AT508180B1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

österreichisches Patentamt AT508180B1 2011-09-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Einlasssystem, einem Auslasssystem und einem Abgasrückführsystem, sowie mit zumindest einem Abgasturbolader mit einer Abgasturbine und einem Verdichter, wobei einer ersten Gruppe von Zylindern ein erster Einlassstrang und ein erster Auslassstrang und einer zweiten Gruppe von Zylindern ein zweiter Einlassstrang und ein zweiter Auslassstrang zugeordnet ist, wobei eine erste Abgasrückführleitung von einem ersten Abgasstrang stromaufwärts der Abgasturbine des Abgasturboladers abzweigt und in einen ersten Einlassstrang stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers einmündet, und wobei eine zweite Abgasrückführleitung von einem zweiten Abgasstrang stromaufwärts der Abgasturbine abzweigt und in einen zweiten Einlassstrang stromabwärts des Verdichters einmündet, wobei der erste Einlassstrang ein erstes Resonanzrohr und der zweite Einlassstrang ein zweites Resonanzrohr aufweist.
[0002] Aus der DE 19858771 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader und zwei Gruppen von Zylindern bekannt, wobei zu jeder Gruppe eine Ladeluftleitung führt. In jeder Ladeluftleitung ist eine Düse-Diffusoreinheit angeordnet, in welcher jeweils eine Abgasrückführleitung einmündet.
[0003] Die DE 10 2007 036 937 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit einer zweiflutigen Abgasturbine. Die Brennkraftmaschine weist zwei Gruppen von Zylinder auf. Über eine Schaltvorrichtung sind die beiden Gruppen von Zylinder mit den beiden Fluten der Abgasturbine verbindbar.
[0004] Aus der JP 2008/185008 A2 ist eine Brennkraftmaschine mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von Zylindern bekannt, wobei jeder Gruppe von Zylindern ein Einlassstrang, ein Auslassstrang und ein Hochdruck-Abgasrückführsystem zugeordnet ist. Die Abgasführleitungen münden dabei am Ende von Resonanzrohren in die beiden Einlassstränge ein. Um eine Abgasrückführung zu ermöglichen, sind dabei in den Abgasrückführleitungen vor den Einmündungsstellen Rückschlagventile angeordnet.
[0005] Trotz Resonanzrohre können bei niedriger Motordrehzahl und/oder hoher Last nur geringe Abgasrückführraten ermöglicht werden.
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art auf möglichst einfache Weise hohe Abgasrückführraten insbesondere bei niedriger Motordrehzahl und hoher Last zu erreichen.
[0007] Erfindungsgemäß wird dies dadurch ermöglicht, dass die Einmündungen der ersten und zweiten Abgasrückführleitungen in den ersten bzw. zweiten Einlassstrang - in Strömungsrichtung betrachtet - am Beginn der ersten bzw. der zweiten Resonanzrohre angeordnet sind.
[0008] Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn im Einlassstrang zumindest ein Ladeluftkühler und im Abgasrückführsystem zumindest ein erster Abgasrückführkühler angeordnet ist, wobei vorzugsweise der erste Abgasrückführkühler als Niedertemperaturkühler ausgeführt ist. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, dass stromaufwärts des ersten Abgasrückführkühlers ein vorzugsweise als Hochtemperaturabgaskühler ausgebildeter zweiter Abgasrückführkühler angeordnet ist. Ladeluftkühler und Abgasrückführkühler können in einem gemeinsamen Bauteil angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mündungsbereiche der ersten und zweiten Abgasrückführleitungen in den ersten und zweiten Einlassstrang und der erste Abgasrückführkühler in einem gemeinsamen Bauteil integriert sind.
[0009] Durch die Zusammenfassung von Elementen in einem gemeinsamen Bauteil können Platz- und Bauteile gespart werden.
[0010] Die Verwendung von kombinierten Bauteilen - wobei Abgasrückführkühler, eventuell auch der Ladeluftkühler, sowie die Mündungsbereiche der Abgasrückführleitungen in die Ladeluftleitungen in einem einzigen Bauteil untergebracht sind - erleichtert es, die relativ langen Resonanzrohre zu verbauen. 1 /4 österreichisches Patentamt AT508 180 B1 2011-09-15 [0011] Dadurch, dass die Mündungsbereiche der Abgasrückführleitungen am Beginn der Resonanzrohre angeordnet sind, ergibt sich eine geeignete Resonanz im Abgasrückführsystem und im Einlasssystem und eine gleichzeitige Erhöhung der Abgasrückführmenge bei Erhaltung des Luftverhältnisses. Somit kann im gewünschten Kennfeldbereich die Abgasrückführrate im Vergleich zu bekannte Systemen wesentlich erhöht werden, ohne dass die Ladungswechselarbeit ansteigt. Die Steigerung der Abgasrückführrate erfolgt bei der vorliegenden Erfindung somit verbrauchsneutral.
