AT5783U1 - Verfahren zur durchführung einer internen abgasrückführung in den brennraum einer brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Zur Durchführung einer internen Abgasrückführung in den Brennraum einer Diesel-Brennkraftmaschine wird das Einlassventil während des Auspufftaktes kurzzeitig geöffnet. Um einerseits im niedrigen Drehzahlbereich, und andererseits im mittleren und hohen Drehzahlbereich eine Verbesserung der Emissionen zu erreichen, ist vorgesehen, dass der Beginn (H`V1) des Einlassventilvorhubes (H`Ev) im Bereich von 180o bis 210o Kurbelwinkel (KW) nach dem Oberen Totpunkt (OTZ) der Zündung erfolgt.

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer internen Abgasrück- führung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel- Brennkraftmaschine, wobei während des Auspufftaktes ein Einlassventilhub zu- mindest eines Einlassventils durchgeführt wird. 



  Um den verschärften Abgas-Emissionsgesetzgebungen Rechnung zu tragen und gleichzeitig bestmögliche Kraftstoffverbräuche zu realisieren, ist es bei Diesel- motoren im zunehmenden Masse notwendig, der vom Motor angesaugten Frisch- luft eine gewisse Menge an Abgas beizumischen. Dadurch wird bei guter Kraft- stoffausnutzung der NOx-Ausstoss des Motors auf das vom Gesetzgeber gefor- derte Mass reduziert. 



  Bei aufgeladenen Nutzfahrzeug-Dieselmotoren ist der mittlere Druck im Abgas- krümmer (abhängig von der Motorgrösse und dem Drehzahlband) über eine weite Drehzahl- und Lastspanne geringer als auf der Saugseite, was eine Abgasrück- führung über eine einfache Verbindungsleitung zwischen Abgaskrümmer und Saugseite des Motors behindern würde. 



  Die interne Abgasrückführung bietet eine Möglichkeit, unabhängig von den Druckverhältnissen im Ansaug- und Auspufftrakt Abgas in den Zylinder zurück- zuführen. 



  Aus der DE 34 37 330 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit interner Abgasrück- führung in den Brennraum bekannt, bei der das Einlassventil während des Aus- pufftaktes kurzzeitig geöffnet wird, wobei die Öffnung nicht früher als 30  Kur- belwinkel nach dem Unteren Totpunkt vor dem Ladungswechsel erfolgt und der Höchsthub zwischen 15% und 30% des maximalen Einlassventilhubes beträgt. 



  Kurz vor dem Oberen Totpunkt des Ladungswechsels liegt noch eine minimale Öffnung des Einlassventils vor, die bis zum Beginn des Saughubes bestehen bleibt, während das Auslassventil noch vor dem Oberen Totpunkt des Ladungs- wechsels schliesst. Dadurch sind optimale Abgasrückführmengen allerdings nur im Teillastbereich verwirklichbar, während gegen Volllast die Menge des rückge- führten Abgases abfällt und bei Volllast überhaupt kein Abgas mehr rückgeführt wird. Die minimale Öffnung des Einlassventils während des gesamten Auspuffhu- bes hat darüber hinaus den Nachteil, dass die Strömung im Einlasstrakt gestört wird. 



  Die AT 3207   Ul  beschreibt ein Verfahren zur Durchführung einer internen Ab- gasrückführung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Um auch im Voll- lastbereich eine interne Abgasrückführung zu ermöglichen, wird während des Auspuffhubes ein Einlassventilvorhub mindestens eines Einlassventils durchge- führt, wobei der Beginn des Einlassventilvorhubes vor 180  Kurbelwinkel nach dem Oberen Totpunkt der Zündung erfolgt. Ist der Einlassbeginn des Einlassven- 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 tilvorhubes allerdings derart früh festgelegt, so findet bei niedriger Drehzahl eine interne Abgasrückführung statt. Dies ist allerdings höchst unerwünscht, da es in Folge Luftmangels zu verstärkter Rauchentwicklung kommt. 



