DE102008026179A1 - Internal combustion engine with exhaust gas recirculation - Google Patents

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Abstract

Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung. Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, mit einem Abgassystem und einem Frischgassystem, wobei in das Frischgassystem eine Ladeeinrichtung, insbesondere der Verdichter eines Abgasturboladers, eingeschaltet ist, wobei das Abgassystem über eine gesteuerte Abgasrückführleitung mit dem Frischgassystem verschaltet ist und wobei die flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine ein Kühlsystem mit zumindest einem Wärmetauscher und einem Kühlsystem-Lüfter aufweist, und wobei der Abgasrückführleitung zumindest ein einen zugeordneten Lüfter aufweisenden Abgasrückführwärmetauscher zugeordnet ist. Erfindungsgemäß wird eine Brennkraftmaschine mit Aufladung und gekühlter Abgasrückführung bereitgestellt, die problemlos in Aggregate oder Fahrzeuge eingebaut werden kann. Dadurch, dass der zumindest eine Abgasrückführwärmetauscher, der bevorzugt luftgekühlt ist, brennkraftmaschinenfest angeordnet ist, braucht für diesen kein zusätzlicher Einbauraum in den Motorraum bereitgestellt werden und der Einbaukunde hat die Möglichkeit, auch in eng bemessene Motorräume eine für die Erfüllung künftiger Emissionsstufen weiterentwickelte Brennkraftmaschine einzubauen.Internal combustion engine with exhaust gas recirculation. The invention relates to an internal combustion engine, in particular a self-igniting internal combustion engine, with an exhaust system and a fresh gas system, wherein in the fresh gas system, a charging device, in particular the compressor of an exhaust gas turbocharger, is turned on, wherein the exhaust system is connected via a controlled exhaust gas recirculation line with the fresh gas system and wherein the liquid-cooled internal combustion engine a cooling system having at least one heat exchanger and a cooling system fan, and wherein the exhaust gas recirculation line is associated with at least one associated with a fan exhaust gas recirculation heat exchanger. According to the invention, an internal combustion engine with charging and cooled exhaust gas recirculation is provided, which can be easily installed in units or vehicles. Characterized in that the at least one exhaust gas recirculation heat exchanger, which is preferably air-cooled, is arranged fixed to the engine, no additional installation space needs to be provided in the engine compartment for this and the customer has the ability to install even in tight engine compartments an engine developed to meet future emission levels.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, mit einem Abgassystem und einem Frischgassystem, wobei in das Frischgassystem eine Ladeeinrichtung, insbesondere der Verdichter eines Abgasturboladers, eingeschaltet ist, wobei das Abgassystem über eine gesteuerte Abgasrückführleitung mit dem Frischgassystem verschaltet ist und wobei die flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine ein Kühlsystem mit zumindest einem Wärmetauscher und einem Kühlsystem-Lüfter aufweist, und wobei der Abgasrückführleitung zumindest ein einem zugeordneten Lüfter aufweisender Abgasrückführwärmetauscher zugeordnet ist.The The invention relates to an internal combustion engine, in particular self-igniting Internal combustion engine, with an exhaust system and a fresh gas system, wherein in the fresh gas system, a charging device, in particular the compressor of an exhaust gas turbocharger, is turned on, wherein the exhaust system via a controlled exhaust gas recirculation line is connected to the fresh gas system and wherein the liquid-cooled Internal combustion engine, a cooling system with at least one heat exchanger and a cooling system fan, and wherein the exhaust gas recirculation line at least one assigned Fan exhaust gas recirculation heat exchanger assigned.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 10 2005 047 840 A1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und Abgasrückführung weist einen luftgekühlten Ladeluftkühler auf, dem ein ebenfalls luftgekühlter Abgasrückführkühler zugeordnet ist. Für eine effektive Kühlung des zurückgeführten Abgases ist zusätzlich ein wassergekühlter Abgasrückführkühler vorgesehen, der dem luftgekühlten Abgasrückführkühler vorgeschaltet ist. Bevorzugt sind sämtliche Kühler zu einem Kühlmodul zusammengefasst in dem vorderen Motorraum des Kraftfahrzeuges angeordnet und befestigt. Dabei ist es aber auch vorgesehen, den luftgekühlten Abgaskühler unabhängig von dem Kühlmodul an anderer Stelle im Motorraum anzuordnen und diesem gegebenenfalls einen eigenen Lüfter zuzuordnen.Such an internal combustion engine is from the DE 10 2005 047 840 A1 known. This internal combustion engine with turbocharging and exhaust gas recirculation has an air-cooled intercooler, which is associated with a likewise air-cooled exhaust gas recirculation cooler. For effective cooling of the recirculated exhaust gas, a water-cooled exhaust gas recirculation cooler is provided in addition, which is connected upstream of the air-cooled exhaust gas recirculation cooler. Preferably, all coolers are combined to form a cooling module arranged and fixed in the front engine compartment of the motor vehicle. However, it is also envisaged to arrange the air-cooled exhaust gas cooler independently of the cooling module elsewhere in the engine compartment and, if appropriate, allocate this to a separate fan.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Aufladung und mit gekühlter Abgasrückführung bereitzustellen, die problemlos in Aggregate oder Fahrzeuge eingebaut werden kann.Of the Invention is the object of an internal combustion engine with Charging and with cooled exhaust gas recirculation to provide that easily installed in units or vehicles can be.

