-
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und 4.
-
Verbrennungskraftmaschinen sind insbesondere aus dem Serienbau von Kraftwagen hinlänglich bekannt. Eine solche Verbrennungskraftmaschine weist einen Ansaugtrakt auf, über welchen der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft angesaugt wird. In dem Ansaugtrakt ist ein Verdichter angeordnet, mittels welchem die Luft verdichtet wird. Ferner ist in dem Ansaugtrakt eine Kühleinrichtung angeordnet, mittels welcher die von dem Verdichter verdichtete und dadurch erwärmte Luft zu kühlen ist.
-
Die Verbrennungskraftmaschine weist auch einen Abgastrakt auf, über welchen Abgas der Verbrennungskraftmaschine abgeführt wird. Es ist wenigstens eine Abgasrückführleitung vorgesehen, über welche Abgas von dem Abgastrakt zum Ansaugtrakt rückführbar ist. Durch diese Abgasrückführung können Stickoxid- und/oder Partikel-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden. Das rückgeführte Abgas wird dabei mittels der Kühleinrichtung, mittels welcher auch die verdichtete Luft gekühlt wird, gekühlt.
-
Eine solche Verbrennungskraftmaschine ist der
DE 10 2008 015 591 A1 als bekannt zu entnehmen. Dabei mündet die Abgasrückführleitung in Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt stromauf der Kühleinrichtung in den Ansaugtrakt. Ein solches Einleiten des rückgeführten Abgases stromauf der Kühleinrichtung birgt die Nachteile, dass es zu einer Entmischung des Abgases und der Luft sowie bei niedrigen Temperaturen zu einem Ausfall von Kondensat auf dem Weg zur Kühleinrichtung kommen kann.
-
Die
DE 197 16 566 C1 offenbart eine Verbrennungskraftmaschine, in deren Ansaugtrakt eine erste Kühleinrichtung und eine zweite Kühleinrichtung angeordnet sind. Die zweite Kühleinrichtung ist dabei in Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt stromab der ersten Kühleinrichtung angeordnet. Die Abgasrückführleitung mündet dabei stromab der ersten Kühleinrichtung und stromauf der zweiten Kühleinrichtung in den Ansaugtrakt. Dies bedeutet, dass die erste Kühleinrichtung ausschließlich zum Kühlen der verdichteten Luft dient, während die zweite Kühleinrichtung das Gemisch aus der verdichteten Luft und dem rückgeführten Abgas kühlt. Die Verwendung von zwei Kühleinrichtungen führt im Vergleich zur Verwendung von lediglich einer Kühleinrichtung zu einer erhöhten Teileanzahl, zu erhöhten Kosten sowie zu einem erhöhten Gewicht der Verbrennungskraftmaschine.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass eine verbesserte Rückführung des Abgases vom Abgastrakt zum Ansaugtrakt ermöglicht ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Der erste Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, mit einem Ansaugtrakt. In dem Ansaugtrakt ist wenigstens eine Kühleinrichtung angeordnet. Die Kühleinrichtung dient zum Kühlen von den Ansaugtrakt durchströmender, der Verbrennungsmaschine zuzuführender und mittels wenigstens eines Verdichters der Verbrennungskraftmaschine verdichteter Luft.
-
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner einen Abgastrakt, welcher von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Dabei ist wenigstens eine Abgasrückführleitung vorgesehen, über welche Abgas vom Abgastrakt zum Ansaugtrakt rückführbar ist. Das rückgeführte Abgas ist mittels der Kühleinrichtung, mittels welcher auch die verdichtete Luft zu Kühlen ist, kühlbar.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zum Kühlen des rückgeführten Abgases infolge eines Wärmeübergangs von der Abgasrückführleitung zu der Kühleinrichtung die Abgasrückführleitung zumindest in einem Teilbereich ihrer Längserstreckung, das heißt ihrer Länge, thermisch mit der Kühleinrichtung gekoppelt ist.
-
Wird Abgas vom Abgastrakt zum Ansaugtrakt über die Abgasrückführleitung rückgeführt, so findet ein Wärmeübergang von dem die Abgasrückführleitung durchströmenden Abgas zu der Abgasrückführleitung statt. Infolge der thermischen Kopplung der Abgasrückführleitung zumindest in dem Teilbereich mit der Kühleinrichtung kann nun ein besonders effektiver und effizienter Wärmeübergang von der Abgasrückführleitung zu der Kühleinrichtung stattfinden, so dass dadurch das die Abgasrückführleitung durchströmende Abgas besonders effizient gekühlt wird.
