EP2278148A1 - Internal combustion engine with exhaust gas recirculation and method to operate such an internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine with exhaust gas recirculation and method to operate such an internal combustion engine Download PDF

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EP2278148A1
EP2278148A1 EP09163475A EP09163475A EP2278148A1 EP 2278148 A1 EP2278148 A1 EP 2278148A1 EP 09163475 A EP09163475 A EP 09163475A EP 09163475 A EP09163475 A EP 09163475A EP 2278148 A1 EP2278148 A1 EP 2278148A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust gas
gas recirculation
internal combustion
combustion engine
line
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09163475A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Kuske
Christian Winge Vigild
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
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Priority to CN2010102118283A priority patent/CN101929408A/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M26/72—Housings
    • F02M26/73—Housings with means for heating or cooling the EGR valve

Definitions

  • the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine.
  • internal combustion engine includes diesel engines and gasoline engines, but also hybrid internal combustion engines.
  • the combustion process is influenced by so-called internal engine measures.
  • the focus is on reducing nitrogen oxide emissions, which are of particular relevance to diesel engines. Since the formation of nitrogen oxides not only an excess of air, but also When high temperatures are required, a concept for reducing nitrogen oxide emissions is to lower combustion temperatures.
  • the exhaust gas recirculation ie the return of combustion gases from the exhaust gas side to the intake side targeted, in which with increasing exhaust gas recirculation rate, the nitrogen oxide emissions can be significantly reduced.
  • Exhaust gas recirculation is also suitable for reducing emissions of unburned hydrocarbons in the partial load range.
  • a control element which is also referred to as an EGR valve, is provided in the exhaust gas recirculation line.
  • a continuously variable poppet valve is used as the EGR valve.
  • the recirculated exhaust gas can be supplied, for example, to a compressor and compressed, as a result of which the recirculated exhaust gas quantity can be increased.
  • a cooling device is provided, with which the recirculated exhaust gas is cooled before entering the at least one cylinder.
  • the cooling device lowers the exhaust gas temperature and thus increases the density of the exhaust gas, whereby the cooling device also contributes to a higher exhaust gas recirculation rate.
  • the exhaust gas recirculation is provided according to the prior art with a bypass valve, which allows bypassing the cooling device in the context of the recirculation of the exhaust gas and may be arranged upstream or downstream of the EGR valve in the return line.
  • the bypass valve is executed in two stages according to the prior art, which compared to a continuously variable element simplifies the control and offers cost advantages.
  • the bypass valve according to its two switching states provides only the two options, either completely pass the entire exhaust gas through the cooling device or to pass the entire exhaust gas to the cooling device, which is why the possibilities of influencing the temperature of the cylinder fresh charge are limited. Either the entire recirculated exhaust gas is cooled or all the recirculated exhaust gas is supplied to the cylinders uncooled.
  • the bypass valve completely closes the supply to the cooling device and releases a bypass line for the exhaust gas, with which the recirculated exhaust gas is guided past the cooling device.
  • the supply to the cooling device is opened and the bypass line is completely closed.
  • Another object of the present invention is to provide a method of operating an internal combustion engine of the type mentioned above.
  • the at least one exhaust gas line is to be regarded as belonging to the exhaust gas removal system and the at least one intake line belongs to the intake system.
  • the internal combustion engine according to the invention is equipped in contrast to the known from the prior art internal combustion engines with two independently controllable lines for exhaust gas recirculation, namely with a cooled and an uncooled exhaust gas recirculation.
  • each of these two exhaust gas recirculation has a control element for adjusting the amount of recirculated exhaust gas
  • the entire recirculated exhaust gas flow can be divided into a cooled and an uncooled partial exhaust gas flow, which is why the targeted setting of a specific temperature T AGR the total recirculated exhaust gas amount and thus the temperature T Zyl the Cylinder fresh charge can be made.
  • the temperature T AGR of the total amount of recirculated exhaust gas sets in the mixture of the two partial exhaust gas streams of different temperature and can be a theoretical temperature, if both partial streams are passed directly into the intake system, ie not merged before introduction into the intake system.
  • the first object of the invention is achieved, namely to provide an internal combustion engine with which the temperature T Cyl cylinder fresh charge by means of exhaust gas recirculation can be influenced to a greater extent than in the prior art.
  • An advantage of the internal combustion engine according to the invention is also the redundancy regarding the exhaust gas recirculation. If one of the two lines for exhaust gas recirculation fails due to failure, exhaust gas can continue to be recirculated by means of the remaining intact exhaust gas recirculation, because both exhaust gas recirculation systems are equipped with independently operable control elements.
  • the entire exhaust gas to be recirculated can also be completely passed through the cooling device or at the engine in the internal combustion engine according to the invention Cooler be passed over.
  • Cooler be passed over.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which the first control element or the second control element is steplessly adjustable are advantageous.
  • the flow cross-section is infinitely variable. If both controls are infinitely adjustable, this offers the greatest possible freedom or diversity in the distribution of the exhaust gas flow to be recirculated.
  • the second control element is infinitely adjustable to dose the amount of recirculated exhaust gas as accurately as possible, ie to be able to set the return rate.
  • Infinitely adjustable controls also prove to be advantageous in the setting of a specific predetermined temperature T cyl cylinder fresh charge.
  • multi-stage adjustable control elements also solve the object underlying the invention, namely to make the temperature of the cylinder fresh charge by means of exhaust gas recirculation more controllable than is possible according to the prior art.
  • the flow cross-section can be gradually increase or decrease and consequently the guided through this flow cross-section exhaust gas in stages, d. H. change in more or less big steps.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which the first control element or the second control element is electrically, hydraulically, pneumatically, mechanically or magnetically controllable, preferably by means of the engine control of the internal combustion engine, are advantageous.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which the first control element or the second control element is a flap or a slide are advantageous.
  • a poppet valve is characterized by a - compared to other types - low leakage current.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which the first control element is arranged downstream of the cooling device in the first line for exhaust gas recirculation are advantageous. According to this embodiment, the first control element flows through an already cooled exhaust gas flow.
  • a downstream control of the cooling device, d. H. EGR valve is thermally less heavily loaded, so that it may be possible to dispense with cooling of the EGR valve or less temperature-resistant and thus more cost-effective materials can be used to produce the valve.
  • embodiments of the internal combustion engine may also be advantageous in which the first control element is arranged upstream of the cooling device in the first line for exhaust gas recirculation.
  • a control provided upstream of the cooling device prevents the cooling device from being continuously, i. H. Even in operating conditions in which no exhaust gas is to be returned via cooling device in the intake system, hot exhaust gas is applied. It should be noted that the supply of exhaust gas into the cooling device leads to contamination of the cooling device and a control device provided upstream of the cooling device in the closed state prevents exposure to exhaust gas and thus contamination.
  • a major reason for the pollution is that exhaust components condense when flowing through the cooling device due to the decreasing exhaust gas temperature and are deposited on the inner walls of the cooling device.
  • the deposits lead to a narrowing of the flow cross sections and increase in this way the flow resistance of the cooling device for the exhaust gas flow.
  • the heat transfer and thus the cooling performance due to the pollution decrease.
  • the upstream of the cooling device provided control principle inherently with the uncooled, d. H. the hot exhaust gas is applied, it may be advantageous, if necessary, to cool this control.
  • the first control is equipped with a cooling, wherein the cooling may be a liquid cooling or air cooling.
  • the cooled control contributes to the overall cooling performance within the exhaust gas recirculation.
  • the control is to equip with coolant channels, which pass the coolant through the element.
  • the forming the liquid cooling walls are as large as possible form, to increase the heat transfer by convection, which can be done for example by the arrangement of cooling fins or cooling knobs.
  • the provision of the first control with a cooling allows the use of less temperature-resistant and thus more cost-effective materials for the production of the element.
  • the line of the first exhaust gas recirculation as such can also be cooled.
  • the line can be equipped with a liquid cooling, ie a coolant jacket surrounding the line or provided with ribs to increase the heat output due to convection.
  • the second control element can also be equipped with a cooling system.
  • it is the primary object of the second exhaust gas recirculation to recirculate hot or uncooled exhaust gas, i. Exhaust gas to lead past the cooling device, in particular embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the second control is an uncooled control.
  • the second exhaust gas recirculation is frequently used in operating states of the internal combustion engine in which the exhaust gas has a comparatively low temperature and cooling of the exhaust gas is not intended anyway, for example after a cold start or at low speeds or low loads.
  • embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the second line for exhaust gas recirculation is thermally insulated.
  • the thermal insulation contributes to the fact that as little heat is removed from the exhaust gas when flowing through the second line and the exhaust gas when exiting the second line has a high temperature, which is particularly favorable during the warm-up phase of the internal combustion engine.
  • the insulation thus supports the second exhaust gas recirculation in its original function, as hot as possible exhaust gas.
  • a measure to prevent the exceeding of the limit temperature is to limit the temperature of the recirculated exhaust gas by means of the second exhaust gas recirculation, ie to limit.
  • the omission of the thermal insulation provides for or supports an undisturbed heat transfer to the environment through heat conduction, convection and Thermal radiation and thus for a temperature reduction or temperature limitation in the exhaust gas.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which the second line for exhaust gas recirculation branches off from the first line to the exhaust gas recirculation upstream of the cooling device are advantageous. This provides in a variety of applications for a shortening of the second line for exhaust gas recirculation compared to embodiments in which the second exhaust gas recirculation line - like the first line - branches off directly from the Abgasab conveysystem.
  • the shortening of the second line reduces the mass and the length and thus the thermal inertia of this line, which is effective in terms of minimizing heat losses.
  • the reduction of the exhaust gas surface of the return line reduces the heat transfer. Suitable materials can support this effect.
  • the proposed embodiment also supports a dense packaging in the engine compartment.
  • embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the second line for exhaust gas recirculation opens downstream of the cooling device in the first line for exhaust gas recirculation. A mixture of the exhaust gas streams of the two exhaust gas recirculation takes place before introducing the recirculated exhaust gas amounts in the intake system.
  • the two preceding embodiments are characterized in that a common line for exhaust gas recirculation branches off from the exhaust gas removal system and / or opens into the intake system.
  • the exhaust gas recirculations can be designed as high-pressure EGR or as low-pressure EGR. While the exhaust gas is extracted at a high pressure EGR upstream of the turbine, this occurs at the so-called low pressure EGR downstream of the turbine. This has the advantage that the recirculated exhaust gas flows through the turbine before the return and thus is available for the drive of the turbine. High EGR rates, d. H. Large amounts of recirculated exhaust gas then do not necessarily lead to a drop in the turbine pressure ratio and to a loss in the torque supply.
  • the second sub-problem underlying the invention namely to show a method for operating an internal combustion engine according to one of the aforementioned types, is achieved by a method which is characterized in that the first control element and the second control element are actuated in such a way that the temperature T cyl cylinder fresh charge does not exceed a predetermined limit temperature T limit.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the internal combustion engine 1 using the example of a four-cylinder in-line engine, the four along the cylinder head longitudinal axis, ie arranged in series cylinder 2 has.
  • the internal combustion engine 1 has an intake system 4, via which the cylinders 2 fresh mixture or recirculated exhaust gas is supplied and an exhaust discharge system 3 for discharging the combustion gases from the cylinders. 2
  • the internal combustion engine 1 is equipped with two exhaust gas recirculations 5, 9, namely a cooled exhaust gas recirculation 5 and an uncooled, d. H. hot exhaust gas recirculation 9, with which exhaust gas from the Abgasab Switzerlandsystem 3 is returned to the intake system 4.
  • the first exhaust gas recirculation 5 comprises a first line 6 for exhaust gas recirculation 5, which branches off from the Abgasab fossilsystem 3 and opens into the intake system 4 and in which a cooling device 8 is provided to cool the recirculated exhaust gas.
  • a first control element 7 is arranged in the first conduit 6 upstream of the cooling device 8, which is equipped with liquid cooling (not shown) and according to the circuit state in FIG FIG. 1 is closed, so that no cooled exhaust gas is returned.
  • the second control element 11 is uncooled and serves to adjust the amount of exhaust gas which is returned to the second exhaust gas recirculation 9. According to the circuit state in FIG. 1 the second control element 11 is opened, so that uncooled, ie hot exhaust gas is returned (double dashed line).
  • Both controls 7, 11 are formed as poppet valves.
  • the first line 6 and the second line 10 branch immediately adjacent to each other, d. H. at the same point directly from the Abgasablubsystem 3 and open separately from each other in the intake system. 4
  • FIG. 2 schematically shows a second embodiment of the internal combustion engine 1. It should only the differences from those in FIG. 1 Otherwise, reference will be made to FIG. 1 , The same reference numerals have been used for the same components.
  • the first control element 7 is arranged downstream of the cooling device 8 in the first line 6, so that the cooling device 8 is constantly exposed to exhaust gas during operation of the internal combustion engine 1, even if no cooled exhaust gas is returned.

