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Die
Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem
Zylinder, der einen durch einen reziprozierenden Kolben begrenzten,
mit Sauerstoff enthaltendem Spülgas sowie Brennstoff beaufschlagbaren
Arbeitsraum enthält, der wenigstens einen Spülgaseinlass,
wenigstens einen Brennstoffeinlass und wenigstens einen Abgasauslass
aufweist und von dem wenigstens ein Rezirkulationsgasausgang abgeht,
der einer Rezirkulationseinrichtung zugeordnet ist, durch die aus
dem Arbeitsraum entnommenes Verbrennungsgas als Rezirkulationsgas
direkt oder indirekt in den Arbeitsraum zurückführbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner verschiedene Bauteile und Bauteilgruppen
für einen Verbrennungsmotor vorstehend genannter Art.
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Eine
Anordnung dieser Art ist aus der
DE 10 2005 057 207 A1 bekannt. Bei dieser
bekannten Anordnung ist der Rezirkulationsgasausgang im oberen Zylinderbereich
neben dem Abgasauslass angeordnet und wie dieser mittels eines Ventils
steuerbar. Die Öffnungszeit dieses Ventils soll vor der
Aufsteuerung der Spülgaseinlässe beginnen und
enden. Hierdurch ist zwar sichergestellt, dass nur unverdünntes,
das heißt nicht mit Spülgas vermischtes Rezirkulationsgas
entnommen wird, das einen vergleichsweise hohen Druck aufweist,
was erwünscht ist. Andererseits ist aber davon auszugehen,
dass hier das dem Rezirkulationsgasausgang zugeordnete Ventil anders
als das dem Abgasauslass zugeordnete Auslassventil keine Kühlung
durch vorbeistreifendes Spülgas erfährt und dementsprechend
im Dauerbetrieb einer hohen Wärmebelastung ausgesetzt ist.
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Hiervon
ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Anordnung eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen
Mitteln so zu verbessern, dass nicht nur unverdünntes,
einen hohen Druck aufweisendes Rezirkulationsgas gewonnen wird,
sondern auch ein in den Arbeitsraum hineinragendes Ventil vermieden
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass mindestens ein Rezirkulationsgasausgang mindestens eines Zylinders
als im unteren Zylinderbereich angeordnete, durch den reziprozierenden
Kolben steuerbarer Durchlass durch die Zylinderwand ausgebildet
ist, und dass jedem betroffenen Zylinder eine außerhalb
hiervon angeordnete Ventilanordnung zur Vermeidung einer direkten Rückströmung
des aus dem Arbeitsraum entnommenen Rezirkulationsgases zugeordnet
ist.
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Hierbei
werden in vorteilhafter Weise mit dem Arbeitsraum in direkten Kontakt
kommende Ventile vermieden. Die Elemente der Ventilanordnung können
in vorteilhafter Weise im Bereich einer kühlen Umgebung
angeordnet sein. Dennoch ist es in vorteilhafter Weise möglich,
unverdünntes, einen vergleichsweise hohen Druck aufweisendes
Verbrennungsgas als Rezirkulationsgas zu gewinnen. Mit den erfindungsgemäßen
Maßnahmen lassen sich daher die Vorteile der gattungsgemäßen
Anordnung beibehalten und ihre Nachteile vermeiden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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So
können der Rezirkulationsgasausgang bzw. die -ausgänge
jeweils einfach als Wandausnehmungen ausgebildet sein.
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So
bieten die erfindungsgemäßen Maßnahmen
in vorteilhafter Weise auch die Möglichkeit, mehrere, über
den Umfang des Zylinders verteilte, vorzugsweise als Wandausnehmungen
ausgebildete Rezirkulationsgasausgänge vorzusehen.
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Hiermit
lassen sich in vorteilhafter Weise ein großer Gesamtquerschnitt
und damit ein hoher Massedurchsatz in kurzer Zeit erreichen. Die
Rezirkulationsgasausgänge können dabei vorteilhaft
als für einen Anschluss an einen gemeinsamen, zugeordneten
Umfangskanal geeignete Rezirkulationsgaspassagen ausgebildet sein.
Zusätzlich oder alternativ kann jedoch auch wenigstens
ein Rezirkulationsgasausgang vorgesehen sein, der als für
einen separaten Anschluss an einen zugeordneten Kanal geeigneter
Rezirkulationsgasdurchgang ausgebildet ist.
