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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf,
der einen Einlasskanal umfasst, welcher an einem Ende in einen durch
den Zylinderkopf und ein Kurbelgehäuse begrenzten Brennraum einmündet und
welcher an einem anderen Ende eine Anschlussfläche für eine Frischgaszuleitung an
einer Außenseite
des Zylinderkopfs aufweist und über
welchen ein Frischgas dem Brennraum der Brennkraftmaschine zuführbar ist.
Die Brennkraftmaschine umfasst ferner ein Abgasrückführsystem, welches eine Rückführung von
Abgas zum Brennraum ermöglicht,
wobei das Abgasrückführsystem
eine Abgasrückführleitung
mit einer Zumischöffnung
zur Einbringung einer Abgasströmung in
eine Frischgasströmung
umfasst.
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Aus
der
DE 103 54 129
A1 ist eine Sauganlage für eine Brennkraftmaschine mit
mehreren Brennräumen
bekannt, wobei die Sauganlage einen Frischgasverteiler mit jeweils
einem oder mehreren Frischgasaustritten für jeden Brennraum umfasst. Der
Frischgasverteiler ist als separates Bauteil ausgestaltet und an
einem Motorblock der Brennkraftmaschine befestigt. Am Frischgasverteiler
ist ein Verteilerkanal einer Abgasrückführeinrichtung vorgesehen, welcher
sich entlang der Frischgasaustritte des Frischgasverteilers erstreckt.
Das rückgeführte Abgas
ist über
den Verteilerkanal und darin angeordne te Rückführöffnungen in den Frischgasverteiler
einleitbar. Im Frischgasverteiler ist eine Vermischung des rückgeführten Abgases
mit dem zugeführten Frischgas
vorgesehen. Vom Frischgasverteiler aus ist das Frischgas-Abgas-Gemisch über die
Frischgasaustritte den Brennräumen
der Brennkraftmaschine zuführbar.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine mit einem
Abgasrückführsystem
bereitzustellen, welche sich durch einen einfachen Aufbau und einen
geringen Bauraumbedarf auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit Hilfe einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Bei
dieser Brennkraftmaschine mündet
die Abgasrückführleitung über die
Zumischöffnung
in den Einlasskanal ein. Dadurch ist im Einlasskanal des Zylinderkopfs
und/oder im daran angrenzenden Brennraum der Brennkraftmaschine
eine Durchmischung der rückgeführten Abgasströmung mit
der über
die Frischgaszuleitung zugeführten
Frischgasströmung ermöglicht.
Unter dem Begriff ,Frischgas' sind
dabei alle Medien zu verstehen, bei denen zumindest ein Bestandteil
der Umgebungsluft der Brennkraftmaschine entnehmbar ist. Als Beispiele
seien reine beziehungsweise unbehandelte Umgebungsluft oder ein
Luft-Kraftstoff-Gemisch genannt.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Abgasrückführsystem
mehrere Abgasrückführleitungen,
denen jeweils eine Zumischöffnung
zugeordnet ist, wobei jede Abgasrückführleitung über ihre Zumischöffnung in
einen separaten Einlasskanal im Zylinderkopf einmündet. Somit
können
bei dieser Ausgestaltungsform Abgasteilströmungen von der gesamten rückgeführten Abgasströmung abgezweigt und
den Einlasskanälen
zugeführt
werden. Eine Durchmischung einer Abgasteilströmung mit der in dem entsprechenden
Einlasskanal geführten
Frischgasströmung
kann dabei im Einlasskanal und/oder im daran angrenzenden Brennraum
der Brennkraftmaschine vorgesehen sein. Ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen, kann die Brennkraftmaschine auch in einer
Weise ausgestaltet sein, dass mehrere Abgasrückführleitungen in einen Einlasskanal
und/oder mehrere Einlasskanäle
in einen Brennraum einmünden.
Ebenso können
auch Einlasskanäle
vorgesehen sein, denen keine Abgasrückführleitungen zugeordnet sind.
Schließlich
ist es auch möglich,
dass den einzelnen Einlasskanälen Frischgas
aus einem in dem Zylinderkopf angeordneten Verteilerkanal zugeführt wird.
