DE102006041522A1 - Internal combustion engine, has cooling device with suction line which partly encloses such that cooling agent located in cooling device surrounds, suction line, in form of cooling agent layer - Google Patents

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Abstract

The internal combustion engine has cylinder (1a,1b,1c), an inlet area (5) with a suction line (4a,4b,4c) for suppling fresh air or fresh mixture for supply to a cylinder. The cooling device (7) has a suction line which partly encloses such that a cooling agent (10) located in the cooling device surrounds, a suction line, in the form of a cooling agent layer. An independent claim is also included for the method for operating an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, einem Einlaßbereich mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Frischluft bzw. Frischgemisch und einem Abgasabführsystem zur Abführung des Abgases aus dem mindestens einen Zylinder, wobei im Einlaßbereich eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des mittels interner Abgasrückführung in die mindestens eine Ansaugleitung einleitbaren und rückführbaren Abgases vorgesehen ist.The The invention relates to an internal combustion engine having at least one Cylinder, an inlet area with at least one suction line for supplying the at least a cylinder with fresh air or fresh mixture and a Abgasabführsystem for removal the exhaust gas from the at least one cylinder, wherein in the inlet region a cooling device for cooling by means of internal exhaust gas recirculation in the at least one suction line einleitbaren and traceable Exhaust gas is provided.

Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.Of Furthermore, the invention relates to a method for operating a such internal combustion engine.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine sowohl Dieselmotoren als auch Ottomotoren.in the The term internal combustion engine encompasses the scope of the present invention both diesel engines and gasoline engines.

Aufgrund der begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern, insbesondere aufgrund der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff für die Gewinnung von Brennstoffen für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen, ist man bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren.by virtue of the limited resources of fossil fuels, in particular due to the limited presence of mineral oil as a raw material for extraction of fuels for the operation of internal combustion engines, one is in the development of internal combustion engines constantly endeavored to To minimize fuel consumption.

Ein weiteres grundsätzliches Ziel ist es, die Schadstoffemissionen zu reduzieren. Die Emissionen an Kohlendioxid korrelieren dabei direkt mit dem Kraftstoffverbrauch, so daß eine Absenkung des Kraftstoffverbrauchs unmittelbar zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen beiträgt.One further basic The aim is to reduce pollutant emissions. The emissions of carbon dioxide correlate directly with fuel consumption, so that one Reduction of fuel consumption directly to reduce carbon dioxide emissions contributes.

Um die zukünftigen Grenzwerte für Emissionen sämtlicher Schadstoffe, insbesondere der Stickoxide, einzuhalten, sind – neben der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs – weitere Maßnahmen erforderlich. Die Ausstattung der Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungssystemen, beispielsweise Speicherkatalysatoren oder SCR-Katalysatoren ist dabei nur ein Lösungsansatz.Around the future ones Limits for Emissions of all Pollutants, in particular the nitrogen oxides to comply, are - next the reduction of fuel consumption - further measures required. The equipment of the internal combustion engine with exhaust aftertreatment systems, For example, storage catalysts or SCR catalysts is only one approach.

Eine qualitativ verbesserte d. h. weniger Schadstoff generierende Verbrennung bzw. eine effizientere d.h. verbrauchsoptimierte Verbrennung kann bei der Einhaltung zukünftiger Emissions-Grenzwerte ebenfalls zielführend sein.A qualitatively improved d. H. less pollutant-generating combustion or more efficient, i. consumption-optimized combustion can in the observance of future Emission limits also be effective.

Im Mittelpunkt der Entwicklungsarbeiten steht dabei unter anderem die Reduzierung der Stickoxidemissionen, die insbesondere bei den Dieselmotoren von hoher Relevanz sind. Da die Bildung der Stickoxide nicht nur einen Luftüberschuß, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Senkung der Stickoxidemissionen darin, Verbrennungsprozesse mit niedrigeren Verbrennungs- d. h. Prozeßtemperaturen zu entwickeln.in the The focus of development work is, inter alia, the Reduction of nitrogen oxide emissions, especially in diesel engines are of high relevance. Because the formation of nitrogen oxides not only an excess of air, but also high temperatures, there is a concept for lowering the Nitrogen emissions in it, combustion processes with lower Incineration d. H. process temperatures to develop.

Dabei ist die Abgasrückführung d. h. die Rückführung von Verbrennungsgasen aus der Abgasleitung in die Ansaugleitung zielführend, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführung eignet sich auch zur Reduzierung der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Teillastbereich. Die Abgasrückführrate xAGR bestimmt sich dabei wie folgt: xAGR = mAGR/(mAGR + mFrischluft)wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mFrischluft die zugeführte – gegebenenfalls durch einen Verdichter geführte und komprimierte – Frischluft bzw. Verbrennungsluft bezeichnet.In this case, the exhaust gas recirculation ie the return of combustion gases from the exhaust pipe in the intake line is expedient in which with increasing exhaust gas recirculation rate, the nitrogen oxide emissions can be significantly reduced. Exhaust gas recirculation is also suitable for reducing emissions of unburned hydrocarbons in the partial load range. The exhaust gas recirculation rate x EGR is determined as follows: x AGR = m AGR / (M AGR + m fresh air ) wherein m AGR refers to the mass of recirculated exhaust gas and m fresh air, the supplied - optionally guided by a compressor and compressed - fresh air or combustion air.

Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind teilweise hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von xAGR ≈ 60% bis 70% liegen können. Zur Realisierung dieser hohen Rückführraten ist eine Kühlung des rückgeführten Abgases bzw. eine Verdichtung des Abgases durch Kühlung zwingend erforderlich. Die Dichte des Abgases nimmt infolge der Kühlung zu.In order to achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates are sometimes required, which may be on the order of x AGR ≈ 60% to 70%. To realize these high recycling rates, cooling of the recirculated exhaust gas or compression of the exhaust gas by cooling is absolutely necessary. The density of the exhaust gas increases due to the cooling.

Eine Brennkraftmaschine, die im Einlaßbereich mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung der Zylinder mit Frischluft bzw. Frischgemisch und einem Abgasabführsystem zum Abführen der Abgase ausgestattet ist, weist zur Rückführung des Abgases in der Regel mindestens eine Leitung auf, die aus dem Abgasabführsystem abzweigt, in den Einlaßbereich wieder einmündet und auch als Abgasrückführleitung bezeichnet wird.A Internal combustion engine, which in the inlet region with at least one Intake line for supplying the cylinders with fresh air or fresh mixture and an exhaust gas removal system for discharging the exhaust is equipped, points to the recirculation of the exhaust gas in the rule at least one pipe leading out of the exhaust gas removal system branches off, in the inlet area re-opens and also as an exhaust gas recirculation line referred to as.

In der Abgasrückführleitung ist häufig eine Kühlvorrichtung vorgesehen, mit der die Temperatur im heißen Abgasstrom gesenkt wird, wodurch die Dichte der Abgase erhöht wird. Die Temperatur der Zylinderfrischladung, die sich bei der Mischung der Frischluft mit den rückgeführten Abgasen einstellt, wird hierdurch ebenfalls gesenkt, wodurch die Kühlvorrichtung der Abgasrückführung zu einer besseren Füllung des Brennraums beiträgt. In der Regel wird eine Flüssigkeitskühlung verwendet.In the exhaust gas recirculation line is common a cooling device provided with the temperature in the hot exhaust gas stream is lowered, whereby the density of the exhaust gases is increased. The temperature of the cylinder fresh charge, when mixing the fresh air with the recirculated exhaust gases is thereby also lowered, whereby the cooling device the exhaust gas recirculation too a better filling contributes to the combustion chamber. As a rule, liquid cooling is used.