[0012] Das Luftverhältnis kann erhalten werden, ohne dass die Turbine des Abgasturboladers verkleinert werden muss. Die Verwendung einer relativ großen Turbine bewirkt wesentliche Verbrauchsvorteile bei hoher Motordrehzahl.
[0013] Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Einmündungen am Beginn der Resonanzrohre ist, dass aufgrund der langen Mischstrecke und der geteilten Einlasssammler eine optimale Verteilung des rückgeführten Abgases in der Ladeluft erreicht werden kann.
[0014] Rückschlagventile in den Abgasrückführleitungen können eventuell verwendet werden und bewirken eine Verstärkung des Resonanzeffektes, sind aber nicht zwingend notwendig.
[0015] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
[0016] Es zeigen [0017] Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine und [0018] Fig. 2 Luftzahl λ und Kraftstoffverbrauch über der Abgasrückführrate aufgetragen.
[0019] Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 weist zwei Gruppen A, B von Zylindern 2, ein Einlasssystem 3, ein Auslasssystem 4 und ein Abgasrückführsystem 5 auf. Mit Bezugszeichen 6 ist ein Abgasturbolader mit einer zweiflutigen Abgasturbine 7 im Auslasssystem 4 und einem Verdichter 8 im Einlasssystem 3 bezeichnet. Stromaufwärts des Verdichters 8 ist ein Luftfilter 9 angeordnet. Stromabwärts der Abgasturbine 7 können Abgasnachbehandlungseinrichtungen 10 vorgesehen sein.
[0020] Jeder Gruppe A, B von Zylindern 2 ist ein Einlasssammler 11a, 11b und ein Auslasssammler 12a, 12b zugeordnet. Vom ersten Einlasssammler 11a führt ein erster Abgasstrang 13a zum Abgasturbolader 7. Weiters führt ein zweiter Abgasstrang 13b zum Abgasturbolader 7.
[0021] Anstelle einer zweiflutigen Abgasturbine 7 kann für jeden der beiden Abgasstränge 13a, 13b ein separater Abgasturbolader vorgesehen sein.
[0022] Weiters geht von jedem Auslasssammler 12a, 12b eine erste bzw. zweite Abgasrückführleitung 14a, 14b des Abgasrückführsystem 5 aus, wobei in den Abgasrückführleitungen 14a, 14b ein Hochtemperatur-Abgaskühler 15 und ein Niedertemperatur-Abgaskühler 16 angeordnet ist. Mit Bezugszeichen 17a, 17b sind in Abgasrückführleitungen 14a, 14b angeordnete Abgasrückführventile bezeichnet, welche stromaufwärts des Hochtemperatur-Abgasrückführkühlers 15 positioniert sein können. Am Austritt des Hochtemperatur-Abgasrückführkühlers können eventuell Rückschlagventile 18 vorgesehen sein. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann für beide Abgasrückführleitungen 14a, 14b ein gemeinsamer Niedertemperatur-Abgaskühler 16 bzw. ein gemeinsamer Hochtemperatur-Abgaskühler 15 vorgesehen sein.
[0023] Weiters ist jedem Einlasssammler 11a, 11b ein Einlassstrang 19a, 19b zugeordnet, wobei sich die beiden Einlassstränge 19a, 19b stromabwärts eines Ladeluftkühlers 20 verzweigen. Zumindest ein Teil der beiden Einlassstränge 19a, 19b ist durch schwingungsfähige Resonanzrohre 21a, 21b gebildet. Wesentlich ist, dass die Mündungsbereiche 22 der beiden Abgasrückführleitungen 14a, 14b in das Einlasssystem 3 am Beginn der Resonanzrohre 21a, 21b der beiden Einlassstränge 19a, 19b angeordnet sind. Dies ermöglicht besonders hohe Abgasrückführraten, insbesondere bei niedriger Motordrehzahl, wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht.