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Zweckmäßig
kann der Zylinder dabei an seiner Außenseite von einer
mit den eine Rezirkulationsgaspassage bildenden Rezirkulationsgasausgängen
kommunizierenden Ringleitung umfasst sein, die durch eine wenigstens
ein Ventil der Ventilanordnung enthaltende Verbindungsleitung mit
einem nachgeordneten Rezirkulationsgasbehälter verbunden
ist. Die Ringleitung stellt sicher, dass alle Rezirkulationsgasausgänge
mit einer Verbindungsleitung kommunizieren können, was
die zugeordnete Ventilanordnung vereinfacht.
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Bei
Zylindern mit im unteren Zylinderbereich angeordneten, durch mittels
des Kolbens steuerbare Wandausnehmungen der Zylinderwand gebildeten Spülgaseinlässen
sind die die Rezirkulationsgasausgänge bildenden Wanddurchlässe
zweckmäßig oberhalb der Spülgaseinlässe
angeordnet. Hierdurch ist sichergestellt, dass der beim Expansionshub
nach unten sich bewegende Kolben die Rezirkulationsgasausgänge öffnet,
bevor die Spülgaseinlässe geöffnet werden,
so dass unverdünntes, unter einem vergleichsweise hohen
Druck stehendes Verbrennungsgas als Rezirkulationsgas entnommen
werden kann. Diese Entnahme wird durch die Ventilanordnung beendet,
bevor die Spülgaseinlässe geöffnet werden.
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Vorteilhaft
kann die Ventilanordnung wenigstens ein den die Rezirkulationsgasausgängen
nachgeordnetes Rückschlagventil enthalten. Hierbei ergibt
sich eine besonders einfache und kostengünstige Bauweise.
Zudem stellen Rückschlagventile sehr robuste Elemente dar,
die auch bei schwierigen Betriebsverhältnissen eine hohe
Funktionssicherheit gewährleisten.
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Von
dem Rezirkulationsgasbehälter geht zweckmäßig
eine Rezirkulationsleitung ab, die gemäß einer
besonders einfachen Ausführung der Erfindung in eine mit
wenigstens einem Spülgaseinlass kommunizierende Spülgasversorgungseinrichtung mündet.
Der Druck des als Rezirkulationsgas entnommenen Verbrennungsgases
reicht hier ohne weiteres aus, um eine zuverlässige Zuführung
des Rezirkulationsgases zur Spülgasversorgungseinrichtung zu
gewährleisten. Zudem ist hier in vorteilhafter Weise eine
gleichmäßige Verteilung des Rezirkulationsgases
auf das Spülgas gewährleistet.
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Gemäß einer
anderen Ausführung der Erfindung kann die Rezirkulationsleitung
mit jeweils einem Rezirkulationsgaseinlass eines Zylinders kommunizieren.
Hierbei ist eine vom Spülgas unabhängige Zufuhr
des Rezirkulationsgases zum Arbeitsraum möglich, was eine
individuelle Anpassung der zugeführten Rezirkulationsgasmenge
an die Verhältnisse des Einzelfalls erleichtert.
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Eine
weitere vorteilhafter Ausgestaltung der übergeordneten
Maßnahmen kann darin bestehen, dass den die Rezirkulationsgasausgänge
bildenden Wanddurchlässen eine Kühleinrichtung
zugeordnet ist. Hierdurch lässt sich die aufgrund der in
den die Rezirkulationsgasausgänge bildenden Wanddurchlässen
stattfindenden Rezirkulationsgasströmung entstehende Temperaturbelastung
reduzieren. Gemäß einer ersten Ausführung
kann dabei einem in der Verbindungsleitung zwischen Ringleitung
und Rezirkulationsgasbehälter angeordneten Rückschlagventil
ein Dreiwegeventil vorgeschaltet sein, dessen dritter Eingang nach
Schließen des Rückschlagventils an eine mit Spülgas
beaufschlagbare Leitung anschließbar ist. Nach der Entnahme
von Rezirkulationsgas wird hier bis zum Verschließen der die
Rezirkulationsgasausgänge bildenden Wanddurchlässe
durch den Kolben Spülgas über die die Rezirkulationsgasausgänge
bildenden Wanddurchlässe in den Arbeitsraum eingeführt,
wodurch sich eine Kühlung ergibt. Eine andere Ausführung
kann darin bestehen, dass zur Bildung der Kühleinrichtung im
Bereich der die Rezirkulationsgasausgänge bildenden Wanddurchlässe
vorgesehene, mit einer Kühlflüssigkeit beaufschlagbare,
am Zylinder festlegbare Ringsegmente vorgesehen werden. Die Kühlflüssigkeit
gewährleistet eine besonders intensive Kühlung.
