AT523712B1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1), mit mehreren Zylindern (2), mit einem Einlasssystem (10), einem Auslasssystem (20) und einem Abgasrückführsystem (40), wobei jeder Zylinder (2) einer ersten Zylindergruppe (3) oder einer zweiten Zylindergruppe (4) zugeordnet ist und von jedem Zylinder (2) zumindest ein erster Auslasskanal (31) und zumindest ein zweiter Auslasskanal (32) ausgeht, wobei das Auslasssystem (20) einen mit den ersten Auslasskanälen (31) der ersten Zylindergruppe (3) strömungsverbundenen ersten Abgassammler (21) und einen mit den ersten Auslasskanälen (31) und den zweiten Auslasskanälen (32) der zweiten Zylindergruppe (4) verbundenen zweiten Abgassammler (22) aufweist, wobei vom ersten Abgassammler (21) eine erste Abgasleitung (23) und vom zweiten Abgassammler (22) eine zweite Abgasleitung (24) ausgeht und die beiden Abgasleitungen (23, 24) zu zumindest einer Abgasturbine (25) führen, und zumindest zwei zweite Auslasskanäle (32) der ersten Zylindergruppe (3) mit einer zu einer Ladeluftleitung (14) des Einlasssystems (10) führenden ersten Abgasrückführleitung (41) des Abgasrückführsystems (40) verbunden sind. Um den Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine (1) bei gleichzeitig hohem thermischen Wirkungsgrad zu vermindern ist vorgesehen, dass die erste Abgasrückführleitung (41) nur mit zweiten Auslasskanälen (32) der Zylinder (2) der ersten Zylindergruppe (3) strömungsverbunden ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit mehreren Zylindern, mit einem Einlasssystem, einem Auslasssystem und einem Abgasrückführsystem, wobei jeder Zylinder einer ersten Zylindergruppe oder einer zweiten Zylindergruppe zugeordnet ist und von jedem Zylinder zumindest ein erster Auslasskanal und zumindest ein zweiter Auslasskanal ausgeht,

wobei das Auslasssystem einen mit den ersten Auslasskanälen der ersten Zylindergruppe strömungsverbundenen ersten Abgassammler und einen mit den ersten Auslasskanälen und den zweiten Auslasskanälen der zweiten Zylindergruppe verbundenen zweiten Abgassammler aufweist,

wobei vom ersten Abgassammler eine erste Abgasleitung und vom zweiten Abgassammler eine zweite Abgasleitung ausgeht und die beiden Abgasleitungen zu zumindest einer Abgasturbine eines Abgasturboladers führen, und

wobei zumindest zwei zweite Auslasskanäle der ersten Zylindergruppe mit einer zu einer Ladeluftleitung des Einlasssystems führenden ersten Abgasrückführleitung des Abgasrückführsystems verbunden sind, wobei die erste Abgasrückführleitung nur mit zweiten Auslasskanälen der Zylinder der ersten Zylindergruppe strömungsverbunden ist.

[0002] Bei Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführsystemen (AGR) kann Abgas bei negativem Spülgefälle, bei dem der Druck vor der Abgasturbine größer ist als der Druck im Saugrohr, relativ einfach in ein Einlasssystem rückgeführt werden.

[0003] Verbrauchsoptimale Turbolader-Ausliegungen führen jedoch im Hauptbetriebsbereich zu einem positiven Spülgefälle. Hier ist es nur mit zusätzlichen Maßnahmen möglich Abgas rückzuführen: Eine Variante sieht dazu im Abgasrückführpfad eingebaute Rückschlagventile vor, mit deren Hilfe die bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine im Abgaskrümmer vorhandenen Druckstöße auch bei einem generell positiven Spülgefälle eine Abgasrückführung generieren. Eine andere Variante besteht im Vorsehen von einem oder mehreren ausschließlich mit dem Abgasrückführsystem verbundenen Zylindern (Spenderzylinder), welche zwangsweise rückzuführendes Abgas fördern. Dies führt jedoch zu einer unregelmäßigen Beaufschlagung der Turbine des Abgasturboladers und auch zu einer unregelmäßigen Abgasrückführung.

