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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und
einem einen Zylinder des Kurbelgehäuses abdeckenden Zylinderkopf, in
den ein Frischgaskanal und ein Abgaskanal eingelassen sind, die
auf einer Zylinderkopflängsseite münden und
die mit jeweils einer Frischgasleitung und einer Abgassammelleitung
verbunden sind, und wobei ein Abgasrückführsystem, bestehend aus einer
Abgasrückführleitung
und einem Steuerventil, vorhanden ist.
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Eine
derartige Brennkraftmaschine ist aus der
DE 693 00 649 T2 bekannt.
Diese Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf auf, bei dem die Frischgaskanäle und die
Abgaskanäle
der einzelnen Zylinder auf einer Zylinderkopflängsseite des als Blockzylinderkopfs
ausgebildeten Zylinderkopfs münden.
Die Abgassammelleitung weist einen speziellen Anschluss für die Befestigung
des Abgasrückführsystems,
insbesondere eines Steuerventils zur Steuerung der zurückgeführten Abgasmenge,
auf. Um das zurückzuführende Abgas
in die Frischgaskanäle
einzuleiten, ist zwischen diesen und der Frischgassammelleitung
ein spezielles als Rampe bezeichnetes Bauteil eingesetzt. Nachteilig
an dieser Ausbildung ist, dass die Abgassammelleitung geändert werden
muss und die Bauhöhe
der Brennkraftmaschine durch die Einfügung der Rampe erhöht wird. Weiterhin
ragt insbesondere das Steuerventil über die gegebene seitliche
Kontur der Brennkraftmaschine hinaus. Eine Kühlung des rückgeführten Abgases ist nicht vorgesehen
und durch die unmittelbare Nähe zu
der im Betrieb heißen
Abgassammelleitung erschwert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit
einem Abgasrückführsystem
bereitzustellen, bei der das Abgasrückführsystem von der im Betrieb
heißen
Abgassammelleitung unbeeinflusst bleibt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Abgasrückführsystem
auf der der Frischgasleitung und der Abgassammelleitung gegenüberliegenden
Zylinderkopfseite angeordnet ist. Diese Anordnung fern von der gegenüber anderen
Bauteilen im Betrieb wesentlich heißeren Abgassammelleitung hat
eine direkte Absenkung der Temperatur der zurückgeführten Abgasmenge zur Folge, ohne
dass weitere spezielle Kühlmaßnahmen
vorgesehen sind. Es handelt sich bei dem Zylinderkopf bevorzugt
um einen Einzelzylinderkopf, der zusammen mit dem zugehörigen Zylinder
auf dem Kurbelgehäuse
verschraubt ist. Selbstverständlich
ist die Erfindung auch bei einem Blockzylinderkopf und mit einstückig mit
dem Kurbelgehäuse
hergestellten Zylindern anwendbar.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind in den Zylinderkopf jeweils mit
dem Frischgaskanal und dem Abgaskanal verbundene auf der Zylinderkopfseite
mündende
Kanäle
eingelassen (der Frischgaskanal und der Abgaskanal verbinden Gaswechselventile
in dem Zylinderkopf mit der Frischgasleitung beziehungsweise mit
der Abgassammelleitung). Die Kanäle,
deren Querschnitt gegenüber
den zuvor genannten Gaskanälen
erheblich kleiner dimensioniert sein kann, können an geeigneter Stelle in
dem Zylinderkopf angeordnet sein und bei der Herstellung des Zylinderkopfs
mit eingegossen werden oder nachträglich durch eine mechanische
Bearbeitung eingebracht werden. Bevorzugt werden diese Kanäle nachträglich durch
eine mechanische Bearbeitung in den Zylinderkopf eingearbeitet,
so dass der Zylinderkopfrohling für eine Brennkraftmaschinenversion
mit oder ohne Abgasrückführung gleich
ausgebildet sein kann. An diesen auf der Zylinderkopf seite mündenden
Kanälen
ist dann ein Abgasrückführsystem,
bestehend aus einer Abgasrückführsammelleitung,
einem Abgasrückführsteuerventil
und einer Abgasrückführverteilleitung,
einfach befestigbar. Dabei liegt ein weiterer Vorteil darin, dass
die Abgassammelleitung gegenüber
einer Ausführung
ohne Abgasrückführung unverändert bleiben
kann. Dies ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn für unterschiedliche
Einsatzzwecke und Kundenwünsche
verschiedenartige Abgassammelleitungen mit beispielsweise unterschiedlichen
Anschlüssen
zur Weiterführung
der Abgase bereitgestellt werden. Weiterhin wird das für einen
Einbau maßgebliche
Bauvolumen der Brennkraftmaschine durch diese Ausgestaltung und
Anordnung des Abgasrückführsystems
nicht beeinflusst, so dass eine Unterscheidung einer Brennkraftmaschine
mit Abgasrückführung und
einer Brennkraftmaschine ohne Abgasrückführung unterbleiben kann. Dies
ist besonders vorteilhaft hinsichtlich der Austauschbarkeit entsprechender
beispielsweise in Baumaschinen oder landwirtschaftlichen Maschinen
eingebauten Brennkraftmaschinen.