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In
weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen
kann die vorgesehene Ventilanordnung ganz oder teilweise in einem
mit Spülgas beaufschlagbaren Raum angeordnet sein, bei
dem es sich vorteilhaft um die den Zylindern vielfach zugeordnete,
den unteren Zylinderbereich aufnehmende Spülgasbox handeln
kann. Auf diese Weise ergibt sich eine automatische Kühlung
der Elemente der Ventilanordnung durch sie umströmendes
Spülgas.
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Ein
weiterer Erfindungsgedanke bezieht sich auf ein Bauteil in Form
einer Zylinderbüchse für einen Verbrennungsmotor
oben umrissener Art, wobei im unteren Endbereich der Zylinderbüchse
den durch Wanddurchlässen der Zylinderwand gebildeten Spülgaseinlassschlitzen
benachbarte, oberhalb hiervon angeordnete, vorzugsweise ebenfalls
als Wandduchlässe ausgebildete, ventillose Rezirkulationsgasausgänge
vorgesehen sind. Eine derartige Zylinderbüchse ermöglicht
in vorteilhafter Weise eine nachträgliche Ausrüstung
eines Verbrennungsmotors mit durch den Kolben steuerbare, durch
Wanddurchlässe gebildeten Rezirkulationsgasausgängen.
Dasselbe gilt für Reparatur- und/oder Instandhaltungsarbeiten.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen
Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung
anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
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In
der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine mit Zuführung des Rezirkulationsgases
zur Spülgasversorgungseinrichtung,
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2 eine
Variante zu 1 mit direkter Zuführung
des Rezirkulationsgases zum Arbeitsraum,
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3 ein
Beispiel für eine Kühlung von die Rezirkulationsgasausgänge
bildenden Wandausnehmungen mit Spülgas,
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4 ein
Beispiel für eine von einem Kühlmittel durchströmte
Kühleinrichtung,
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5 ein
Beispiel für eine Positionierung der Ventilanordnung in
einer kühlen Umgebung,
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6 eine
schematische Darstellung der Aufsteuerung eines durch eine Wandausnehmung gebildeten
Rezirkulationsgasausganges und
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7 über
dem Kurbelwinkel aufgetragene Diagramme von Druck und Strömungsparametern.
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Hauptanwendungsgebiet
der vorliegenden Erfindung sind Großdieselmotoren, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren,
wie sie als Antriebe für Schiffe oder stationäre
Kraftwerksanlagen oder dergleichen Verwendung finden, ohne dass
die Erfindung hierauf beschränkt ist. Die den 1 bis 3 zugrundeliegenden
Beispiele zeigen einen derartigen Zweitakt-Großdieselmotor.
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Ein
derartiger Motor enthält in der Regel mehrere Zylinder,
von denen in den 1 bis 3 jeweils
ein Zylinder 1 sichtbar ist. Die Zylinder 1 besitzen
jeweils eine hier nicht näher dargestellte, auf dem Motorgestell
aufgenommene Zylinderbüchse. Diese enthält einen
als Brennkammer fungierenden Arbeitsraum 2, der durch einen
reziprozierenden, hier auf- und abgehend bewegten Kolben 3 begrenzt wird.
Der Kolben 3 wirkt über übliche Übertragungselemente
mit einer Kurbelwelle 4 zusammen. Der Arbeitsraum 2 wird
bei jedem Arbeitstakt zur Bewerkstelligung eines Verbrennungsvorgangs
mit Brennstoff und mit Spülgas, das Sauerstoff (O2) enthält, beaufschlagt. Die durch
die Verbrennung entstehenden Gase werden über einen Abgasauslass 5 ausgestoßen.
Das Spülgas wird durch im unteren Bereich des Arbeitsraums 2 vorgesehene, über
den Zylinderumfang verteilte, als durch Durchlässe d. h.
Ausnehmungen der Zylinderwand gebildete Einlassschlitze ausgebildete
Spülgaseinlässe 6 zugeführt,
die vom auf- und abgehenden Kolben 3 auf- und abgesteuert werden.
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Die
Gasfüllung des Arbeitsraums 2 wird durch den Kolben 3 verdichtet.