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Abstract

The engine (1) has an inlet duct conveying combustible gas from a cylinder (2) via an exhaust discharging system (3). A set of exhaust gas recirculation systems (5, 9) includes a set of conductors (6, 10), where one of the conductors offsets from the exhaust discharging system and leads into an intake system (4). The conductors are provided in a cooling device (8) for cooling the re-circulated exhaust gas, and are arranged in a set of controlling elements (7, 11) for adjusting the re-circulated exhaust gas at the exhaust gas recirculation systems. An independent claim is also included for a method for operating an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, mindestens einer Abgasleitung zum Abführen der Verbrennungsgase via Abgasabführsystem aus dem mindestens einen Zylinder und mindestens einer Ansaugleitung zum Zuführen von Frischluft bzw. Frischgemisch via Ansaugsystem in diesen mindestens einen Zylinder, die mit mindestens einer Abgasrückführung ausgestattet ist, wobei

  • eine erste Leitung zur Abgasrückführung vorgesehen ist, die aus dem Abgasabführsystem abzweigt und in das Ansaugsystem mündet,
  • eine Kühlvorrichtung in dieser ersten Leitung zur Abgasrückführung vorgesehen ist, um das rückzuführende Abgas zu kühlen, und
  • ein erstes Steuerelement in der ersten Leitung zur Abgasrückführung vorgesehen ist, um die Menge an mittels erster Abgasrückführung rückzuführendem Abgas einzustellen.
The invention relates to an internal combustion engine having at least one cylinder, at least one exhaust pipe for discharging the combustion gases via Abgasabführsystem from the at least one cylinder and at least one suction line for supplying fresh air or fresh mixture via intake in these at least one cylinder, which is equipped with at least one exhaust gas recirculation , in which
  • a first line for exhaust gas recirculation is provided, which branches off from the Abgasabführsystem and opens into the intake system,
  • a cooling device is provided in said first exhaust gas recirculation line for cooling the exhaust gas to be recirculated, and
  • a first control element is provided in the first exhaust gas recirculation line for adjusting the amount of exhaust gas to be recirculated by first exhaust gas recirculation.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.Furthermore, the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen.In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes diesel engines and gasoline engines, but also hybrid internal combustion engines.

Um die zukünftigen Grenzwerte für Schadstoffemissionen einzuhalten, werden nach dem Stand der Technik verschiedene Maßnahmen ergriffen. Grundsätzlich kann zwischen Konzepten unterschieden werden, welche die in die Umwelt emittierten Schadstoffmengen mittels Abgasnachbehandlung zu mindern versuchen, und Konzepten, die darauf abstellen, die Rohemissionen der Brennkraftmaschine zu verringern, d. h. der Bildung von Schadstoffen unmittelbar während der Verbrennung entgegen zu wirken.In order to comply with the future limit values for pollutant emissions, various measures are taken according to the prior art. In principle, it is possible to distinguish between concepts which attempt to reduce the amounts of pollutants emitted into the environment by means of exhaust aftertreatment, and concepts which aim to reduce the raw emissions of the internal combustion engine, ie. H. counteract the formation of pollutants immediately during combustion.