Zur Realisierung einer Flüssigkeitskühlung verfügt die Kühlvorrichtung über einen Einlaß und einen Auslaß für die Kühlflüssigkeit, wobei die Kühlflüssigkeit die das Abgas durch die Kühlvorrichtung hindurchführende Abgasrückführleitung einem Kühlmittelmantel ähnlich umgibt bzw. umströmt. Das Kühlmittel bzw. die Kühlflüssigkeit entzieht dem Abgasstrom die Wärme dabei nach dem Prinzip eines Wärmetauschers und zwar sowohl durch Wärmeleitung als auch durch Konvektion. Im Kühlmittelkreislauf ist zur Förderung eine Pumpe angeordnet, so daß das Kühlmittel zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise abgeführt.In order to realize a liquid cooling, the cooling device has an inlet and an outlet for the cooling liquid, wherein the cooling liquid surrounds the exhaust gas recirculation line leading through the exhaust gas through the cooling device similar to a coolant jacket. The coolant or the cooling liquid extracts the heat from the exhaust gas flow in accordance with the principle of a heat exchanger, both by heat conduction and by convection. In the coolant circuit, a pump is arranged to convey, so that the coolant circulates. The given to the coolant A heat is dissipated in this way.

Zusätzlich oder alternativ zu der zuvor beschriebenen, sogenannten externen Abgasrückführung, besteht die Möglichkeit der internen Abgasrückführung d. h. Abgas intern zurückzuführen. Dabei wird das Abgas im Rahmen des Ladungswechsels bzw. Ausschiebetaktes nicht ausschließlich durch die Auslaßöffnungen der Zylinder in das Abgasabführsystem ausgeschoben und gegebenenfalls mittels einer Abgasrückführleitung wieder dem Einlaßbereich der Brennkraftmaschine extern zugeführt. Vielmehr wird ein Teil des Abgases beim Ladungswechsel in den mindestens einen Ansaugkanal der Brennkraftmaschine ausgeschoben, um beim nachfolgenden Ansaugen zusammen mit Frischgemisch bzw. Frischluft als Zylinderfrischladung wieder in den Zylinder zu gelangen, wo es an der nächsten Verbrennung teilnimmt.Additionally or Alternatively to the previously described, so-called external exhaust gas recirculation exists the possibility the internal exhaust gas recirculation d. H. Attributed exhaust gas internally. there the exhaust gas is in the context of the charge cycle or Ausschiebetaktes not exclusively by the outlet openings the cylinder into the exhaust system pushed out and optionally by means of an exhaust gas recirculation line again the inlet area the internal combustion engine supplied externally. Rather, a part the exhaust gas during the charge change in the at least one intake passage pushed out of the engine to the subsequent intake together with fresh mixture or fresh air as fresh cylinder charge get back into the cylinder, where it is at the next combustion participates.

Die Erhöhung des Abgasanteils bzw. Restgasanteils im Zylinder – hervorgerufen durch eine interne Abgasrückführung – führt, wie die externe Abgasrückführung, zu einer geringeren Konzentration an Stickoxiden (NOx) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) im Abgas. Die Restgase senken die Prozeßtemperatur, wobei durch die Verbrennung des Restgases die Kohlenwasserstoff-Emissionen reduziert werden.The increase in the proportion of exhaust gas or residual gas in the cylinder - caused by an internal exhaust gas recirculation - leads, like the external exhaust gas recirculation, to a lower concentration of nitrogen oxides (NO x ) and unburned hydrocarbons (HC) in the exhaust gas. The residual gases reduce the process temperature, whereby the combustion of the residual gas, the hydrocarbon emissions are reduced.

Die interne Abgasrückführung läßt sich durch den Ladungswechsel steuern, wobei die Menge an intern rückgeführtem Abgas durch die den Ladungswechsel charakterisierenden Steuerzeiten bestimmt bzw. festgelegt wird. Die intern zurückgeführte Abgasmenge kann dabei beispielsweise durch eine Variation der Öffnungszeit des mindestens einen Einlaßventils eingestellt werden; gegebenenfalls unterstützt durch eine Verstellung der Schließzeit des mindestens einen Auslaßventils.The Internal exhaust gas recirculation can be through controlling the charge cycle, the amount of internally recirculated exhaust gas determined by the charge cycle characterizing timing or is determined. The internally recirculated exhaust gas quantity can thereby for example, by a variation of the opening time of at least an intake valve be set; possibly supported by an adjustment the closing time the at least one exhaust valve.

Hierzu ist aber ein zumindest teilweise variabler Ventiltrieb erforderlich, falls die Brennkraftmaschine nicht unter sämtlichen Betriebsbedingungen mit unveränderbaren, festen Steuerzeiten betrieben wird, so daß kein Einfluß auf die interne Abgasrückführung genommen werden kann.For this but an at least partially variable valve train is required, if the internal combustion engine is not under all operating conditions unchangeable, fixed timing is operated so that no influence on the internal exhaust gas recirculation taken can be.

Eine Möglichkeit, die Steuerzeiten der Ventile zu variieren, besteht in der Verwendung einer Nockenwellenverstellvorrichtung, mit welcher die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle um einen gewissen Winkel verdreht werden kann, so daß die Steuerzeiten nach früh oder spät verschoben werden.A Possibility, to vary the valve timing, is to use a camshaft adjusting device, with which the camshaft across from the crankshaft can be rotated by a certain angle, so that the control times early or late be moved.

Im Vergleich zu einer externen Abgasrückführung sind die Abgasmengen, die intern rückführbar sind, wesentlich kleiner, was auch dadurch bedingt ist, daß die intern zurückgeführten Abgase in der Regel nicht gekühlt werden, bevor sie wieder dem Zylinder zugeführt werden.in the Compared to an external exhaust gas recirculation are the amounts of exhaust gas, which are traceable internally, much smaller, which is also due to the fact that the intern recirculated exhaust gases usually not cooled before they are returned to the cylinder.

Es wäre daher vorteilhaft, die Abgase, die intern zurückgeführt werden sollen, ähnlich wie bei der externen Abgasrückführung, vor der Rückführung in den Zylinder einer Kühlung zu unterziehen. Dadurch würde die Temperatur der heißen Abgase gesenkt, wodurch die Dichte der Abgase erhöht und folglich die absolute zurückgeführte Abgasmasse vergrößert werden könnte.It would be therefore advantageous, the exhaust gases that are to be returned internally, similar to at the external exhaust gas recirculation, before the return to the Cylinder of a cooling to undergo. This would the temperature of the hot ones Lowered exhaust gases, which increases the density of the exhaust gases and consequently the absolute recirculated exhaust gas mass be enlarged could.

