AT3761U1 - Brennkraftmaschine, insbesondere diesel-brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Brennraum (5), mit einem zumindest einen Einlaßsammler (2) aufweisenden Einlaßsystem (1), mit einem zumindest einen Abgasstrang (14) aufweisenden Auslaßsystem (15) und einem Abgasrückführsystem (16) zur Rückführung von Abgasen in das Einlaßsystem (1), wobei das Abgasrückführsystem (16) mindestens eine Abgasrückführleitung (17) mit einem Abgasrückführventil (19) aufweist. Um auf möglichst einfache Weise und bei guter Kraftstoffausnutzung den NO`X -Ausstoß zu reduzieren, ist vorgesehen, daß die Abgasrückführleitung (17) direkt vom Brennraum (5) abzweigt, wobei das Abgasrückführventil (19) vorzugsweise im Bereich der Abzweigung (18) angeordnet ist.

Description

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  Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Brennraum, mit einem zumindest einen Einlasssammler aufweisenden Ein- lasssystem, mit einem Auslasssystem und einem zumindest einen Abgasstrang aufweisenden Abgasrückführsystem zur Rückführung von Abgasen in das Einlasssystem, wobei das Abgas- rückführsystem mindestens eine Abgasrückführleitung mit einem   Abgasrückführventil   auf- weist. 



  Um den verschärften Abgas-Emissions-Gesetzgebungen Rechnung zu tragen und gleichzeitig bestmögliche Kraftstoffverbräuche zu realisieren, ist es bekannt, bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen, der von Motor angesaugten Frischluft eine gewisse Menge an gekühltem Abgas beizumischen. Dadurch wird bei guter Kraftstoffausnut- zung der NOx-Ausstoss des Motors auf das vom Gesetzgeber geforderte Mass reduziert. 



  Bei aufgeladenen Nutzfahrzeug-Diesel-Brennkraftmaschinen ist der mittlere Druck im Ab- gaskrümmer - abhängig von der Motorgrösse und dem Drehzahlband - über eine weite Dreh- zahl- und Lastspanne geringer, als auf der Ansaugseite. Durch eine Verbindungsleitung zwi- schen Abgaskrümmer und Ansaugseite würde kein Abgas in den Saugbereich der Zylinder gelangen. 



  Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auf möglichst einfache Weise bei guter Kraft- stoffausnutzung den NOx-Ausstoss des Motors zu vermindern. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Abgasrückführleitung direkt vom Brennraum abzweigt, wobei das Abgasrückführventil vorzugsweise im Bereich der Abzwei- gung angeordnet ist. Durch das im Vergleich zu den Ein- und Auslassventilen kleine Abgas- rückführventil, welches in der vorzugsweise durch een Zylinderkopf gebildeten Brennraum- decke angeordnet sein kann, können unter hohem Druck stehende Abgase direkt aus dem Brennraum am Ende des Hochdruckprozesses entnommen werden. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Abgasrückführventil elektrisch betätigbar ist. Die Betätigung kann dabei über ein elektromagnetisches oder piezoelektrisches Betätigungsorgan erfolgen. Das Abgas- rückführventil wird dabei über eine elektronische Steuerung und unabhängig von der Einlass- und Auslassventilsteuerung betätigt. 



  Weiters ist vorgesehen, dass das Abgasrückführsystem eine Abgassammelleitung aufweist, und dass zumindest zwei von jeweils einem Brennraum ausgehende Abgasrückführleitungen in die Abgassammelleitung münden, welche vorzugsweise über einen Abgasrückführkühler mit dem Einlasssystem verbunden ist. Wird das Abgasrückführventil während der Ausschub- phase, beispielsweise bei 180  Kurbelwinkel, geöffnet, entweicht Abgas aufgrund der zu diesem Zeitpunkt herrschenden positiven Druckdifferenz zwischen dem Brennraum und dem Ansaugsystem durch die Abgasrückführleitung in die Abgassammelleitung, welche bei- spielsweise ausserhalb des Zylinderkopfes sein kann. Diese fasst das ausströmende Abgas jedes 

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 einzelnen Zylinders zusammen und mündet in einen Abgasrückführkühler.

   Stromabwärts des Abgasrückführkühlers wird das Abgas in das Einlasssystem geführt, um wiederum in die Zylinder zu gelangen. Je nach Erfordernis kann das Abgas auch nur an einem oder an wenigen oder an allen Zylindern entnommen werden. 