Dabei weist der Verteilerkanal eine Anschlussfläche für eine Frischgaszuleitung an
einer Außenseite
des Zylinderkopfs auf, so dass sich der Verteilerkanal über die
Frischgaszuleitung mit Frischgas speisen lässt. Der Verteilerkanal kann
insbesondere auch als Gusskanal oder Bohrung im Zylinderkopf ausgeführt sein.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Abgasrückführsystem
eine Dosiervorrichtung, mit deren Hilfe ein Volumenstrom und/oder
ein Massenstrom einer in einen Einlasskanal einleitbaren Abgasteilströmung einstellbar
ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist dabei mit Hilfe der Dosiervorrichtung auch eine Sperrung einzelner
Abgasteilströmungen
und/oder der gesamten rückgeführten Abgasströmung ermöglicht.
Ein Vorteil dieser Ausgestaltungsform besteht insbesondere darin,
dass bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Brennräumen eine Aufteilung der gesamten
rückgeführten Abgasströmung auf
die in die einzelnen Einlasskanäle
eingeleiteten Abgasteilströmungen
einstellbar ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung schneidet eine Austrittsfläche der
Zumischöffnung
die Anschlussfläche
des Einlasskanals oder ist zumindest abschnittsweise in der Anschlussfläche angeordnet.
Das rückgeführte Abgas
ist somit im Bereich der Anschlussfläche dem Einlasskanal zuführbar. Diese
Ausgestaltungsform zeichnet sich durch eine besondere Montagefreundlichkeit
aus, da keine Bestandteile des Abgasrückführsystems bei einer Montage
in das Innere des Zylinderkopfes eingeführt werden müssen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abgasrückführleitung
einen ersten Abschnitt, welcher innerhalb einer Außenkontur
des Zylinderkopfes angeordnet ist, wobei die Zumischöffnung in
dem ersten Abschnitt angeordnet ist und wobei die Zumischöffnung in
den Einlasskanal einmündet.
Die Zumischöffnung
kann dabei ganz oder teilweise durch eine Wandung des Einlasskanals
begrenzt sein oder in einem freien Raum zwischen den Wandungen des
Einlasskanals angeordnet sein. Eine Einleitung der Abgasströmung in
die Frischgasströmung
in einem Einlasskanal kann dabei in Richtung der Frischgasströmung, in
entgegengesetzter Richtung und/oder in Querrichtung vorgesehen sein. Eine
derartige Ausgestaltung ermöglicht
eine Einleitung des Abgases in den Einlasskanal stromabwärts von
der Anschlussfläche,
wobei eine Durchmischung zwischen der Abgasströmung und der Frischgasströmung in
einem stromabwärts
gelegenen Teil des Einlasskanals und/oder im Brennraum der Brennkraftmaschine
vorgesehen ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ragt der erste Abschnitt
der Abgasrückführleitung
in den Einlasskanal hinein. Der erste Abschnitt kann beispielsweise
als Rohrleitung ausgebildet sein, welche sich in den freien Raum
zwischen den Wandungen des Einlasskanals erstreckt. Dadurch ist es
insbesondere möglich,
die Abgasströmung
gezielt an einem definierten Ort im Inneren des Einlasskanals in
den Einlasskanal ein zuleiten, wodurch sich insbesondere ein Vermischungsverhalten
der Abgasströmung
mit der Frischgasströmung
beeinflussen lässt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Abschnitt
der Abgasrückführleitung zumindest
teilweise durch eine Wandung des Einlasskanals begrenzt. Der erste
Abschnitt erstreckt sich bei dieser Ausgestaltungsform zumindest
teilweise in Längsrichtung
entlang einer Wandung des Einlasskanals. Diese Ausgestaltungsform
zeichnet sich insbesondere durch eine geringe Anzahl der verwendeten
Bauteile und eine einfache Montierbarkeit aus.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Teil eines Begrenzungsrandes
der Zumischöffnung
durch eine Wandung des Einlasskanals gebildet. Ein anderer Teil
des Begrenzungsrandes ist einem Körper der Abgasrückführleitung
zugeordnet. Die Zumischöffnung
wird bei der Montage der Abgasrückführleitung
am Zylinderkopf gebildet, indem die Abgasrückführleitung am Zylinderkopf befestigt
wird. Diese Ausgestaltungsform zeichnet sich durch eine besondere
Fertigungsfreundlichkeit aus, da keine weiteren Schritte zur Fertigung
der Zumischöffnung
erforderlich sind.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Abschnitt
der Abgasrückführleitung als
Gasführungskanal
im Zylinderkopf ausgeführt, welche
an einem Ende in den Einlasskanal einmündet. An einem anderen Ende
an der Zylinderkopfaußenseite
ist dem Gasführungskanal
die Abgasströmung
zuführbar. Über eine
dem Gasführungskanal zugeordnete
Zumischöffnung
ist die Abgasströmung in
den Einlasskanal einleitbar. Der Gasführungskanal kann beispielsweise
als Bohrung im Zylinderkopf ausgeführt sein. Ebenso ist es denkbar,
den Gasführungskanal
bereits in einer Gussform des Zylinderkopfs durch Einlegen eines
Gusskerns an der entsprechenden Stelle vorzusehen. Die getrennte
Einleitung der Abgasströmung
und der Frischgasströmung
in einen Gasführungskanal
und einen Einlasskanal ist besonders vorteilhaft, wenn der Bauraum
an der Anschlussfläche
des Einlasskanals zur Einleitung beider Strömungen in den Einlasskanal
nicht ausreicht.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abgasrückführleitung
einen zweiten Abschnitt, der stromaufwärts von dem ersten Abschnitt
angeordnet ist und der von einer Frischgaszuleitung umgeben ist.