Eine gekühlte interne Abgasrückführung beschreibt die US 6,932,063 B1 . Der Ansaugkanal eines Zylinders wird zur Kühlung der dem Ansaugkanal zugeführten Abgase mit einer seitlich angeordneten Auswölbung versehen bzw. ausgebildet, in die eine Kühlung integriert wird. Dabei werden mittels einer zentral im Ansaugkanal angeordneten Trennwand zwei Kanäle ausgebildet, von denen der erste Kanal in Richtung des Zylinders durchströmt wird, um den Zylinder mit Frischluft bzw. Frischgemisch zu versorgen, wohingegen der andere zweite Kanal in entgegengesetzter Richtung durchströmt wird und dabei das rückgeführte Abgas durch die Auswölbung und damit durch die Kühlung hindurchführt.A cooled internal exhaust gas recirculation describes the US 6,932,063 B1 , The intake passage of a cylinder is provided or formed with a laterally arranged bulge for cooling the exhaust gas supplied to the intake passage, in which a cooling is integrated. In this case, two channels are formed by means of a centrally arranged in the intake passage partition, of which the first channel is flowed through in the direction of the cylinder to supply the cylinder with fresh air or fresh mixture, whereas the other second channel is flowed through in the opposite direction, while the recirculated Exhaust through the bulge and thus passes through the cooling.

Zur Kühlung des Abgases werden in der Auswölbung beispielsweise quer zur Abgasströmung verlaufende Rohre, die von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden und beabstandet zueinander sind, angeordnet. Dem die Rohre umströmenden Abgas wird auf diese Weise Wärme entzogen. Anstelle der Rohre können auch Flügel verwendet werde, die innen hohl ausgeführt sind und ebenfalls von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden.to cooling of the exhaust gas are in the bulge for example, transverse to the exhaust flow Pipes through which a cooling liquid flows and spaced from each other are arranged. The exhaust gas flowing around the pipes it will heat that way withdrawn. Instead of the tubes can also wings used, which are hollow inside and also from a cooling liquid flows through become.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist in der Auswölbung eine Turbine vorgesehen, deren Achse zur Kühlung des Abgases von einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Die Turbine soll gleichzeitig zur Gewinnung von Energie genutzt werden können.Corresponding a further embodiment is in the bulge a turbine is provided whose axis for cooling the exhaust gas from a cooling liquid flows through becomes. The turbine is to be used at the same time for the production of energy can be.

Nachteilig an der Abgaskühlung, die in der US 6,932,063 B1 beschrieben wird, ist, daß der Ansaugkanal durch die Trennwand bzw. die Aufteilung in zwei Kanäle in seinem Querschnitt verengt wird, so daß der angesaugten Frischluft bzw. dem angesaugten Frischgemisch nur ein verminderter Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt wird. Der Bereich, in dem die Trennwand vorgesehen ist, hat die Wirkung einer Drosselstelle.A disadvantage of the exhaust gas cooling, in the US 6,932,063 B1 is described, that the intake passage is narrowed by the partition wall or the division into two channels in its cross section, so that the sucked fresh air or the sucked fresh mixture only a reduced flow cross-section is provided. The area in which the partition wall is provided has the effect of a throttle point.

Über die Trennwand hinweg stellt sich ein Druckverlust ein, wodurch die dem Brennraum zugeführte Luftmasse abnimmt, was den Füllungsgrad verschlechtert. Dies läuft insbesondere den grundsätzlichen Bemühungen entgegen, einen Ottomotor möglichst weitgehend zu entdrosseln.About the Divide away a pressure loss, whereby the the Combustion chamber supplied Air mass decreases, which worsens the degree of filling. This is working especially the fundamental efforts contrary, a gasoline engine as possible largely to dethrone.

Strenggenommen handelt es sich auch nicht um eine interne Abgasrückführung, denn das Abgas wird mittels Trennwand aus dem eigentlichen Ansaugkanal abgeführt, einer Kühlvorrichtung zugeführt und wieder in den Ansaugkanal eingleitet. Diese Vorgehensweise ist einer externen Abgasrückführung sehr ähnlich, wobei der Unterschied lediglich darin besteht, daß das Abgas nicht aus der Abgasleitung, sondern aus der Ansaugleitung abgezweigt wird, bevor es einer Kühlung unterworfen wird. Wie bei einer externen Abgasrückführung durchläuft nur das Abgas die Kühlung und nicht die angesaugte Luft.Strictly speaking it is also not an internal exhaust gas recirculation, because the exhaust gas is removed by means of a partition from the actual intake duct dissipated a cooling device fed and again introduced into the intake. This procedure is one very similar to external exhaust gas recirculation, the difference being that the exhaust gas not branched off from the exhaust pipe, but from the intake pipe will, before there is a cooling is subjected. As with an external exhaust gas recirculation only goes through the exhaust the cooling and not the sucked air.

Zudem ist die in der US 6,932,063 B1 beschriebene Abgaskühlung vergleichsweise komplex und kostenintensiv im Gegensatz zu den herkömmlichen bei Brennkraftmaschinen üblicherweise verwendeten Wärmetauschern bzw. Kühlungen. Die Ausführungsform, bei der eine Turbine in der Auswölbung angeordnet wird, ist darüber hinaus anfällig für Leckage.In addition, the in the US 6,932,063 B1 described exhaust gas cooling comparatively complex and costly in contrast to the conventional heat exchangers or cooling systems commonly used in internal combustion engines. The embodiment in which a turbine is placed in the protrusion is also susceptible to leakage.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Problem, das grundsätzlich bei der Verwendung einer Kühlvorrichtung d. h. bei einer Vorrichtung zur Kühlung von Abgas zu beobachten ist.One Another disadvantage arises from a prior art known problem, basically when using a cooling device d. H. to observe in a device for cooling exhaust gas is.

In der Kühlvorrichtung kommt es zu Ablagerungen von Abgasbestandteilen, da dem Abgasmassenstrom bei der Kühlung unter Umständen soviel Wärme entzogen wird, daß einzelne Abgasbestandteile aus dem heißen Abgas auskondensieren und sich in der Kühlvorrichtung ablagern. Die auskondensierten Abgasbestandteile bauen eine klebrige, mit zunehmender Betriebsdauer anwachsende Schicht auf der Innenseite des Abgasrückführkanals auf, an der schließlich auch die festen Bestandteile des Abgasmassenstromes bei Berührung hängen bleiben, insbesondere die im Abgas befindlichen Rußpartikel. Die Ablagerungen führen zu einem verengten Strömungsquerschnitt und gegebenenfalls zu einem vollständigen Verschluß des Abgaskanals.In the cooling device it comes to deposits of exhaust components, as the exhaust gas mass flow in cooling in certain circumstances so much heat is withdrawn that individual Exhaust components from the hot Condensate exhaust gas and settle in the cooling device. The condensed exhaust components build a sticky, with increasing Operating time growing layer on the inside of the exhaust gas recirculation channel on, finally Even the solid components of the exhaust gas mass flow to hang on contact, in particular the soot particles in the exhaust gas. The Lead to deposits to a narrowed flow cross-section and optionally to a complete closure of the exhaust duct.

