DE102007054955B4 - Multi-cylinder internal combustion engine with V-shaped rows of cylinders and an exhaust gas recirculation cooler - Google Patents

Multi-cylinder internal combustion engine with V-shaped rows of cylinders and an exhaust gas recirculation cooler Download PDF

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Abstract

Mehrzylindrige Brennkraftmaschine, zumindest aufweisend ein Kurbelgehäuse, V-förmig angeordnete Zylinderreihen und Gaswechseleinrichtungen beinhaltende Zylinderköpfen, die mit Abgassammelleitungen und Frischgasleitungen verschaltet sind, die über eine Abgasrückführleitung mit einem eingeschalteten Abgasrückführungskühler verbunden sind und wobei der zwischen den Zylinderreihen gebildete Raum in Höhe der Zylinderköpfe mit einem deckelförmigen Anbauteil abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbauteil als Abgasrückführungskühler (4) ausgebildet ist und dass ein elektronisches Motorsteuergerät auf der Unterseite des Abgasrückführungskühlers (4) in dem Raum angeordnet ist.Multi-cylinder internal combustion engine, comprising at least a crankcase, V-shaped cylinder rows and gas exchange devices containing cylinder heads, which are connected to exhaust manifolds and fresh gas lines, which are connected via an exhaust gas recirculation line with a switched exhaust gas recirculation cooler and wherein the space formed between the rows of cylinders at the level of the cylinder heads with a cover-shaped attachment is covered, characterized in that the attachment as exhaust gas recirculation cooler (4) is formed and that an electronic engine control unit on the underside of the exhaust gas recirculation cooler (4) is arranged in the space.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, zumindest aufweisend ein Kurbelgehäuse, V-förmig angeordnete Zylinderreihen und Gaswechseleinrichtungen beinhaltende Zylinderköpfe, die mit Abgassammelleitungen und Frischgasleitungen verschaltet sind, die über eine Abgasrückführleitung mit einem Abgasrückführungskühler verbunden sind und wobei der zwischen den Zylinderreihen gebildete Raum in Höhe der Zylinderköpfe mit einem deckelförmigen Anbauteil abgedeckt ist.The invention relates to a multi-cylinder internal combustion engine, comprising at least a crankcase, V-shaped cylinder rows and gas exchange devices containing cylinder heads, which are connected to exhaust manifolds and fresh gas lines, which are connected via an exhaust gas recirculation line with an exhaust gas recirculation cooler and wherein the space formed between the rows of cylinders in the amount of Cylinder heads is covered with a lid-shaped attachment.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 197 36 500 A1 bekannt. Diese mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylinderreihen und Abgasrückführung weist ein Luftzuführungsgehäuse auf, das den V-förmigen Raum oberhalb der Zylinderköpfe abdeckt. Das Luftzuführungsgehäuse ist über Leitungen mit zwei auf gegenüberliegenden Längsseiten des Kurbelgehäuses angeordneten Abgasturboladern verbunden, während von im Bereich neben den Abgasturboladern verlaufenden Abgassammelleitungen eine Abgasrückführleitung zu einem im unteren Bereich des V-förmigen Raums angeordneten Abgasrückführungskühler verläuft.Such an internal combustion engine is from the DE 197 36 500 A1 known. This multi-cylinder internal combustion engine with V-shaped rows of cylinders and exhaust gas recirculation has an air supply housing, which covers the V-shaped space above the cylinder heads. The air supply housing is connected via lines to two exhaust gas turbochargers arranged on opposite longitudinal sides of the crankcase, while an exhaust gas recirculation line extends from an exhaust gas recirculation cooler arranged in the region adjacent to the exhaust gas turbochargers to an exhaust gas recirculation cooler arranged in the lower region of the V-shaped space.