[0004] Aus der WO 2008/090 273 A?2 ist eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader bekannt, wobei von einem Abgassammler ein erster Abgasstrang zu einer Abgasturbine zum Antrieb eines Verdichters und ein zweiter Abgasstrang zur Rückführung von Abgas in den Einlasssammler ausgeht. Im zweiten Abgasstrang ist ein Abgasrückführventil angeordnet, welches synchron mit der Umdrehung der Brennkraftmaschine betätigt wird. Der Abgasmassenstrom wird auf diese Weise nicht kontinuierlich zwischen Abgasturbine und Abgasrückführsystem verteilt, sondern zeitlich getaktet. Auf diese Weise wird der energiereiche Druckstoß beim Öffnen der Auslassventile (Blow-Down) für die Versorgung der Abgasturbine genutzt, der weniger energiehaltige Anteil der Ausschiebephase für die Abgasrückführung. Die Drosselung des Abgasrückführstromes entfällt, die Ladungswechselarbeit ist somit theoretisch null. Der Nachteil dieser Methode ist, dass in der Phase, in der das Abgasrückführventil geöffnet ist, auch immer der Pfad zur Abgasturbine geöffnet ist. Es kann somit in manchen Betriebspunkten zu ungünstigen Druck/Strömungsverhältnissen kommen, wodurch die transportierte Abgasrückführmenge zu gering ist. Das beschriebene System bietet keine Möglichkeit in diesem Fall weiteren Einfluss auszuüben.

[0005] Weiters ist aus der DE 199 06 463 C1 ein aufgeladener Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung in eine Ladeluftleitung bekannt, aus der die Zylinder des Motors mit verdichteter Ladeluft gespeist werden. Der Abgasdruck in der Auslassleitung des Motors ist dabei durchschnittlich niedriger als der Ladedruck. Um die Einstellung hoher Abgasrückführungsraten bei hohem Wirkungsgrad des Motors zu ermöglichen, ist als Steuerventil für die Abgasrückführung einem oder mehreren Zylindern ein zusätzliches Auslassventil zugeordnet, welches unabhängig von den Gaswechselventilen des Zylinders ansteuerbar ist und welches einen mit der Ladeluftleitung in Verbindung stehenden Abgaskanal während des Auslasstaktes des Zylinders bedarfsweise Öff-

net.

[0006] Weiters ist aus der AT 003 761 U1 eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Brennraum, mit einem zumindest einen Einlasssammler aufweisenden Einlasssystem, mit einem zumindest einem Abgasstrang aufweisenden Auslasssystem und einem Abgasrückführsystem zur Rückführung von Abgasen in das Einlasssystem bekannt, wobei das Abgasrückführsystem mindestens eine Abgasrückführleitung mit einem Abgasrückführventil aufweist. Die Abgasrückführleitung zweigt dabei direkt vom Brennraum ab, wobei das Abgasrückführventil im Bereich der Abzweigung angeordnet ist. Durch die im Vergleich zu den Ein- und Auslassventilen kleinen Abgasrückführventile können unter hohem Druck stehende Abgase direkt aus dem Brennraum am Ende des Hockdruckprozesses entnommen werden.

[0007] Aus der CN 110230556 A ist eine Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern bekannt, welche in zwei Zylindergruppen zu jeweils drei Zylindern aufgeteilt sind. Jeder Zylinder weist zwei Einlass- und zwei Auslassventile auf. Jeder Zylindergruppe ist ein Abgassammler zugeordnet, wobei der Abgassammler über zumindest ein Auslassventil und einen ersten Auslasskanal mit jedem Zylinder der Zylindergruppe verbindbar ist. Von jedem Abgassammler führt eine Auslassleitung zu einer Abgasturbine. Von den beiden äußersten Zylinder jeder Zylindergruppe führt jeweils ein zweiter Auslasskanal zu einem Abgasrückführstrang eines Abgasrückführsystems, wobei sich die beiden Abgasrückführstränge zu einer Abgasrückführleitung vereinigen. Die Abgasrückführleitung mündet in eine Ladeluftleitung. Die beiden Auslasskanäle zweier benachbarter mittlerer Zylinder, welche unterschiedlichen Zylindergruppen angehören, sind nur mit jeweils einem Abgassammler, nicht aber mit dem Abgasrückführsystem verbunden.

[0008] Die AT 507 008 A2 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern, wobei jeder Zylinder zwei Auslasskanäle aufweist. Ein erster Auslasskanal jedes Zylinders führt zu einem für alle Zylinder gemeinsamen Abgassammler. Die zweiten Auslasskanäle aller Zylinder führen zu einer Abgasrückführleitung, welche in einen Einlasssammler mündet.