[0024] Um eine möglichst kompakte Ausführung zu ermöglichen, können Niedertemperatur-Abgaskühler 16 und die Mündungsbereiche 22 der beiden Abgasrückführleitungen 14a, 14b in die Resonanzrohre 21a, 21b in einem einzigen Bauteil 23 integriert werden. Besonders vorteil- 2/4

Claims (7)

  1. österreichisches Patentamt AT508 180 B1 2011-09-15 haft ist es, wenn auch der Ladeluftkühler 20 in den Bauteil 23 integriert ist. Dies erleichtert es, die relativ langen Resonanzrohre 21a, 21b zu verbauen. [0025] In Fig. 2 ist das Verbrennungsluftverhältnis λ sowie der spezifische Kraftstoffverbrauch über der Abgasrückführrate EGR aufgetragen. Die Kurven 31, 32 und 33 stellen dabei Betriebsbereiche mit niedriger Drehzahl, mittlerer Drehzahl bzw. hoher Drehzahl dar. Die Punkte 31a, 32a und 33a bezeichnen die Basisbereiche, in welchen keine Resonanzunterstützung stattfindet. In den Punkten 31b, 32b und 33b ist dagegen die Resonanz voll ausgeprägt. Deutlich ist zu erkennen, dass insbesondere im niederen Drehzahlbereich 31 im Resonanzfall wesentlich höhere Abgasrückführraten EGR zu erzielen sind, als im resonanzfreien Fall. Patentansprüche 1. Brennkraftmaschine (1) mit einem Einlasssystem (3), einem Auslasssystem (4) und einem Abgasrückführsystem (5), sowie mit zumindest einem Abgasturbolader (6), mit einer Abgasturbine (7) und einem Verdichter (8), wobei einer ersten Gruppe (A) von Zylindern (2) ein erster Einlassstrang (19a) und ein erster Auslassstrang (13a) und einer zweiten Gruppe (B) von Zylindern (2) ein zweiter Einlassstrang und ein zweiter Auslassstrang (13b) zugeordnet ist, wobei eine erste Abgasrückführleitung (14a) von einem ersten Abgasstrang (13a) stromaufwärts der Abgasturbine (7) abzweigt und in einen ersten Einlassstrang (19a) stromabwärts des Verdichters (8) einmündet, und wobei eine zweite Abgasrückführleitung (14b) von einem zweiten Abgasstrang (13b) stromaufwärts der Abgasturbine (7) abzweigt und in einen zweiten Einlassstrang (19b) stromabwärts des Verdichters (8) einmündet, wobei der erste Einlassstrang (19a) ein erstes Resonanzrohr (21a) und der zweite Einlassstrang (19b) ein zweites Resonanzrohr (21b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsbereiche (22) der ersten und zweiten Abgasrückführleitungen (14a, 14b) in den ersten bzw. zweiten Einlassstrang (19a, 19b) - in Strömungsrichtung gesehen - am Beginn der ersten bzw. der zweiten Resonanzrohre (21a, 21b) angeordnet sind.
  2. 2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Einlasssystem (3) zumindest ein Ladeluftkühler (20) und im Abgasrücksystem (5) zumindest ein erster Abgasrückführkühler angeordnet ist, wobei vorzugsweise der erste Abgasrückführkühler als Niedertemperatur-Abgaskühler (16) ausgeführt ist.
  3. 3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ladeluftkühler (20) und Abgasrückführkühler in einem gemeinsamen Bauteil (23) angeordnet sind.
  4. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsbereiche (22) der ersten und zweiten Abgasrückführleitungen (14a, 14b) in den ersten und zweiten Einlassstrang (19a, 19b) und der erste Abgasrückführkühler in einem gemeinsamen Bauteil integriert sind.
  5. 5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (7) mehrflutig ausgebildet ist, wobei eine erste Flut mit dem ersten Abgasstrang (13a) und ein zweite Flut mit dem zweiten Abgasstrang (13b) verbunden ist.
  6. 6. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des ersten Abgasrückführkühlers ein vorzugsweise als Hochtempera-tur-Abgaskühler (15) ausgebildeter zweiter Abgasrückführkühler angeordnet ist.
  7. 7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperatur-Abgaskühler (16) und/oder der Hochtemperatur-Abgaskühler (15) für beide Abgasrückführleitungen (14a, 14b) gemeinsam ausgebildet ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 3/4
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