medium is water. Such a combination makes sense if, for example, an additional further recooling of the recirculated exhaust gas should or must occur. Also, this two-fold recooling can be used advantageously when the cooling system of the internal combustion engine is not busy and in other words can take part of the cooling of the recirculated exhaust gas without adverse effects on the cooling budget of the internal combustion engine. In this embodiment, the gas-liquid heat exchanger is connected in front of the gas-gas heat exchanger, that is, the exhaust gas first flows through the gas-liquid heat exchanger. Furthermore, it should be noted that both types of heat exchanger can optionally be divided into a plurality of individual heat exchangers according to the cultivation conditions explained in more detail below, to the internal combustion engine.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Abgasrückführwärmetauscher an einer Stirnseite und/oder einer Längsseite der Brennkraftmaschine angeordnet. Hier können mehrere Konzepte, je nach Ausgestaltung und Ausstattung der Brennkraftmaschine, möglich sein. Dabei kann der Wärmetauscher auch problemlos an bestimmte brennkraftmaschinenspezifische Ausgestaltungen, die beispielsweise einen Übereckeinbau erforderlich machen, angepasst sein.In a further development of the invention, the exhaust gas recirculation heat exchanger is arranged on an end face and / or a longitudinal side of the internal combustion engine. Here, several concepts, depending on the design and features of the internal combustion engine, be possible. It can the heat exchanger also be easily adapted to certain engine-specific configurations that make, for example, a corner installation required.

In weiterer Ausgestaltung ist der Abgasrückführwärmetauscher als Kreuzstrom-Wärmetauscher, Kreuzgegenstrom-Wärmetauscher oder Wärmetauscher mit n-fachem Kreuzstrom ausgebildet. Auch hier ist es möglich, eine individuelle Ausgestaltung und/oder Kombination zu treffen, die bei dem Brennkraftmaschinenhersteller für die jeweilige Brennkraftmaschinenbaureihe oder auch für einen Einbaukunden entwickelt wird.In a further embodiment, the exhaust gas recirculation heat exchanger is designed as a cross-flow heat exchanger, cross counterflow heat exchanger or heat exchanger with n-fold cross flow. Again, it is possible to make an individual design and / or combination that is developed at the engine manufacturer for the respective engine series or for a built-in customer.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Lüfter elektrisch, hydraulisch oder mechanisch angetrieben. Gegebenenfalls ist hier auch beim denkbaren Einsatz mehrerer Lüfter eine Kombination der verschiedenen Antriebsarten möglich. Auch ist es vorgesehen, verschiedene Bauarten, also beispielsweise einen Axiallüfter oder Walzenlüfter zu verbauen und/oder miteinander zu kombinieren.In a further embodiment of the invention, the fan is driven electrically, hydraulically or mechanically. Optionally, a combination of the different types of drive is possible here even when conceivable use of multiple fans. It is also intended to obstruct and / or combine different designs, for example an axial fan or roller fan.

Angebaut wird der Abgasrückführwärmetauscher an der Brennkraftmaschine bevorzugt abgekoppelt über Schwingungselemente. Dabei kann dann der Lüfter über einen Halterahmen direkt an dem Abgasrückführwärmetauscher befestigt werden. Denkbar ist aber auch ein nochmalig abgekoppelter Anbau an dem Abgasrückführwärmetauscher oder aber ein starrer oder abgekoppelter Anbau an der Brennkraftmaschine.The exhaust gas recirculation heat exchanger attached to the internal combustion engine is preferably uncoupled via vibration elements. In this case, the fan can then be fastened via a holding frame directly to the exhaust gas recirculation heat exchanger. It is also conceivable, however, a repeated decoupled cultivation on the exhaust gas recirculation heat exchanger or a rigid or decoupled attachment to the internal combustion engine.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Lüfter mit einem Frischluftkanal verschaltet. Hier kann auf örtliche Gegebenheiten eingegangen werden, indem beispielsweise der Frischluftkanal mit verschiedenen Eintrittsöffnungen zur Abdeckung unterschiedlicher Einbaugegebenheiten der Brennkraftmaschine versehen werden kann.In a further development of the invention, the fan is connected to a fresh air duct. Here, local conditions can be addressed by, for example, the fresh air duct can be provided with different inlet openings to cover different installation conditions of the internal combustion engine.

In weiterer Ausgestaltung ist dem Abgasrückführwärmetauscher ein Abluftkanal zugeordnet. Dabei kann wiederum in weiterer Ausgestaltung der Abluftkanal parallel zu dem Abgassystem der Brennkraftmaschine verlaufen und/oder der Abluftkanal mit dem Brennkraftmaschinenkühlsystem verschaltet sein. Hier ergeben sich mehrere Ansätze, beispielsweise kann eine Vermischung der Abluft des Abgaswärmetauschers mit der Abluft der Brennkraftmaschinen-/Fahrzeug-/Gerätekühlanlage erfolgen. Dabei ergeben sich Kühlluftmassenströme ca. im Verhältnis 10:1, so dass sich in Summe eine verträgliche Aufheizung des Motorraums ergibt.In a further refinement, an exhaust air duct is assigned to the exhaust gas recirculation heat exchanger. In this case, again in a further embodiment, the exhaust air duct can run parallel to the exhaust system of the internal combustion engine and / or the exhaust air duct can be connected to the engine cooling system. Here are several approaches, for example, can be done mixing the exhaust air of the exhaust gas heat exchanger with the exhaust air of the engine / vehicle / equipment cooling system. In this case, cooling air mass flows result approximately in the ratio 10: 1, so that in total results in a compatible heating of the engine compartment.