Dies ist insbesondere bei der Abgaskühlung gemäß der US 6,932,063 B1 zu befürchten, da die dem Abgas bereitgestellten Strömungsquerschnitte von Hause aus bereits sehr eng sind, insbesondere bei den Ausführungsformen, bei denen eine Vielzahl von Rohren oder Flügeln als Kühlelemente verwendet und in der Auswölbung angeordnet wird.This is especially in the exhaust gas cooling according to the US 6,932,063 B1 to be feared, since the exhaust gas flow cross-sections provided are already very close from home, especially in the embodiments in which a plurality of tubes or vanes is used as cooling elements and arranged in the bulge.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 d. h. der gattungsbildenden Art bereitzustellen, die mit einer verbesserten Kühlung der internen Abgasrückführung ausgestattet ist, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigt werden.In front In this context, it is the object of the present invention an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 d. H. of the generic type, those with improved cooling equipped with internal exhaust gas recirculation is eliminated with the known from the prior art disadvantages become.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.A Another subtask of the present invention is a method to show the operation of such an internal combustion engine.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, einem Einlaßbereich mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Frischluft bzw. Frischgemisch und einem Abgasabführsystem zur Abführung des Abgases aus dem mindestens einen Zylinder, wobei im Einlaßbereich eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von mittels interner Abgasrückführung in die mindestens eine Ansaugleitung einleitbaren und rückführbaren Abgases vorgesehen ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß

  • – die Kühlvorrichtung die mindestens eine Ansaugleitung zumindest teilweise umschließt in der Art, daß ein in der Kühlvorrichtung befindliches Kühlmittel die mindestens eine Ansaugleitung in Gestalt eines Kühlmittelmantels umgibt.
The first sub-task is solved by an internal combustion engine having at least one cylinder, an inlet region with at least one suction line for supplying the at least one cylinder with fresh air or fresh mixture and a Abgasabführsystem for discharging the exhaust gas from the at least one cylinder, wherein in the inlet region, a cooling device for cooling is provided by means of internal exhaust gas recirculation in the at least one suction line einleitbaren and traceable exhaust gas, and which is characterized in that
  • - The cooling device, the at least partially encloses at least one suction line in such a way that a coolant located in the cooling device surrounds the at least one suction line in the form of a coolant jacket.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt über eine Kühlvorrichtung, bei der der mindestens eine Ansaugkanal der Brennkraftmaschine nicht zwingend modifiziert zu werden braucht. Daher eignet sich diese Abgaskühlung beispielsweise auch für die Nachrüstung von bereits auf dem Markt befindlichen Brennkraftmaschinen.The Internal combustion engine according to the invention has a Cooler, in which the at least one intake passage of the internal combustion engine is not absolutely needs to be modified. Therefore, this is suitable exhaust gas cooling for example, also for the retrofit of internal combustion engines already on the market.

Im Gegensatz zu der in der US 6,932,063 B1 beschriebenen Abgaskühlung wird somit auch eine Verengung des Strömungsquerschnittes des Ansaugkanals vermieden, so daß sich kein Druckverlust in der Ansaugströmung einstellt und keine Verschlechterung des Füllungsgrades infolge der Kühlung des intern rückgeführten Abgases zu beobachten ist.Unlike in the US 6,932,063 B1 described exhaust gas cooling is thus also avoided a narrowing of the flow cross-section of the intake passage, so that no pressure loss in the intake adjusts and no deterioration of the degree of filling due to the cooling of the internally recirculated exhaust gas is observed.

Erfindungsgemäß liegt auch tatsächlich eine rein interne Abgasrückführung vor, bei der sowohl das intern rückgeführte Abgas als auch die angesaugte Frischluft bzw. das angesaugte Frischgemisch den mindestens einen gekühlten Ansaugkanal durchströmen. D. h. bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann ebenfalls die dem Zylinder zugeführte Frischluft bzw. das Frischgemisch d. h. die gesamte Zylinderfrischladung gekühlt werden und nicht ausschließlich das rückzuführende Abgas.According to the invention indeed a purely internal exhaust gas recirculation, at the both the internally recirculated exhaust as well as the sucked fresh air or the sucked fresh mixture the at least one chilled Flow through the intake channel. Ie. in the internal combustion engine according to the invention can also be the cylinder supplied fresh air or the fresh mixture d. H. the entire fresh cylinder charge is cooled and not exclusively the recirculated exhaust gas.

Insbesondere dieses Merkmal bzw. diese Fähigkeit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine erweist sich als besonders vorteilhaft, wie bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter unten noch ausgeführt und ersichtlich werden wird.Especially this feature or ability the internal combustion engine according to the invention proves to be particularly advantageous, as in the description the preferred embodiments and the method according to the invention still running below and will become apparent.

Durch den vergleichsweise einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen internen Abgaskühlung ergeben sich auch Kostenvorteile, insbesondere bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit mehreren Ansaugkanälen, denn sämtliche Ansaugkanäle können mittels einer einzigen zusammenhängenden Kühlvorrichtung gekühlt werden, die vorteilhafterweise nur einen Kühlmitteleinlaß und einen Kühlmittelauslaß aufweist.Due to the comparatively simple structure of the internal exhaust gas cooling according to the invention, there are also cost advantages, in particular at Multi-cylinder internal combustion engine with multiple intake ducts, because all the intake ducts can be cooled by means of a single coherent cooling device, which advantageously has only one coolant inlet and one coolant outlet.

Im Gegensatz hierzu muß bei der in der US 6,932,063 B1 beschriebenen Abgaskühlung jeder einzelne Ansaugkanal mit einer separaten Kühlung versehen werden, wobei die Kühlung jedes Ansaugkanals über einen eigenen Kühlmitteleinlaß mit Kühlmittel zu versorgen ist, welches dann wieder über einen eigenen Kühlmittelauslaß abgeführt werden muß.In contrast, in the in the US 6,932,063 B1 described exhaust gas cooling each suction channel are provided with a separate cooling, wherein the cooling of each intake duct to be supplied via its own coolant inlet with coolant, which then has to be removed again via its own coolant outlet.

Folglich gestattet die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung eine wesentlich kompaktere Bauweise der Brennkraftmaschine und ein dichteres Packaging im Motorraum eines Kraftfahrzeuges, was vorteilhaft ist. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist durch ihren vergleichsweise einfachen Aufbau auch wesentlich robuster und weniger störanfällig; nicht zuletzt auch aufgrund des nachfolgend beschriebenen Sachverhalts.consequently allows the cooling device according to the invention a much more compact design of the internal combustion engine and a denser packaging in the engine compartment of a motor vehicle, which is advantageous is. The cooling device according to the invention is also considerably more robust due to its comparatively simple construction and less susceptible to interference; Not last also because of the facts described below.