Der Erfindung liegt zunächst einmal die Erkenntnis zugrunde, dass bestehende gesetzliche Regelungen zur Festlegung von Emissionsstufen, beispielsweise die ab 2012 kommende EU-Regelung zur Emissionsstufe EURO VI, die Addition mehrerer Technologien zur Abgasnachbehandlung erforderlich machen. So wird zum einen eine Abgasnachbehandlung durch den Einsatz von verschiedenartigen katalytischen Systemen und/oder Partikelfiltersystemen notwendig sein und zusätzlich neben verbrennungstechnischen Optimierungen eine Abgasrückführung erforderlich sein. Unabhängig von den Umgebungsbedingungen müssen relativ niedrige Temperaturniveaus für die Verbrennungsluft eingehalten werden. Dafür wird eine stark gekühlte Luft aus der Aufladestrecke und Abgasrückführstrecke vorausgesetzt. Für die Einbauten beziehungsweise Einbaukunden solcher weiterentwickelter Brennkraftmaschinen besteht das Problem, die zuvor genannten Komponenten mit den erforderlichen Leitungen, Steuergeräten und sonstigen Peripheriegeräten unterbringen. Darüber hinaus können durch die (falls dies möglich ist) in dem jeweiligen Einbauraum zusätzlich untergebrachten Komponenten vorhandene Luftströmungen (Zuluft, Kühlluft und Abluft) gestört werden.Of the Invention is based on the recognition that that existing legal regulations for the determination of emission levels, For example, from 2012, the EU emissions regulation EURO VI, the addition of several exhaust aftertreatment technologies make necessary. So on the one hand, an exhaust aftertreatment through the use of various catalytic systems and / or particulate filter systems may be necessary and additional In addition to combustion engineering optimizations exhaust gas recirculation required be. Regardless of the environmental conditions need relatively low temperature levels for the combustion air be respected. This is a heavily cooled Air from the charging path and exhaust gas recirculation line provided. For the internals or installation customers such more advanced internal combustion engines is the problem that previously mentioned components with the required wiring, control devices and accommodate other peripherals. About that in addition, through the (if this is possible) additionally accommodated in the respective installation space Components existing air flows (supply air, cooling air and exhaust air) are disturbed.

Dadurch, dass erfindungsgemäß der Abgasrückführwärmetauscher brennkraftmaschinenfest angeordnet ist, braucht für diesen kein zusätzlicher Einbauraum in den Motorraum bereitgestellt werden und der Einbaukunde hat die Möglichkeit, auch in eng bemessene Motorräume eine für die Erfüllung künftiger Emissionsstufen weiterentwickelte Brennkraftmaschine einzubauen. Dieser Einbau hat zudem den Vorteil, dass das Gesamtsystem, bestehend aus Brennkraftmaschine und Abgasrückführwärmetauscher, mit dem zugeordneten Lüfter kühltechnisch von dem Brennkraftmaschinenhersteller optimiert werden kann, da insbesondere die Strömungsverhältnisse bei dem Anbau an die Brennkraftmaschine bekannt sind beziehungsweise beispielsweise prüfstandsmäßig ermittelt werden können, während dies beim Einbau in den Einbauraum nicht der Fall ist.Thereby, that according to the invention the exhaust gas recirculation heat exchanger is arranged engine-hard, needs for this no additional installation space provided in the engine compartment and the built-in customer has the option, also in tight engine compartments one for fulfillment future emission levels further developed internal combustion engine install. This installation also has the advantage that the overall system, consisting of internal combustion engine and exhaust gas recirculation heat exchanger, with the associated fan cooling technology of the engine manufacturer can be optimized, in particular the flow conditions in the cultivation of the Internal combustion engine are known or for example test stand can be determined while installing this in the installation space is not the case.

