DE102005059059A1 - Air-cooled diesel engine, e.g. for motor vehicle, includes oxidation catalytic converter to reduce hydrocarbon emissions - Google Patents

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Abstract

The engine has a fuel injection device with a mechanical regulator and a fresh gas system supplying combustion air. The exhaust gases go out through an exhaust system in which a first stage of emission reduction takes place. The engine is fitted with an oxidation catalytic converter to reduce hydrocarbon emissions.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden, luftgekühlten Brennkraftmaschine, die als Saugmotor mit einer einen mechanischen Regler aufweisenden Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgebildet ist, mittels der Kraftstoff in den zumindest einen Brennraum eingespritzt wird und mit über ein Frischgassystem zugeführter Brennluft verbrennt, wobei das entstehende Abgas über ein Abgassystem abgeführt wird und wobei zur Erreichung einer ersten Stufe einer Abgasemissionsreduzierung eine Abgasteilmenge über eine externe luftgekühlte Abgasrückführeinrichtung in das Frischgassystem zurückgeführt wird.The The invention relates to a method for operating a self-igniting, air-cooled Internal combustion engine, which as a naturally aspirated engine with a mechanical Controller having fuel injection device is formed, injected by means of the fuel into the at least one combustion chamber will and with over a fresh gas system supplied Combustion air burns, the resulting exhaust gas via an exhaust system dissipated is and to achieve a first stage exhaust emission reduction an exhaust gas amount over an external air-cooled Exhaust gas recirculation device is returned to the fresh gas system.

Eine solche Brennkraftmaschine ist aus der DE 103 60 093 A1 bekannt. Bei dieser Brennkraftmaschine handelt es sich um eine selbstzündende, luftgekühlte Brennkraftmaschine mit einer mechanischen Einspritzvorrichtung in Form einer konventionellen Einspritzpumpe, die von einem mechanischen Regler gesteuert wird. Diese Brennkraftmaschine zeichnet sich durch ihre Robustheit insbesondere im Hinblick auf das Kühlsystem und das Einspritzsystem aus. Das Kühlsystem ist von sehr niedrigen Temperaturen (Arktis) bis zu sehr hohen Temperaturen (Wüste) ohne die Notwendigkeit, ein flüssiges Kühlmittel kontrollieren und gegebenenfalls ergänzen zu müssen, einsetzbar. Ebenfalls ist eine bei diesen Einsatzbedingungen störanfällige elektronische Motorsteuerung nicht vorhanden. Zur Erreichung einer ersten Stufe einer Abgasemissionsreduzierung ist diese Brennkraftmaschine mit einer externen luftgekühlten Abgasrückführung ausgestattet.Such an internal combustion engine is from the DE 103 60 093 A1 known. In this internal combustion engine is a self-igniting, air-cooled internal combustion engine with a mechanical injection device in the form of a conventional injection pump, which is controlled by a mechanical regulator. This internal combustion engine is characterized by its robustness, in particular with regard to the cooling system and the injection system. The cooling system can be used from very low temperatures (Arctic) to very high temperatures (desert) without the need to control and, if necessary, supplement a liquid coolant. Likewise, an electronic engine control that is prone to failure in these operating conditions is not available. To achieve a first stage of exhaust emission reduction, this internal combustion engine is equipped with an external air-cooled exhaust gas recirculation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Brennkraftmaschine unter Beibehaltung der Robustheit im Hinblick auf eine weitere Reduzierung der Abgasemissionen zu verbessern.Of the Invention is the object of this engine under Maintaining the robustness with a view to further reducing the Improve exhaust emissions.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Erreichung der zweiten Stufe einer Abgasemissionsreduzierung das Abgas zusätzlich durch einen in das Abgassystem eingeschalteten Oxidationskatalysator zur Verringerung der Kohlenwasserstoffe (HC) geleitet wird. Ein Oxydationskatalysator bedarf keiner weiteren Ansteuerung mit einer entsprechenden Elektronik, so dass dieser problemlos, ohne irgendeine Gefährdung der Zuverlässigkeit und Robustheit der Brennkraftmaschine, verwendet werden kann. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist so ausgelegt, dass diese einen Förderdruck von bis zu 1000 bar erzeugt. Die Einspritzung erfolgt über eine Viellocheinspritzdüse (bevorzugt Fünflochdüse) in einem Bereich von 2° bis 14° n. OT Kurbelwelle bezogen auf den Verdichtungs-OT. Der Kolben weist eine Mulde auf, die als Omegamulde ausgebildet ist. Mit der solcherart abgestimmten und betriebenen Brennkraftmaschine ist die Abgasnorm EURO 3 erfüllbar.These Task is solved by that to achieve the second stage of an exhaust emission reduction the exhaust gas in addition by an oxidation catalyst switched on in the exhaust system Reduction of hydrocarbons (HC) is passed. An oxidation catalyst requires no further control with a corresponding electronics, making this problem free, without any compromise on reliability and robustness of the internal combustion engine, can be used. The fuel injection device is designed so that it has a delivery pressure of up to 1000 bar generated. The injection takes place via a multi-hole injection nozzle (preferred Five-hole nozzle) in one Range from 2 ° to 14 ° N. OT Crankshaft related to the compression TDC. The piston has a Mulde, which is designed as omega trough. With the thus tuned and operated internal combustion engine, the emission standard EURO 3 can be fulfilled.