-
Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine weist eine sehr geringe Teilanzahl, ein geringes Gewicht sowie geringe Kosten auf, da zur Kühlung des rückgeführten Abgases lediglich ein vorhandenes Bauteil in Form der Kühleinrichtung zum Kühlen der verdichteten Luft verwendet wird. Des Weiteren ist es bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine möglich, unter Beibehaltung der kostengünstigen und effizienten Kühlung des rückgeführten Abgases dieses besonders strömungsgünstig in den Ansaugtrakt einzuleiten und mit dem Abgas zu mischen. Die Zumischung des rückgeführten Abgases zu der verdichteten Luft kann dabei in Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt stromauf und/oder stromab der Kühleinrichtung erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das Abgas direkt in die Kühleinrichtung einzuleiten, Dadurch ist eine zumindest im Wesentlichen optimale Strömungsführung des der Luft zuzumischenden Abgases möglich, so dass die eingangs genannten Probleme der Entmischung und/oder des Ausfalls von Kondensat vermieden werden können.
-
Durch die vorteilhafte Vermischung des Abgases und der Luft infolge der strömungsgünstigen Führung des Abgases können die Stickoxid- und Partikel-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden. Die Vermeidung des Ausfalls des Kondensats führt zu einer hohen Funktionserfüllungssicherheit der Verbrennungskraftmaschine und insbesondere ihrer Abgasrückführung.
-
Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine kann es sich um einen Dieselmotor, Ottomotor, Diesottomotor, Gasmotor oder um eine anderweitige Verbrennungskraftmaschine handeln, die bei Personenkraftwagen-, Nutzkraftwagen- oder anderweitigen Anwendungen Verwendung finden kann.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zum Kühlen des rückgeführten Abgases infolge des Wärmeübergangs die Abgasrückführleitung zumindest in dem Teilbereich mit einem Gehäuse der Kühleinrichtung thermisch kontaktiert. Mit anderen Worten steht eine außenumfangsseitige Mantelfläche der Abgasrückführleitung in zumindest mittelbarem, insbesondere direktem, thermischen Kontakt mit einer Außenseite des Gehäuses der Kühleinrichtung. Dadurch kann ein besonders effizienter und effektiver Wärmeübergang von der Abgasrückführleitung zu der Kühleinrichtung stattfinden, so dass das rückgeführte Abgas mit einer hohen Kühlleistung gekühlt werden kann. Dabei kann die Abgasrückführleitung an die Kühleinrichtung beziehungsweise deren Gehäuse angebunden, das heißt gehalten sein.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung mündet die Abgasrückführleitung an zumindest einer Einleitstelle in die Kühleinrichtung. Dies bedeutet, dass das Abgas über die Abgasrückführleitung direkt in die Kühleinrichtung einströmt. So kann eine besonders vorteilhafte Vermischung des Abgases mit der die Kühleinrichtung durchströmenden Luft realisiert werden. Die Gefahr einer Entmischung des Abgases von der Luft sowie die Gefahr des eingangs genannten Ausfallens des Kondensats ist besonders gering. Darüber hinaus wird auch bei dieser Ausführungsform lediglich die eine Kühleinrichtung verwendet, um sowohl die Luft als auch das Abgas bzw. das Abgas-Luft-Gemisch zu kühlen.
-
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Abgasrückführleitung an zumindest einer Einleitstelle in die Kühleinrichtung mündet. Bei dem zweiten Aspekt der Erfindung wird das rückgeführte Abgas mittels der Kühleinrichtung gekühlt, mittels welcher auch die verdichtete Luft gekühlt wird. Somit weist auch die Verbrennungskraftmaschine des zweiten Aspekts der Erfindung eine geringe Teilanzahl, ein geringes Gewicht sowie geringe Kosten auf. Darüber hinaus ist auch beim zweiten Aspekt der Erfindung eine besonders vorteilhafte Durchmischung des Abgases mit der Luft realisiert, da das Abgas besonders strömungsgünstig der Luft direkt in der Kühleinrichtung zugemischt wird. Die Gefahr der Entmischung des Abgases von der Luft sowie des Ausfalls des Kondensats ist beim zweiten Aspekt der Erfindung besonders gering. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind dabei auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mündet die Abgasrückführleitung in wenigstens einem, sich zumindest über die überwiegende, insbesondere vollständige, Haupterstreckung der Kühleinrichtung erstreckenden Mündungsbereich in die Kühleinrichtung. Dadurch wird eine sehr gute Kühlwirkung des Abgases erzielt, da ein sehr hoher Anteil des Kühlquerschnitts der Kühleinrichtung, insbesondere der zumindest im Wesentlichen vollständige Kühlquerschnitt der Kühleinrichtung, auch zur Kühlung des rückgeführten Abgases genutzt werden kann.