[0009] Die WO 2015/027335 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern mit einem Einlasssystem, einem Auslasssystem und einem Abgasrückführsystem. Erste Auslasskanäle der Zylinder einer ersten Zylindergruppe münden in einen ersten Abgassammler. Die zweiten Auslasskanäle der Zylinder der ersten Zylindergruppe münden in einen Abgasrückführsammler. Die ersten und zweiten Auslasskanäle der Zylinder einer zweiten Zylindergruppe münden in einen zweiten Abgassammler. Die Abgasrückführleitung ist nur mit den zweiten Auslasskanälen der Zylinder der ersten Zylindergruppe verbunden.

[0010] Die EP 1 138 928 A2 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Einlasssystem und einem Auslasssystem, mit einer ersten Gruppe von Zylindern und einer zweiten Gruppe von Zylindern, wobei die Auslasskanäle jeder Gruppe in einen Abgasstrang münden. Ein Abgasstrang ist über eine gekühlte Abgasrückführleitung und der andere Abgasstrang über eine ungekühlte Abgasrückführleitung mit dem Einlasssystem strömungsverbindbar.

[0011] Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise den Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine bei gleichzeitig hohem thermischen Wirkungsgrad zu vermindern.

[0012] Ausgehend von einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste Abgasrückführleitung und/oder ein Abgasrückführsammler, von dem die erste Abgasrückführleitung ausgeht, über eine Umgehungsleitung mit einer von der Abgasturbine ausgehenden dritten Abgasleitung des Auslasssystems strömungsverbindbar ist.

[0013] Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn bei kaltem Motor und/oder niedrigen Umgebungstemperaturen die Abgasrückführung durch Schließen der Abgasrückführventile unterbrochen werden muss, um die Wasserkonzentration im Einlasssystem, insbesondere dem Saugrohr, deutlich abzusenken - andernfalls besteht die Gefahr, dass Wasser im Saugrohr der Brennkraftmaschine friert und dieses verstopft. Das Öffnen der Umgehungsleitung in so einer Situation reduziert die durch Deaktivieren der Abgasrückführung aufgrund erschwerten Ladungswechsels entstehenden Verbrauchsnachteile.

[0014] Dabei kann insbesondere auch bei positivem Spülgefälle, das bei Verwendung von effizienten Abgasturboladern und damit im Hauptbetriebsbereich der Brennkraftmaschine entsteht, Abgas in ausreichender Menge rückgefördert werden. Mit anderen Worten kann dank der erfindungsgemäßen Anordnung auch bei Verwendung von effizienten Abgasturboladern und damit im Hauptbetriebsbereich der Brennkraftmaschine entstehendem Spülgefälle AGR gefördert werden.

[0015] Die Erfindung ermöglicht damit bei weiterer Effizienzsteigerung des Gesamtmotors die Stickoxid (NOx)-Rohemissionen der Brennkraftmaschine zu abzusenken, insbesondere auf ein für die Abgasnachbehandlung günstiges bzw. bewältigbares Niveau.

[0016] Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass alle zweiten Auslasskanäle der Zylinder der ersten Zylindergruppe in einen Abgasrückführsammler münden, von welchem die erste Abgasrückführleitung ausgeht.

[0017] Zum Unterschied zum Stand der Technik ist also die erste Abgasrückführleitung und/oder der Abgasrückführsammler nur mit den zweiten Auslasskanälen der ersten Zylindergruppe verbunden. Die erste Abgasrückführleitung, vorzugsweise auch der Abgasrückführsammler, ist vom ersten Abgassammler strömungsmäßig vollkommen getrennt. Günstigerweise ist die erste Abgasrückführleitung, vorzugsweise auch der Abgasrückführsammler, auch vom zweiten Abgassammler und von den ersten und zweiten Auslasskanälen der Zylinder der zweiten Zylindergruppe strömungsmäßig vollkommen getrennt. Unter einer strömungsmäßigen Trennung wird hier verstanden, dass zwischen Zylinder und erster Abgasrückführleitung bzw. Abgasrückführsammler einerseits und zwischen Zylinder und erstem, zweitem Abgassammler und den ersten und zweiten Auslasskanälen der Zylinder der zweiten Zylindergruppe andererseits keinerlei Strömungsverbindung besteht, dass es also zu keinerlei Gasaustausch kommen kann.

[0018] In einer Variante der Erfindung bildet die Hälfte aller Zylinder die erste Zylindergruppe und ist mit der ersten Abgasrückführleitung und/oder dem Abgasrückführsammler strömungsverbindbar. Die andere Hälfte der Zylinder - also die Zylinder der zweiten Zylindergruppe - ist von der ersten Abgasrückführleitung und dem Abgasrückführsammler vollkommen getrennt.