  Besonders günstig ist es, wenn das Abgasrückführventil kennfeldgesteuert betätigbar ist. 



  Sowohl die Anzahl der Entnahmen als auch die Steuerzeiten des   Abgasrückführventiles   sind Optimierungskriterien in Abhängigkeit vom Motorkonzept. Durch die freie Wählbarkeit der Öffnungszeiten des Abgasrückführventiles kann das System kennfeldgesteuert an alle Be- triebspunkte optimal angepasst werden. Auf diese Weise lassen sich optimale Abgasrück- führraten für besten Verbrauch bei Strassenlast erreichen und auch strengste Abgasnormen erfüllen. 



  In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abgasrückführsystem über zumindest eine Verbindungsleitung mit dem Auslasssystem ver- bindbar ist, wobei die Verbindungsleitung vorzugsweise stromaufwärts des   Abgasrückfiihr-   kühlers vom Abgasrückführsystem ausgeht und, vorzugsweise stromaufwärts einer Ab- gasturbine, in den Abgasstrang des Auslasssystemes einmündet. Durch diese Verbindung zwischen Abgasrückführsystem und Auslasssystem kann das Abgasrückführventil die Funk- tion einer Auspuffbremse mit übernehmen.

   In diesem Zusammenhang ist es besonders vor- teilhaft, wenn vorzugsweise stromabwärts der Abgassammelleitung ein Steuerorgan vorgese- hen ist, über welches die Abgassammelleitung mit dem Abgasrückführsystem oder mit dem Auslasssystem strömungsverbindbar ist. Über das beispielsweise als Klappe ausgeführte Steu- erorgan, kann abhängig vom Betriebspunkt (Fahr- oder Schubbetrieb) das Abgas entweder in den Abgasrückführkühler oder alternativ in den Abgasstrang vor einer eventuellen Ab- gasturbine geleitet werden. 



  Verglichen mit bekannten Abgasrückführsystemen und separaten Auspuffbremssystemen nimmt die erfindungsgemässe Lösung einen äusserst geringen Platzbedarf ein. 



  Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 



  Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einer Schemadarstellung, Fig. 2 einen Zylinderkopf der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine aus der Seite des Brennraumes, Fig. 3 diesen Zylinderkopf in einem Schnitt gemäss der Linie   III-III   in Fig. 2 und Fig. 4 eine Detailansicht des Zylinderkopfes im Schnitt bei demontiertem Auslassventil. 



  In Fig. 1 ist die vorzugsweise mehrzylindrig ausgeführte Brennkraftmaschine schematisch dargestellt. Die Brennkraftmaschine weist ein Einlasssystem 1 mit einem Einlasssammler 2 auf, welcher über jeweils zwei Einlasskanäle 3,4 mit dem Brennraum 5 eines Zylinders 6 verbun- den ist. Die Einlasskanäle 3,4 münden über im Zylinderkopf 9 angeordnete Einlassventile 7,8 in den Brennraum 5 der Brennkraftmaschine. Wie Fig. 2 zeigt, sind im Zylinderkopf 9 weiters pro Zylinder 6 zwei weitere Auslassventile 10, 11angeordnet, über welche der Brennraum 5 mittels Auslasskanälen 12,13 mit einem Abgassammler bzw. Abgasstrang 14 eines Auslass- systems 15 verbindbar ist. 

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  Die Brennkraftmaschine weist weiters ein   Abgasrückführsystem   16 mit mindestens einer Ab-   gasrückruhrleitung   17 auf, welche direkt vom Brennraum 5 abzweigt. Im Bereich der Ab- zweigung 18 ist dabei in der   Abgasrückführleitung   12 ein Abgasrückführventil 19 vorgese- hen. 



  Das   Abgasrückführventil   19 ist - wie die Einlassventile 7,8 und die Auslassventile 10,11 - in der durch den Zylinderkopf 9 gebildeten Brennraumdeckfläche 20 angeordnet, wie aus den Fig. 2 bis 4 hervorgeht, und vorteilhafterweise als in den Brennraum 5 öffnendes Hubventil ausgebildet. Die Betätigung kann dabei mechanisch, hydraulisch oder elektrisch erfolgen. Das Abgasrückführsystem 16 weist weiters eine Abgassammelleitung 21 auf, in welche die aus den Brennräumen 5 kommenden   Abgasrückführleitungen   17 einmünden. Die Abgas- sammelleitung 21 führt zu einem   Abgasrückführkühler   22 und von diesem weiter zurück in das Einlasssystem 1, beispielsweise in den Einlasssammler 2. 