Alternativ oder additiv kann (ein Teil) der Abluft des Abgasrückführwärmetauscher mittels eines Abluftkanals parallel zum Abgassystem beziehungsweise dessen Abgasrohr erfolgen. Dabei kann die Abluft des Abgasrückführwärmetauschers zur Kühlung des heißen Abgasrohres verwendet werden und dann mittels des Abluftkanals aus dem Motorraum hinausgeführt werden.Alternatively or additionally, (a part of) the exhaust air of the exhaust gas recirculation heat exchanger can take place by means of an exhaust air duct parallel to the exhaust system or its exhaust pipe. In this case, the exhaust air of the exhaust gas recirculation heat exchanger can be used for cooling the hot exhaust pipe and then out by means of the exhaust duct from the engine compartment.

Durch alle diese Ausgestaltungen können einzeln oder in Kombination insbesondere tiefere Abgastemperaturen zur Verbesserung der Abgaswerte erreicht werden. Weiterhin erhält der Kunde ein fertig aufgebautes System, bestehend aus Brennkraftmaschine und insbesondere Abgasrückführung mit Abgasrückführwärmetauscher und Lüfter, das neben den schon geschilderten verbrennungstechnischen beziehungsweise abgastechnischen Vorteilen auch eine Verringerung des Verrohrungsaufwands sowie Verkabelungsaufwands aufweist.By means of all these refinements, in particular lower exhaust gas temperatures can be achieved individually or in combination to improve the exhaust gas values. Furthermore, the customer receives a ready-built system consisting of internal combustion engine and in particular exhaust gas recirculation with exhaust gas recirculation heat exchanger and fan, which in addition to the already described combustion technology or abgastechnischen advantages also has a reduction of Verrohrungsaufwands and cabling.

Claims (10)

Brennkraftmaschine, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, mit einem Abgassystem und einem Frischgassystem, wobei in das Frischgassystem eine Ladeeinrichtung, insbesondere der Verdichter eines Abgasturboladers eingeschaltet ist, wobei das Abgassystem über eine gesteuerte Abgasrückführleitung mit dem Frischgassystem verschaltet ist und wobei die flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine ein Kühlsystem mit zumindest einem Wärmetauscher und einem Kühlsystem-Lüfter aufweist, und wobei der Abgasrückführleitung zumindest ein einen zugeordneten Lüfter aufweisenden Abgasrückführwärmetauscher zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Abgasrückführwärmetauscher brennkraftmaschinenfest angeordnet ist.Internal combustion engine, in particular autoignition internal combustion engine, with an exhaust system and a fresh gas system, wherein in the fresh gas system, a charging device, in particular the compressor of an exhaust gas turbocharger is switched, wherein the exhaust system is connected via a controlled exhaust gas recirculation line with the fresh gas system and wherein the liquid-cooled internal combustion engine, a cooling system with at least one Has a heat exchanger and a cooling system fan, and wherein the exhaust gas recirculation line is associated with at least one associated with a fan exhaust gas recirculation heat exchanger,
characterized in that the at least one exhaust gas recirculation heat exchanger is arranged fixed to the engine. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Abgasrückführwärmetauscher ein Gas-Gas-Wärmetauscher ist und dass das Kühlmedium Luft ist.Internal combustion engine according to claim 1,
characterized in that the at least one exhaust gas recirculation heat exchanger is a gas-gas heat exchanger and that the cooling medium is air. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zumindest einen Gas-Gas-Wärmetauscher ein als Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildeter Abgasrückführwärmetauscher verschaltet ist und dass das Kühlmedium Wasser ist.Internal combustion engine according to claim 2,
characterized in that with the at least one gas-gas heat exchanger designed as a gas-liquid heat exchanger exhaust gas recirculation heat exchanger is connected and that the cooling medium is water. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Abgasrückführwärmetauscher an einer Stirnseite und/oder einer Längsseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that the at least one exhaust gas recirculation heat exchanger is arranged on an end face and / or a longitudinal side of the internal combustion engine. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Abgasrückführwärmetauscher als Kreuzstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that the at least one exhaust gas recirculation heat exchanger is designed as a cross-flow heat exchanger. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter elektrisch, hydraulisch oder mechanisch angetrieben ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that the fan is driven electrically, hydraulically or mechanically. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter mit einem Frischluftkanal verschaltet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that the fan is connected to a fresh air duct. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgasrückführwärmetauscher ein Abluftkanal zugeordnet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that the exhaust gas recirculation heat exchanger is associated with an exhaust duct. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftkanal parallel zu dem Abgassystem verläuft.Internal combustion engine according to claim 8,
characterized in that the exhaust duct runs parallel to the exhaust system. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftkanal mit dem Brennkraftmaschinenkühlsystem verschaltet ist.Internal combustion engine according to claim 8 or 9,
characterized in that the exhaust duct is connected to the engine cooling system.
EP09007102A 2008-05-30 2009-05-28 Combustion engine with waste gas reclaim Withdrawn EP2128421A3 (en)

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