[0019] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass in der ersten Abgasrückführleitung zumindest ein Abgasrückführkühler angeordnet ist. Durch die Kühlung des rückgeführten Abgases ist eine weitere Wirkungsgradsteigerung der Brennkraftmaschine möglich.

[0020] Zur Steuerung der Abgasrückführung kann in der ersten Abgasrückführleitung zumindest ein Abgasrückführventil angeordnet sein, wobei vorzugsweise das Abgasrückführventil stromaufwärts des Abgasrückführkühlers platziert ist. Durch die Position des Abgasrückführventils stromaufwärts des Kühlers, also auf dessen „heißer Seite“, kann eine Versottung des Abgasrückführventils wirksam verhindert werden.

[0021] In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Abgassammler über eine zweite Abgasrückführleitung mit dem Einlasssystem strömungsverbindbar ist, wobei vorzugsweise die zweite Abgasrückführleitung direkt in einen Einlasssammler des Einlasssystems einmündet. In einer Variante ist dabei die zweite Abgasrückführleitung ungekühlt und/oder kühlerlos ausgeführt. Durch Vorsehen einer zweiten Abgasrückführleitung kann beispielsweise im Schubbetrieb der Abgasmassenstrom in den Abgasleitungen des Auslasssystems reduziert werden, indem beide Abgasrückführleitungen geöffnet werden, um eine möglichst große Gasmenge im Kreis zu fördern. Falls vorhanden, kann dazu auch eine Ansaugdrossel in Form einer Drosselklappe angestellt werden. Dies hat den Effekt, dass weniger Abgas bei den Abgasnachbehandlungskomponenten ankommt und deren Abkühlen verlangsamt wird, so dass diese bei Beenden des Schubbetriebs sofort oder zumindest rascher wieder einsatzbereit sind. Da bei dieser Konstellation beide Abgassammler zum Einsatz kommen, kann eine deutliche Reduktion des Abgasmassenstroms in den Abgasleitungen erzielt werden. Dieser Effekt lässt sich zwar auch bei Verwendung nur des ersten Abgassammlers erzielen, wird aber durch das Vorsehen einer zweiten Abgasrückführleitung erhöht.

[0022] Des Weiteren kann das ungekühlte, aus dem zweiten Abgassammler rückgeführte Abgas im Leerlauf und/oder niedrigem Teillastbereich zum Aufheizen und Warmhalten der Abgasnach-

behandlungskomponenten genutzt werden.

[0023] Weiters kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die Umgehungsleitung stromabwärts der Abgasturbine und stromaufwärts zumindest einer in der dritten Abgasleitung angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung in die dritte Abgasleitung einmündet. Aufgrund der Einmündung stromabwärts der Abgasturbine kann verhindert werden, dass sich durch den Abgasmassenstrom aus dem Abgasrückführsammler die Drehzahl des Abgasturboladers erhöht. Die Einmündung stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung bewirkt, dass deren Temperieren durch den Abgasmassenstrom dennoch möglich ist.

[0024] Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die erste Abgasrückführleitung stromabwärts einer in der Ladeluftleitung angeordneten Drosselklappe in die Ladeluftleitung des Einlasssystems einmündet.

[0025] Für eine effiziente Abgasrückführung ist es vorteilhaft, wenn die Auslasskanäle über Auslassventile mit den Zylindern strömungsverbindbar sind und den ersten Auslasskanälen erste Auslassventile und den zweiten Auslasskanälen zweite Auslassventile zugeordnet sind. In einer Variante der Erfindung sind dabei die ersten Auslassventile und die zweiten Auslassventile zumindest der ersten Zylindergruppe unterschiedlich ansteuerbar. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Auslassventile der ersten Zylindergruppe - vorzugsweise zumindest die den ersten Auslasskanälen zugeordneten ersten Auslassventile der ersten Zylindergruppe - und die Auslassventile der zweiten Zylindergruppe unterschiedlich ansteuerbar sind. Unter unterschiedlichem Ansteuern ist hier zu verstehen, dass die jeweiligen Ventile mit unterschiedlichen Hubkurven und/oder Offnungs- /Schließzeitpunkten beaufschlagt werden können. Mit anderen Worten sind die Ventile unterschiedlich ansteuerbar, indem ihnen jeweils zugeordnete Hubkurven und/oder Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte aufgeprägt werden.