Diese Ausgestaltungsform zeichnet sich durch eine besonders kompakte
Bauweise aus und ermöglicht
es insbesondere, Abgas und Frischgas in einfacher Weise getrennt
voneinander bis zur Anschlussfläche
des Einlasskanals zu führen.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen sind den Ansprüchen sowie
der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnungen beschrieben sind.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen Zylinderkopf und ein Ladeluftgehäuse einer
erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
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2 einen
Schnitt durch den Zylinderkopf und das Ladeluftgehäuse gemäß 1 in
Richtung der Pfeile II-II,
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3 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
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4 eine
dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
und
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5 eine
vierte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
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In 1 ist
in einer Schnittzeichnung eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 im
Bereich eines Zylinderkopfs 2 dargestellt. Die Brennkraftmaschine
ist mit mehreren, in den Figuren nicht näher dargestellten Brennräumen ausgestattet.
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Über eine
Frischgaszuleitung in Form einer Verteilerleitung 5 (2)
ist der Brennkraftmaschine ein Frischgas in Form von Luft zuführbar. Die
Verteilerleitung 5 ist über
Verteileröffnungen 6 mit
Einlasskanälen 3 im
Zylinderkopf 2 verbunden. Die Verteilerleitung 5 ermöglicht eine
Aufteilung einer zugeführten Luftströmung auf
die einzelnen Einlasskanäle.
In diesem Ausführungsbeispiel
weist die Verteilerleitung 5 eine rechteckige Querschnittsform
auf. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel
kann die Verteilerleitung jedoch auch mit einer beliebigen anderen
Querschnittsform ausgestaltet sein. Ebenso ist es möglich, die
Verteilerleitung entlang ihrer Längsachse
mit einer sich ändernden
Querschnittsform auszugestalten.
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Die
Einlasskanäle 3 münden an
einem Ende in jeweils einen Brennraum der Brennkraftmaschine 1 ein.
In einem modifizierten Ausführungsbeispiel können auch
mehrere Einlasskanäle
mit einem Brennraum der Brennkraftmaschine 1 verbunden sein.
Den Einlasskanälen 3 ist
jeweils eine Anschlussfläche 7 an
einer Außenseite
des Zylinderkopfs 2 zugeordnet. Die Verteilerleitung 5 steht
mit den Anschlussflächen 7 in
Kontakt und ist über
die Verteileröffnungen 6 mit
den Einlasskanälen 3 fluidleitend
verbunden. Über
in den Figuren nicht dargestellte Dichtungselemente zwischen Verteilerleitung 5 und
Zylinderkopf 2 ist sichergestellt, dass Luft bei der Einleitung
in die Einlasskanäle 3 nicht
in die Umgebung entweichen kann.
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Die
bei einer Verbrennung entstehenden Abgase der Brennkraftmaschine 1 werden
im Betrieb über
nicht näher
dargestellte Auslasskanäle
im Zylinderkopf 2 aus den Brennräumen ausgeleitet und von dort
aus über
ein Abgassystem in die Umgebung abgeführt. Im Abgassystem ist eine
Verzweigung angeordnet, an die ein in den Figuren nicht näher dargestelltes
Abgasrückführsystem
angeschlossen ist. Das Abgasrückführsystem
ermöglicht
eine Rückführung einer
Abgasströmung
zu den Brennräumen.