  Aus der DE 1 242 044 C ist eine luftverdichtende Brennkraftmaschine bekannt, bei der in einer Ausführungsvariante das Einlassventil nach Beginn des Auspuff- hubes kurzzeitig geöffnet wird, um zur Bildung einer verschleissmildernden Schutzschicht auf den Einlassventilsitzen erforderliche Voraussetzungen zu schaffen. Die verschleissmildernde Schutzschicht wird dabei zum Teil durch noch schmierfähige Verbrennungsrückstände gebildet. Nähere Angaben über die Öff- nung des Einlassventils während des Auspuffhubes werden in der Druckschrift nicht gemacht. 



  Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und bei ei- ner Diesel-Brennkraftmaschine sowohl im hohen als auch im niedrigen Drehzahl- bereich die Emissionen zu verbessern. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Beginn des Einlassventil- vorhubes im Bereich von 180  bis 210  Kurbelwinkel nach dem Oberen Totpunkt der Zündung erfolgt. Durch die zu diesem Zeitpunkt, während mittlerer und hö- herer Drehzahlen herrschende positive Druckdifferenz zwischen dem Zylinder und dem Einlasstrakt entweicht beim Öffnen des Ventils im Vorhub ein Teil des Abgases in den Ansaugbereich. Die Menge ist vom Zeitpunkt und von der Dauer des Einlass-Vorhubes abhängig. Bei niedriger Drehzahl dagegen ist zum Zeit- punkt des Beginnes des Einlassventilhubes die Druckdifferenz zwischen Zylinder und Absaugtrakt null oder negativ, sodass keine interne Abgasrückführung in dem Einlasstrakt stattfindet.

   Dadurch wird erreicht, dass einerseits im mittleren und hohen Drehzahlbereich Abgas rückgeführt und somit der NOx-Ausstoss ge- senkt wird, und dass andererseits im niedrigen Drehzahlbereich die Abgasrück- führung zum Stillstand kommt und durch die ausreichende Frischluftversorgung die Russbildung verhindert wird. 



  Besonders günstige Bedingungen für alle Drehzahlbereiche werden ermöglicht, wenn das Maximum des Einlassventilvorhubes etwa im Bereich zwischen 200  bis 260  Kurbelwinkel nach dem Oberen Totpunkt der Zündung erfolgt. 



  Hohe Abgasrückführraten, insbesondere bei Volllast, lassen sich erreichen, wenn das Ende des Einlassventilvorhubes bei etwa 240  bis 320 , vorzugsweise bei etwa 270  bis 310  nach dem Oberen Totpunkt der Zündung liegt. Der genaue Öffnungs- und Schliesszeitpunkt ist auf die jeweilige Brennkraftmaschine abzu- stimmen. 



  Zum Erreichen von optimalen Abgasrückführmengen während der Volllast ist es völlig ausreichend, wenn der Einlassventilhub maximal 20%, vorzugsweise ma-   ximal 10%   des maximalen Einlassventilhubes beträgt. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



  Bei mittlerer und hoher Drehzahl vermischt sich der Abgasanteil nach Beendi- gung des Einlassventilhubes im Einlasstrakt mit der Frischluft und wird beim nächsten Arbeitsspiel gemäss der Zündfolge wieder in den entsprechenden Zylin- der angesaugt. 



  Unter den genannten Bedingungen kann im mittleren und hohen Drehzahlbereich eine ausreichende Abgasrückführung erreicht werden. Die Abgasrückführmenge kann dabei vorteilhafterweise auf einen Vollastpunkt ausgelegt sein. Im niedrigen Drehzahlbereich findet dagegen praktisch keine Abgasrückführung statt. 



  Da das Einlassventil noch während des Auspuffhubes völlig geschlossen wird, tritt eine Beruhigung der Strömung im Einlasstrakt ein, sodass der Einlassventil- vorhub den dynamischen Drall im Brennraum nur gering beeinflusst. Die Ventil- überschneidung im Oberen Totpunkt des Ladungswechsels kann in herkömmli- cher Weise so ausgelegt werden, dass möglichst geringe Ladungswechselarbeit auftritt. Das Auslassventil wird dabei üblicherweise nach dem Oberen Totpunkt des Ladungswechsel geschlossen, der Öffnungszeitpunkt des Haupthubes des Einlassventils liegt wie üblich vor dem Oberen Totpunkt des Ladungswechsels. 



  Die Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert. 