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik die WO 2007/031637 A1 , die DE 10 228 247 A1 und die EP 1 010 889 A2 bekannt.Furthermore, from the prior art WO 2007/031637 A1 , the DE 10 228 247 A1 and the EP 1 010 889 A2 known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen mehrzylindrigen Brennkraftmaschine die Abgasrückführung zu optimieren. The invention has for its object to optimize the exhaust gas recirculation in such a multi-cylinder internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Es ist zum Einhalten vorgegebener Emissionsgrenzwerte notwendig, die Abgasrückführung, insbesondere auch bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, dahingehend weiterzubilden, dass eine bessere beziehungsweise gleichmäßigere und gegebenenfalls genauer einstellbare Kühlung des zurückgeführten Abgases erfolgt. Dadurch, dass erfindungsgemäß das den zwischen den V-förmig angeordneten Zylinderreihen liegenden Raum abdeckende Anbauteil als Abgasrückführungskühler ausgebildet ist, kann dieser einerseits mit der entsprechenden Größe für eine effektive Kühlung ausgebildet werden und kann darüber hinaus weitere Funktionen übernehmen. So ist es dadurch, dass der Eintritt und der Austritt des Abgases in dem Abgasrückführungskühler an gegenüberliegenden V-seitigen Stirnseiten angeordnet ist und weiterhin der Kühlmitteleintritt und der Kühlmittelaustritt in den Abgasrückführungskühler auf einer Stirnseite angeordnet ist, möglich, die zur Umgebung weisende Außenfläche des Abgasrückführungskühlers glattflächig und den vorhandenen Raum vollständig abdeckend auszubilden, so dass sich neben einem angenehmen Erscheinungsbild auch der Vorteil ergibt, dass die Geräuschabstrahlung aus dem Raum reduziert wird. Weiterhin werden die in dem Raum angeordneten Teile der Brennkraftmaschine, insbesondere das Einspritzsystem mit Hochdruckpumpe(n), gegebenenfalls einem Rail und den Einspritzleitungen zu den Einspritzventilen gegen Beschädigungen und Verschmutzung wirkungsvoll geschützt. Zudem ist in weiterer Ausgestaltung der Abgasrückführungskühler von der Brennkraftmaschine abgekoppelt über mehrere, insbesondere vier Schwingungselemente an dieser befestigt. Dabei sind die Befestigungen so ausgelegt, dass der Abgasrückführungskühler leicht montiert und bedarfsweise auch wieder demontiert werden kann. Dazu sind die Anschlüsse zum Ein- und Austritt des Abgases und insbesondere zum Kühlmitteleintritt und Kühlmittelaustritt als einfach zu montierende Verbindungen ausgestaltet, wobei die Kühlmittelübertritte zusätzlich mit bei einer Demontage zu leicht zu schließenden Verschlüssen ausgestattet sein können. Die stirnseitige Einleitung und Ableitung des Abgases ermöglicht eine problemlose und mit kurzen Leitungen zu realisierende Entnahme des Abgases aus einer oder beiden Abgassammelleitungen. Werden beispielsweise die beiden Abgassammelleitungen an einem stirnseitig angeordneten gemeinsamen Abgasturbolader zusammengeführt, ist im Bereich des Eingangs in die Turbine des Abgasturboladers die Entnahme des Abgases problemlos möglich. Ist für jede Abgassammelleitung ein eigener Abgasturbolader vorgesehen, die auch beide auf einer gemeinsamen Stirnseite oder an die Stirnseite direkt angrenzenden gegenüberliegenden Längsseiten der Brennkraftmaschine angeordnet sind, wird bevorzugt aus jeder Abgassammelleitung vor dem Eintritt in den Abgasturbolader Abgas entnommen und über je eine kurze Leitung dem Eintritt in den Abgasrückführungskühler zugeführt. Dabei können die Leitungen an einem gemeinsamen Eintritt zusammengeführt werden oder aber auch mit je einem eigenen Eintritt in den Abgasrückführungskühler verschaltet sein. Die Menge des zurückgeführten Abgases wird entsprechend über eine oder zwei Regelklappen, die in die Leitung(en) eingeschaltet ist (sind), eingestellt. Da der oder die Abgasturbolader bevorzugt auf der Schwungradseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist (sind), wird entsprechend auf dieser Stirnseite das Abgas in den Abgasrückführungskühler eingeleitet. Dem