In Weiterbildung der Erfindung wird zur Erreichung einer weiteren Stufe einer Abgasemissionsreduzierung das Abgas zusätzlich zu dem Oxydationskatalysator durch einen in das Abgassystem eingeschalteten Rußfilter, vorzugsweise einen Wechselrußfilter, geleitet. Hier wird auf einen möglichst robusten Rußfilter, der bevorzugt ohne ein aufwendiges, integriertes Regenerationssystem ausgebildet ist, zurückgegriffen. Hierzu eignet sich besonders ein Wechselfilter, der so ausgelegt ist, dass er bei üblichen und notwendigen Wartungen der Brennkraftmaschine ausgewechselt wird. Eine Regeneration des ausgewechselten Filters erfolgt dann in einer von der Brennkraftmaschine unabhängigen Regenerationseinrichtung.In Development of the invention is to achieve a further stage an exhaust emission reduction, the exhaust gas in addition to the oxidation catalyst by a soot filter activated in the exhaust system, preferably a soot filter, directed. Here is one as possible robust soot filter, the preferred without a complex, integrated regeneration system is trained, resorted to. Particularly suitable for this purpose is an exchangeable filter which is designed in this way is that he is at usual and necessary maintenance of the internal combustion engine is replaced. A regeneration of the replaced filter then takes place in one independent of the internal combustion engine Regeneration device.

In weiterer Ausgestaltung wird die Abgasrückführung über eine elektrische Steuerung, die ein Regelstangenwegsignal auswertet, ein- und ausgeschaltet. 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.In Further refinement, the exhaust gas recirculation via an electrical control, which evaluates a Regelstangenwegsignal, on and off. In this case, preferably a Hall sensor is used, which has a or several integrated into the control rod magnets is switched. Such a Hall sensor is a very reliable electrical switch, with which the exhaust gas recirculation and can be turned off. In this case, in a further embodiment the invention, the exhaust gas recirculation above an injection quantity that is greater than three quarters of full load load corresponds, switched off. In this full load range is no exhaust returned, there In the full load range exhaust gas recirculation to a deterioration lead the exhaust emissions would. For this purpose, in a preferred embodiment in the field of Control rod that covers this injection range, several small magnets placed side by side in holes. These Magnets turn on the outside the pump housing the Hall device mounted Hall sensor. This method or this embodiment is extremely reliable, since it is in this electrical control express is not an electronic control device.

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.In Another embodiment of the invention, the exhaust gas recirculation at switched off a speed below an increased idle speed. This switching function is provided when decreasing Speeds, for example below a limit speed of 1500 RPM, there is a risk that in an exhaust gas recirculation through the interpretation of Injection system smoke problems can occur. For this purpose is a inductive speed switch provided, which also mounted on the pump housing is below and in particular a speed of 1450 U / min desired Switching signal outputs.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Abgasrückführsystem bereitgestellt, das von der im Betrieb heißen Abgassammelleitung unbeeinflusst bleibt.In Another embodiment of the invention is an exhaust gas recirculation system provided that is unaffected by the hot exhaust manifold during operation remains.