Bei Letzteren wird mittels sogenannter innermotorischer Maßnahmen auf den Verbrennungsprozeß Einfluß genommen. Im Focus steht dabei unter anderem die Reduzierung der Stickoxidemissionen, die insbesondere bei den Dieselmotoren von hoher Relevanz sind. Da die Bildung der Stickoxide nicht nur einen Luftüberschuß, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Verringerung der Stickoxidemissionen darin, die Verbrennungstemperaturen zu senken.In the case of the latter, the combustion process is influenced by so-called internal engine measures. Among other things, the focus is on reducing nitrogen oxide emissions, which are of particular relevance to diesel engines. Since the formation of nitrogen oxides not only an excess of air, but also When high temperatures are required, a concept for reducing nitrogen oxide emissions is to lower combustion temperatures.

Dabei ist die Abgasrückführung, d. h. die Rückführung von Verbrennungsgasen von der Abgasseite auf die Ansaugseite zielführend, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate XAGR bestimmt sich dabei wie folgt: x AGR = m AGR / m AGR + m Frischluft

Figure imgb0001
wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mFrischluft die zugeführte - gegebenenfalls durch einen Verdichter geführte und komprimierte - Frischluft bzw. Verbrennungsluft bezeichnet.In this case, the exhaust gas recirculation, ie the return of combustion gases from the exhaust gas side to the intake side targeted, in which with increasing exhaust gas recirculation rate, the nitrogen oxide emissions can be significantly reduced. The exhaust gas recirculation rate X EGR is determined as follows: x AGR = m AGR / m AGR + m fresh air
Figure imgb0001
 wherein m AGR refers to the mass of recirculated exhaust gas and m fresh air, the supplied - optionally guided by a compressor and compressed - fresh air or combustion air.

Die Abgasrückführung (AGR) eignet sich auch zur Reduzierung der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Teillastbereich.Exhaust gas recirculation (EGR) is also suitable for reducing emissions of unburned hydrocarbons in the partial load range.

Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von XAGR ≈ 60% bis 70% liegen können. Zur Einstellung der rückzuführenden Abgasmenge, d. h. der Rückführrate ist nach dem Stand der Technik ein Steuerelement, welches auch als AGR-Ventil bezeichnet wird, in der Leitung zur Abgasrückführung vorgesehen. Häufig wird als AGR-Ventil ein stufenlos verstellbares Tellerventil verwendet.In order to achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates are required, which may be on the order of X AGR ≈ 60% to 70%. To set the amount of exhaust gas to be recirculated, ie the return rate, according to the prior art, a control element, which is also referred to as an EGR valve, is provided in the exhaust gas recirculation line. Often, a continuously variable poppet valve is used as the EGR valve.

Es sind somit Konzepte erforderlich, die hohe Abgasrückführraten sicherstellen. Das rückgeführte Abgas kann hierzu beispielsweise einem Verdichter zugeführt und komprimiert werden, wodurch die rückgeführte Abgasmenge gesteigert werden kann. Häufig wird eine Kühlvorrichtung vorgesehen, mit der das rückzuführende Abgas vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Die Kühlvorrichtung senkt die Abgastemperatur und steigert damit die Dichte des Abgases, wodurch auch die Kühlvorrichtung zu einer höheren Abgasrückführrate beiträgt. Durch die Kühlung des rückzuführenden heißen Abgases wird zudem die Temperatur der Zylinderfrischladung gesenkt, d. h. die Kühlung des Abgases trägt zu einer besseren Füllung des Brennraums mit Frischluft bzw. Frischgemisch bei.Thus, concepts are required that ensure high exhaust gas recirculation rates. For this purpose, the recirculated exhaust gas can be supplied, for example, to a compressor and compressed, as a result of which the recirculated exhaust gas quantity can be increased. Frequently, a cooling device is provided, with which the recirculated exhaust gas is cooled before entering the at least one cylinder. The cooling device lowers the exhaust gas temperature and thus increases the density of the exhaust gas, whereby the cooling device also contributes to a higher exhaust gas recirculation rate. By cooling the recirculating hot exhaust gas, moreover, the temperature of the fresh cylinder charge is lowered, ie the cooling of the exhaust gas contributes to a better filling of the combustion chamber with fresh air or fresh mixture.

Jedoch ist man nach einem Kaltstart bzw. in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine grundsätzlich bemüht, die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine möglichst schnell anzuheben, weshalb eine Kühlung des Abgases in diesem Betriebszustand nicht sinnvoll ist. Die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und die Emissionen an Kohlenmonoxid, die aus einer unvollständigen Verbrennung infolge zu niedriger Zylindertemperaturen resultieren, sollen gesenkt und die Abgastemperatur angehoben werden, so dass stromabwärts der Zylinder im Abgasabführsystem angeordnete Abgasnachbehandlungssysteme schneller ihre Anspringtemperatur bzw. erforderliche Betriebstemperatur erreichen.However, after a cold start or in the warm-up phase of the internal combustion engine, it is basically endeavored to raise the operating temperature of the internal combustion engine as quickly as possible, which is why it is not sensible to cool the exhaust gas in this operating state. The emissions of unburned hydrocarbons and the emissions of carbon monoxide resulting from incomplete combustion due to low cylinder temperatures are to be lowered and the exhaust gas temperature raised so that exhaust aftertreatment systems located downstream of the cylinders in the exhaust delivery system will more quickly reach their light-off temperature or required operating temperature.

Es ist daher zielführend, in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine die Kühlung des Abgases im Rahmen der Rückführung zu unterbinden. Hierzu wird die Abgasrückführung nach dem Stand der Technik mit einem Bypaßventil ausgestattet, welches eine Umgehung der Kühlvorrichtung im Rahmen der Rückführung des Abgases gestattet und stromaufwärts oder stromabwärts des AGR-Ventils in der Rückführleitung angeordnet sein kann.It is therefore expedient to prevent the cooling of the exhaust gas in the course of the return in the warm-up phase of the internal combustion engine. For this purpose, the exhaust gas recirculation is provided according to the prior art with a bypass valve, which allows bypassing the cooling device in the context of the recirculation of the exhaust gas and may be arranged upstream or downstream of the EGR valve in the return line.

Das Bypaßventil ist nach dem Stand der Technik zweistufig schaltbar ausgeführt, was gegenüber einem stufenlos verstellbaren Element die Steuerung vereinfacht und Kostenvorteile bietet. Jedoch bietet das Bypaßventil entsprechend seinen zwei Schaltzuständen lediglich die beiden Möglichkeiten, entweder das gesamte Abgas vollständig durch die Kühlvorrichtung hindurchzuführen oder aber das gesamte Abgas an der Kühlvorrichtung vorbei zu leiten, weshalb die Möglichkeiten der Einflußnahme auf die Temperatur der Zylinderfrischladung beschränkt sind. Entweder wird das gesamte rückzuführende Abgas gekühlt oder aber das gesamte rückzuführende Abgas wird den Zylindern ungekühlt zugeführt.The bypass valve is executed in two stages according to the prior art, which compared to a continuously variable element simplifies the control and offers cost advantages. However, the bypass valve according to its two switching states provides only the two options, either completely pass the entire exhaust gas through the cooling device or to pass the entire exhaust gas to the cooling device, which is why the possibilities of influencing the temperature of the cylinder fresh charge are limited. Either the entire recirculated exhaust gas is cooled or all the recirculated exhaust gas is supplied to the cylinders uncooled.