In Weiterbildung der Erfindung ist der zumindest eine Abgasrückführwärmetauscher ein Gas-Gas-Wärmetauscher ist und dass das Kühlmedium ist Luft. Bei dieser Ausgestaltung ist folglich die Kühlung des rückgeführten Abgases, die im Übrigen auf Temperaturen von ca. 90°C bis 160°C erfolgt, vollständig von dem Kühlsystem der Brennkraftmaschine getrennt und eine Beeinflussung dieses Kühlsystems ausgeschlossen.In Further development of the invention is the at least one exhaust gas recirculation heat exchanger a gas-gas heat exchanger is and that the cooling medium is air. In this embodiment, therefore, the cooling the recirculated exhaust gas, incidentally on Temperatures of about 90 ° C to 160 ° C, completely separated from the cooling system of the internal combustion engine and an influence on this cooling system excluded.

In weiterer Ausgestaltung ist mit dem zumindest einen Gas-Gas-Wärmetauscher ein als Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildeter Abgasrückführwärmetauscher verschaltet und das Kühlmedium ist Wasser. Eine solche Kombination ist sinnvoll, wenn beispielsweise eine zusätzliche weitere Rückkühlung des rückgeführten Abgases erfolgen soll oder muss. Auch kann diese zweifache Rückkühlung dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn das Kühlsystem der Brennkraftmaschine nicht ausgelastet ist und mit anderen Worten einen Teil der Kühlung des rückgeführten Abgases ohne negative Auswirkungen auf den Kühlhaushalt der Brennkraftmaschine übernehmen kann. Bei dieser Ausgestaltung ist der Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher vor den Gas-Gas-Wärmetauscher geschaltet, das heißt, das Abgas durchströmt zunächst den Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass beide Wärmetauscher-Bauarten gegebenenfalls in mehrere einzelne Wärmetauscher entsprechend den nachfolgend noch detaillierter erläuterten Anbauverhältnissen an die Brennkraftmaschine aufgeteilt sein können.In Another embodiment is with the at least one gas-gas heat exchanger a trained as a gas-liquid heat exchanger Exhaust gas recirculation heat exchanger interconnected and the cooling medium is water. Such a combination makes sense, for example, if an additional additional Recooling the recirculated Exhaust gas should or must be. Also, this two-fold recooling then be used to advantage when the cooling system the internal combustion engine is not busy and in other words a part of the cooling of the recirculated Exhaust gas without negative effects on the cooling budget can take over the internal combustion engine. In this embodiment is the gas-liquid heat exchanger before the gas-gas heat exchanger switched, that is, the exhaust gas flows through first the gas-liquid heat exchanger. Continue noted that both types of heat exchanger, if necessary in several individual heat exchangers according to the following explained in more detail cultivation conditions can be divided into the internal combustion engine.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Abgasrückführwärmetauscher an einer Stirnseite und/oder einer Längsseite der Brennkraftmaschine angeordnet. Hier können mehrere Konzepte, je nach Ausgestaltung und Ausstattung der Brennkraftmaschine, möglich sein. Dabei kann der Wärmetauscher auch problemlos an bestimmte brennkraftmaschinenspezifische Ausgestaltungen, die beispielsweise einen Übereckeinbau erforderlich machen, angepasst sein.In a further development of the invention, the exhaust gas recirculation heat exchanger on a front side and / or arranged on a longitudinal side of the internal combustion engine. Here, several concepts, depending on the design and features of the internal combustion engine, be possible. In this case, the heat exchanger can also be adapted to certain combustion engine-specific configurations that require, for example, a corner installation.