  Die Figur zeigt ein über dem Kurbelwinkel KW aufgetragenes Ventilhub-Dia- gramm für das Einlassventil und das Auslassventil. Der Ventilhub H des Auslass- ventils ist durch die strichlierte Linie HA, der Hub H des Einlassventils durch die Linie HE dargestellt. Während des Oberen Totpunktes des Ladungswechsels ist eine konventionelle geringfügige Ventilüberschneidung zwischen Einlasshub HE und Auslasshub HA vorgesehen. Im Bereich des Unteren Totpunktes UT nach dem Oberen Totpunkt OTZ der Zündung bzw. vor dem Oberen Totpunkt OT des La- dungswechsels wird gemäss der vorliegenden Erfindung ein Vorhub HEV des Ein- lassventils durchgeführt, dessen Maximum HVM maximal 20%, vorzugsweise ma- ximal 10% des maximalen Einlassventilhubes HE beträgt. Der Beginn HV1 des Einlassvorhubes HEV liegt im Bereich von etwa 180  bis 210  nach dem Oberen Totpunkt OTZ der Zündung.

   Die maximale Öffnung des Einlassventils erfolgt im Bereich zwischen 200  und 260  Kurbelwinkel KW nach dem Oberen Totpunkt OTZ der Zündung. 



  Das Ende des Einlassventilvorhubes liegt im Bereich von 240  bis 320 , vor- zugsweise bei etwa 270  bis 310  nach dem Oberen Totpunkt OTZ der Zündung. 



  Während dieses Einlassventilvorhubes HEV herrscht im mittleren und oberen Drehzahlbereich eine positive Druckdifferenz zwischen dem Zylinder und dem Einlasstrakt, wodurch beim Öffnen des Einlassventils im Vorhub ein Teil des Ab- gases in den Ansaugbereich strömt. Die Menge ist dabei vom Zeitpunkt und von der Dauer des Einlassventilvorhubes HEv abhängig und stellt ein Optimierungs- kriterium der Brennkraftmaschine dar. Der Abgasanteil vermischt sich nach Be- 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 endigung des   Einlassventilvorhubes   HEv im Einlasstrakt mit der Frischluft und wird beim nächsten Arbeitsspiel gemäss der Zündfolge wieder in den entspre- chenden Zylinder angesaugt. Dadurch kann der NOx-Ausstoss der Brennkraftma- schine auf das geforderte Mass reduziert werden. 



  Während des Einlassventilvorhubes HEV im niedrigen Drehzahlbereich herrscht dagegen zwischen Zylinder und Einlasstrakt keine oder eine negative Druckdif- ferenz, sodass kein Abgas intern rückgeführt wird. 



  Durch den Einlassventilvorhub HEV im Bereich zwischen 180  bis 210  Kurbelwin- kel nach dem Oberen Totpunkt der Zündung wird im niedrigen Drehzahlbereich die Abgasrückführung unterbunden, im mittleren und oberen Drehzahlbereich hingegen ermöglich. Dadurch wird sowohl im niedrigen als auch im mittleren und hohen Drehzahlbereich eine Senkung der Emissionen ermöglicht. Da das Einlass- ventil nur am Beginn des Auslassventilhubes HA geöffnet und dann wieder völlig geschlossen wird, tritt nach Schliessen des Einlassventils eine Beruhigung der Strömung im Einlasstrakt auf, sodass der dynamische Drall während der folgen- den Ansaugphase nur wenig gestört wird.

Claims (4)

1. ANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Durchführung einer internen Abgasrückführung in den Brenn- raum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftma- schine, wobei während des Auspufftaktes ein Einlassventilvorhub (HEv) zu- mindest eines Einlassventils durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn (HV1) des Einlassventilvorhubes (HEv) im Bereich von 180 bis 210 Kurbelwinkel (KW) nach dem Oberen Totpunkt (OTZ) der Zündung erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maximum (Hvm) des Einlassventilvorhubes (HEv) etwa im Bereich zwischen 200 bis 260 Kurbelwinkel (KW) nach dem Oberen Totpunkt (OTZ) der Zündung er- folgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (HV2) des Einlassventilvorhubes (HEv) bei etwa 240 bis 320 , vorzugs- weise bei etwa 270 bis 310 nach dem Oberen Totpunkt (OTZ) der Zün- dung liegt.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassventilvorhub (HEv) es maximal 20%, vorzugsweise maximal 10% des maximalen Einlassventilhubes (HE) beträgt.