Ablagerungen im Ansaugkanal bzw. sich einstellende Querschnittsverengungen infolge von Ablagerungen oder gar Kanalblockaden – hervorgerufen durch auskondensierte Abgasbestandteile – sind nicht zu befürchten, da das Abgas im Kühlbereich mehr oder weniger durch Frischluft bzw. Frischgemisch verdünnt wird, der Querschnitt des Ansaugkanals im Vergleich zu der Abgasrückführleitung gemäß der US 6,932,063 B1 von Hause aus größer bemessen ist und der Ansaugkanal regelmäßig von einer größeren Gasmenge durchströmt wird und zwar auch dann, wenn kein Abgas intern zurückgeführt wird.Deposits in the intake channel or self-adjusting cross-sectional constrictions as a result of deposits or even channel blockages - caused by condensed exhaust components - are not to be feared because the exhaust gas in the cooling area is more or less diluted by fresh air or fresh mixture, the cross section of the intake passage compared to the exhaust gas recirculation line according to the US 6,932,063 B1 is designed to be larger from home and the intake passage is regularly traversed by a larger amount of gas and even if no exhaust gas is returned internally.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Kühlvorrichtung, bei der die mindestens eine Ansaugleitung von außen durch ein in der Kühlvorrichtung befindliches Kühlmittel gekühlt wird, löst die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die mit einer verbesserten Kühlung der internen Abgasrückführung ausgestattet ist und mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigt werden.The inventive training the cooling device, in which the at least one suction line from the outside through a in the cooling device located coolant chilled will, solve the first object underlying the invention, namely an internal combustion engine provided with improved cooling of the internal exhaust gas recirculation is and with the known from the prior art disadvantages be eliminated.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments the internal combustion engine are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Kühlvorrichtung die mindestens eine Ansaugleitung vollständig umschließt, so daß ein in der Kühlvorrichtung befindliches Kühlmittel die mindestens eine Ansaugleitung vollständig d. h. über den gesamten Umfang umschließt. Dies vergrößert die Wärmeübergangsfläche. Diese Ausführungsform gestattet daher die Abfuhr größerer Wärmemengen, verfügt über eine größere Kühlleistung und trägt damit zu einer weiteren Verbesserung des Füllungsgrades bei.Advantageous are embodiments the internal combustion engine, wherein the cooling device, the at least a suction line completely encloses so that one in the cooler located coolant the at least one suction line completely d. H. encloses over the entire circumference. This increases the Heat transfer area. These embodiment therefore allows the removal of larger amounts of heat, has one greater cooling capacity and carries thus contributing to a further improvement in the degree of filling.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Kühlvorrichtung eine Flüssigkeitskühlung ist.Advantageous are embodiments the internal combustion engine, wherein the cooling device is a liquid cooling.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung entweder in Gestalt einer Luftkühlung oder in Gestalt einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Bei der Luftkühlung würde der Wärmeabtransport mittels einer über die Oberfläche des Ansaugkanals geführten Luftströmung erfolgen; gegebenenfalls unterstützt durch ein Gebläse. Die Wärmemengen, die dem intern rückgeführten Abgas mit einer Luftkühlung entzogen werden können, sind aber vergleichsweise gering.Basically exists the possibility, the cooling either in the form of air cooling or in the form of liquid cooling. In the air cooling would the heat removal by means of an over the surface guided the intake duct airflow respectively; possibly supported through a fan. The amounts of heat, the internally recirculated exhaust gas with an air cooling can be withdrawn but are comparatively small.

Aufgrund der wesentlich höheren Wärmekapazität von Flüssigkeiten sind daher Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die Kühlvorrichtung eine Flüssigkeitskühlung ist.by virtue of the much higher Heat capacity of liquids are therefore embodiments the internal combustion engine advantageous in which the cooling device a liquid cooling is.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Kühlvorrichtung und der mindestens eine Ansaugkanal einteilig d. h. als monolithisches Bauteil ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform werden Probleme bei der Abdichtung der Kühlvorrichtung gegenüber dem mindestens einen Ansaugkanal vermieden, da abzudichtende Fugen prinzipbedingt entfallen. Die Montage des Einlaßbereichs der Brennkraftmaschine wird zudem vereinfacht. Die Anzahl der Bauteile der Brennkraftmaschine wird verringert, was nicht nur die Montagekosten, sondern auch die Bereitstellungskosten reduziert.Advantageous are embodiments the internal combustion engine, in which the cooling device and the at least a suction duct in one piece d. H. designed as a monolithic component are. In this embodiment be problems with the sealing of the cooling device over the avoided at least one intake, as to be sealed joints due to the principle omitted. The assembly of the inlet region of the internal combustion engine will also be simplified. The number of components of the internal combustion engine is reduced, which not only the installation costs, but also the Reduced deployment costs.

Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Kühlvorrichtung und der mindestens eine Ansaugkanal voneinander getrennte separate Bauteile bilden. Diese Ausführungsform gestattet eine Nachrüstung von bereits auf dem Markt befindlichen Brennkraftmaschinen mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung bzw. die Ausbildung herkömmlicher Brennkraftmaschinen zu einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.Advantageous but are also embodiments the internal combustion engine, in which the cooling device and the at least a suction channel form separate separate components. This embodiment allows retrofitting of already on the market internal combustion engines with the Cooling device according to the invention or the training of conventional Internal combustion engine to an internal combustion engine according to the invention.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Aufladung vorgesehen ist.Advantageous are embodiments the internal combustion engine, in which a charge is provided.

Die Aufladung dient zwar in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die Aufladung ist aber auch ein geeignetes Mittel, bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren, wodurch sich – bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen – das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben läßt, wo der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist.The charge is primarily used to increase the performance of the internal combustion engine. Charging is also a suitable means to reduce the displacement at the same power, which - at the same vehicle boundary conditions - Allow the load spectrum to shift to higher loads, where the specific fuel consumption is lower.

Letzteres wird auch als Downsizing bezeichnet. Die Aufladung unterstützt folglich das Bemühen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Die für den Verbrennungsprozeß benötigte Luft wird verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck pme gesteigert werden. Eine Kühlung der komprimierten Ladeluft erhöht nochmals die dem Zylinder zugeführte Luftmasse, weshalb die erfindungsgemäße im Einlaßbereich angeordnete Kühlvorrichtung die Aufladung der Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise unterstützt.The latter is also referred to as downsizing. Charging thus supports efforts to minimize fuel consumption. The air required for the combustion process is compressed, which allows each cylinder per cycle more air mass can be supplied. As a result, the fuel mass and thus the mean pressure p me can be increased. Cooling of the compressed charge air again increases the air mass supplied to the cylinder, which is why the cooling device according to the invention arranged in the inlet region supports the charging of the internal combustion engine in an advantageous manner.

Bei gezielter Auslegung der Aufladung können auch Vorteile bei den Abgasemissionen erreicht werden. So können beispielsweise beim Dieselmotor die Stickoxidemissionen ohne Einbußen beim Wirkungsgrad verringert werden. Gleichzeitig können die Kohlenwasserstoffemissionen günstig beeinflußt werden. Die Emissionen an Kohlendioxid, die direkt mit dem Kraftstoffverbrauch korrelieren, nehmen mit sinkendem Kraftstoffverbrauch ebenfalls ab. Die Aufladung eignet sich daher ebenfalls zur Reduzierung der Schadstoffemissionen, weshalb es vorteilhaft ist, sie in Kombination mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung einzusetzen bzw. anzuwenden.at Targeted design of the charge can also have advantages in the Exhaust emissions can be achieved. For example, in the diesel engine the Nitrogen oxide emissions without losses be reduced in efficiency. At the same time, the Hydrocarbon emissions favorable to be influenced. The emissions of carbon dioxide directly related to fuel consumption correlate, also decrease with decreasing fuel consumption from. The charge is therefore also suitable for reducing the Pollutant emissions, which is why it is advantageous to combine them with the cooling device according to the invention to use or apply.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine externe Abgasrückführung vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die externe Abgasrückführung mit einer Kühlung ausgestattet.Advantageous are embodiments the internal combustion engine, in which provided an external exhaust gas recirculation is. Preferably, the external exhaust gas recirculation is equipped with a cooling.

Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, um die Stickoxidemissionen deutlich zu reduzieren und die zukünftigen Grenzwerte einzuhalten. Diese hohen Rückführraten können im Zusammenspiel von interner und externer Abgasrückführung realisiert werden, insbesondere wenn beide Rückführungen mit einer Kühlung ausgestattet sind, um die Dichte des Abgases zu erhöhen.As already explained above were high exhaust gas recirculation rates required to significantly reduce nitrogen oxide emissions and the future ones To comply with limit values. These high return rates can be interplay of internal and external exhaust gas recirculation realized especially when both returns are equipped with cooling are to increase the density of the exhaust gas.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Kühlung bei Dieselmotoren, bei denen die Stickoxidemissionen eine höhere Relevanz haben als bei Ottomotoren, so daß der Abgasrückführung, die – wie oben dargelegt – zur Reduzierung der Stickoxidemissionen eingesetzt wird, beim Dieselmotor eine besondere Bedeutung zukommt.When the cooling according to the invention proves to be particularly advantageous Diesel engines where nitrogen oxide emissions are more relevant as in gasoline engines, so that the Exhaust gas recirculation, the - as above set out - to Reduction of nitrogen oxide emissions is used in the diesel engine a special meaning.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein zumindest teilweise variabler Ventiltrieb vorgesehen ist.Advantageous are embodiments the internal combustion engine, in which an at least partially variable Valve gear is provided.

Die Menge an intern zurückgeführtem Abgas läßt sich in geeigneter Weise durch Veränderung der Steuerzeiten einstellen bzw. steuern, beispielsweise durch eine Variation der Öffnungszeit der Einlaßventile.The Amount of internally recirculated exhaust gas can be appropriately by change adjust or control the timing, for example by a Variation of the opening time the intake valves.

Ein teilweise variabler Ventiltrieb läßt sich bereits durch den Einsatz eines Nockenwellenverstellers realisieren, bei dem die Einlaßnockenwelle und/oder die Auslaßnockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verdreht wird, um die Steuerzeiten nach früh oder spät zu verschieben.One partially variable valve train can already be through the use realize a camshaft adjuster, wherein the intake camshaft and / or the exhaust camshaft across from the crankshaft is rotated to move the timing to early or late.

Die vorteilhafteste Variante besteht in einer voll variablen Ventilsteuerung, die für jeden beliebigen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine speziell abgestimmte Werte für den Hub und die Steuerzeiten der Steuerorgane bzw. Ventile zuläßt. Im Gegensatz zu konventionellen Ventiltrieben, bei denen sowohl der Hub der Ventile als auch die Steuerzeiten, d. h. die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlaß- und Auslaßventile, bedingt durch die nicht flexible, da nicht verstellbare Mechanik des Ventiltriebes als unveränderliche Größen vorgegeben sind, können diese den Verbrennungsprozeß und damit den Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Parameter mittels variabler Ventiltriebe mehr oder weniger stark variiert werden. Beim Ottomotor ist ein variabler Ventiltrieb zudem eine geeignete Maßnahme zur Entdrosselung des Arbeitsverfahrens.The most advantageous variant consists in a fully variable valve control, the for specially tuned to any operating point of the internal combustion engine Values for the stroke and the timing of the control organs or valves permits. In contrast to conventional valve trains, where both the stroke of the valves as well as the timing, d. H. the opening and closing times the intake and exhaust valves, due to the non-flexible, as not adjustable mechanism the valve gear as immutable Sizes specified are, can these the combustion process and thus influencing the fuel consumption parameter means Variable valve trains are varied more or less. At the Otto engine is a variable valve train also a suitable measure for Dethrottling the work process.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Ansaugkanal im Bereich der Kühlvorrichtung nach außen hervorstehende Elemente aufweist, die vorzugsweise aus einem Material gefertigt sind, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material, aus dem der ursprüngliche Ansaugkanal gefertigt ist.Advantageous are embodiments the internal combustion engine, wherein the at least one intake passage in the area of the cooling device outward having protruding elements, preferably made of a material are made, which is a higher thermal conductivity has as the material from which made the original intake is.

Diese Elemente unterstützen den Wärmeübergang zwischen Ansaugkanal und Kühlmittel und damit zwischen intern rückgeführtem Abgas, Frischluft bzw. Frischgemisch und Kühlmittel.These Support elements the heat transfer between intake duct and coolant and thus between internally recirculated exhaust gas, Fresh air or fresh mixture and coolant.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Elemente in Gestalt von Rippen, Flügeln oder dergleichen ausgebildet sind.Advantageous are embodiments of the Internal combustion engine in which the elements in the form of ribs, wings or the like are formed.

Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die zur Steuerung des Ladungswechsels des mindestens einen Zylinders mindestens ein Einlaßventil und ein Auslaßventil aufweist und zur Betätigung dieser Ventile und Veränderung ihrer Steuerzeiten mit einem zumindest teilweise variablen Ventiltrieb ausgestattet ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

  • – die Menge an intern rückgeführtem Abgas mittels einer Veränderung der Steuerzeiten variiert wird.
The second sub-task on which the invention is based is achieved by a method for operating an internal combustion engine according to one of claims 1 to 9, which has at least one inlet valve and one outlet valve for controlling the gas exchange of the at least one cylinder and for actuating these valves and changing their control times an at least partially variable valve train is equipped, which is characterized in that
  • - The amount of internally recirculated exhaust gas with A change in the timing is varied.

Das bereits oben für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird.The already above for the internal combustion engine according to the invention The same applies to the method according to the invention, why reference is made to the corresponding statements.

Durch Veränderung der Steuerzeiten – insbesondere der Schließzeit des mindestens einen Einlaßventils – kann die Menge an intern zurückgeführtem Abgas eingestellt d. h. gesteuert werden, wie bereits weiter oben ausgeführt wurde.By change the tax times - in particular the closing time the at least one intake valve - can the Amount of internally recirculated exhaust gas set d. H. be controlled, as stated above.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen

  • – im oberen Teillastbereich der Brennkraftmaschine und bei Volllast kein Abgas intern zurückgeführt wird.
Advantageous embodiments of the method, in which
  • - In the upper part load range of the internal combustion engine and at full load no exhaust gas is returned internally.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung bzw. der mindestens eine gekühlte Abgaskanal wird im Gegensatz zu der in der US 6,932,063 B1 beschriebenen Abgaskühlung im Rahmen des Ladungswechsels nicht nur von dem intern rückzuführenden Abgas, sondern auch von der angesaugten Frischluft bzw. dem angesaugten Frischgemisch durchströmt. Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird somit die Kühlvorrichtung grundsätzlich auch zur Kühlung der dem mindestens einen Zylinder zugeführten Frischluft bzw. des Frischgemisches genutzt, weshalb die dem mindestens einen Zylinder zugeführte Zylinderfrischladung grundsätzlich größer ist als bei Verwendung einer herkömmlichen Kühlung. Vorteilhafterweise ist auf der Einlaßseite der Brennkraftmaschine ein weiterer Ladeluftkühler vorgesehen, der ausschließlich der Kühlung der angesaugten Luft bzw. des angesaugten Frischgemisches dient.The cooling device according to the invention or the at least one cooled exhaust gas duct is in contrast to that in the US 6,932,063 B1 described exhaust gas cooling in the context of the charge exchange not only flows from the internally recirculated exhaust gas, but also from the intake fresh air or the sucked fresh mixture. In the case of the internal combustion engine according to the invention, the cooling device is thus basically also used for cooling the fresh air or fresh mixture supplied to the at least one cylinder, for which reason the fresh cylinder charge supplied to the at least one cylinder is generally greater than when conventional cooling is used. Advantageously, a further intercooler is provided on the inlet side of the internal combustion engine, which serves only the cooling of the sucked air or the sucked fresh mixture.