Der Brennstoff wird ganz oder teilweise durch eine im oberen Bereich
des Arbeitsraums 2 angeordnete, lediglich schematisch angedeutete
Einspritzeinrichtung 7 in die verdichtete Gasfüllung
eingespritzt. Der Abgasauslass 5, der im oberen Bereich
des Arbeitsraums 2 koaxial zu diesem angeordnet ist, ist
mittels eines zugeordneten Auslassventils 8 kontrollierbar,
das zum Auslassen des Abgases mittels einer zugeordneten Betätigungseinrichtung
von seinem Sitz abgehoben wird und umgekehrt. An den Abgasauslass 5 schließt
sich ein in der Praxis durch einen Rohrkrümmer gebildeter,
rohrförmiger Auslasskanal 9 an. Das über
den Abgasauslass 5 und den Auslasskanal 9 abströmende
Gas wird als Abgas oder Auspuffgas bezeichnet.
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Die
Auslasskanäle 9 mehrerer Zylinder führen
zu einem gemeinsamen Abgassammelbehälter 11. Zur
Bereitstellung des Spülgases ist im dargestellten Beispiel
ein Abgasturbolader 12 vorgesehen, dessen Turbine 12a mit
dem Abgas aus dem Abgassammelbehälter 11 beaufschlagt
wird, wie durch eine vom Abgassammelbehälter 11 abgehende
Abgasleitung 13 angedeutet ist, und dessen Kompressor 12b Luft
aus der Umgebung ansaugt und in einen mehreren Zylindern zugeordneten
Spülgassammelbehälter 14 pumpt, in den
eine vom Kompressor 12b abgehende Ladeluftleitung 15 einmündet,
die eine Ladeluftkühlvorrichtung 16 enthalten
kann. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine stromaufwärts
vom Kompressor 12b positionierte Ladeluft-Kühlvorrichtung
vorgesehen sein.
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Vom
Spülgasbehälter 14 gehen den einzelnen
Zylindern 1 zugeordnete Stichleitungen 17 ab, die
mit den zylinderseitig vorgesehenen Spülgaseinlassschlitzen 6 kommunizieren.
Hierzu greifen die Zylinder 1 mit ihrem unteren, die die
Spülgaseinlässe 6 bildenden Schlitze
enthaltenden Endbereich in eine zugeordnete Spülgasbox 18 ein,
die einen den Zylinder 1 umgebenden Ringarm enthält,
in den die zugeordnete Stichleitung 17 einmündet
und von dem die Spülgaseinlässe 6 abgehen.
Die Zylinder 1 sind im Bereich ihres Austritts aus der
zugeordneten Spülgasbox 18 gegenüber
dieser abgedichtet, so dass die Spülgaseinlässe 6 von
außen nicht zugänglich sind. Die Zylinder werden
in der Höhe bezüglich der Spülgasbox 18 exakt
positioniert. Hierzu können geeignete Anschlagmittel vorgesehen
sein, die diese exakte Ausrichtung erleichtern.
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Ein
Teil des durch die Verbrennung im Arbeitsraum 2 entstehenden
Verbrennungsgases wird noch vor der Öffnung des Auslassventils 8 aus
dem Arbeitsraum 2 entnommen und zur Reduzierung der Entstehung
von NOx rezirkuliert, das heißt
dem Arbeitsraum 2 für einen weiteren Verbrennungsvorgang als
Rezirkulationsgas direkt oder indirekt wieder zugeführt.
Bei diesem Rezirkulationsgas soll es sich zur Gewährleistung
einer einfachen Dosierung um reines, nicht durch Spülgas
verdünntes Verbrennungsgas handeln. Die Entnahme von Rezirkulationsgas erfolgt
daher auch noch vor Öffnung der Spülgaseinlässe 6.
Zur Rezirkulation ist eine als ganzes mit 20 bezeichnete
Rezirkulationseinrichtung vorgesehen. Diese kann das Rezirkulationsgas
dem Arbeitsraum 2, wie in 1 gezeigt
indirekt zusammen mit dem Spülgas, oder wie in 2 gezeigt,
direkt zuführen.
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Zur
Ableitung des Rezirkulationsgases aus dem Arbeitsraum 2 ist
dieser in beiden Fällen mit wenigstens einem, vorzugsweise
mehreren, im unteren Zylinderbereich mit geringem Abstand oberhalb
der die Spülgaseinlässe 6 bildenden Spülgasschlitze
angeordneten Rezirkulationsgasausgang bzw. -ausgängen 21 versehen.
Hierzu ist die Zylinderwand mit einem geeigneten Durchlass oder
mehreren geeigneten Durchlässen versehen, der bzw. die
durch den Kolben 3 auf- und absteuerbar ist bzw. sind.