entsprechend wird das gekühlte Abgas auf der gegenüberliegenden riementriebseitigen Stirnseite der Brennkraftmaschine dem Abgasrückführungskühler entnommen und bevorzugt in die von einem Ladeluftkühler kommende gemeinsame Zufuhrleitung zu den Frischgasleitungen eingeleitet.This object is achieved by an internal combustion engine according to claim 1. It is necessary to comply with predetermined emission limits, the exhaust gas recirculation, especially in self-igniting internal combustion engines, to the effect that a better or more uniform and possibly more precisely adjustable cooling of the recirculated exhaust gas takes place. Due to the fact that according to the invention the attachment which covers the space lying between the V-shaped rows of cylinders is designed as an exhaust gas recirculation cooler, this can be designed on the one hand with the appropriate size for effective cooling and can furthermore assume additional functions. Thus, by arranging the inlet and outlet of the exhaust gas in the exhaust gas recirculation cooler at opposite V-side end sides, and further, the coolant inlet and the coolant outlet are arranged in the exhaust gas recirculation cooler on one end side, it is possible to smooth the outer surface of the exhaust gas recirculation cooler to the atmosphere and form the existing space completely covering, so that in addition to a pleasant appearance also has the advantage that the noise emission from the room is reduced. Furthermore, the parts of the internal combustion engine arranged in the space, in particular the injection system with high-pressure pump (s), possibly a rail and the injection lines to the injection valves, are effectively protected against damage and soiling. In addition, in a further embodiment of the exhaust gas recirculation cooler of the internal combustion engine decoupled over several, in particular four vibration elements attached to this. The fasteners are designed so that the exhaust gas recirculation cooler can be easily mounted and, if necessary, also disassembled. For this purpose, the connections for the inlet and outlet of the exhaust gas and in particular for coolant inlet and coolant outlet are designed as easy-to-install connections, wherein the coolant passages can be additionally equipped with easy to close at a disassembly closures. The frontal introduction and discharge of the exhaust gas allows a problem-free and with short lines to be realized removal of the exhaust gas from one or both exhaust manifolds. If, for example, the two exhaust manifolds are brought together at a frontally arranged common exhaust gas turbocharger, the removal of the exhaust gas is easily possible in the region of the entrance to the turbine of the exhaust gas turbocharger. If a separate exhaust gas turbocharger is provided for each exhaust manifold, which are both also arranged on a common end face or on the front side directly opposite longitudinal sides of the internal combustion engine, exhaust gas is preferably taken from each exhaust manifold before entering the exhaust gas turbocharger and via a short line to the inlet fed into the exhaust gas recirculation cooler. In this case, the lines can be brought together at a common entry or else be interconnected with a separate entry into the exhaust gas recirculation cooler. The amount of recirculated exhaust gas is adjusted accordingly via one or two control valves, which are (are) turned on in the line (s). Since the exhaust gas turbocharger or the turbocharger is preferably (are) arranged on the flywheel side of the internal combustion engine, the exhaust gas is introduced into the exhaust gas recirculation cooler correspondingly on this end face. Accordingly, the cooled exhaust gas is removed from the exhaust gas recirculation cooler on the opposite belt-drive-side end face of the internal combustion engine and is preferably introduced into the common supply line from a charge air cooler to the fresh gas lines.