Es ist beabsichtigt, dem mindestens einen Zylinder im oberen Teillastbereich und bei Volllast – zur Maximierung des Mitteldrucks bzw. der Leistung – eine möglichst große Masse an Frischluft bzw. Frischgemisch zuzuführen. Hingegen wird in diesen Betriebszustand auf die Rückführung von Abgas vollständig oder weitestgehend verzichtet, da eine möglichst hohe Leistung angestrebt wird.It is intended, the at least one cylinder in the upper part load range and at full load - to Maximizing the mean pressure or power - the largest possible amount of fresh air or fresh mixture supply. In contrast, in this operating condition on the return of Exhaust completely or largely omitted, since the highest possible performance desired becomes.

Folglich ist es vorteilhaft, im oberen Teillastbereich der Brennkraftmaschine und bei Volllast kein Abgas intern zurückzuführen, wobei die im Einlaßbereich vorgesehene Kühlvorrichtung, wenn auch nicht zur Kühlung von intern zurückgeführtem Abgas, so doch in vorteilhafter Weise zur Kühlung und Verdichtung der zugeführten Frischluft bzw. des zugeführten Frischgemisches verwendet wird.consequently It is advantageous in the upper part load range of the internal combustion engine and at full load no exhaust gas internally due, with the in the inlet area provided cooling device, though not for cooling internally recirculated exhaust gas, so advantageously for cooling and compression of the fresh air supplied or of the supplied fresh mixture is used.

Der obere Teillastbereich kann dabei durch Bezugnahme auf die Volllast definiert werden, beispielsweise dadurch, daß eine Leistung von mehr als 70% oder 80% der Volllast den Übergang zum oberen Teillastbereich kennzeichnet.Of the Upper part load range can be by reference to the full load be defined, for example, by a performance of more than 70% or 80% of full load the transition to the upper part load range.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen

  • – mit abnehmender Last zunehmend Abgas intern zurückgeführt wird.
Advantageous embodiments of the method, in which
  • - With decreasing load increasingly exhaust gas is recycled internally.

Diese Verfahrensvariante trägt dem Umstand Rechnung, daß bei niedrigen Lasten hohe Abgasrückführraten angestrebt werden, um die Stickoxidemissionen zu verringern.These Process variant carries the fact that at low loads high exhaust gas recirculation rates be sought in order to reduce nitrogen oxide emissions.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den 1a und 1b näher beschrieben. Hierbei zeigt:In the following the invention with reference to an embodiment according to the 1a and 1b described in more detail. Hereby shows:

1a schematisch eine erste Ausführungsform des Einlaßbereiches einer Brennkraftmaschine in der Draufsicht und teilweise geschnitten, und 1a schematically a first embodiment of the inlet portion of an internal combustion engine in plan view and partially in section, and

1b schematisch die in 1a dargestellte Ausführungsform des Einlaßbereiches im Schnitt entlang der Linie A-A. 1b schematically the in 1a illustrated embodiment of the inlet region in section along the line AA.

1a zeigt schematisch eine erste Ausführungsform des Einlaßbereiches 5 einer Brennkraftmaschine. Dargestellt ist eine erste Momentaufnahme des Einlaßbereiches 5 in der Draufsicht, teilweise geschnitten. Dabei stehen die Längsachsen der Zylinder 1a, 1b, 1c senkrecht auf der Zeichenebene. 1a schematically shows a first embodiment of the inlet region 5 an internal combustion engine. Shown is a first snapshot of the inlet area 5 in plan view, partially cut. Here are the longitudinal axes of the cylinder 1a . 1b . 1c perpendicular to the drawing plane.

Über den Einlaßbereich 5 werden die drei Zylinder 1a, 1b, 1c der Brennkraftmaschine mit Frischluft bzw. Frischgemisch 11 versorgt. Die Frischluft bzw. das Frischgemisch 11 tritt in das Plenum 6, einem Sammelbehälter, der zur Beruhigung der Ansaugströmung ein vergleichsweise großes Volumen aufweist, ein und wird ausgehend vom Plenum 6 mittels Ansaugleitungen 4a, 4b, 4c den Zylindern 1a, 1b, 1c zugeführt. Dabei verbindet jeweils ein Ansaugkanal 4a, 4b, 4c das Plenum 6 mit der Einlaßöffnung 3a, 3b, 3c jeweils eines Zylinders 1a, 1b, 1c.About the inlet area 5 become the three cylinders 1a . 1b . 1c the internal combustion engine with fresh air or fresh mixture 11 provided. The fresh air or the fresh mixture 11 enters the plenary 6 , a collecting container, which has a comparatively large volume for calming the intake flow, and is starting from the plenum 6 by suction lines 4a . 4b . 4c the cylinders 1a . 1b . 1c fed. In each case, a suction channel connects 4a . 4b . 4c the plenum 6 with the inlet opening 3a . 3b . 3c one cylinder each 1a . 1b . 1c ,

Zum Abführen des Abgases 12 nach der Verbrennung verfügt jeder Zylinder 1a, 1b, 1c über eine Auslaßöffnung 2a, 2b, 2c, über welche die Abgase 12 im Rahmen des Ladungswechsels bzw. Ausschiebetaktes ausgeschoben werden.For discharging the exhaust gas 12 after combustion, each cylinder has 1a . 1b . 1c via an outlet opening 2a . 2 B . 2c over which the exhaust gases 12 be ejected in the context of the charge change or Ausschiebetaktes.

Bei der in 1a dargestellten Momentaufnahme befindet sich Abgas 12 auch in den Ansaugkanälen 4a, 4b, 4c, da die Verbrennungsgase 12 beim Ladungswechsel nicht ausschließlich über die Auslaßöffnungen 2a, 2b, 2c ausgeschoben, sondern auch über die Einlaßöffnungen 3a, 3b, 3c in die Ansaugkanäle 4a, 4b, 4c der Zylinder 1a, 1b, 1c eingeleitet wurden, um beim nachfolgenden Ansaugtakt – zusammen mit Frischluft bzw. Frischgemisch 11 – aus den Ansaugkanälen 4a, 4b, 4c heraus wieder in die Zylinder 1a, 1b, 1c zu gelangen d. h. intern zurückgeführt zu werden.At the in 1a shown snapshot is exhaust 12 also in the intake ducts 4a . 4b . 4c because the combustion gases 12 when changing the charge not exclusively via the outlet openings 2a . 2 B . 2c pushed out, but also over the inlet openings 3a . 3b . 3c in the intake channels 4a . 4b . 4c the cylinder 1a . 1b . 1c were introduced to the subsequent intake stroke - together with fresh air or fresh mixture 11 - from the intake channels 4a . 4b . 4c out again into the cylinders 1a . 1b . 1c to be reached, ie to be returned internally.