Die zur Bildung der Rezirkulationsgasauslässe 21 vorgesehenen
Wanddurchlässe sind zweckmäßig wie die
die Spülgaseinlässe bildenden Spülgassschlitze
als durchgehende Ausnehmungen der Zylinderwand gestaltet. Da weniger
Rezirkulationsgas entnommen wird als Spülgas zugeführt
wird, ist der lichte Gesamtquerschnitt der die Rezirkulationsgasausgänge 21 bildenden
Wandausnehmungen in der Regel sehr viel kleiner als der lichte Gesamtquerschnitt
der die Spülgaseinlasseinlässe 6 bildenden
Wandausnehmungen der Zylinderwand.
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Die
Rezirkulationsgasausgänge 21 können zweckmäßig
durch gebohrte oder gegossene Durchgangslöcher gebildet
werden. Auch eingegossene oder eingeschweißte Rohrstücke
wären denkbar. Die die Rezirkulationsgasausgänge 21 bildenden
Wanddurchlässe vorzugsweise Wandausnehmungen sind, wie
erwähnt, durch den reziprozierenden Kolben 3 auf-
und absteuerbar. Sofern zweckmäßig mehrere Rezirkulationsgasausgänge 21 vorgesehen
sind, sind diese vorzugsweise gleichmäßig über
den Zylinderumfang bzw. einen Teil des Zylinderumfangs verteilt
und vorzugsweise auf gleicher Höhe angeordnet. Dabei kann
zumindest ein Teil dieser Rezirkulationsgasausgänge 21 für
einen Anschluss an eine gemeinsame Kanalanordnung geeignet ausgebildet sein.
Derart ausgebildete Rezirkulationsgasausgänge 21 werden
als Rezirkulationsgaspassage bezeichnet. Im dargestellten Beispiel
kommunizieren die so gebildeten Rezirkulationsgaspassagen mit einer
den Zylinder 1 im zugeordneten Bereich umfassenden Ringleitung 22,
die durch eine Verbindungsleitung 23 mit einem Rezirkulationsgasbehälter 24 verbunden
ist.
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Zusätzlich
oder alternativ kann wenigstens eine einen Rezirkulationsgasausgang 21 bildender Wanddurchlass
der Zylinderwand vorgesehen sein, die für einen separaten
Anschluss an eine zugeordnete Kanalanordnung und/oder Ventilanordnung
geeignet ausgebildet ist. Ein derart ausgebildeter Rezirkulationsgasausgang 21 wird
als Rezirkulationsgasdurchgang bezeichnet.
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Die
Rezirkulationsausgänge 21 können einem
innerhalb der Spülgasbox 18 sich befindenden Abschnitt
oder einem außerhalb, d. h. oberhalb der Spülgasbox 18 sich
befindenden Abschnitt der Zylinderbüchse des Zylinders 1 zugeordnet
sein. Im ersten Fall wird der Ringraum der Spülgasbox 18 von der
Versorgungsleitung 23 bzw. jeder einem Spülgasausgang 21 zugeordneten
Versorgungsleitung durchsetzt, die hiergegen abgedichtet ist. Außerdem sind
auch die die Rezirkulationsgasausgänge 21 bildenden
Wanddurchlässe vorzugsweise in Form von Wandausnehmungen
gegenüber dem Innenraum der Spülgasbox 18 abgedichtet,
d. h. dicht an die Ringleitung 22 und/oder jede zugeordnete
Versorgungsleitung 23 angeschlossen. Dies gilt natürlich
auch, wenn die Rezirkulationsgasausgänge 21 oberhalb der
Spülgasbox 18 positioniert sind.
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Um
eine direkte Rückströmung von aus dem Arbeitsraum 2 entnommenem
Rezirkulationsgas in den Arbeitsraum 2, beispielsweise
einen Rückschlag von Rezirkulationsgas aus dem Rezirkulationsgasbehälter 24 in
den Arbeitsraum 2 zu verhindern, ist jedem Zylinder 1 eine
in der Verbindungsleitung 23 angeordnete Ventileinrichtung
zugeordnet. Bei der Ausführung gemäß 1 ist
in der Verbindungsleitung 23 hierzu ein Rückschlagventil 25 angeordnet.
Dieses ist so ausgebildet, dass es durch den beim öffnen der
die Rezirkulationsgaspassagen bildenden Rezirkulationsgasausgänge 21 in
der Verbindungsleitung 23 anstehenden Druck geöffnet
und nach Durchgang der so entstehenden Druckwelle durch den vom
Rezirkulationsgasbehälter 24 her erfolgenden Rückstoß und/oder
durch eine Schließfeder geschlossen wird.