In einem ersten Schaltungszustand verschließt das Bypaßventil nämlich die Zufuhr zur Kühlvorrichtung vollständig und gibt eine Umgehungsleitung für das Abgas frei, mit der das rückzuführende Abgas an der Kühlvorrichtung vorbei geführt wird. Gemäß einem zweiten Schaltungszustand wird die Zufuhr zur Kühlvorrichtung geöffnet und die Umgehungsleitung vollständig verschlossen. Eine Aufteilung des rückzuführenden Abgasstroms in einen gekühlten und einen ungekühlten Teilabgasstrom ist nicht möglich bzw. nicht vorgesehen, weshalb die gezielte Einstellung einer bestimmten Temperatur TZyl der Zylinderfrischladung nach dem Stand der Technik nicht möglich ist. Dies wäre aber vorteilhaft, da die Menge an emittierten Schadstoffen, d.h. Rohemissionen maßgeblich von der Temperatur TZyl der Zylinderfrischladung und damit von der Temperatur TAGR des rückgeführten Abgases mitbestimmt wird und die Emissionen nicht grundsätzlich mit steigender Temperatur immer weiter abnehmen, sondern vielmehr eine erneute Zunahme einzelner Schadstoffe bei Überschreiten einer bestimmten Grenztemperatur TGrenz zu beobachten ist. Dies gilt namentlich für die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und die Emissionen an Kohlenmonoxid.Namely, in a first circuit state, the bypass valve completely closes the supply to the cooling device and releases a bypass line for the exhaust gas, with which the recirculated exhaust gas is guided past the cooling device. According to a second circuit state, the supply to the cooling device is opened and the bypass line is completely closed. A division of the recirculating exhaust gas flow in a cooled and an uncooled partial exhaust gas flow is not possible or not provided, which is why the targeted setting of a specific temperature T cyl cylinder fresh charge according to the prior art is not possible. However, this would be advantageous as the amount of emitted pollutants, ie raw emissions significantly co-determined by the temperature T cyl cylinder fresh charge and thus the temperature T EGR of the recirculated exhaust gas and the emissions do not always decrease with increasing temperature, but rather a renewed increase in individual pollutants when exceeding a certain temperature limit T. Border is watching. This applies in particular to emissions of unburned hydrocarbons and emissions of carbon monoxide.

Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und insbesondere die Temperatur TAGR des rückgeführten Abgases und damit die Temperatur TZyl der Zylinderfrischladung in höherem Maße beeinflußbar ist.In view of the above, it is an object of the present invention to provide an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, which overcomes the disadvantages known from the prior art, and in particular the temperature T AGR of the recirculated exhaust gas and thus the temperature T Cyl cylinder fresh charge can be influenced to a greater extent.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der oben genannten Art aufzuzeigen.Another object of the present invention is to provide a method of operating an internal combustion engine of the type mentioned above.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, mindestens einer Abgasleitung zum Abführen der Verbrennungsgase via Abgasabführsystem aus dem mindestens einen Zylinder und mindestens einer Ansaugleitung zum Zuführen von Frischluft bzw. Frischgemisch via Ansaugsystem in diesen mindestens einen Zylinder, die mit mindestens einer Abgasrückführung ausgestattet ist, wobei

  • eine erste Leitung zur Abgasrückführung vorgesehen ist, die aus dem Abgasabführsystem abzweigt und in das Ansaugsystem mündet,
  • eine Kühlvorrichtung in dieser ersten Leitung zur Abgasrückführung vorgesehen ist, um das rückzuführende Abgas zu kühlen, und
  • ein erstes Steuerelement in der ersten Leitung zur Abgasrückführung vorgesehen ist, um die Menge an mittels erster Abgasrückführung rückzuführendem Abgas einzustellen,
und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
  • eine zweite Leitung zur Abgasrückführung vorgesehen ist, und
  • ein zweites Steuerelement in dieser zweiten Leitung zur Abgasrückführung vorgesehen ist, um die Menge an mittels zweiter Abgasrückführung rückzuführendem Abgas einzustellen.
The first sub-task is solved by an internal combustion engine having at least one cylinder, at least one exhaust pipe for discharging the combustion gases via Abgasabführsystem from the at least one cylinder and at least one suction line for supplying fresh air or fresh mixture via intake into these at least one cylinder with at least one Exhaust gas recirculation is equipped, wherein
  • a first line for exhaust gas recirculation is provided, which branches off from the Abgasabführsystem and opens into the intake system,
  • a cooling device is provided in said first exhaust gas recirculation line for cooling the exhaust gas to be recirculated, and
  • a first control element is provided in the first line for exhaust gas recirculation in order to adjust the amount of exhaust gas to be recirculated by means of first exhaust gas recirculation,
and which is characterized in that
  • a second exhaust gas recirculation line is provided, and
  • a second control element is provided in this second exhaust gas recirculation line for adjusting the amount of exhaust gas to be recirculated by means of second exhaust gas recirculation.

Dabei ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die mindestens eine Abgasleitung als zum Abgasabführsystem und die mindestens eine Ansaugleitung als zum Ansaugsystem gehörend anzusehen.In the context of the present invention, the at least one exhaust gas line is to be regarded as belonging to the exhaust gas removal system and the at least one intake line belongs to the intake system.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschinen mit zwei voneinander unabhängig steuerbaren Leitungen zur Abgasrückführung ausgestattet und zwar mit einer gekühlten und einer ungekühlten Abgasrückführung.The internal combustion engine according to the invention is equipped in contrast to the known from the prior art internal combustion engines with two independently controllable lines for exhaust gas recirculation, namely with a cooled and an uncooled exhaust gas recirculation.

Da jede dieser beiden Abgasrückführungen über ein Steuerelement zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge verfügt, kann der gesamte rückzuführende Abgasstrom in einen gekühlten und einen ungekühlten Teilabgasstrom aufgeteilt werden, weshalb die gezielte Einstellung einer bestimmten Temperatur TAGR der insgesamt zurückgeführten Abgasmenge und damit der Temperatur TZyl der Zylinderfrischladung vorgenommen werden kann.Since each of these two exhaust gas recirculation has a control element for adjusting the amount of recirculated exhaust gas, the entire recirculated exhaust gas flow can be divided into a cooled and an uncooled partial exhaust gas flow, which is why the targeted setting of a specific temperature T AGR the total recirculated exhaust gas amount and thus the temperature T Zyl the Cylinder fresh charge can be made.

Die Temperatur TAGR der insgesamt zurückgeführten Abgasmenge stellt sich bei der Mischung der beiden Teilabgasströme unterschiedlicher Temperatur ein und kann eine theoretische Temperatur sein, falls beide Teilströme direkt in das Ansaugsystem geleitet werden, d.h. vor Einbringen in das Ansaugsystem nicht zusammengeführt werden.The temperature T AGR of the total amount of recirculated exhaust gas sets in the mixture of the two partial exhaust gas streams of different temperature and can be a theoretical temperature, if both partial streams are passed directly into the intake system, ie not merged before introduction into the intake system.

Damit wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit der die Temperatur TZyl der Zylinderfrischladung mittels Abgasrückführung in höherem Maße beeinflußbar ist als nach dem Stand der Technik.Thus, the first object of the invention is achieved, namely to provide an internal combustion engine with which the temperature T Cyl cylinder fresh charge by means of exhaust gas recirculation can be influenced to a greater extent than in the prior art.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist auch die Redundanz betreffend die Abgasrückführung. Falls eine der beiden Leitungen zur Abgasrückführung infolge Störung ausfällt, kann mittels der verbliebenen intakten Abgasrückführung weiter Abgas zurückgeführt werden, weil beide Abgasrückführungen mit voneinander unabhängig betätigbaren Steuerelementen ausgestattet sind.An advantage of the internal combustion engine according to the invention is also the redundancy regarding the exhaust gas recirculation. If one of the two lines for exhaust gas recirculation fails due to failure, exhaust gas can continue to be recirculated by means of the remaining intact exhaust gas recirculation, because both exhaust gas recirculation systems are equipped with independently operable control elements.

Neben der zusätzlich geschaffenen Möglichkeit den rückzuführenden Abgasstrom aufzuteilen, kann das gesamte rückzuführende Abgas auch bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vollständig durch die Kühlvorrichtung hindurch oder an der Kühlvorrichtung vorbei geführt werden. Hierzu ist lediglich das erste bzw. zweite Steuerelement zu verschließen und gleichzeitig das jeweils andere Steuerelement zu öffnen.In addition to the additionally created possibility of dividing the recirculated exhaust gas flow, the entire exhaust gas to be recirculated can also be completely passed through the cooling device or at the engine in the internal combustion engine according to the invention Cooler be passed over. For this purpose, only the first or second control to close and at the same time to open the other control.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Steuerelement bzw. das zweite Steuerelement stufenlos verstellbar ist, d.h. der Strömungsquerschnitt stufenlos veränderbar ist. Sind beide Steuerelemente stufenlos verstellbar, bietet dies die größtmögliche Freiheit bzw. Vielfalt bei der Aufteilung des rückzuführenden Abgasstroms.Embodiments of the internal combustion engine in which the first control element or the second control element is steplessly adjustable, are advantageous. the flow cross-section is infinitely variable. If both controls are infinitely adjustable, this offers the greatest possible freedom or diversity in the distribution of the exhaust gas flow to be recirculated.