  Besonders bei elektrischer, insbesondere piezoelektrischer oder elektromagnetischer Betäti- gung des Abgasrückführventiles 19 ist eine besonders flexible Regelung in Abhängigkeit des Motorkennfeldes möglich, so dass die Abgasrückführung unabhängig von den Steuerzeiten der Auslassventile 10, 11erfolgen kann. Je nach Erfordernis kann das Abgas nur an einem oder an wenigen Zylindern entnommen werden. Sowohl die Anzahl der Entnahmen, als auch die Steuerzeiten des Abgasrückführventiles 19 sind Optimierungskriterien in Abhängigkeit vom Motorkonzept und der Aufgabenstellung. Durch die freie Wählbarkeit der Öffnungszeiten des   Abgasrückführventiles   19 können optimale Abgasrückführraten für besten Verbrauch bei Strassenlast und zur   Erfüllung   strengster Abgasnormen realisiert werden. 



  Ist das   Abgasrückführsystem   16 stromaufwärts des Abgasrückführkühlers 22 über eine Ver- bindungsleitung 23 mit dem Auslasssystem 15 verbindbar, so kann das Abgasrückführventil 19 auch als Drosselventil für eine Motorbremse eingesetzt werden. Um dies zu erreichen, ist stromabwärts des Abgasstranges 14 und stromaufwärts der Abgassammelleitung 21 ein Steu- erorgan 24 vorgesehen, welches abhängig vom Betriebspunkt das Abgas in den Abgasrück-   führkühler   22 oder in den Abgasstrang 14 stromaufwärts der Abgasturbine 25 des Abgastur- boladers 26 leitet. Vom Abgasturbolader 26 gelangt das Abgas weiter in den Auspuff 28 und weiter ins Freie. 



  Die Ansaugluft gelangt über den Luftfilter 29, den Verdichter 27 des Abgasturboladers 26 und den Ladeluftkühler 30 in den Einlasssammler 2. 



  Das beschriebene Abgasrückführsystem mit integrierter Motorbremse benötigt im Vergleich mit bekannten Systemen relativ geringen Platzbedarf und gestattet es auf einfache Weise und bei guter Kraftstoffausnutzung, den   NOx-Ausstoss   zu reduzieren.

Claims (7)

1. ANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Brennraum (5), mit einem zumindest einen Einlasssammler (2) aufweisenden Einlass- system (1), mit einem zumindest einen Abgasstrang (14) aufweisenden Auslasssystem und einem Abgasrückführsystem (16) zur Rückführung von Abgasen in das Einlass- system (1), wobei das Abgasrückführsystem (16) mindestens eine Abgasrückführleitung (17) mit einem Abgasrückführventil (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (17) direkt vom Brennraum (5) abzweigt, wobei das Abgasrück- führventil (19) vorzugsweise im Bereich der Abzweigung (18) angeordnet ist.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrück- führventil (19) in der vorzugsweise durch einen Zylinderkopf (9) gebildeten Brennraum- decke (20) angeordnet ist.
3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ab- gasrückfiihrventil (19) elektrisch betätigbar ist.
4. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückfiihrsystem (16) eine Abgassammelleitung (21) aufweist, und dass zumin- dest zwei von jeweils einem Brennraum (5) ausgehende Abgasrückführleitungen (17) in die Abgassammelleitung (21) münden, welche vorzugsweise über einen Abgasrück- führkühler (22) mit dem Einlasssystem (1), vorzugsweise mit dem Einlasssammler (2), verbunden ist.
5. 5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückfiihrventil (19) kennfeldgesteuert betätigbar ist.
6. 6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführsystem (16) über zumindest eine Verbindungsleitung (23) mit dem Auslasssystem (15) verbindbar ist, wobei die Verbindungsleitung (23) vorzugsweise stromaufwärts des Abgasrückführkühlers (22) vom Abgasrückführsystem (16) ausgeht und, vorzugsweise stromaufwärts einer Abgasturbine (25) in den Abgasstrang (14) des Auslasssystemes (15) einmündet.
7. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise stromabwärts der Abgassammelleitung (21) ein Steuerorgan (24) vorgesehen ist, über welches die Abgassammelleitung (21) mit dem Abgasrückführsystem (16) oder mit dem Auslasssystem (15) strömungsverbindbar ist.