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Vom
Rezirkulationsgasbehälter 24 geht eine Rezirkulationsleitung 26 ab,
die über eine Gasbehandlungseinrichtung führt,
die als einheitliche Geräteanordnung oder in Form mehrerer
separater Stationen ausgebildet sein kann und im dargestellten Beispiel
ein Regulierventil 27 sowie eine Gasbehandlungseinrichtung
mit einer Reinigungsstation 28, Kühleinrichtung 29 und
Flüssigkeitsabscheidestation 30 enthält.
Bis hierher stimmen die beiden alternativen Ausführungen
gemäß 1 und 2 überein. Unterschiedlich
ist der Verlauf der Rezirkulationsleitung 26.
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Bei
der Ausführung gemäß 1 mündet
die Rezirkulationsleitung 26 in die dem Motor zugeordnete
Spülgasversorgungseinrichtung. Hierzu kann die Rezirkulationsleitung 26 parallel
zur Ladeluftleitung 15 in den Spülgasbehälter 14 einmünden.
Im dargestellten Beispiel mündet die Rezirkulationsleitung 26 stromab
vom Ladeluftkühler 16 in die Ladeluftleitung 15 ein.
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Bei
der Ausführung gemäß 2 wird
das Rezirkulationsgas dem Arbeitsraum 2, wie oben schon
angedeutet wurde, direkt zugeführt. Dabei führt
die Rezirkulationsleitung 26 von dem über die Verbindungsleitungen 23 mit
den zylinderseitigen Rezirkulationsgasausgängen 21 kommunizierenden Rezirkulationsgasbehälter 24 zu
einem diesem nachgeordneten, ebenfalls mehreren Zylindern 1 zugeordneten
Rezirkulationsgaspuffer 31, von dem den zugeordneten Zylindern 1 zugeordnete
Versorgungsleitungen 32 abgehen. Die Versorgungsleitungen 32, denen
ein einstellbares Steuerventil 33 zugeordnet sein kann,
kommunizieren mit zylinderseitigen Rezirkulationsgaseingängen 34.
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Hierzu
können gegenüber den als Rezirkulationsgaspassagen
oder -durchgängen ausgebildeten Rezirkulationsgasausgängen 21 winkelversetzte,
auf gleicher Höhe wie diese angeordnete, ebenfalls durch
Wandausnehmungen vorzugsweise in Form von Bohrungen oder gegossenen
Löchern gebildete Rezirkulationsgaseingänge 34 vorgesehen
sein, die ähnlich wie die erwähnten Rezirkulationsgaspassagen
mit einer zugeordneten Ringleitung 35 kommunizieren, an
die eine zugeordnete Versorgungsleitung 32 angeschlossen
ist. Es wäre natürlich auch denkbar, die Rezirkulationsgasausgänge 21 bildenden Wandausnehmungen
nach Beendigung der Entnahme von Rezirkulationsgas als Rezirkulationsgaseingänge
zu verwenden. In diesem Fall würde die Versorgungsleitung 32 mit
der den Rezirkulationsgaspassagen zugeordneten Ringleitung 22 kommunizieren.
Das in der Versorgungsleitung 32 vorgesehene Steuerventil 33 muss
in einem derartigen Fall so gesteuert werden, dass es öffnet,
wenn das in der Verbindungsleitung 23 vorgesehene Rückschlagventil 25 gerade
geschlossen ist. Dasselbe gilt bezüglich der Spülgaseinlässe 6 bildenden
Spülschlitze und des Abgasauslasses 5. Die Zufuhr
von Rezirkulationsgas zum Arbeitsraum 2 soll bei geschlossenem Abgasauslass 5 erfolgen,
um ein Entweichen von Rezirkulationsgas zu vermeiden.
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Das
als Rezirkulationsgas aus dem Arbeitsraum 2 entnommene
Verbrennungsgas besitzt einen vergleichsweise hohen Druck und damit
eine vergleichsweise hohe Energie. Diese reicht in der Regel aus,
um das Rezirkulationsgas in den Zylinder 2 direkt (2)
oder indirekt (1) zurückzuführen. Sofern
im Einzelfall diese Energie dazu nicht ausreichen sollte, wäre
es ohne Weiteres möglich, in der Rezirkulationsleitung 26 eine
zusätzliche Pumpe vorzusehen, die durch einen zugeordneten
Motor oder eine durch Abgas beaufschlagbare Turbine antreibbar ist.