Für eine effektive Kühlung des Abgases wird in weiterer Ausgestaltung das Abgas und das Kühlmittel bevorzugt im Gegenstromprinzip durch den Abgasrückführungskühler geleitet, wobei aber grundsätzlich auch ein Gleichstromprinzip zur Anwendung kommen kann. In weiterer Ausgestaltung weist der Abgasrückführungskühler auf der Abgasseite innenliegende Kühlrippen auf, die einen verbesserten Wärmeübergang bewirken.For effective cooling of the exhaust gas, the exhaust gas and the coolant is preferably passed in countercurrent principle through the exhaust gas recirculation cooler in a further embodiment, but in principle, a DC principle can be used. In a further embodiment, the exhaust gas recirculation cooler on the exhaust side internal cooling fins, which cause an improved heat transfer.

Neben der Einspritzvorrichtung ist erfindungsgemäß auch ein elektronisches Motorsteuergerät, das insbesondere zur Steuerung und Regelung des Einspritzsystems eingesetzt ist, mitsamt den notwendigen Kabelbäumen in dem von dem Abgasrückführungskühler abgedeckten Raum angeordnet. Schließlich ist der Abgasrückführungskühler so ausgebildet und dimensioniert, dass dieser begehbar ist. Dies ist insbesondere bei größeren Brennkraftmaschinen mit einem Hubraum von mehr als 1,9 l pro Zylinder vorteilhaft. Brennkraftmaschinen dieser Größe werden auch in Maschinen und Aggregaten verbaut und können dabei frei zugänglich angeordnet sein.In addition to the injection device according to the invention, an electronic engine control unit, which is used in particular for controlling and regulating the injection system, together with the necessary wire harnesses in the space covered by the exhaust gas recirculation cooler arranged. Finally, the exhaust gas recirculation cooler is designed and dimensioned such that it can be walked on. This is particularly advantageous for larger internal combustion engines with a capacity of more than 1.9 l per cylinder. Internal combustion engines of this size are also installed in machines and units and can be arranged freely accessible.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Fig. dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the invention are described in the drawing, in which an illustrated in FIGS. Embodiment of the invention is described in more detail.

Es zeigen:

  • 1 eine teilweise Ansicht einer 6-zylindrigen V-förmig ausgebildeten Brennkraftmaschine mit montiertem Abgasrückführungskühler ohne Anschlussleitungen und
  • 2 in einer ähnlichen Ansicht einen Schnitt durch den Abgasrückführungskühler.
Show it:
  • 1 a partial view of a 6-cylinder V-shaped internal combustion engine with mounted exhaust gas recirculation cooler without connecting lines and
  • 2 in a similar view a section through the exhaust gas recirculation cooler.

Die teilweise dargestellte Brennkraftmaschine 1 ist als wassergekühlte Brennkraftmaschine mit zwei V-förmig angeordneten Zylinderreihen mit insgesamt sechs Zylindern ausgebildet, die angenähert ein Hubvolumen von 12 I aufweisen. Die Zylinder sind von einzelnen Zylinderköpfen 13 abgedeckt, die wiederum von separaten Zylinderkopfhauben 2 abgedeckt sind. Die Zylinderköpfe 13 beziehungsweise darin befindliche Gaswechseleinrichtungen sind mit Frischgasleitungen 3 verbunden, die direkt anschließend an die Zylinderköpfe 13 in dem V-förmigen Raum zwischen den Zylinderreihen angeordnet sind. Die nicht dargestellten Abgassammelleitungen sind jeweils auf der gegenüberliegenden äußeren Seite der Zylinderreihe angeordnet. Direkt oberhalb der Frischgasleitungen 3 ist der den gesamten Raum zwischen den V-förmig angeordneten Zylinderreihen als Anbauteil abdeckende Abgasrückführungskühler 4 angeordnet und mittels vier Schwingungselementen 5 an den beiden Frischgasleitungen 3 befestigt.The partially illustrated internal combustion engine 1 is designed as a water-cooled internal combustion engine with two V-shaped rows of cylinders with a total of six cylinders, which approximates a stroke volume of 12 I have. The cylinders are from individual cylinder heads 13 covered, in turn, by separate cylinder head covers 2 are covered. The cylinder heads 13 or therein gas exchange devices are with fresh gas lines 3 connected directly to the cylinder heads 13 are arranged in the V-shaped space between the rows of cylinders. The exhaust manifolds, not shown, are each arranged on the opposite outer side of the cylinder bank. Directly above the fresh gas lines 3 is the entire space between the V-shaped rows of cylinders arranged as an accessory covering exhaust gas recirculation cooler 4 arranged and by means of four vibration elements 5 on the two fresh gas lines 3 attached.

Das Abgas tritt über einen Eintritt 6 auf der schwungradseitigen Stirnseite des Abgasrückführungskühlers 4 in diesen ein und durch den Austritt 7 auf der gegenüberliegenden Stirnseite aus diesem aus. Der Kühlmitteleintritt 8 und der Kühlmittelaustritt 9 sind auf der letztgenannten Stirnseite neben dem Austritt 7 angeordnet. Diese genannten Übertritte sind über entsprechende Leitungen mit den Abgassammelleitungen, den Frischgasleitungen und dem Kühlsystem der Brennkraftmaschine verschaltet.The exhaust gas enters via an inlet 6 on the flywheel-side end of the exhaust gas recirculation cooler 4 in this one and by the exit 7 on the opposite front side from this. The coolant inlet 8th and the coolant outlet 9 are on the latter end face next to the exit 7 arranged. These mentioned crossings are connected via corresponding lines with the exhaust manifolds, the fresh gas lines and the cooling system of the internal combustion engine.