In weiterer Ausgestaltung ist der Abgasrückführwärmetauscher als Kreuzstrom-Wärmetauscher, Kreuzgegenstrom-Wärmetauscher oder Wärmetauscher mit n-fachem Kreuzstrom ausgebildet. Auch hier ist es möglich, eine individuelle Ausgestaltung und/oder Kombination zu treffen, die bei dem Brennkraftmaschinenhersteller für die jeweilige Brennkraftmaschinenbaureihe oder auch für einen Einbaukunden entwickelt wird.In Another embodiment is the exhaust gas recirculation heat exchanger as cross-flow heat exchanger, cross-countercurrent heat exchanger or heat exchanger formed with n-fold cross-flow. Again, it is possible an individual design and / or Combination to take place at the engine manufacturer for the respective engine series or also developed for a built-in customer.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Lüfter elektrisch, hydraulisch oder mechanisch angetrieben. Gegebenenfalls ist hier auch beim denkbaren Einsatz mehrerer Lüfter eine Kombination der verschiedenen Antriebsarten möglich. Auch ist es vorgesehen, verschiedene Bauarten, also beispielsweise einen Axiallüfter oder Walzenlüfter zu verbauen und/oder miteinander zu kombinieren.In In another embodiment of the invention, the fan is electric, hydraulically or mechanically driven. If necessary, here Even with the possible use of multiple fans a combination of different drive types possible. It is also intended different types, so for example an axial fan or roll fans to install and / or combine with each other.

Angebaut wird der Abgasrückführwärmetauscher an der Brennkraftmaschine bevorzugt abgekoppelt über Schwingungselemente. Dabei kann dann der Lüfter über einen Halterahmen direkt an dem Abgasrückführwärmetauscher befestigt werden. Denkbar ist aber auch ein nochmalig abgekoppelter Anbau an dem Abgasrückführwärmetauscher oder aber ein starrer oder abgekoppelter Anbau an der Brennkraftmaschine.grown becomes the exhaust gas recirculation heat exchanger the internal combustion engine preferably decoupled via vibration elements. In this case, then the fan via a support frame directly on the exhaust gas recirculation heat exchanger be attached. It is also conceivable, however, a second decoupled cultivation on the exhaust gas recirculation heat exchanger or a rigid or uncoupled attachment to the internal combustion engine.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Lüfter mit einem Frischluftkanal verschaltet. Hier kann auf örtliche Gegebenheiten eingegangen werden, indem beispielsweise der Frischluftkanal mit verschiedenen Eintrittsöffnungen zur Abdeckung unterschiedlicher Einbaugegebenheiten der Brennkraftmaschine versehen werden kann.In Further development of the invention is the fan with a fresh air duct connected. Here you can look at local conditions By, for example, the fresh air duct with different inlet openings to cover different installation conditions of the internal combustion engine can be provided.

In weiterer Ausgestaltung ist dem Abgasrückführwärmetauscher ein Abluftkanal zugeordnet. Dabei kann wiederum in weiterer Ausgestaltung der Abluftkanal parallel zu dem Abgassystem der Brennkraftmaschine verlaufen und/oder der Abluftkanal mit dem Brennkraftmaschinenkühlsystem verschaltet sein. Hier ergeben sich mehrere Ansätze, beispielsweise kann eine Vermischung der Abluft des Abgaswärmetauschers mit der Abluft der Brennkraftmaschinen-/Fahrzeug-/Gerätekühlanlage erfolgen. Dabei ergeben sich Kühlluftmassenströme ca. im Verhältnis 10:1, so dass sich in Summe eine verträgliche Aufheizung des Motorraums ergibt.In Another embodiment is the exhaust gas recirculation heat exchanger associated with an exhaust duct. This can in turn in a further embodiment the exhaust duct parallel to the exhaust system of the internal combustion engine run and / or the exhaust duct with the engine cooling system be interconnected. Here are several approaches, for example may be a mixing of the exhaust air of the exhaust gas heat exchanger with the exhaust air of the engine / vehicle / equipment cooling system respectively. This results in cooling air mass flows Approximately in the ratio 10: 1, so that in total a compatible heating of the engine compartment results.

Alternativ oder additiv kann (ein Teil) der Abluft des Abgasrückführwärmetauscher mittels eines Abluftkanals parallel zum Abgassystem beziehungsweise dessen Abgasrohr erfolgen. Dabei kann die Abluft des Abgasrückführwärmetauschers zur Kühlung des heißen Abgasrohres verwendet werden und dann mittels des Abluftkanals aus dem Motorraum hinausgeführt werden.alternative or additively, (a part of) the exhaust air of the exhaust gas recirculation heat exchanger by means of an exhaust duct parallel to the exhaust system or the exhaust pipe take place. In this case, the exhaust air of the exhaust gas recirculation heat exchanger be used for cooling the hot exhaust pipe and then led out of the engine compartment by means of the exhaust duct become.