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Die
bei der Entnahme von Rezirkulationsgas in den die Rezirkulationsgasausgänge 21 bildenden Wanddurchlässe
bzw. Wandausnehmungen stattfindende Strömung kann zu einer
starken Erwärmung der diese Wanddurchlässe bzw.
Wandausnehmungen begrenzenden Wandbereiche führen, so dass eine
Kühlung zweckmäßig erscheint. Diese kann
mit Hilfe von Spülgas erfolgen. Eine derartige Ausführung
liegt der 3 zugrunde. Dabei ist dem in
der Verbindungsleitung 23 angeordneten Rückschlagventil 25 ein
Dreiwege-Ventil 36 vorgeordnet, dessen dritter Eingang 37 von
einer mit Spülgas beaufschlagbaren Quelle, im dargestellten
Beispiel von der vom Spülgasbehälter 14 zum
Zylinder 1 führenden Stichleitung 17 abgeht.
Das Dreiwege-Ventil 36 wird so gesteuert, dass der dritte
Eingang 37 offen ist, sobald das nachgeordnete, die zum
Rezirkulationsgaasbehälter 24 führende
Verbindungsleitung 23 absteuernde Rückschlagventil 25 geschlossen
ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass in der verbleibenden Öffnungszeit
der Rezirkulationsgasausgänge 21 über
diese Spülgas, das eine vergleichsweise kühle Temperatur
aufweist, strömt und in den Arbeitsraum 2 eingeleitet
wird, womit die gewünschte Kühlung der kontaktierten
Wandbereiche erfolgt. Im dargestellten Beispiel sind das Rückschlagventil 25 und
das Dreiwege-Ventil 36 als separate Bauteile ausgebildet. Natürlich
könnten diese zwei Ventile auch in ein Kombinationsventil
mit einer der Funktion beider Ventile entsprechenden Funktionsweise
integriert sein. Ebenso wäre es denkbar, das Dreiwege-Ventil 36 durch
eine Ventil-Anordnung mit zwei Rückschlagfunktionen, in
der Leitung 25 und in der Leitung 37, zu ersetzen.
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Eine
weitere Kühleinrichtung, die gleichzeitig oder alternativ
mit der Anordnung gemäß 3 Verwendung
finden kann, ist in 4 gezeigt. Dabei sind am Umfang
des Zylinders 1 anbringbare, die die Rezirkulationsgasausgänge 21 bildenden
Wandausnehmungen flankierende Kühlsegmente 38 vorgesehen,
die mit von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanälen 39 versehen
sind. Diesen können Anschlüsse 40, 41 zur
Zu- und Ableitung des Kühlmittels, beispielsweise Wasser,
zugeordnet sein.
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Die
Elemente der den die Rezirkulationsgasausgänge 21 bildenden
Wanddurchlässen bzw. Wandausnehmungen nachgeordneten Ventilanordnung,
hier in Form des Rückschlagventils 25 und/oder
Dreiwege-Ventils 36 werden zweckmäßig ebenfalls
gekühlt. Da die Ventilanordnung zweckmäßig
mit einem gewissen Abstand von den zugeordneten Wandausnehmungen
angeordnet ist, ist es ohne Weiteres möglich, die Elemente
der Ventilanordnung in einem eine kühle Atmosphäre
enthaltenden Kühlraum anzuordnen und so zu kühlen.
Hierzu können die Ventile der Ventilanordnung beispielsweise
in einem kühles Spülgas enthaltenden Raum angeordnet sein.
Bei der Ausführung gemäß 5 wird
hierfür der Spülgasbehälter 14 verwendet.
So kann beispielsweise bei einer der 1 entsprechenden
Ausführung das Rückschlagventil 25 im
Spülgasbehälter 14 positioniert sein.
Bei einer Anordnung gemäß 2 könnte
zusätzlich auch das den Spülgaseingängen
zugeordnete Steuerventil 33 im Spülgasbehälter 14 positioniert
sein. Eine derartige Ausführung liegt der 5 zugrunde.
Bei einer Anordnung gemäß 3 könnte
zusätzlich auch das Dreiwege-Ventil 36 im Spülgasbehälter 14 positioniert
sein. Als kühles Spülgas enthaltender Kühlraum
kann auch die Spülgasbox 18 in Frage kommen, wenngleich
wegen zu befürchtender Rückschläge von
Abgas in die Spülgasbox 18 die erste Ausführung
zu bevorzugen ist.