[0026] Bei einer Brennkraftmaschine - insbesondere einer Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung -ist es vorteilhaft, wenn die Mengen des eingespritzten Kraftstoffes zwischen Zylindern der ersten Zylindergruppe und Zylindern der zweiten Zylindergruppe unterschiedlich sind. Mit anderen Worten werden bei einer Variante einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine die Zylinder der ersten Zylindergruppe und die Zylinder der zweiten Zylindergruppe mit unterschiedlichen Kraftstoffmengen beaufschlagt.

[0027] Vorzugsweise sind die Einlassventile und/oder die Auslassventile einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine über zumindest eine Ventilsteuerungseinrichtung betätigbar, wobei die Ventilsteuerung der Einlassventile und/oder der Auslassventile der ersten Zylindergruppe im Hinblick auf niedrige Ladungswechselverluste und erhöhte Abgasrückführraten optimiert ist.

[0028] In einer Variante ist die Ventilsteuerungseinrichtung der Einlassventile und/oder die Ventilsteuerungseinrichtung der Auslassventile der zweiten Zylindergruppe im Hinblick auf niedrige Ladungswechselverluste optimiert.

[0029] Berechnungen und Versuche der Erfinder haben überraschenderweise gezeigt, dass die besten Ergebnisse erzielt werden können, wenn die Brennkraftmaschine so ausgelegt ist, dass sich in zumindest einem Betriebspunkt in der Ladeluftleitung des Einlasssystems ein Druck einstellt, der um mindestens 150 mbar höher ist als im Bereich des Eintrittes in die Abgasturbine. Insbesondere wird in Varianten ein Druck eingestellt, der um mindestens 250 mbar höher ist. Günstigerweise ist die Brennkraftmaschine so ausgelegt, dass sich der besagte Druck bei einem Betriebspunkt einstellt, bei dem die Drehzahl im Bereich zwischen dem 1,5-fachen und 2,2-fachen der Leerlaufdrehzahl bei warmer Brennkraftmaschine und der Mitteldruck bei 20 bar liegt.

[0030] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den nicht einschränkenden Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigen schematisch:

[0031] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante;

[0032] Fig. 1a eine schematische Ansicht eines Zylinders mit zugeordneten Ventilsteuerungseinrichtungen;

[0033] Fig. 2 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante;

[0034] Fig. 3 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer dritten Ausführungsvariante;

[0035] Fig. 4 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer vierten Ausführungsvariante; und

[0036] Fig. 5 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer fünften Ausführungsvariante.

[0037] Die Fig. 1 bis 5 zeigen jeweils eine Brennkraftmaschine 1, beispielsweise Diesel-Brennkraftmaschine, mit mehreren Zylindern 2 - in den dargestellten Ausführungsbeispielen sind sechs Zylinder 2 vorgesehen, es können auch mehr oder weniger bzw. eine ungerade Anzahl von Zylindern 2 vorgesehen sein -, wobei die Zylinder 2 in zwei Zylindergruppen, nämlich eine erste Zylindergruppe 3 und eine zweite Zylindergruppe 4 unterteilt sind. Fig. 1a zeigt eine schematische Ansicht eines derartigen Zylinders 2. In den Ausführungsbeispielen weisen die beiden Zylindergruppen 3, 4 eine gleiche Anzahl an Zylindern 2 auf. Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Einlasssystem 10, ein Auslasssystem 20 und ein Abgasrückführsystem 40 zur Rückführung von Abgasen vom Auslasssystem 20 in das Einlasssystem 10 auf.

[0038] Das Einlasssystem 10 weist eine Einlassleitung 11 mit einem Luftfilter 12 auf, welche zur Saugseite 13a eines Verdichter 13 eines Abgasturboladers 5 führt. Von der Druckseite 13b des Verdichters 13 geht eine Ladeluftleitung 14 aus, in welcher ein Ladeluftkühler 15 und - optional eine Drosselklappe 16 (siehe Fig. 4) angeordnet ist. Die Ladeluftleitung 14 mündet in einen Einlasssammler 17. Jeder Zylinder 2 ist über zumindest einen Einlasskanal 18 mit dem Einlasssammler 17 verbunden. Die Einlasskanäle 18 münden über ein oder zwei Einlassventile 180 (siehe Fig. 1a) in jeden Zylinder 2.