Zur Kühlung des intern rückzuführenden Abgases 12 ist im Einlaßbereich 5 eine Kühlvorrichtung 7 vorgesehen, welche die Ansaugleitungen 4a, 4b, 4c entlang eines Teilstücks vollständig d.h. entlang des gesamten Umfanges umschließt und zwar in der Weise, daß ein in der Kühlvorrichtung 7 befindliches Kühlmittel 10 die Ansaugleitungen 4a, 4b, 4c in Gestalt eines Kühlmittelmantels umgibt bzw. umströmt. Dies ist auch ersichtlich aus 1b, die schematisch die in 1a dargestellte Ausführungsform des Einlaßbereiches 5 im Schnitt entlang der Linie A-A zeigt.For cooling the internally recirculated exhaust gas 12 is in the inlet area 5 a cooling device 7 provided, which the suction lines 4a . 4b . 4c along a portion completely ie along the entire circumference encloses in such a way that one in the cooling device 7 located coolant 10 the intake pipes 4a . 4b . 4c surrounds or flows around in the form of a coolant jacket. This is also apparent 1b schematically showing the in 1a illustrated embodiment of the inlet region 5 in section along the line AA shows.

Bei der Kühlvorrichtung 7 der in den 1a und 1b dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine Flüssigkeitskühlung. Die Kühlflüssigkeit 10 wird der Kühlvorrichtung 7 über einen Kühlmitteleinlaß 8 zugeführt, durchströmt die Kühlvorrichtung 7 im wesentlichen quer zu den Ansaugleitungen 4a, 4b, 4c und verläßt die Kühlvorrichtung 7 über einen Kühlmittelauslaß 9.At the cooler 7 in the 1a and 1b illustrated embodiment is a liquid cooling. The coolant 10 becomes the cooling device 7 via a coolant inlet 8th fed, flows through the cooling device 7 essentially transverse to the suction lines 4a . 4b . 4c and leaves the cooler 7 via a coolant outlet 9 ,

1a1a
Zylindercylinder
1b1b
Zylindercylinder
1c1c
Zylindercylinder
2a2a
Auslaßöffnungoutlet
2b2 B
Auslaßöffnungoutlet
2c2c
Auslaßöffnungoutlet
3a3a
Einlaßöffnunginlet port
3b3b
Einlaßöffnunginlet port
3c3c
Einlaßöffnunginlet port
4a4a
Ansaugkanal, Ansaugleitungintake duct, suction
4b4b
Ansaugkanal, Ansaugleitungintake duct, suction
4c4c
Ansaugkanal, Ansaugleitungintake duct, suction
55
Einlaßbereichinlet region
66
Plenumplenum
77
Kühlvorrichtungcooler
88th
KühlmitteleinlaßCoolant inlet
99
Kühlmittelauslaßcoolant outlet
1010
Kühlmittel, KühlflüssigkeitCoolant, coolant
1111
Frischluft, FrischgemischFresh air, fresh mixture
1212
Abgasexhaust
mAGR m AGR
Masse an zurückgeführtem AbgasDimensions at recirculated exhaust gas
mFrischluft Fresh air
FrischluftmasseFresh air mass
pme p me
Mitteldruckmedium pressure
xAGR x AGR
AbgasrückführrateExhaust gas recirculation rate

Claims (12)

Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (1a, 1b, 1c), einem Einlaßbereich (5) mit mindestens einer Ansaugleitung (4a, 4b, 4c) zur Versorgung des mindestens einen Zylinders (1a, 1b, 1c) mit Frischluft bzw. Frischgemisch (11) und einem Abgasabführsystem zur Abführung des Abgases (12) aus dem mindestens einen Zylinder (1a, 1b, 1c), wobei im Einlaßbereich (5) eine Kühlvorrichtung (7) zur Kühlung des mittels interner Abgasrückführung in die mindestens eine Ansaugleitung (4a, 4b, 4c) einleitbaren und rückführbaren Abgases (12) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß – die Kühlvorrichtung (7) die mindestens eine Ansaugleitung (4a, 4b, 4c) zumindest teilweise umschließt in der Art, daß ein in der Kühlvorrichtung (7) befindliches Kühlmittel (10) die mindestens eine Ansaugleitung (4a, 4b, 4c) in Gestalt eines Kühlmittelmantels umgibt.Internal combustion engine with at least one cylinder ( 1a . 1b . 1c ), an inlet area ( 5 ) with at least one suction line ( 4a . 4b . 4c ) for supplying the at least one cylinder ( 1a . 1b . 1c ) with fresh air or fresh mixture ( 11 ) and an exhaust gas removal system for the removal of the exhaust gas ( 12 ) from the at least one cylinder ( 1a . 1b . 1c ), whereas in the inlet area ( 5 ) a cooling device ( 7 ) for cooling by means of internal exhaust gas recirculation in the at least one suction line ( 4a . 4b . 4c ) of dischargeable and traceable exhaust gas ( 12 ), characterized in that - the cooling device ( 7 ) the at least one suction line ( 4a . 4b . 4c ) at least partially surrounds in such a way that in the cooling device ( 7 ) located coolant ( 10 ) the at least one suction line ( 4a . 4b . 4c ) surrounds in the form of a coolant jacket. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (7) eine Flüssigkeitskühlung ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the cooling device ( 7 ) is a liquid cooling. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (7) und der mindestens eine Ansaugkanal (4a, 4b, 4c) einteilig d. h. als monolithisches Bauteil ausgebildet sind.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling device ( 7 ) and the at least one intake duct ( 4a . 4b . 4c ) are formed in one piece, ie as a monolithic component. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (7) und der mindestens eine Ansaugkanal (4a, 4b, 4c) voneinander getrennte separate Bauteile bilden.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling device ( 7 ) and the at least one intake duct ( 4a . 4b . 4c ) form separate separate components. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufladung vorgesehen ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a charge is provided. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine externe Abgasrückführung vorgesehen ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that an external Exhaust gas recirculation provided is. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zumindest teilweise variabler Ventiltrieb vorgesehen ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one partially variable valve train is provided. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Ansaugkanal (4a, 4b, 4c) im Bereich der Kühlvorrichtung (7) nach außen hervorstehende Elemente aufweist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one intake duct ( 4a . 4b . 4c ) in the area of the cooling device ( 7 ) has outwardly projecting elements. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in Gestalt von Rippen oder Flügeln ausgebildet sind.Internal combustion engine according to claim 8, characterized that the Elements in the form of ribs or wings are formed. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, die zur Steuerung des Ladungswechsels des mindestens einen Zylinders (1a, 1b, 1c) mindestens ein Einlaßventil und ein Auslaßventil aufweist und zur Betätigung dieser Ventile und Veränderung ihrer Steuerzeiten mit einem zumindest teilweise variablen Ventiltrieb ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß – die Menge an intern rückgeführtem Abgas (12) mittels einer Veränderung der Steuerzeiten variiert wird.Method for operating an internal combustion engine according to one of the preceding claims, which is used to control the charge exchange of the at least one cylinder ( 1a . 1b . 1c ) has at least one inlet valve and an outlet valve and is equipped for actuating these valves and changing their timing with an at least partially variable valve train, characterized in that - the amount of internally recirculated exhaust gas ( 12 ) With A change in the timing is varied. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß – im oberen Teillastbereich der Brennkraftmaschine und bei Vollast kein Abgas (12) intern zurückgeführt wird.A method according to claim 10, characterized in that - in the upper part load range of the internal combustion engine and at full load no exhaust gas ( 12 ) is returned internally. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß – mit abnehmender Last zunehmend Abgas (12) intern zurückgeführt wird.Method according to claim 10 or 11, characterized in that - as the load decreases, exhaust gas ( 12 ) is returned internally.
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