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Die
die Rezirkulationsgasausgänge 21 werden, wie oben
schon ausgeführt wurde, durch den Kolben 3 auf-
und abgesteuert. Die Aufsteuerung erfolgt, wie aus 6 hervorgeht,
wenn der oberste Kolbenring 42 des Kolbens 3 die
die Rezirkulationsgasausgänge 21 bildenden Wandduchlässe
bzw. Wandausnehmungen beim Abwärtshub des Kolbens 3 überfährt.
Dabei findet zunächst eine Kommunikation mit dem Arbeitsraum 2 nur über
den Spalt zwischen Kolben 3 und Zylinder 1 statt,
was die Strömung dämpft. Erst wenn der Kolben 3 die
genannten Wandausnehmungen mit seiner Oberkante überfahrt,
erreicht die Strömung ihre volle Stärke. Die genannte
Dämpfung der Strömung vermeidet Druckstösse.
Dies kann dadurch noch verbessert werden, dass die genannten, durch
Bohrungen etc. gebildeten Wandausnehmungen an ihrem inneren Ende
mit nach oben abgehenden, zweckmäßig keilförmig
auslaufenden Einlaufnuten 43 versehen sind, wie 6 weiter
zeigt.
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In 7 ist
durch die Kurve a der Verlauf des den Spülgasdruck übersteigenden
Drucks p im Arbeitsraum 2 über dem Kurbelwinkel
(°KW) angedeutet. Ohne direkten Zusammenhang mit dem Druck und
nur qualitativ sind über dem Kurbelwinkel (°KW) die
Gasströmung durch die Rezirkulationsgasausgänge 21 durch
die Kurve b und die Bewegung des Auslassventils 8 durch
die Kurve c angedeutet. Die Kuven d und e geben an, ab wann die
Spülgaseinlässe 6 bzw. die die Rezirkulationsgasausgänge 21 bildenden
Wandausnehmungen voll geöffnet sind. Die Y-Achse ist dabei
unterschiedlichen Größenordnungen zugeordnet und
zwar bezüglich der Kurve b dem Volumenstrom durch die Rezirkulationsgasausgänge 21,
bezüglich Kurve c dem Hub des Auslassventils 8 und
bezüglich der Kurven d und e der Öffnung der Spülgaseinlässe 6 und
Rezirkulationsgasausgänge 21. Die dargestellten
Diagramme sind daher nur schematisch.
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Aus
den Diagrammen gemäß 7 ist ersichtlich,
dass die Gasströmung in den Rezirkulationsgasausgängen 21 aus
den im Zusammenhang mit 6 geschilderten Gründen
etwas vor der vollständigen Öffnung der die Rezirkulationsgasausgänge 21 bildenden
Wandausnehmungen beginnt und vor der Öffnung des Auslassventils 8 durch
Druckgleichgewicht oder Ventilschließlung bereits beendet ist.
Die Spülgaseinlässe 6 werden erst mit
Verzug gegenüber dem Auslassventil geöffnet, so
dass sich ersichtlich auch keine Überschneidung der Gasströmung
in den genannten, die Rezirkulationsgasausgängen 21 bildenden
Wanddurchlässen bzw. Wandausnehmungen mit der Öffnungszeit
der Spülgaseinlässe 6 ergibt. Die 7 zeigt
auch, dass der Druck im Arbeitsraum 2 noch vergleichsweise
hoch ist, während eine Strömung durch die die
Rezirkulationsgasausgänge 21 bildenden Wanddurchlässe bzw.
Wandausnehmungen stattfindet, so dass das entnommene Rezirkulationsgas
ausreichend Energie besitzt, um die Rezirkulation aus eigener Kraft
zu bewerkstelligen.
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Um
eine einfache Identifizierung eines erfindungswesentlichen Bauteils
des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor zu ermöglichen
kann jedes oder zumindest ein mit Rezirkulationsgas in Berührung kommendes
Bauteil oder einem solchen Bauteil zugeordnetes Bauteil aus einem
Material bestehen oder zumindest ein solches Material enthalten,
das mittels eines Spurenelementkonzentrationsprofils und/oder eines
Materialzusammensetzungsspektrums identifizierbar ist. Zweckmäßig
kann es in diesem Zusammenhang auch sein, wenn wenigstens ein Bauteil
vorzugsweise oben genannter Art wenigstens einen Datenspeicher enthält,
der berührungsfrei beladbar und/oder auslesbar ist um z.
B. auch Detaildaten bezüglich einer erlaubten Anwendung
in gesetzlich zugelassenen oder vorgeschriebenen Systemen zur Bekämpfung
von Umweltverschmutzungen warten zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005057207
A1 [0002]