Insbesondere in Betriebszuständen, in denen das gesamte rückzuführende Abgas ungekühlt durch die zweite Leitung zurückgeführt werden soll, ist es vorteilhaft, wenn das zweite Steuerelement stufenlos verstellbar ist, um die Menge an rückgeführtem Abgas möglichst genau dosieren, d.h. die Rückführrate festlegen zu können. Stufenlos verstellbare Steuerelemente erweisen sich auch als vorteilhaft bei der Einstellung einer bestimmten vorgebbaren Temperatur TZyl der Zylinderfrischladung.In particular, in operating states in which the entire recirculated exhaust gas is to be recycled uncooled through the second line, it is advantageous if the second control element is infinitely adjustable to dose the amount of recirculated exhaust gas as accurately as possible, ie to be able to set the return rate. Infinitely adjustable controls also prove to be advantageous in the setting of a specific predetermined temperature T cyl cylinder fresh charge.

Nichtsdestotrotz lösen auch Ausführungsformen mit mehrstufig verstellbaren Steuerelementen die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich die Temperatur der Zylinderfrischladung mittels Abgasrückführung in höherem Maße beeinflußbar zu machen als dies nach dem Stand der Technik möglich ist. Bei mehrstufig verstellbaren, d. h. mehrstufig schaltbaren Steuerelementen läßt sich der Strömungsquerschnitt schrittweise vergrößern bzw. verkleinern und folglich die durch diesen Strömungsquerschnitt hindurchgeführte Abgasmenge in Stufen, d. h. in mehr oder weniger großen Schritten verändern.Nevertheless, embodiments with multi-stage adjustable control elements also solve the object underlying the invention, namely to make the temperature of the cylinder fresh charge by means of exhaust gas recirculation more controllable than is possible according to the prior art. In multi-stage adjustable, d. H. multi-stage switchable controls, the flow cross-section can be gradually increase or decrease and consequently the guided through this flow cross-section exhaust gas in stages, d. H. change in more or less big steps.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Steuerelement bzw. das zweite Steuerelement elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar ist, vorzugsweise mittels der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine.Embodiments of the internal combustion engine in which the first control element or the second control element is electrically, hydraulically, pneumatically, mechanically or magnetically controllable, preferably by means of the engine control of the internal combustion engine, are advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Steuerelement bzw. das zweite Steuerelement eine Klappe oder ein Schieber ist. Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Steuerelement bzw. das zweite Steuerelement ein Tellerventil ist, welches translatorisch verschiebbar ist und im Rahmen einer Hubbewegung einen mehr oder weniger großen Strömungsquerschnitt freigibt. Ein Tellerventil zeichnet sich durch einen - im Vergleich zu anderen Bauarten - geringen Leckagestrom aus.Embodiments of the internal combustion engine in which the first control element or the second control element is a flap or a slide are advantageous. Particularly advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which the first control element or the second control element is a poppet valve, which is translationally displaceable and in the context of a stroke movement a more or less large Flow cross-section releases. A poppet valve is characterized by a - compared to other types - low leakage current.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Steuerelement stromabwärts der Kühlvorrichtung in der ersten Leitung zur Abgasrückführung angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird das erste Steuerelement von einem bereits gekühlten Abgasstrom durchströmt.Embodiments of the internal combustion engine in which the first control element is arranged downstream of the cooling device in the first line for exhaust gas recirculation are advantageous. According to this embodiment, the first control element flows through an already cooled exhaust gas flow.

Ein stromabwärts der Kühlvorrichtung vorgesehenes Steuerelement, d. h. AGR-Ventil wird thermisch weniger stark belastet, so dass gegebenenfalls auf eine Kühlung des AGR-Ventils verzichtet werden kann bzw. weniger temperaturfeste und damit kostengünstigere Werkstoffe zur Herstellung des Ventils verwendet werden können.A downstream control of the cooling device, d. H. EGR valve is thermally less heavily loaded, so that it may be possible to dispense with cooling of the EGR valve or less temperature-resistant and thus more cost-effective materials can be used to produce the valve.

Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen das erste Steuerelement stromaufwärts der Kühlvorrichtung in der ersten Leitung zur Abgasrückführung angeordnet ist.However, embodiments of the internal combustion engine may also be advantageous in which the first control element is arranged upstream of the cooling device in the first line for exhaust gas recirculation.

Ein stromaufwärts der Kühlvorrichtung vorgesehenes Steuerelement verhindert, dass die Kühlvorrichtung fortwährend, d. h. auch in Betriebszuständen, in denen kein Abgas via Kühlvorrichtung in das Ansaugsystem zurückgeführt werden soll, mit heißem Abgas beaufschlagt wird. Zu berücksichtigen ist dabei, dass das Zuführen von Abgas in die Kühlvorrichtung zu einer Verschmutzung der Kühlvorrichtung führt und ein stromaufwärts der Kühlvorrichtung vorgesehenes Steuerelement im geschlossenen Zustand eine Beaufschlagung mit Abgas und damit eine Verschmutzung unterbindet.A control provided upstream of the cooling device prevents the cooling device from being continuously, i. H. Even in operating conditions in which no exhaust gas is to be returned via cooling device in the intake system, hot exhaust gas is applied. It should be noted that the supply of exhaust gas into the cooling device leads to contamination of the cooling device and a control device provided upstream of the cooling device in the closed state prevents exposure to exhaust gas and thus contamination.

Ein wesentlicher Grund für die Verschmutzung ist, dass Abgasbestandteile beim Durchströmen der Kühlvorrichtung infolge der sinkenden Abgastemperatur auskondensieren und sich an den Innenwandungen der Kühlvorrichtung ablagern. Die Ablagerungen führen zu einer Verengung der Strömungsquerschnitte und erhöhen auf diese Weise den Strömungswiderstand der Kühlvorrichtung für den Abgasstrom. Zudem nehmen der Wärmeübergang und damit die Kühlleistung aufgrund der Verschmutzung ab.A major reason for the pollution is that exhaust components condense when flowing through the cooling device due to the decreasing exhaust gas temperature and are deposited on the inner walls of the cooling device. The deposits lead to a narrowing of the flow cross sections and increase in this way the flow resistance of the cooling device for the exhaust gas flow. In addition, the heat transfer and thus the cooling performance due to the pollution decrease.

Da das stromaufwärts der Kühlvorrichtung vorgesehene Steuerelement prinzipbedingt mit dem ungekühlten, d. h. dem heißen Abgas beaufschlagt wird, kann es vorteilhaft, gegebenenfalls notwendig sein, dieses Steuerelement zu kühlen.Since the upstream of the cooling device provided control principle inherently with the uncooled, d. H. the hot exhaust gas is applied, it may be advantageous, if necessary, to cool this control.

Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Steuerelement mit einer Kühlung ausgestattet ist, wobei die Kühlung eine Flüssigkeitskühlung oder eine Luftkühlung sein kann.Also advantageous are embodiments of the internal combustion engine, in which the first control is equipped with a cooling, wherein the cooling may be a liquid cooling or air cooling.

Das gekühlte Steuerelement trägt zur Gesamtkühlleistung innerhalb der Abgasrückführung bei. Je mehr Wärme dem Abgas beim Durchströmen des Steuerelements entzogen wird, desto kleiner kann die eigentliche Kühlvorrichtung dimensioniert werden, was Vorteile hinsichtlich der Kosten bietet und einem dichten Packaging im Motorraum entgegen kommt.The cooled control contributes to the overall cooling performance within the exhaust gas recirculation. The more heat is removed from the exhaust gas as it flows through the control, the smaller the actual cooling device can be dimensioned, which offers advantages in terms of cost and accommodates a dense packaging in the engine compartment.