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Das
Abgasrückführsystem
umfasst eine erste Abgasrückführleitung 8 und
eine zweite Abgasrückführleitung 9. Über die
erste Abgasrückführleitung 8 und
die zweite Abgasrückführleitung 9 sind eine
erste Abgasteilströmung
und eine zweite Abgasteilströmung
den einzelnen Einlasskanälen 3 zuführbar. In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die erste Abgasrückführleitung 8 und
die zweite Abgasrückführleitung 9 in
Reihe angeordnet, so dass sie beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nacheinander
in Richtung des Pfeils A in 2 mit Abgas
durchströmt werden.
Die erste Abgasrückführleitung 8,
die zweite Abgasrückführleitung 9 und
die Verteilerleitung 5 sind in einem gemeinsamen Ladeluftgehäuse 17 angeordnet,
welches über
ein nicht näher
dargestelltes Befestigungsmittel mit dem Zylinderkopf verbunden ist.
Die beiden Abgasrückführleitungen 8, 9 und
die Verteilerleitung 5 sind durch eine Trennwand 10 voneinander
getrennt. In der in 2 gezeigten Draufsicht sind
die erste Abgasrückführleitung 8 und
die zweite Abgasrückführleitung 9 dabei
unterhalb der Trennwand 10 angeordnet. In einem modifizierten, nicht
dargestellten Ausführungsbeispiel
kann das Abgasrückführsystem
der Brennkraftmaschine auch mit einem Verteilerstück ausgestattet
sein, über
das die rückgeführte Abgasströmung auf
mehrere, parallel zueinander angeordnete Abgasrückführleitungen verteilbar ist,
die jeweils über
eine Zumischöffnung mit
einem Einlasskanal verbunden sind.
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Der
ersten Abgasrückführleitung 8 und
der zweiten Abgasrückführleitung 9 ist
jeweils ein erster Abschnitt 11 zugeordnet (1),
welcher innerhalb einer Außenkontur
des Zylinderkopfs 2 angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt 11 in
den der jeweiligen Abgasrückführleitung
zugeordneten Einlasskanal 3 hinein ragt. Der erste Abschnitt 11 ist
an einer Seite durch eine Wandung 12 des Einlasskanals 3 und
an einer gegenüberliegenden
Seite durch die sich an dieser Stelle in den Einlasskanal 3 hinein
erstreckende Trennwand 10 begrenzt. An einem stromabwärts gelegenen
Ende des ersten Abschnitts 11 ist eine Zumischöffnung 12 angeordnet, über die
eine Abgasteilströmung
dem Einlasskanal 3 zuführbar
ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 eine
Durchmischung der Luftströmung
mit der Abgasströmung
erst im Einlasskanal 3 beziehungsweise in dem sich daran
anschließenden
Brennraum der Brennkraftmaschine 1 erfolgt.
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In 1 ist
in dem ersten Abschnitt 11 eine Dosiervorrichtung in Form
einer Steuerklappe 20 angeordnet, mit deren Hilfe ein Massenstrom
einer Abgasteilströmung
zum Einlasskanal 3 einstellbar ist. Die Steuerklappe 20 ist
um eine Achse 21 schwenkbar ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Steuerklappe 20 über ein nicht dargestelltes
Stellelement in eine beliebige Arbeitsposition zwischen einer vollständig geöffneten
Stellung und einer vollständig
geschlossenen Stellung verfahrbar. Eine vollständig geöffnete Stellung ist dabei durch
eine weitgehend ungehinderte Einleitung der Abgasteilströmung in
den Einlasskanal 3 gekennzeichnet. Eine Steuerklappe 20 kann
in ersten Abschnitten 11 einer, mehrerer oder aller Abgasrückführleitungen 8, 9 angeord net
sein. Bei einer Anordnung von Steuerklappen 20 in mehreren
ersten Abschnitten 11 ist es insbesondere möglich, eine
Aufteilung der gesamten rückgeführten Abgasströmung auf
die einzelnen Einlasskanäle 3 einzustellen.
In einem modifizierten, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann eine Steuerklappe
oder eine andere Dosiervorrichtung auch innerhalb des ersten Abschnitts 11 in
einem Bereich zwischen der Anschlussfläche 7 und der Zumischöffnung 12 angeordnet
sein. In einem weiteren, modifizierten Ausführungsbeispiel ist es auch
möglich,
eine Steuerklappe oder eine andere Dosiervorrichtung innerhalb der
ersten Abgasrückführleitung 8 und/oder
der zweiten Abgasrückführleitung 9 anzuordnen.