Dies wird dadurch erreicht, dass das Abgasrückführsystem auf der einer am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigten Ansaugleitung und Abgasleitung gegenüberliegenden Zylinderkopfseite angeordnet ist. Diese Anordnung fern von der gegenüber anderen Bauteilen im Betrieb wesentlich heißeren Abgasleitung 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.This is achieved by the exhaust gas recirculation system on the one on the cylinder head the internal combustion engine mounted intake and exhaust pipe opposite Cylinder head side is arranged. This arrangement far from the other Components in operation much hotter exhaust pipe has a direct reduction of the temperature of the recirculated exhaust gas result, without any further special cooling measures provided are. The cylinder head is preferably a single cylinder head, the one together with the associated one Cylinder on the crankcase is screwed. Of course The invention is also in a block cylinder head and with one piece with the crankcase applicable cylinders applicable.

Weiterhin sind in den Zylinderkopf jeweils mit einem in den Zylinderkopf eingelassenen Frischgaskanal und Abgaskanal verbundene auf der Zylinderkopfseite mündende Kanäle eingearbeitet (der Frischgaskanal und der Abgaskanal verbinden Gaswechselventile mit der Ansaugleitung beziehungsweise mit der Abgasleitung). 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 Zylinderkopfseite mündenden Kanälen ist dann ein Abgasrückführsystem, bestehend aus einer Abgasrückführsammelleitung, einem AGR-Ventil und einer Abgasrückführverteilleitung, einfach befestigbar. Dabei liegt ein weiterer Vorteil darin, dass die Abgasleitung gegenüber einer Ausführung ohne Abgasrückführung unverändert bleiben kann. Dies ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn für unterschiedliche Einsatzzwecke und Kundenwünsche verschiedenartige Abgasleitungen 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.Farther are in the cylinder head each with a recessed in the cylinder head Fresh gas duct and exhaust duct connected on the cylinder head side opens channels incorporated (the fresh gas duct and the exhaust duct connect gas exchange valves with the intake pipe or with the exhaust pipe). The Channels, whose cross-section opposite the aforementioned gas channels considerably can be dimensioned in a suitable place in be arranged in the cylinder head and in the production of the cylinder head be cast with or subsequently by a mechanical Processing be introduced. Preferably, these channels are subsequently by a mechanical processing incorporated into the cylinder head, so that the cylinder head blank for an engine version with or without exhaust gas recirculation equal can be trained. At this opening on the cylinder head side channels is then an exhaust gas recirculation system, consisting of an exhaust gas recirculation manifold, an EGR valve and an exhaust gas recirculation distribution line, easily fastened. Another advantage is that the exhaust pipe with respect to a execution remain unchanged without exhaust gas recirculation can. This is especially advantageous if for different Purpose and customer requirements diverse Exhaust pipes with, for example, different connections to Continuation of the Be provided exhaust. Furthermore, this will be for a Installation authoritative Construction volume of the internal combustion engine by this configuration and arrangement the exhaust gas recirculation system not influenced, so a distinction of an internal combustion engine with exhaust gas recirculation and an internal combustion engine without exhaust gas recirculation can be omitted. This is particularly advantageous in terms of interchangeability appropriate For example, built in construction machinery or agricultural machinery Internal combustion engines.

Das Abgasrückführsystem ist direkt in dem von dem Kühlluftgebläse der luftgekühlten Brennkraftmaschine geförderten Kühlluftstrom 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 herangezogen wird.The Exhaust gas recirculation system is directly in that of the cooling air blower of the air-cooled internal combustion engine funded Cooling air flow arranged. This arrangement allows first once an effective cooling the recirculated exhaust gas without any further effort. Furthermore, the exhaust gas recirculation system in a cooling air duct, which is formed by a Kühlluftleitgehäuse and disposed along the cylinder head side and thus in any case does not provide a given lateral Contour protruding component so that it is ensured that an engine equipped with an exhaust gas recirculation system to the same internal combustion engine without an exhaust gas recirculation system without More is interchangeable. It is in such a Internal combustion engine preferably an air-cooled internal combustion engine, it But it can also be an internal combustion engine with a combined cooling system act, with the blower the cooling medium, for example, oil and / or water, cool and optionally in addition for air cooling of example, the cylinder head is used.