Mit einer Flüssigkeitskühlung können wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als mit einer Luftkühlung, bei der der Wärmeabtransport mittels einer über die Oberfläche des Steuerelements geführten Luftströmung erfolgt, die beispielsweise mittels Gebläse erzwungen wird.With a liquid cooling much larger amounts of heat can be dissipated than with an air cooling, in which the heat dissipation takes place by means of a guided over the surface of the control air flow, which is forced, for example by means of blowers.

Vorteilhaft sind daher insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Steuerelement mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet ist. Hierzu ist das Steuerelement mit Kühlmittelkanälen auszustatten, die das Kühlmittel durch das Element hindurchführen. Die die Flüssigkeitskühlung ausbildenden Wandungen sind möglichst großflächig auszubilden, um den Wärmeübergang durch Konvektion zu erhöhen, was beispielsweise durch die Anordnung von Kühlrippen bzw. Kühlnoppen erfolgen kann.Particularly advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which the first control is equipped with a liquid cooling. For this purpose, the control is to equip with coolant channels, which pass the coolant through the element. The forming the liquid cooling walls are as large as possible form, to increase the heat transfer by convection, which can be done for example by the arrangement of cooling fins or cooling knobs.

Die Ausstattung des ersten Steuerelements mit einer Kühlung ermöglicht die Verwendung von weniger temperaturfesten und damit kostengünstigeren Werkstoffen zur Herstellung des Elements.The provision of the first control with a cooling allows the use of less temperature-resistant and thus more cost-effective materials for the production of the element.

Die Leitung der ersten Abgasrückführung als solche kann ebenfalls gekühlt werden. So kann die Leitung mit einer Flüssigkeitskühlung, d. h. einem die Leitung umgebenden Kühlmittelmantel ausgestattet oder mit Rippen zur Erhöhung der Wärmeabgabe infolge Konvektion versehen werden.The line of the first exhaust gas recirculation as such can also be cooled. Thus, the line can be equipped with a liquid cooling, ie a coolant jacket surrounding the line or provided with ribs to increase the heat output due to convection.

Grundsätzlich kann auch das zweite Steuerelement mit einer Kühlung ausgestattet werden. Da es aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung die vorrangige Aufgabe der zweiten Abgasrückführung ist, heißes bzw. ungekühltes Abgas zurückzuführen, d.h. Abgas an der Kühlvorrichtung vorbei zu führen, sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen das zweite Steuerelement ein ungekühltes Steuerelement ist.In principle, the second control element can also be equipped with a cooling system. However, in the context of the present invention, it is the primary object of the second exhaust gas recirculation to recirculate hot or uncooled exhaust gas, i. Exhaust gas to lead past the cooling device, in particular embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the second control is an uncooled control.

Zudem muß berücksichtigt werden, dass die zweite Abgasrückführung häufig in Betriebszuständen der Brennkraftmaschine Anwendung findet, in denen das Abgas eine vergleichsweise niedrige Temperatur aufweist und eine Kühlung des Abgases ohnehin nicht beabsichtigt ist, beispielsweise nach einem Kaltstart oder bei niedrigen Drehzahlen bzw. niedrigen Lasten.In addition, it must be taken into account that the second exhaust gas recirculation is frequently used in operating states of the internal combustion engine in which the exhaust gas has a comparatively low temperature and cooling of the exhaust gas is not intended anyway, for example after a cold start or at low speeds or low loads.

Aus denselben Gründen sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die zweite Leitung zur Abgasrückführung wärmeisoliert ist. Die Wärmeisolierung trägt dazu bei, dass dem Abgas beim Durchströmen der zweiten Leitung möglichst wenig Wärme entzogen wird und das Abgas beim Austreten aus der zweiten Leitung eine möglichst hohe Temperatur aufweist, was insbesondere während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine günstig ist. Die Isolierung unterstützt auf diese Weise die zweite Abgasrückführung in ihrer ursprünglichen Funktion, möglichst heißes Abgas zurückzuführen.For the same reasons, embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the second line for exhaust gas recirculation is thermally insulated. The thermal insulation contributes to the fact that as little heat is removed from the exhaust gas when flowing through the second line and the exhaust gas when exiting the second line has a high temperature, which is particularly favorable during the warm-up phase of the internal combustion engine. The insulation thus supports the second exhaust gas recirculation in its original function, as hot as possible exhaust gas.

Vorteilhaft kann aber auch eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine sein, bei der bewußt auf eine Wärmeisolierung der zweiten Leitung zur Abgasrückführung verzichtet wird.But can also be advantageous embodiment of the internal combustion engine, is deliberately dispensed with a thermal insulation of the second line for exhaust gas recirculation.

Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, kann eine zu hohe Temperatur TZyl der Zylinderfrischladung bzw. eine zu hohe Temperatur TAGR des rückgeführten Abgases zu einem erneuten Anstieg der Rohemissionen führen, wenn nämlich die Temperatur TZyl der Zylinderfrischladung eine bestimmte Grenztemperatur TGrenz überschreitet.As already stated above, too high a temperature Tsyl of the cylinder fresh charge or too high a temperature T EGR of the recirculated exhaust gas can lead to a renewed increase in the raw emissions, namely, when the temperature T cyl of the fresh cylinder charge exceeds a certain limit temperature T limit.

Eine Maßnahme, um das Überschreiten der Grenztemperatur zu verhindern, besteht darin, die Temperatur des mittels der zweiten Abgasrückführung zurückgeführten Abgases zu limitieren, d. h. zu begrenzen. Das Weglassen der Wärmeisolierung sorgt für bzw. unterstützt einen ungestörten Wärmeübergang an die Umgebung durch Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung und damit für eine Temperaturabsenkung bzw. Temperaturbegrenzung im Abgas.A measure to prevent the exceeding of the limit temperature, is to limit the temperature of the recirculated exhaust gas by means of the second exhaust gas recirculation, ie to limit. The omission of the thermal insulation provides for or supports an undisturbed heat transfer to the environment through heat conduction, convection and Thermal radiation and thus for a temperature reduction or temperature limitation in the exhaust gas.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Leitung zur Abgasrückführung stromaufwärts der Kühlvorrichtung von der ersten Leitung zur Abgasrückführung abzweigt. Dies sorgt in einer Vielzahl von Anwendungsfällen für eine Verkürzung der zweiten Leitung zur Abgasrückführung im Vergleich zu Ausführungsformen, bei denen die zweite Abgasrückführleitung - wie die erste Leitung - direkt aus dem Abgasabführsystem abzweigt.Embodiments of the internal combustion engine in which the second line for exhaust gas recirculation branches off from the first line to the exhaust gas recirculation upstream of the cooling device are advantageous. This provides in a variety of applications for a shortening of the second line for exhaust gas recirculation compared to embodiments in which the second exhaust gas recirculation line - like the first line - branches off directly from the Abgasabführsystem.

Die Verkürzung der zweiten Leitung reduziert die Masse und die Länge und damit die thermische Trägheit dieser Leitung, was im Hinblick auf eine Minimierung der Wärmeverluste zielführend ist. Die Verkleinerung der mit Abgas beaufschlagten Oberfläche der Rückführleitung vermindert den Wärmeübergang. Geeignete Werkstoffe können diesen Effekt unterstützen.The shortening of the second line reduces the mass and the length and thus the thermal inertia of this line, which is effective in terms of minimizing heat losses. The reduction of the exhaust gas surface of the return line reduces the heat transfer. Suitable materials can support this effect.

Die vorgeschlagene Ausführungsform unterstützt zudem ein möglichst dichtes Packaging im Motorraum.The proposed embodiment also supports a dense packaging in the engine compartment.

Aus denselben Gründen sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die zweite Leitung zur Abgasrückführung stromabwärts der Kühlvorrichtung in die erste Leitung zur Abgasrückführung mündet. Eine Mischung der Abgasteilströme der beiden Abgasrückführungen findet dabei vor Einbringen der rückgeführten Abgasmengen in das Ansaugsystem statt.For the same reasons, embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the second line for exhaust gas recirculation opens downstream of the cooling device in the first line for exhaust gas recirculation. A mixture of the exhaust gas streams of the two exhaust gas recirculation takes place before introducing the recirculated exhaust gas amounts in the intake system.