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In
Weiterbildung der Erfindung weist die Brennkraftmaschine ein Kühlluftgebläse auf und
das Abgasrückführsystem
ist direkt in dem von dem Kühlluftgebläse geförderten
Kühlluftstrom
innerhalb eines Kühlluftleitgehäuses angeordnet.
Diese Anordnung ermöglicht
zunächst
einmal eine wirkungsvolle Kühlung
des zurückgeführten Abgases
ohne irgendwelchen weiteren Aufwand. Zum Weiteren kann das Abgasrückführsystem
in einen Kühlluftleitkanal,
der von einem Kühlluftleitgehäuse gebildet
ist und entlang der Zylinderkopfseite angeordnet ist, integriert
werden und stellt somit in jedem Fall keine über eine gegebene seitliche
Kontur hinausragende Komponente dar, so dass sichergestellt ist,
dass eine entsprechend mit einem Abgasrückführsystem ausgestattete Brennkraftmaschine
zu der gleichen Brennkraftmaschine ohne ein Abgasrückführsystem
ohne Weiteres austauschbar ist. Es handelt sich bei einer derartigen Brennkraftmaschine
bevorzugt um eine luftgekühlte Brennkraftmaschine,
es kann sich aber auch um eine Brennkraftmaschine mit einem kombinierten
Kühlsystem
handeln, wobei das Gebläse
das Kühlmedium,
beispielsweise Öl
und/oder Wasser, kühlt
und gegebenenfalls zusätzlich
zur Luftkühlung
des beispielsweise Zylinderkopfs und/oder eines Wärmetauschers
herangezogen wird.
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In
weiterer Ausgestaltung ist das Abgasrückführsteuerventil benachbart zu
dem Kühlluftgebläse angeordnet,
so dass dieses thermisch empfindliche Bauteil besonders wirkungsvoll
und intensiv gekühlt wird.
Schließlich
kann zur Erhöhung
der Kühlleistung das
Abgasrückführsystem
insbesondere eine Außenverrippung
aufweisen, wobei diese Außenverrippung selbstverständlich strömungstechnisch
optimiert in Richtung der Kühlluftströmung ausgerichtet
sein kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung
zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
beschrieben ist.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit geöffnetem
Kühlluftleitgehäuse,
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2 einen
Querschnitt durch einen Zylinderkopf gemäß 1 im Bereich
eines Kanals.
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Die
Brennkraftmaschine gemäß 1 weist ein
Kurbelgehäuse 1 auf,
das bodenseits von einer Ölwanne 2 verschlossen
ist. Auf das Kurbelgehäuse 1 sind
gegenüberliegend
zu der Ölwanne 2 Zylinderrohre
aufgesetzt, die wiederum von Zylinderköpfen 3 abgedeckt sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine 4-zylindrige Brennkraftmaschine, so dass
insgesamt vier Zylinderrohre und vier Zylinderköpfe 3 verbaut sind.
Darüber
hinaus ist die Brennkraftmaschine luftgekühlt und dementsprechend sind
die Zylinderrohre und die Zylinderköpfe 3 mit Kühlrippen 4 versehen.
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Stirnseitig
der Brennkraftmaschine ist an einer in dem Kurbelgehäuse 1 gelagerten
Kurbelwelle ein Zweifachriemenrad 5 befestigt, das über einen ersten
Keilriemen 6a mit einem Generator 7 und über einen
zweiten Keilriemen 6b unter Einschaltung einer Spannrolle 8 mit
einem Kühlluftgebläse 9 antriebsverbunden
ist.