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In 3 ist
in einer Schnittzeichnung eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 im
Bereich eines Zylinderkopfs 2 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
dadurch, dass die Trennwand 10 sich nahezu über die
gesamte Länge
des Einlasskanals 3 erstreckt. Dadurch sind die Luftströmung und
die Abgasteilströmung
innerhalb des gesamten Einlasskanals 3 weitgehend getrennt
voneinander geführt.
Eine Durchmischung zwischen der Luftströmung und der Abgasteilströmung ist
erst im Brennraum der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen.
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In 4 ist
in einer Schnittzeichnung eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 im
Bereich eines Zylinderkopfs 2 dargestellt. Dabei sind die
Verteilerleitung 5 und eine Abgasrückführleitung 8 in getrennten
Bauteilen angeordnet. Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Austrittsfläche 13 der
Zumischöffnung 12 in
der Anschlussfläche 7 des
Einlasskanals 3 angeordnet. Dadurch ist eine Einleitung der
Abgasteilströmung
in den Einlasskanal 3 an dessen stromaufwärts gelegenem
Ende ermög licht,
so dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 eine Durchmischung
zwischen der Abgasteilströmung und
der Luftströmung
bereits im Einlasskanal 3 erfolgen kann.
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In 5 ist
in einer Schnittzeichnung eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
im Bereich eines Zylinderkopfs 2 dargestellt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
ist ein zweiter Abschnitt 14 einer Abgasrückführleitung 8 innerhalb
der Verteilerleitung 5 und somit von der Verteilerleitung 5 umgeben
angeordnet. Hieraus ergeben sich Vorteile im Hinblick auf den für die Verteilerleitung 5 und
die Abgasrückführleitung 8 erforderlichen
Bauraum. Ein erster Abschnitt 11 der Abgasrückführleitung 8 ist
zudem innerhalb der Außenkontur
des Zylinderkopfs 2 angeordnet und ragt in den Einlasskanal 3 hinein.
Der erste Abschnitt 11 ist dabei als Rohrleitung ausgeführt. Über eine
Zumischöffnung 12 ist
die Abgasteilströmung
dem Einlasskanal 3 zuführbar,
wobei die Zumischöffnung 12 an
einem beliebigen Ort innerhalb des Einlasskanals 3 positioniert
sein kann. Eine Einleitung der Abgasteilströmung in den Einlasskanal 3 kann
auch in einem spitzen Winkel von beispielsweise 10° bis 80° zur Luftströmung oder
in entgegengesetzter Richtung zur Luftströmung vorgesehen sein. Durch
die Wahl des Einleitungsorts und der Einleitungsrichtung ist es
möglich,
ein Mischungsverhalten der Abgasteilströmung mit der Luftströmung in
dem Einlasskanal 3 und/oder dem Brennraum zu beeinflussen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 ist
eine Durchmischung einer rückgeführten Abgasströmung mit
einer Luftströmung
erst im Einlasskanal 3 und/oder im Brennraum der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen.
Eine separate Mischvorrichtung in einem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine 1 kann
somit entfallen, und die Zumischung der Abgasströmung zur Luft strömung lässt sich
in einem kompakten Bauraum realisieren. Bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen 1 kann
es vorgesehen sein, den einzelnen Einlasskanälen 3 jeweils eine
Abgasteilströmung,
also einen Anteil an der gesamten rückgeführten Abgasströmung, zuzuführen. Durch
die Aufteilung auf mehrere Abgasteilströmungen ist es insbesondere
möglich,
den Einlasskanälen 3 zumindest
annähernd
gleiche Abgasmassenströme
zuzumessen. Damit ist in den einzelnen Brennräumen der Brennkraftmaschine
auch ein annähernd
gleiches Massenverhältnis
von Abgas zu Luft bereitgestellt. Mit Hilfe einer Dosiervorrichtung
lassen sich die Abgasmassenströme
separat für
einen Einlasskanal 3 oder mehrere Einlasskanäle 3 einstellen.
Die den einzelnen Einlasskanälen 3 zugemessenen
Abgasmassenströme
können
beispielsweise an einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 angepasst
werden. Die Dosiervorrichtung ermöglicht es insbesondere, ein
annähernd
gleiches Massenverhältnisse von
Abgas zu Luft über
einen weiten Betriebsbereich an den einzelnen Brennräumen bereitzustellen,
indem die den Einlasskanälen 3 zugeführten Abgasmassenströme an die
Luftmassenströme
in dem jeweiligen Einlasskanal 3 angepasst werden.