EP2331803A1 - Zweistufig gekühltes abgasrückführsystem - Google Patents

Zweistufig gekühltes abgasrückführsystem

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EP2331803A1 EP09778787A EP09778787A EP2331803A1 EP 2331803 A1 EP2331803 A1 EP 2331803A1 EP 09778787 A EP09778787 A EP 09778787A EP 09778787 A EP09778787 A EP 09778787A EP 2331803 A1 EP2331803 A1 EP 2331803A1
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    • F02M26/59—Systems for actuating EGR valves using positive pressure actuators; Check valves therefor

Definitions

  • the invention relates to a device for the cooled recirculation of exhaust gas of an internal combustion engine charged by means of an exhaust gas turbocharger, wherein the internal combustion engine has a fresh gas system and an exhaust system, which are connected via an exhaust gas recirculation line with two-stage exhaust gas cooler.
  • an exhaust gas recirculation line branches off from the exhaust pipe behind the turbine of an exhaust gas turbocharger and via its own compressor, the recirculated exhaust gas is raised to a higher pressure level and introduced into the fresh air line behind a charge air cooler.
  • the invention has for its object to provide a device with which a simple amount of sufficient exhaust gas can be recycled.
  • the exhaust gas recirculation line is connected to an exhaust manifold of the exhaust system in the flow direction in front of the turbine of the exhaust gas turbocharger that in the exhaust gas recirculation line before the first stage of the exhaust gas cooler, an exhaust gas recirculation valve is turned on and that in a continuation line to the second stage of the exhaust gas cooler Check valve is used.
  • This embodiment eliminates the need for a complex internal compressor for the recirculated exhaust gas, and the use of the non-return valve makes it possible to control the pressure pulsations prevailing in the exhaust system. Used position sufficient exhaust gas recirculation rate.
  • An essential aspect for achieving the required return rates is the arrangement of the check valve between the first stage of the exhaust gas cooler and the second stage of the exhaust gas cooler.
  • the exhaust gas recirculation line to the first stage of the exhaust gas cooler is formed in two columns with two switched exhaust gas recirculation valves. Together with the two-flow design of the first stage of the exhaust gas cooler and also the continuation line with an associated non-return valve provided in a further embodiment, small volumes are realized up to the check valves, which are used to maintain and exploit the pulsations in the exhaust gas flow. This effect is exploited even further when the exhaust manifold, also designed in a double-flow, each with an equal number of adjacent cylinders and separate entry into the turbine of the exhaust gas turbocharger is connected. As a result, pulsations in the exhaust gas flow are selectively continued to the check valves.
  • the washersleitun- be merged behind the check valves to a single-flow line and this line opens while flowing through the second stage of the exhaust gas cooler in the fresh gas line of the internal combustion engine.
  • An internal combustion engine shown schematically in the exemplary embodiment is a six-cylinder, self-igniting internal combustion engine in a series construction, which has a fresh gas system and an exhaust system.
  • the fresh gas system has a charge air line 2, which connects all intake ports of the individual cylinders with each other and via a charge air cooler 3 to the compressor 4 of an exhaust gas turbocharger 5.
  • the associated turbine 6 of the exhaust gas turbocharger 5 is driven by the exhaust gases of the internal combustion engine, the exhaust gases from the exhaust ports in the cylinder head of the internal combustion engine 1 via exhaust manifolds 7 a, 7 b are led to two separate inlets into the turbine 6.
  • the two exhaust manifolds 7a, 7b are each associated with three adjacent cylinders of the internal combustion engine.
  • Exhaust gas recirculation lines 8a, 8b branch off from the exhaust manifolds 7a, 7b and remove exhaust gas from the exhaust manifolds 7a, 7b and via exhaust recirculation valves 9a, 9b respectively connected to exhaust gas recirculation lines 9a, 9b of the first stage 10a, 10b of a two-stage exhaust gas cooler. From the respective first stage 10a, 10b of the exhaust gas cooler, the cooled exhaust gas passes via check valves 11a, 11b inserted into continuation lines 12a, 12b directly behind the first stage 10a, 10b into a single-flow return line 13.
  • the return line 13 forwards the recirculated exhaust gas over the second stage 14 of the exhaust gas
  • the first stage 10a, 10b of the exhaust gas cooler is, like the second stage 14, water-cooled, but it can also be provided, in particular to cool the second stage with cooling air.
  • the first stage 10a, 10b cools the exhaust gas to temperatures ⁇ 180 ° C. and the second stage cools to a temperature in the range of 70 ° C. or lower, depending on the temperature of the cooling water of the low-temperature circuit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gekühlten Rückführung von Abgas einer mittels eines Abgasturboladers aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine ein Frischgassystem und ein Abgassystem aufweist, die über eine Abgasrückführleitung mit zweistufigem Abgaskühler verbunden sind. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung bereitgestellt, mit der mit ein- fachen Mitteln eine genügende Menge Abgas zurückgeführt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Abgasrückführleitung 8a, 8b mit einer Abgassammelleitung 7a, 7b des Abgassystems in Strömungsrichtung vor der Turbine 6 des Abgasturboladers 5 verschaltet ist, dass in der Abgasrückführleitung 8a, 8b vor der ersten Stufe 10a, 10b des Abgaskühlers ein Abgasrückführventil 9a, 9b eingeschaltet ist und dass in einer Weiterführungsleitung 12a, 12b zu der zweiten Stufe des Abgaskühlers ein Rückschlagventil 11a, 11b eingesetzt ist.