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Das
Kühlluftgebläse 9 ist
seitlich oberhalb des Kurbelgehäuses 1 im
Wesentlichen im Bereich neben den Zylinderrohren und den Zylinderköpfen 3 angeordnet
und fördert
aus der Umgebung angesaugte Kühlluft
in ein Kühlluftleitgehäuse 10,
das sich von dem Kühlluftgebläse 9 bis
zu einem gegenüberliegenden
schwungradseitigen Ende 11 der Brennkraftmaschine erstreckt
und die geförderte
Kühlluft quer
durch die Brennkraftmaschine entlang den Zylinderrohren und den
Zylinderköpfen 3 verteilt.
In der 1 ist ein Wartungsdeckel des Kühlluftleitgehäuses 10 abgenommen
und im Bereich des Kühlluftgebläses 9 das
Kühlluftleitgehäuse 10 teilweise
aufgeschnitten dargestellt, so dass ein Einblick in das Innere des
Kühlluftleitgehäuses 10 gegeben
ist.
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Unterhalb
des Kühlluftleitgehäuses 10 ist eine
Reiheneinspritzpumpe 12 angebaut, die über unterbrochen dargestellte
Einspritzleitungen 13a, 13b mit in den Zylinderköpfen 3 eingesetzten
Kraftstoffeinspritzventilen verbunden ist. Jedes Kraftstoffeinspritzventil
ist mittels Spannpratzen 14 an dem Zylinderkopf befestigt
und schließt
seitlich an einen Ventildeckel 15 an, der sich bis an eine
gegenüberliegende
Zylinderkopflängsseite
zu der kühlluftleitgehäuseseitigen
Zylinderkopfseite erstreckt. Auf dieser Zylinderkopflängsseite
sind eine Frischgasleitung 16 und eine Abgassammelleitung 17 angeordnet.
Im Bereich oberhalb, zwischen und unterhalb der Frischgasleitung 16 und
der Abgassammelleitung 17 strömt ein wesentlicher Teil der
von dem Kühlluftgebläse 9 geförderten
Kühlluft
wieder in die Umgebung.
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Die
in den Zylindern zwischen den einzelnen Zylinderköpfen 3 und
den jeweils in den Zylindern auf und ab bewegbaren Kolben liegenden
Brennräume sind über Gaswechselventile
und Gaswechselkanäle jeweils
mit der Frischgasleitung 16 und der Abgassammelleitung 17 strömungsverbunden.
Auf der gegenüberliegenden
Zylinderkopfseite sind in die Zylinderköpfe 3 Kanäle 18a, 18b (2)
eingearbeitet, von denen ein Kanal 18a mit einem Gaswechselauslasskanal
und der Kanal 18b mit einem Gaswechseleinlasskanal nebeneinanderliegend
verbunden ist. Diese Kanäle 18a, 18b sind
in einem unteren Bereich des Zylinderkopfs 3 auf die kühlluftgebläseseitige
Zylinderkopfseite geführt
und mit passenden Verbindungseinrichtung 19a, 19b versehen.
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In
dem Kühlluftleitgehäuse 10 ist
ein Abgasrückführsystem
angeordnet, das die Kanäle 18a steuer-
bzw. regelbar mit den Kanälen 18b verbindet. Dazu
sind die Kanäle 18a mit
einer gemeinsamen Sammelleitung 20 verschaltet, die im
Bereich des schwungradseitigen Endes 11 über einen
Bogen 21 in eine Zufuhrleitung 22 zu einem Abgasrückführsteuerventil 23 weitergeführt ist.
Auf der gegenüberliegenden
Seite zu der Zufuhrleitung 22 ist an das Abgasrückführsteuerventil 23 ein
Umlenkbogen 24 angeschlossen, der sich in eine Verteilleitung 25 fortsetzt,
die angenähert
parallel unterhalb der Sammelleitung 20 angeordnet ist
und die wiederum mit den Kanälen 18b der
einzelnen Zylinderköpfe 3 verbunden
ist.