In der Schnittdarstellung gemäß 2 ist der innere Aufbau des Abgasrückführungskühlers 4 dargestellt, der einen äußeren Kühlflüssigkeitsmantel 10 und einen inneren Abgasraum 11 aufweist. Der Abgasraum 11 ist mit Kühlrippen 12 versehen, die eine effektive Wärmeabfuhr von dem durchgeführten Abgas an das Kühlmittel, das Wasser oder Öl sein kann, gewährleisten.In the sectional view according to 2 is the internal structure of the exhaust gas recirculation cooler 4 illustrated, the an outer coolant jacket 10 and an internal exhaust space 11 having. The exhaust room 11 is with cooling fins 12 ensure effective heat dissipation of the exhaust gas carried out to the coolant, which may be water or oil.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22
ZylinderkopfhaubeCylinder head cover
33
FrischgasleitungFresh gas line
44
AbgasrückführungskühlerExhaust gas recirculation cooler
55
Schwingungselementvibrator
66
Eintrittentry
77
Austrittexit
88th
KühlmitteleintrittCoolant inlet
99
KühlmittelaustrittCoolant outlet
1010
KühlflüssigkeitsmantelCooling liquid jacket
1111
Abgasraumexhaust gas chamber
1212
Rippenribs
1313
Zylinderkopfcylinder head

Claims (7)

Mehrzylindrige Brennkraftmaschine, zumindest aufweisend ein Kurbelgehäuse, V-förmig angeordnete Zylinderreihen und Gaswechseleinrichtungen beinhaltende Zylinderköpfen, die mit Abgassammelleitungen und Frischgasleitungen verschaltet sind, die über eine Abgasrückführleitung mit einem eingeschalteten Abgasrückführungskühler verbunden sind und wobei der zwischen den Zylinderreihen gebildete Raum in Höhe der Zylinderköpfe mit einem deckelförmigen Anbauteil abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbauteil als Abgasrückführungskühler (4) ausgebildet ist und dass ein elektronisches Motorsteuergerät auf der Unterseite des Abgasrückführungskühlers (4) in dem Raum angeordnet ist.Multi-cylinder internal combustion engine, comprising at least a crankcase, V-shaped cylinder rows and gas exchange devices containing cylinder heads, which are connected to exhaust manifolds and fresh gas lines, which are connected via an exhaust gas recirculation line with a switched exhaust gas recirculation cooler and wherein the space formed between the rows of cylinders at the level of the cylinder heads with a cover-shaped attachment is covered, characterized in that the attachment as exhaust gas recirculation cooler (4) is formed and that an electronic engine control unit on the underside of the exhaust gas recirculation cooler (4) is arranged in the space. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritt (6) und der Austritt (7) des Abgases in den Abgasrückführungskühler (4) an gegenüberliegenden Stirnseiten desselben angeordnet ist. Multi-cylinder internal combustion engine after Claim 1 , characterized in that the inlet (6) and the outlet (7) of the exhaust gas is arranged in the exhaust gas recirculation cooler (4) on opposite end sides thereof. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleintritt (8) und der Kühlmittelaustritt (9) in den Abgasrückführungskühler (4) auf einer Stirnseite angeordnet ist.Multi-cylinder internal combustion engine after Claim 1 or Claim 2 , characterized in that the coolant inlet (8) and the coolant outlet (9) in the exhaust gas recirculation cooler (4) is arranged on a front side. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas und das Kühlmittel in Gegenstromprinzip durch den Abgasrückführungskühler (4) geleitet sind.Multi-cylinder internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas and the coolant are passed in countercurrent principle through the exhaust gas recirculation cooler (4). Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführungskühler (4) auf der Abgasseite Kühlrippen (12) aufweist.Multi-cylinder internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas recirculation cooler (4) on the exhaust side cooling fins (12). Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführkühler (4) trittfest ausgestaltet und befestigt ist.Multi-cylinder internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas recirculation cooler (4) is designed to be resistant to treading and fixed. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführungskühler (4) von der Brennkraftmaschine abgekoppelt über mehrere, insbesondere vier Schwingungselemente (5) an dieser befestigt ist.Multi-cylinder internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas recirculation cooler (4) is decoupled from the internal combustion engine via a plurality, in particular four vibration elements (5) attached thereto.
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