Die beiden vorstehenden Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Leitung zur Abgasrückführung vom Abgasabführsystem abzweigt und/oder in das Ansaugsystem einmündet.The two preceding embodiments are characterized in that a common line for exhaust gas recirculation branches off from the exhaust gas removal system and / or opens into the intake system.

Insofern entsprechen Ausführungsformen, bei denen die erste Leitung zur Abgasrückführung stromaufwärts der Kühlvorrichtung von der zweiten Leitung zur Abgasrückführung abzweigt bzw. Ausführungsformen, bei denen die erste Leitung zur Abgasrückführung stromabwärts der Kühlvorrichtung in die zweite Leitung zur Abgasrückführung mündet, den zuvor beschriebenen Ausführungsformen.In this respect correspond to embodiments in which the first line for exhaust gas recirculation branches off upstream of the cooling device from the second line for exhaust gas recirculation or embodiments in which the first line for exhaust gas recirculation downstream of the cooling device flows into the second line for exhaust gas recirculation, the embodiments described above.

Grundsätzlich sind aber auch Ausführungsformen, bei denen die erste Leitung und die zweite Leitung zur Abgasrückführung getrennt voneinander oder unmittelbar benachbart zueinander direkt von dem Abgasabführsystem abzweigen bzw. in das Ansaugsystem einmünden, erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen. Auch diese Ausführungsformen können im Einzelfall hinsichtlich eines dichten Packaging bzw. hinsichtlich einer bevorzugten Leitungslänge bzw. Leitungsführung vorteilhaft sein. Sie bieten bei der Auslegung des Rückführsystems konstruktiv die meisten Freiheiten.In principle, however, embodiments in which the first line and the second line for exhaust gas recirculation separate from each other or immediately adjacent to each other directly from the Abgasabführsystem branch off or open into the intake system, according to the invention internal combustion engines. These embodiments may also be advantageous in a particular case with regard to a sealed packaging or with regard to a preferred line length or routing. They offer the most freedom in constructing the feedback system.

Handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um eine mittels Turbolader aufgeladene Brennkraftmaschine, können die Abgasrückführungen als Hochdruck-AGR oder aber als Niederdruck-AGR ausgelegt werden. Während das Abgas bei einer Hochdruck-AGR stromaufwärts der Turbine entnommen wird, erfolgt dies bei der sogenannten Niederdruck-AGR stromabwärts der Turbine. Dies hat den Vorteil, dass das rückzuführende Abgas vor der Rückführung die Turbine durchströmt und somit für den Antrieb der Turbine zur Verfügung steht. Hohe AGR-Raten, d. h. große rückgeführte Abgasmengen führen dann nicht zwangsläufig zu einem Abfall des Turbinendruckverhältnisses und zu Einbußen beim Drehmomentangebot.If the internal combustion engine is an internal combustion engine charged by a turbocharger, the exhaust gas recirculations can be designed as high-pressure EGR or as low-pressure EGR. While the exhaust gas is extracted at a high pressure EGR upstream of the turbine, this occurs at the so-called low pressure EGR downstream of the turbine. This has the advantage that the recirculated exhaust gas flows through the turbine before the return and thus is available for the drive of the turbine. High EGR rates, d. H. Large amounts of recirculated exhaust gas then do not necessarily lead to a drop in the turbine pressure ratio and to a loss in the torque supply.

Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einer der zuvor genannten Arten aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Steuerelement und das zweite Steuerelement in der Weise betätigt werden, dass die Temperatur TZyl der Zylinderfrischladung eine vorgebbare Grenztemperatur TGrenz nicht überschreitet.The second sub-problem underlying the invention, namely to show a method for operating an internal combustion engine according to one of the aforementioned types, is achieved by a method which is characterized in that the first control element and the second control element are actuated in such a way that the temperature T cyl cylinder fresh charge does not exceed a predetermined limit temperature T limit.

Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren. Insbesondere wird Bezug genommen auf die verfahrenstechnischen Merkmale, welche im Rahmen der Beschreibung der Brennkraftmaschine erörtert werden, und die Betätigung der Steuerelemente in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine.The comments made in connection with the internal combustion engine according to the invention also apply to the inventive method. In particular, reference is made to the procedural features discussed in the description of the internal combustion engine and the actuation of the control elements as a function of the current operating state of the internal combustion engine.

Vorteilhaft sind insbesondere Verfahrensvarianten, bei denen das erste Steuerelement in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine vollständig verschlossen wird.Process variants in which the first control element in the warm-up phase of the internal combustion engine is completely closed are particularly advantageous.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen das erste und ausgehend vom Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine geschlossene Steuerelement mit zunehmender Last und/oder Drehzahl in Richtung Offenstellung betätigt wird. Diese Vorgehensweise trägt dem Umstand Rechnung, dass in der Regel die Rückführrate mit zunehmender Last und/oder Drehzahl gesteigert wird.Advantageously, process variants in which the first and starting from the idling operation of the internal combustion engine closed control is operated with increasing load and / or speed in the direction of the open position. This approach takes into account the fact that usually the return rate is increased with increasing load and / or speed.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 näher beschrieben. Hierbei zeigt:

Fig. 1
schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine, und
Fig. 2
schematisch eine zweite Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
In the following the invention is based on two embodiments according to the FIGS. 1 and 2 described in more detail. Hereby shows:
Fig. 1
schematically a first embodiment of the internal combustion engine, and
Fig. 2
schematically a second embodiment of the internal combustion engine.

Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 am Beispiel eines VierZylinder-Reihenmotors, der vier entlang der Zylinderkopflängsachse, d. h. in Reihe angeordnete Zylinder 2 aufweist. FIG. 1 shows a first embodiment of the internal combustion engine 1 using the example of a four-cylinder in-line engine, the four along the cylinder head longitudinal axis, ie arranged in series cylinder 2 has.

Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über ein Ansaugsystem 4, über welches den Zylindern 2 Frischgemisch bzw. rückgeführtes Abgas zugeführt wird und über ein Abgasabführsystem 3 zum Abführen der Verbrennungsgase aus den Zylindern 2.The internal combustion engine 1 has an intake system 4, via which the cylinders 2 fresh mixture or recirculated exhaust gas is supplied and an exhaust discharge system 3 for discharging the combustion gases from the cylinders. 2

Die Brennkraftmaschine 1 ist mit zwei Abgasrückführungen 5, 9 ausgestattet, nämlich einer gekühlten Abgasrückführung 5 und einer ungekühlten, d. h. heißen Abgasrückführung 9, mit denen Abgas aus dem Abgasabführsystem 3 in das Ansaugsystem 4 zurückgeführt wird.The internal combustion engine 1 is equipped with two exhaust gas recirculations 5, 9, namely a cooled exhaust gas recirculation 5 and an uncooled, d. H. hot exhaust gas recirculation 9, with which exhaust gas from the Abgasabführsystem 3 is returned to the intake system 4.

Die erste Abgasrückführung 5 umfaßt eine erste Leitung 6 zur Abgasrückführung 5, die aus dem Abgasabführsystem 3 abzweigt und in das Ansaugsystem 4 mündet und in der eine Kühlvorrichtung 8 vorgesehen ist, um das rückzuführende Abgas zu kühlen. Um die Abgasmenge einzustellen, die mit der ersten Abgasrückführung 5 zurückgeführt wird, ist ein erstes Steuerelement 7 in der ersten Leitung 6 stromaufwärts der Kühlvorrichtung 8 angeordnet, welches mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet ist (nicht dargestellt) und gemäß dem Schaltungszustand in Figur 1 geschlossen ist, so dass kein gekühltes Abgas zurückgeführt wird.The first exhaust gas recirculation 5 comprises a first line 6 for exhaust gas recirculation 5, which branches off from the Abgasabführsystem 3 and opens into the intake system 4 and in which a cooling device 8 is provided to cool the recirculated exhaust gas. In order to adjust the amount of exhaust gas recirculated to the first exhaust gas recirculation 5, a first control element 7 is arranged in the first conduit 6 upstream of the cooling device 8, which is equipped with liquid cooling (not shown) and according to the circuit state in FIG FIG. 1 is closed, so that no cooled exhaust gas is returned.