Schließlich ist das AGR-Ventil benachbart zu dem Kühlluftgebläse angeordnet, so dass dieses thermisch empfindliche Bauteil besonders wirkungsvoll und intensiv gekühlt wird. Zur Erhöhung der Kühlleistung kann das Abgasrückführsystem insbesondere eine Außenverrippung aufweisen, wobei diese Außenverrippung selbstverständlich strömungstechnisch optimiert in Richtung der Kühlluftströmung ausgerichtet sein kann.Finally is arranged the EGR valve adjacent to the cooling air blower, so that this thermally sensitive component is cooled particularly effectively and intensively. To increase the cooling capacity can the exhaust gas recirculation system have in particular an external ribbing, being this outer ribbing Of course aerodynamically Optimized aligned in the direction of the cooling air flow can be.

Claims (5)

Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden, luftgekühlten Brennkraftmaschine, die als Saugmotor mit einer einen mechanischen Regler aufweisenden Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgebildet ist, mittels der Kraftstoff in den zumindest einen Brennraum eingespritzt wird und mit über ein Frischgassystem zugeführter Brennluft verbrennt, wobei das entstehende Abgas über ein Abgassystem abgeführt wird und wobei zur Erreichung einer ersten Stufe einer Abgasemissionsreduzierung eine Abgasteilmenge über eine externe luftgekühlte Abgasrückführeinrichtung in das Frischgassystem zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung zweiten Stufe einer Abgasemissionsreduzierung das Abgas zusätzlich durch einen in das Abgassystem eingeschalteten Oxidationskatalysator zur Verringerung der Kohlenwasserstoffe (HC) geleitet wird.Method for operating a self-igniting, air-cooled internal combustion engine, which is designed as a naturally aspirated with a mechanical fuel injector fuel injection device is injected by the fuel into the at least one combustion chamber and burns with a fresh gas system supplied combustion air, wherein the resulting exhaust gas is removed via an exhaust system and wherein to achieve a first stage of exhaust emission reduction, a partial exhaust gas quantity is recirculated via an external air-cooled exhaust gas recirculation system in the fresh gas system, characterized in that to achieve the second stage of exhaust emission reduction, the exhaust additionally passed through a switched-off in the exhaust system oxidation catalyst for reducing the hydrocarbons (HC) becomes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung einer weiteren Stufe einer Abgasemissionsreduzierung das Abgas zusätzlich zu dem Oxidationskatalysator durch einen in das Abgassystem eingeschalteten Rußfilter, vorzugsweise einen Wechselrußfilter, geleitet wird.Method according to claim 1, characterized in that that to achieve a further stage of exhaust emission reduction the exhaust gas in addition to the oxidation catalyst by a switched on in the exhaust system soot filter, preferably a soot filter, is directed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Abgasrückführung über eine elektrisch-mechanische Steuerung, die ein Regelstangenwegsignal der Einspritzvorrichtung auswertet, ein- und ausgeschaltet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the control of exhaust gas recirculation over a electrical-mechanical control, which is a control rod travel signal the injection device evaluates, is switched on and off. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung bei einer Einspritzmenge, die einer Motorlast größer als drei Viertel der Motorvolllast ausgeschaltet wird.Method according to claim 3, characterized that the exhaust gas recirculation at an injection quantity that is greater than three quarters of engine full load engine load is turned off. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung bei einer Drehzahl unterhalb einer erhöhten Leerlaufdrehzahl ausgeschaltet wird.Method according to claim 3 or 4, characterized that the exhaust gas recirculation at switched off a speed below an increased idle speed becomes.
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