Description

Zweistufig gekühltes Abgasrückführsystem
B E S C H R E I B U N G
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gekühlten Rückführung von Abgas einer mittels eines Abgasturboladers aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine ein Frischgassystem und ein Abgassystem aufweist, die über eine Abgasrückführleitung mit zweistufigem Ab- gaskühler verbunden sind.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 10 2005 017 905 A1 bekannt. Bei dem in diesem Dokument dargestellten System zweigt eine Abgasrückführleitung von der Abgasleitung hinter der Turbine eines Abgasturboladers ab und über einen eigenen Verdichter wird das zurückzuführende Abgas auf ein höheres Druckniveau angehoben und in die Frischluftleitung hinter einem Ladeluftkühler eingeleitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der mit einfachen Mitteln eine genügende Menge Abgas zurückgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Abgasrückführleitung mit einer Abgassammelleitung des Abgassystems in Strömungsrichtung vor der Turbine des Abgasturboladers verschaltet ist, dass in der Abgasrückführleitung vor der ersten Stufe des Abgaskühlers ein Abgasrückführventil eingeschaltet ist und dass in einer Weiterführungsleitung zu der zweiten Stufe des Abgaskühlers ein Rückschlagventil eingesetzt ist. Durch diese Ausgestaltung wird ein aufwendiger eigener Verdichter für das zurück- geführte Abgas entbehrlich und durch den Einsatz des Rückschlagventils werden die in dem Abgassystem herrschenden Druckpulsationen zur Dar- Stellung einer ausreichenden Abgasrückführrate ausgenutzt. Dabei ist ein wesentlicher Aspekt zur Erreichung der geforderten Rückführraten die Anordnung des Rückschlagventils zwischen der ersten Stufe des Abgaskühlers und der zweiten Stufe des Abgaskühlers. Diese Anordnung nutzt die an dieser Stelle ausgeprägte Pulsation des Abgases zu einer Realisierung einer gewünschten Abgasrückführrate bei allen Betriebszuständen und Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine aus. Eine Anordnung des Rückschlagventils hinter der zweiten Stufe des Abgaskühlers würde zu geringeren Rückführraten führen, da aufgrund der vorhandenen Leitungs- und Kühler-Volumina bis zu dieser Stelle die Pulsation deutlich abgebaut ist. Zusätzlich ist durch Versuche herausgefunden worden, dass sich durch die Massenträgheit der größeren Abgasrückführungsmasse im Abgasrück- führsystem im Dynamikbetrieb das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine und die Regelbarkeit der Abgasrückführrate verschlechtert. Schließlich steigt bei relativ tiefen Temperaturen hinter der zweiten Stufe des Abgaskühlers die Verkokungsneigung des Rückschlagventils. Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Verschaltung des Rückschlagventils zwischen der ersten Stufe des Abgaskühlers und der zweiten Stufe des Abgaskühlers vermieden. Besonders vorteilhaft ist hier eine Anordnung des Rückschlagventils direkt an dem Ausgang der ersten Stufe des Abgaskühlers.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Abgasrückführleitung zu der ersten Stufe des Abgaskühlers zweiflutig mit zwei eingeschalteten Abgasrückführ- ventilen ausgebildet. Zusammen mit der in weiterer Ausgestaltung vorgesehenen zweiflutigen Ausgestaltung der ersten Stufe des Abgaskühlers und auch der Weiterführungsleitung mit jeweils einem zugeordneten Rückschlagventil, werden bis zu den Rückschlagventilen kleine Volumina realisiert, die zu einer Aufrechterhaltung und Ausnutzung der Pulsationen in der Abgasströmung genutzt werden. Dieser Effekt wird noch weiter ausgenutzt, wenn die Abgassammelleitung, ebenfalls zweiflutig ausgestaltet, mit jeweils einer gleichen Anzahl nebeneinander liegender Zylinder und voneinander getrennten Einlaufen in die Turbine des Abgasturboladers verschaltet ist. Dadurch werden Pulsationen in dem Abgasstrom gezielt zu den Rückschlagventilen weitergeführt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Weiterführungsleitun- gen hinter den Rückschlagventilen zu einer einflutigen Leitung zusammengeführt und diese Leitung mündet unter Durchströmung der zweiten Stufe des Abgaskühlers in die Frischgasleitung der Brennkraftmaschine ein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungs- beschreibung zu entnehmen, in der ein in der Figur dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
Eine in dem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellte Brennkraftmaschine ist eine 6-zylindrige selbstzündende Brennkraftmaschine in Reihen- bauart, die ein Frischgassystem und ein Abgassystem aufweist. Das Frischgassystem weist eine Ladeluftleitung 2 auf, die alle Einlasskanäle der einzelnen Zylinder miteinander und über einen Ladeluftkühler 3 mit dem Verdichter 4 eines Abgasturboladers 5 verbindet. Die zugehörige Turbine 6 des Abgasturboladers 5 wird von den Abgasen der Brennkraftma- schine angetrieben, wobei die Abgase von den Auslasskanälen im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 über Abgassammelleitungen 7a, 7b zu zwei getrennten Einlaufen in die Turbine 6 geführt sind. Die beiden Abgassammelleitungen 7a, 7b sind jeweils drei nebeneinander liegenden Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet.
Von den Abgassammelleitungen 7a, 7b zweigen Abgasrückführleitungen 8a, 8b ab, die Abgas aus den Abgassammelleitungen 7a, 7b entnehmen und über jeweils in den Abgasrückführleitungen 8a, 8b eingeschalteten Ab- gasrückführventilen 9a, 9b der ersten Stufe 10a, 10b eines zweistufigen Abgaskühlers zuführen. Aus der jeweils ersten Stufe 10a, 10b des Abgaskühlers gelangt das gekühlte Abgas über direkt hinter der ersten Stufe 10a, 10b in Weiterführungsleitungen 12a, 12b eingesetzte Rückschlagventile 11a, 11 b in eine einflutige Rückführleitung 13. Die Rückführleitung 13 leitet das zurückgeführte Abgas weiter über die zweite Stufe 14 des Abgasküh- lers zurück in die Ladeluftleitung 2. Die erste Stufe 10a, 10b des Abgaskühlers ist, ebenso wie die zweite Stufe 14, wassergekühlt, es kann aber auch vorgesehen sein, insbesondere die zweite Stufe mit Kühlluft zu kühlen. Die erste Stufe 10a, 10b kühlt das Abgas auf Temperaturen < als 180 0C und die zweite Stufe je nach der Temperatur des Kühlwassers des Niedertemperaturkreises auf eine Temperatur im Bereich von 70 0C oder geringer.
Bezugszeichen
1 Brennkraftmaschine
2 Ladeluftleitung
3 Ladeluftkühler
4 Verdichter
5 Abgasturbolader
6 Turbine
7a, 7b Abgassammelleitung
8a, 8b Abgasrückführleitung
9a, 9b Abgasrückführventil
10a , 10b Stufe I
1 1 a , 11 b Rückschlagventil
12a , 12b Weiterführungsleitung
13 Rückführleitung
14 Stufe Il