[0039] Das Auslasssystem 20 weist einen ersten Abgassammler 21 und einen zweiten Abgassammler 22 auf, welche über eine erste Abgasleitung 23 und eine zweite Abgasleitung 24 mit den Eintritten 25a, 25b der beispielsweise zweiflutig ausgebildeten Abgasturbine 25 des Abgasturboladers 5 verbunden sind. An den Austritt 25c der Abgasturbine 25 ist eine dritte Abgasleitung 26 angeschlossen, wobei in der dritten Abgasleitung 26 eine Nachbehandlungseinrichtung 27 angeordnet ist, wobei auch weitere Abgasnachbehandlungseinrichtungen vorgesehen sein können. Zur Umgehung der Abgasturbine 25 ist die zweite Abgasleitung 24 über eine Bypassleitung 28 mit der dritten Abgasleitung 26 strömungsverbindbar, wobei in der Bypassleitung 28 ein Bypassventil 29 angeordnet ist.

[0040] Von jedem Zylinder 2 geht jeweils ein erster Auslasskanal 31 und ein zweiter Auslasskanal 32 aus, wobei der Durchfluss in jedem Auslasskanal 31, 32 über jeweils ein Auslassventil 301, 302 (siehe Fig. 1a) gesteuert werden kann. Den ersten Auslasskanälen 31 sind dabei erste Auslassventile 301 und den zweiten Auslasskanälen 32 zweite Auslassventile 302 zugeordnet. Die ersten Auslasskanäle 31 der ersten Zylindergruppe 3 münden in den ersten Abgassammler 21. Die ersten Auslasskanäle 31 sowie die zweiten Auslasskanäle 32 der zweiten Zylindergruppe 4 münden in den zweiten Abgassammler 22. Der erste Abgassammler 21 ist vom zweiten Abgassammler 22 strömungsmäßig getrennt. Das bedeutet, dass im jeweiligen Verlauf zwischen Zylinder 2 und erstem Abgassammler 21 und Zylinder 2 und zweitem Abgassammler 22 keinerlei Gasaustausch stattfindet.

[0041] Das Abgasrückführsystem 40 weist eine erste Abgasrückführleitung 41 auf, welche mit den zweiten Auslasskanälen 32 der ersten Zylindergruppe 3 strömungsverbunden ist und zur Ladeluftleitung 14 des Einlasssystems 10 führt. In den dargestellten Ausführungsvarianten führen die zweiten Auslasskanäle 32 der ersten Zylindergruppe 3 zu einem Abgasrückführsammler 42, welcher über die erste Abgasrückführleitung 41 mit der Ladeluftleitung 14 verbunden ist. In der ersten Abgasrückführleitung 41 befinden sich ein erstes Abgasrückführventil 43 zum Steuern der rückgeführten Abgasmenge und ein Abgasrückführkühler 44 zum Kühlen des rückgeführten Abgases. Das erste Abgasrückführventil 44 kann stromaufwärts (siehe Fig. 1, 2, 4, 5) oder strom-

abwärts (siehe Fig. 3) des Ladeluftkühlers 44 in der ersten Abgasrückführleitung 41 angeordnet sein. Wenn eine Drosselklappe 16 in der Ladeluftleitung 14 vorgesehen ist, so kann die erste Abgasrückführleitung 41 stromabwärts der Drosselklappe 16 in die Ladeluftleitung 14 einmünden, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

[0042] Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung weist das Abgasrückführsystem 40 weiters eine zweite Abgasrückführleitung 45 auf, welche vom zweiten Abgassammler 22 ausgeht und direkt in den Einlasssammler 17 einmündet. In der ungekühlten und ohne Ladeluftkühler ausgeführten zweiten Abgasrückführleitung 45 ist ein zweites Abgasrückführventil 46 zur Steuerung der darin rückgeführten Abgasmenge angeordnet.

[0043] Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der Abgasrückführsammler 42 über eine die Abgasturbine 25 umgehende Umgehungsleitung 47 mit der dritten Abgasleitung 26 verbunden ist, wobei in der Umgehungsleitung 47 ein Schaltorgan 48 zur Steuerung der durch die Umgehungsleitung 47 strömenden Abgasmenge angeordnet ist.

[0044] Die Brennkraftmaschine 1 ist so ausgelegt, dass sich in einigen Betriebspunkten in der Ladeluftleitung 14 im Mittel ein um mindestens 150mbar, insbesondere mindestens 250mbar, höherer Druck als vor der Abgasturbine 25 einstellt.

[0045] Dabei ist die erste Zylindergruppe 3 für geringe Ladungswechselverluste und eine ausreichende Abgasrückführungsrate, und die zweite Zylindergruppe 4 für geringe Ladungswechselverluste optimiert. Die Optimierung erfolgt dabei insbesondere durch entsprechende Ventilsteuerung der Einlass- 180 und Auslassventile 301, 302, wofür jeweils zugeordnete Ventilsteuerungseinrichtungen 50a, 50b vorgesehen sind. Siehe dazu Fig. 1a, wo ein derartiger Aufbau beispielhaft anhand eines Zylinders 2 dargestellt ist.