Eine zweite Leitung 10 zur Abgasrückführung 9, in der ein zweites Steuerelement 11 vorgesehen ist, bildet die ungekühlte, zweite Abgasrückführung 9. Das zweite Steuerelement 11 ist ungekühlt und dient dazu, die Abgasmenge einzustellen, die mit der zweiten Abgasrückführung 9 zurückgeführt wird. Gemäß dem Schaltungszustand in Figur 1 ist das zweite Steuerelement 11 geöffnet, so dass ungekühltes, d. h. heißes Abgas zurückgeführt wird (doppelt gestrichelte Linie).A second line 10 for exhaust gas recirculation 9, in which a second control element 11 is provided, forms the uncooled, second exhaust gas recirculation system 9. The second control element 11 is uncooled and serves to adjust the amount of exhaust gas which is returned to the second exhaust gas recirculation 9. According to the circuit state in FIG. 1 the second control element 11 is opened, so that uncooled, ie hot exhaust gas is returned (double dashed line).

Beide Steuerelemente 7, 11 sind als Tellerventile ausgebildet. Die erste Leitung 6 und die zweite Leitung 10 zweigen unmittelbar benachbart zueinander, d. h. an derselben Stelle direkt vom Abgasabführsystem 3 ab und münden getrennt voneinander in das Ansaugsystem 4.Both controls 7, 11 are formed as poppet valves. The first line 6 and the second line 10 branch immediately adjacent to each other, d. H. at the same point directly from the Abgasabführsystem 3 and open separately from each other in the intake system. 4

Figur 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1. Es sollen nur die Unterschiede zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf Figur 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet. FIG. 2 schematically shows a second embodiment of the internal combustion engine 1. It should only the differences from those in FIG. 1 Otherwise, reference will be made to FIG FIG. 1 , The same reference numerals have been used for the same components.

Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist das erste Steuerelement 7 stromabwärts der Kühlvorrichtung 8 in der ersten Leitung 6 angeordnet, so dass die Kühlvorrichtung 8 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 ständig mit Abgas beaufschlagt wird und zwar auch dann, wenn kein gekühltes Abgas zurückgeführt wird.Unlike the in FIG. 1 1, the first control element 7 is arranged downstream of the cooling device 8 in the first line 6, so that the cooling device 8 is constantly exposed to exhaust gas during operation of the internal combustion engine 1, even if no cooled exhaust gas is returned.

Bezugszeichenreference numeral

11
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22
Zylindercylinder
33
AbgasabführsystemAbgasabführsystem
44
Ansaugsystemintake system
55
erste Abgasrückführungfirst exhaust gas recirculation
66
erste Leitung zur Abgasrückführungfirst line for exhaust gas recirculation
77
erstes Steuerelementfirst control
88th
Kühlvorrichtungcooler
99
zweite Abgasrückführungsecond exhaust gas recirculation
1010
zweite Leitung zur Abgasrückführungsecond line for exhaust gas recirculation
1111
zweites Steuerelementsecond control
AGRAGR
AbgasrückführungExhaust gas recirculation
mAGR m AGR
Masse an zurückgeführtem AbgasMass of recirculated exhaust gas
mFrischluft Fresh air
Masse an zugeführter Frischluft bzw. VerbrennungsluftMass of supplied fresh air or combustion air
TAGR T AGR
Temperatur des rückgeführten Abgases, Temperatur der insgesamt zurückgeführten AbgasmengeTemperature of the recirculated exhaust gas, temperature of the total recirculated exhaust gas amount
TGrenz T border
Grenztemperaturlimit temperature
TZyl T cyl
Temperatur der ZylinderfrischladungTemperature of fresh cylinder charge
XAGR X AGR
AbgasrückführrateExhaust gas recirculation rate

Claims (10)

Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinder (2), mindestens einer Abgasleitung zum Abführen der Verbrennungsgase via Abgasabführsystem (3) aus dem mindestens einen Zylinder (2) und mindestens einer Ansaugleitung zum Zuführen von Frischluft bzw. Frischgemisch via Ansaugsystem (4) in diesen mindestens einen Zylinder (2), die mit mindestens einer Abgasrückführung (5) ausgestattet ist, wobei - eine erste Leitung (6) zur Abgasrückführung (5) vorgesehen ist, die aus dem Abgasabführsystem (3) abzweigt und in das Ansaugsystem (4) mündet, - eine Kühlvorrichtung (8) in dieser ersten Leitung (6) zur Abgasrückführung (5) vorgesehen ist, um das rückzuführende Abgas zu kühlen, und - ein erstes Steuerelement (7) in der ersten Leitung (6) zur Abgasrückführung (5) vorgesehen ist, um die Menge an mittels erster Abgasrückführung (5) rückzuführendem Abgas einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass - eine zweite Leitung (10) zur Abgasrückführung (9) vorgesehen ist, und - ein zweites Steuerelement (11) in der zweiten Leitung (10) zur Abgasrückführung (9) vorgesehen ist, um die Menge an mittels zweiter Abgasrückführung (9) rückzuführendem Abgas einzustellen. Internal combustion engine (1) with at least one cylinder (2), at least one exhaust pipe for discharging the combustion gases via Abgasabführsystem (3) from the at least one cylinder (2) and at least one suction line for supplying fresh air or fresh mixture via the intake system (4) in this at least one cylinder (2), which is equipped with at least one exhaust gas recirculation (5), wherein - A first line (6) for exhaust gas recirculation (5) is provided, which branches off from the Abgasabführsystem (3) and flows into the intake system (4), - A cooling device (8) in this first conduit (6) for exhaust gas recirculation (5) is provided to cool the recirculated exhaust gas, and a first control element (7) is provided in the first line (6) for exhaust gas recirculation (5) in order to set the amount of exhaust gas to be recirculated by means of first exhaust gas recirculation (5), characterized in that - A second line (10) for exhaust gas recirculation (9) is provided, and - A second control element (11) in the second line (10) for exhaust gas recirculation (9) is provided to adjust the amount of exhaust gas to be recirculated by means of second exhaust gas recirculation (9). Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (7) stromabwärts der Kühlvorrichtung (8) in der ersten Leitung (6) zur Abgasrückführung (5) angeordnet ist.Internal combustion engine (1) according to claim 1, characterized in that the first control element (7) is arranged downstream of the cooling device (8) in the first line (6) for exhaust gas recirculation (5). Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (7) mit einer Kühlung ausgestattet ist.Internal combustion engine (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the first control element (7) is equipped with a cooling. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerelement (11) ein ungekühltes Steuerelement ist.Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second control element (11) is an uncooled control element. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (10) zur Abgasrückführung (9) wärmeisoliert ist.Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second line (10) for exhaust gas recirculation (9) is thermally insulated. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (10) zur Abgasrückführung (9) stromaufwärts der Kühlvorrichtung (8) von der ersten Leitung (6) zur Abgasrückführung (5) abzweigt.Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second line (10) for exhaust gas recirculation (9) upstream of the cooling device (8) branches off from the first line (6) for exhaust gas recirculation (5). Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (10) zur Abgasrückführung (9) stromabwärts der Kühlvorrichtung (8) in die erste Leitung (6) zur Abgasrückführung (5) mündet.Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second line (10) for exhaust gas recirculation (9) downstream of the cooling device (8) in the first line (6) for exhaust gas recirculation (5) opens. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (7) und das zweite Steuerelement (11) in der Weise betätigt werden, dass die Temperatur TZyl der Zylinderfrischladung eine vorgebbare Grenztemperatur TGrenz nicht überschreitet.Method for operating an internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first control element (7) and the second control element (11) are actuated in such a way that the temperature T cyl of the fresh cylinder charge does not reach a predeterminable limit temperature T limit exceeds. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (11) in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine (1) vollständig verschlossen wird.A method according to claim 8, characterized in that the first control element (11) in the warm-up phase of the internal combustion engine (1) is completely closed. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und ausgehend vom Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine (1) geschlossene Steuerelement (11) mit zunehmender Last und/oder Drehzahl in Richtung Offenstellung betätigt wird.A method according to claim 9, characterized in that the first and starting from the idling operation of the internal combustion engine (1) closed control element (11) is actuated with increasing load and / or speed in the direction of the open position.
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