Claims

A N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung zur gekühlten Rückführung von Abgas einer mittels eines Abgasturboladers aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine ein Frischgassystem und ein Abgassystem aufweist, die über eine Abgasrückführleitung mit zweistufigem Abgaskühler miteinander ver- bunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (8a, 8b) mit einer Abgassammelleitung (7a, 7b) des Abgassystems in Strömungsrichtung vor der Turbine (6) des Abgasturboladers (5) verschaltet ist, dass in der Abgasrückführleitung (8a, 8b) vor der ersten Stufe (10a, 10b) des Abgasküh- lers ein Abgasrückführventil (9a, 9b) eingeschaltet ist und dass in einer Weiterführungsleitung (12a, 12b) zu der zweiten Stufe (14) des Abgaskühlers ein Rückschlagventil (11a, 11 b) eingesetzt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (8a, 8b) zu der ersten Stufe (10a, 10b) des Abgaskühlers zweiflutig mit zwei eingeschalteten Abgasrückführventilen (9a, 9b) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe (10a, 10b) des Abgaskühlers zweiflutig ausgestaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterführungsleitung (12a, 12b) zwei- flutig mit jeweils einem zugeordneten Rückschlagventil (11a, 11 b) ausgestaltet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterführungsleitung (12a, 12b) hinter den Rückschlagventilen (11 a, 1 1 b) zu einer einflutigen Rückführleitung (13) zusammengeführt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgassammelleitung (7a, 7b) zweiflutig ausgestaltet mit jeweils einer gleichen Anzahl nebeneinander liegender Zy- linder und voneinander getrennten Einlaufen in die Turbine (6) verschaltet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (13) in das Frischgas- system hinter einem den Verdichter (4) des Abgasturboladers (5) nachgeschalteten Ladeluftkühler (3) einmündet.
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