[0046] Die Auslassventile 301, 302 der ersten 3 und der zweiten Zylindergruppe 4 können durch die jeweilige Ventilsteuerungseinrichtung 50b der Auslassventile 301, 302 unterschiedlich angesteuert sein. Weiters können die Auslassventile 301, 302 der ersten Zylindergruppe 3, die über den ersten Abgassammler 21 direkt mit der Abgasturbine 25 verbunden sind und diejenigen, die mit der ersten Abgasrückführleitung 41 strömungsverbunden sind, unterschiedlich angesteuert werden.

[0047] Günstigerweise werden die Einlassventile 180 und die Auslassventile 301, 302 der zweiten Zylindergruppe 4 mit bekannten Steuerzeiten und/oder Ventilhubkurven betätigt.

[0048] Die Auslassventile 302 der zweiten Auslasskanäle 32 der ersten Zylindergruppe 3, die mit der ersten Abgasrückführleitung 41 bzw. dem Abgasrückführsammler 42 strömungsverbunden sind, werden mit den gleichen Steuerzeiten und/oder Ventilhubkurven betätigt wie die Auslassventile 301, 302 der zweiten Zylindergruppe 4.

[0049] Die Auslassventile 301 der ersten Auslasskanäle 31 der ersten Zylindergruppe 3, die zur ersten Abgasleitung 23 und zur Abgasturbine 25, werden zu denselben Offnungszeitpunkten betätigt wie die Auslassventile 301, 302 der zweiten Zylindergruppe 4, die Schließzeitpunkte sind allerdings früher als die der Auslassventile 301, 302 der zweiten Zylindergruppe 4.

[0050] Dadurch wird eine Abgasrückführrate generiert, mit der sich bei verbrauchsoptimalem Einspritztiming und -raildruck vorteilhafte Stickoxidemissionen erzielen lassen, beispielsweise eine NOx-Rohemission von 5 bis 12 g/kWh im Hauptbetriebsbereich.

[0051] Weiters können die Zeiten und die Mengen der Kraftstoffeinspritzungen der Zylinder 2 der ersten Zylindergruppe 3 und der zweiten Zylindergruppe 4 unterschiedlich aufgeteilt sein, um die Qualität der Abgasrückführung zu steuern.

[0052] Die Förderung des rückgeführten Abgases erfolgt maßgeblich über die unterschiedlichen Ventilsteuerzeiten zwischen den beiden Auslassventilen 301, 302 der ersten Zylindergruppe 3, die Abgaspulsation spielt eine untergeordnete Rolle;

[0053] Das rückgeführte Abgas wird gleichmäßig über ein Arbeitsspiel gefördert, wobei der Bereich der Abgasrückführung bei einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine beispielsweise 240°Kurbelwinkel und bei einer 4-Zylinder Brennkraftmaschine 360°Kurbelwinkel beträgt.

Claims (17)

Patentansprüche

1. Brennkraftmaschine (1), insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit mehreren Zylindern (2), mit einem Einlasssystem (10), einem Auslasssystem (20) und einem Abgasrückführsystem (40), wobei jeder Zylinder (2) einer ersten Zylindergruppe (3) oder einer zweiten Zylindergruppe (4) zugeordnet ist und von jedem Zylinder (2) zumindest ein erster Auslasskanal (31) und zumindest ein zweiter Auslasskanal (32) ausgeht, wobei das Auslasssystem (20) einen mit den ersten Auslasskanälen (31) der ersten Zylindergruppe (3) strömungsverbundenen ersten Abgassammler (21) und einen mit den ersten Auslasskanälen (31) und den zweiten Auslasskanälen (32) der zweiten Zylindergruppe (4) verbundenen zweiten Abgassammler (22) aufweist, wobei vom ersten Abgassammler (21) eine erste Abgasleitung (23) und vom zweiten Abgassammler (22) eine zweite Abgasleitung (24) ausgeht und die beiden Abgasleitungen (23, 24) zu zumindest einer Abgasturbine (25) führen, und wobei zumindest zwei zweite Auslasskanäle (32) der ersten Zylindergruppe (3) mit einer zu einer Ladeluftleitung (14) des Einlasssystems (10) führenden ersten Abgasrückführleitung (41) des Abgasrückführsystems (40) verbunden sind, wobei die erste Abgasrückführleitung (41) nur mit zweiten Auslasskanälen (32) der Zylinder (2) der ersten Zylindergruppe (3) strömungsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasrückführleitung (41) und/oder ein Abgasrückführsammler (42), von dem die erste Abgasrückführleitung (41) ausgeht, über eine Umgehungsleitung (47) mit einer von der Abgasturbine (25) ausgehenden dritten Abgasleitung (26) des Auslasssystems (20) strömungsverbindbar ist.