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Das
gesamte Abgasrückführsystem
ist innerhalb des Kühlluftleitgehäuses 10 angeordnet
und ist somit bei geschlossenem Kühlluftleitgehäuse von
außen
einerseits nicht sichtbar und andererseits beeinflusst es die äußeren Abmessungen
der Brennkraftmaschine nicht. Weiterhin erfolgt durch die Anordnung
der Abgasrückführeinrichtung komplett
innerhalb des Kühlluftleitgehäuses 10 eine
wirkungsvolle Kühlung
der Bauteile des Abgasrückführsystems. Die
einzelnen Leitungen und Bögen
sowie das Abgasrückführsteuerventilgehäuse können zur
Erhöhung
des Wärmeübertrages
auch noch zusätzlich
mit innenseitigen und/oder außenseitigen
Kühlrippen versehen
sein.
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Die
Reiheneinspritzpumpe 12 ist mit einem Regler ausgestattet,
der als mechanischer Regler ausgebildet ist. Um das Abgasrückführsteuerventil 23 ohne
komplizierte und aufwendige elektronische Steuereinrichtung betätigen zu
können,
wird die Stellung einer in der Reiheneinspritzpumpe 12 vorhandenen
Regelstange kontaktlos abgegriffen und diese Stellung zur Steuerung
des Abgasrückführsteuerventils 23 über eine
mechanische oder elektrische Übertragungseinrichtung
herangezogen.
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Hierzu
wertet eine elektrische Steuerung ein Regelstangenwegsignal aus.
Dabei kommt bevorzugt ein Hallsensor zum Einsatz, der über einen
oder mehrere in die Regelstange integrierte Magnete geschaltet wird.
Ein solcher Hallsensor ist ein sehr zuverlässiger elektrischer Schalter,
mit dem die Abgasrückführung ein-
und ausgeschaltet werden kann. Dabei wird in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung die Abgasrückführung oberhalb
einer Einspritzmenge, die einer Last größer als drei Viertel der Volllast entspricht,
ausgeschaltet. In diesem Volllastbereich wird kein Abgas zurückgeführt, da
in dem Volllastbereich eine Abgasrückführung zu einer Verschlechterung
der Abgasemissionen führen
würde.
Hierzu sind in einer bevorzugten Ausführungsform in den Bereich der
Regelstange, der diesen Einspritzmengenbereich abdeckt, mehrere
kleine Magnete nebeneinander liegend in Bohrungen eingesetzt. Diese
Magnete schalten den außen
an das Pumpengehäuse
der Einspritzvorrichtung angebrachten Hallsensor. Dieses Verfahren
bzw. diese Ausgestaltung ist extrem zuverlässig, da es sich bei dieser
elektrischen Steuerung ausdrücklich
nicht um eine elektronische Steuereinrichtung handelt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Abgasrückführung bei
einer Drehzahl unterhalb einer erhöhten Leerlaufdrehzahl ausgeschaltet.
Diese Schaltfunktion ist dann vorgesehen, wenn mit geringer werdenden
Drehzahlen, beispielsweise unterhalb einer Grenzdrehzahl von 1500
U/min, die Gefahr besteht, dass bei einer Abgasrückführung durch die Auslegung des
Einspritzsystems Rauchprobleme auftreten können. Zu diesem Zweck ist ein
induktiver Drehzahlschalter vorgesehen, der ebenfalls an dem Pumpengehäuse angebaut
wird und unterhalb insbesondere einer Drehzahl von 1450 U/min das
gewünschte
Schaltsignal abgibt.
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- 1
- Kurbelgehäuse
- 2
- Ölwanne
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Kühlrippe
- 5
- Zweifachriemenrad
- 6a,
6b
- Keilriemen
- 7
- Generator
- 8
- Spannrolle
- 9
- Kühlluftgebläse
- 10
- Kühlluftleitgehäuse
- 11
- schwungradseitiges
Ende
- 12
- Reiheneinspritzpumpe
- 13a,
13b
- Einspritzleitung
- 14
- Spannpratze
- 15
- Ventildeckel
- 16
- Frischgasleitung
- 17
- Abgassammelleitung
- 18a,
18b
- Kanal
- 19a,
19b
- Verbindungseinrichtung
- 20
- Sammelleitung
- 21
- Bogen
- 22
- Zufuhrleitung
- 23
- Abgasrückführsteuerventil
- 24
- Umlenkbogen
- 25
- Verteilleitung