Durch alle diese Ausgestaltungen können einzeln oder in Kombination insbesondere tiefere Abgastemperaturen zur Verbesserung der Abgaswerte erreicht werden. Weiterhin erhält der Kunde ein fertig aufgebautes System, bestehend aus Brennkraftmaschine und insbesondere Abgasrückführung mit Abgasrückführwärmetauscher und Lüfter, das neben den schon geschilderten verbrennungstechnischen beziehungsweise abgastechnischen Vorteilen auch eine Verringerung des Verrohrungsaufwands sowie Verkabelungsaufwands aufweist.By All of these embodiments may be used individually or in combination In particular, lower exhaust gas temperatures for improving the exhaust gas values achieved become. Furthermore, the customer receives a ready-built System consisting of internal combustion engine and in particular exhaust gas recirculation with exhaust gas recirculation heat exchanger and fan, that in addition to the already described combustion technology or abgastechnischen advantages also a reduction of the piping effort and cabling.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102005047840 A1 [0002] - DE 102005047840 A1 [0002]

Claims (10)

Brennkraftmaschine, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, mit einem Abgassystem und einem Frischgassystem, wobei in das Frischgassystem eine Ladeeinrichtung, insbesondere der Verdichter eines Abgasturboladers eingeschaltet ist, wobei das Abgassystem über eine gesteuerte Abgasrückführleitung mit dem Frischgassystem verschaltet ist und wobei die flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine ein Kühlsystem mit zumindest einem Wärmetauscher und einem Kühlsystem-Lüfter aufweist, und wobei der Abgasrückführleitung zumindest ein einen zugeordneten Lüfter aufweisenden Abgasrückführwärmetauscher zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Abgasrückführwärmetauscher brennkraftmaschinenfest angeordnet ist.Internal combustion engine, in particular autoignition internal combustion engine, with an exhaust system and a fresh gas system, wherein in the fresh gas system, a charging device, in particular the compressor of an exhaust gas turbocharger is switched, wherein the exhaust system is connected via a controlled exhaust gas recirculation line with the fresh gas system and wherein the liquid-cooled internal combustion engine, a cooling system with at least one Has a heat exchanger and a cooling system fan, and wherein the exhaust gas recirculation line is associated with at least one associated fan exhaust gas recirculation heat exchanger, characterized in that the at least one exhaust gas recirculation heat exchanger is arranged fixed to the engine. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Abgasrückführwärmetauscher ein Gas-Gas-Wärmetauscher ist und dass das Kühlmedium Luft ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized that the at least one exhaust gas recirculation heat exchanger a gas-gas heat exchanger is and that the cooling medium Air is. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zumindest einen Gas-Gas-Wärmetauscher ein als Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildeter Abgasrückführwärmetauscher verschaltet ist und dass das Kühlmedium Wasser ist.Internal combustion engine according to claim 2, characterized that with the at least one gas-gas heat exchanger a designed as a gas-liquid heat exchanger Exhaust gas recirculation heat exchanger interconnected is and that the cooling medium is water. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Abgasrückführwärmetauscher an einer Stirnseite und/oder einer Längsseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one exhaust gas recirculation heat exchanger on an end face and / or a longitudinal side of the internal combustion engine is arranged. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Abgasrückführwärmetauscher als Kreuzstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one exhaust gas recirculation heat exchanger is designed as a cross-flow heat exchanger. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter elektrisch, hydraulisch oder mechanisch angetrieben ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the fan electrically, hydraulically or mechanically driven. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter mit einem Frischluftkanal verschaltet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the fan with a fresh air duct is interconnected. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgasrückführwärmetauscher ein Abluftkanal zugeordnet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas recirculation heat exchanger an exhaust duct is assigned. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftkanal parallel zu dem Abgassystem verläuft.Internal combustion engine according to claim 8, characterized that the exhaust duct runs parallel to the exhaust system. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftkanal mit dem Brennkraftmaschinenkühlsystem verschaltet ist.Internal combustion engine according to claim 8 or 9, characterized characterized in that the exhaust duct with the engine cooling system is interconnected.
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