2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle zweiten Auslasskanäle (32) der Zylinder (2) der ersten Zylindergruppe (3) in den Abgasrückführsammler (42) münden, von welchem die erste Abgasrückführleitung (41) ausgeht.

3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasrückführleitung (41), vorzugsweise auch der Abgasrückführsammler (42), vom ersten Abgassammler (21) strömungsmäßig getrennt ist.

4. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasrückführleitung (41), vorzugsweise auch der Abgasrückführsammler (42), vom zweiten Abgassammler (22) und von den Auslasskanälen (31, 32) der Zylinder (2) der zweiten Zylindergruppe (4) strömungsmäßig getrennt ist.

5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Abgasrückführleitung (41) zumindest ein Abgasrückführkühler (44) angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Abgasrückführleitung (41) zumindest ein Abgasrückführventil (43) angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Abgasrückführventil (43) stromaufwärts des Abgasrückführkühlers (44) angeordnet ist.

7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abgassammler (22) über eine - vorzugsweise ungekühlte und/oder kühlerlose zweite Abgasrückführleitung (45) mit dem Einlasssystem (10) strömungsverbindbar ist, wobei vorzugsweise die zweite Abgasrückführleitung (45) direkt in einen Einlasssammler (17) des Einlasssystems (10) einmündet.

8. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsleitung (47) stromabwärts der Abgasturbine (25) und stromaufwärts zumindest einer in der dritten Abgasleitung (26) angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung (27) in die dritte Abgasleitung (26) einmündet.

9. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasrückführleitung (41) stromabwärts einer in der Ladeluftleitung (14) angeordneten Drosselklappe (16) in die Ladeluftleitung (14) des Einlasssystems (10) einmündet.

10. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Auslasskanäle (31, 32) über Auslassventile (301, 302) mit den Zylindern (2) strömungsverbindbar sind und den ersten Auslasskanälen (31) erste Auslassventile (301) und den zweiten Auslasskanälen (32) zweite Auslassventile (302) zugeordnet sind.

11. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Auslassventile (301) und die zweiten Auslassventile (302) zumindest der ersten Zylindergruppe (3) unterschiedlich ansteuerbar sind.

12. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile (301, 302) der ersten Zylindergruppe (3) - vorzugsweise zumindest die den ersten Auslasskanälen (31) zugeordneten ersten Auslassventile (301) der ersten Zylindergruppe (3) - und die Auslassventile (301, 302) der zweiten Zylindergruppe (4) unterschiedlich ansteuerbar sind.

13. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hälfte aller Zylinder (2) mit der ersten Abgasrückführleitung (41) und/oder dem Abgasrückführsammler (42) strömungsverbindbar sind.

14. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 132, mit insbesondere direkter Kraftstoffeinspritzung, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengen des eingespritzten Kraftstoffes zwischen Zylindern (2) der ersten Zylindergruppe (3) und Zylindern (2) der zweiten Zylindergruppe (4) unterschiedlich sind.

15. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Einlassventile (180) und/oder die Auslassventile (301, 301) über zumindest eine Ventilsteuerungseinrichtung (50a, 50b) betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerungseinrichtung (50a, 50b) der Einlassventile (180) und/oder der Auslassventile (301, 302) der ersten Zylindergruppe (3) im Hinblick auf niedrige Ladungswechselverluste und hohe Abgasrückführraten optimiert ist.

16. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Einlassventile (180) und/oder die Auslassventile (301, 302) über zumindest eine Ventilsteuerungseinrichtung (50a, 50b) betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerungseinrichtung (50a) der Einlassventile (180) und/oder die Ventilsteuerungseinrichtung (50b) Auslassventile (301, 302) der zweiten Zylindergruppe (4) im Hinblick auf niedrige Ladungswechselverluste optimiert ist.

17. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) so ausgelegt ist, dass sich in zumindest einem Betriebspunkt in der Ladeluftleitung (14) des Einlasssystems (10) ein Druck einstellt, der um mindestens 150 mbar höher ist als im Bereich zumindest eines Eintrittes (25a, 25b) der Abgasleitungen (23, 24) in die Abgasturbine (25).

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