-
Ferner führt die Zumischung des Abgases zu der Luft in dem besonders großen Mündungsbereich zu einer sehr guten Gleichverteilung des Abgases in der Luft, da die Einspeisung des Abgases über eine große Erstreckung, insbesondere Breite, der Luftführung erfolgt. Ein Rückpulsieren des Abgases kann durch eine gezielte Ausgestaltung und/oder Anordnung des Mündungsbereichs vermieden werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Abgasrückführleitung in dem Mündungsbereich eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Mündungsöffnungen auf, über welche das Abgas aus der Abgasrückführleitung in die Kühleinrichtung überströmbar ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Durchmischung des Abgases und der Luft realisiert werden. Durch entsprechende Ausgestaltung und/oder Anordnung der Mündungsöffnungen kann ein Rückpulsieren des Abgases vermieden werden.
-
Beispielsweise liegen jeweilige Mittelpunkte der insbesondere zumindest im Wesentlichen kreisrund ausgebildeten Mündungsöffnungen auf einer gemeinsamen Geraden, welche sich vorteilhafter Weise zumindest im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung der Abgasrückführleitung und damit zur Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasrückführleitung erstreckt.
-
Ist die Abgasrückführleitung zumindest teilweise, insbesondere in dem Teilbereich, in der Kühleinrichtung aufgenommen, so ist dies insofern vorteilhaft, als die Verbrennungskraftmaschine einen besonders geringen Bauraumbedarf aufweist. So können Package-Probleme gelöst und/oder vermieden werden.
-
Die Kühleinrichtung weist eine besonders hohe Kühlleistung auf, wenn sie als flüssigkeitsgekühlte, insbesondere wassergekühlte, Kühleinrichtung ausgebildet ist. So kann nicht nur die verdichtete Luft besonders effektiv und effizient gekühlt und über eine nur geringe Haupterstreckung der Kühleinrichtung von einem relativ hohen auf ein demgegenüber besonders niedriges Temperaturniveau gebracht werden. Es kann auch ein besonders effizienter und effektiver Übergang einer besonders hohen Wärmemenge in besonders kurzer Zeit von der Abgasrückführleitung an die Kühleinrichtung stattfinden, so dass dadurch das rückgeführte Abgas sehr gut gekühlt wird.
-
Zur Darstellung einer besonders strömungsgünstigen Führung des Abgases und Zumischung dieses in die Luft weist wenigstens eine Mündungsöffnung zum Überströmen von Abgas aus der Abgasrückführleitung in die Kühleinrichtung eine in Strömungsrichtung der Luft durch die Kühleinrichtung verlaufende Durchtrittsrichtung auf. So kann das Abgas in der Richtung aus der Abgasrückführleitung in die Kühleinrichtung einströmen, in der auch die Kühleinrichtung von der Luft durchströmt wird. Die Luft kann so das Abgas besonders vorteilhaft mitnehmen und sich mit diesem mischen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in
-
1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines Ansaugtrakts einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Ladeluftkühler zum Kühlen von verdichteter Luft und mit einer Abgasrückführleitung, welche in dem Ladeluftkühler aufgenommen ist und über eine Mehrzahl von Mündungsöffnungen direkt in den Ladeluftkühler mündet;
-
2 ausschnittsweise eine schematische und vergrößerte Darstellung des Ansaugtrakts gemäß 1.
-
Die 1 zeigt einen Ansaugtrakt 10 einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Der Ansaugtrakt 10 umfasst einen Ansaugstutzen 12, welcher von von der Verbrennungskraftmaschine angesaugter Luft durchströmbar ist. In Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt 10 ist stromauf des Ansaugstutzens 12 ein in der 1 nicht dargestellter Verdichter beispielsweise eines Abgasturboladers der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Der Verdichter verdichtet die von der Verbrennungskraftmaschine angesaugte Luft, wodurch die Luft erwärmt wird.
-
Angetrieben wird der Verdichter von einer Turbine des Abgasturboladers, die in einem in der 1 nicht dargestellten Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und von Abgas der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Der Abgastrakt umfasst entsprechende Abgasverrohrungen, welche vom Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmt werden und welche das Abgas zu der Turbine des Abgasturboladers leiten. Mittels dieses Abgases wird die Turbine und über die Turbine der Verdichter angetrieben. Dies führt zu einem besonders effizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine.
-
Wie der 1 zu entnehmen ist, ist in dem Ansaugtrakt 10 ein Ladeluftkühler 14 angeordnet, welcher mit dem Ansaugstutzen 12 fluidisch verbunden ist. Dies bedeutet, dass der Ansaugstutzen 12 die mittels des Verdichters verdichtete und dadurch erwärmte Luft zu dem Ladeluftkühler 14 leitet.
-
Mittels des Ladeluftkühlers 14 wird die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt. Zur Darstellung einer hohen Kühlleistung und somit zur effizienten Kühlung der Luft handelt es sich bei dem Ladeluftkühler 14 um einen wassergekühlten Ladeluftkühler 14. Der Ladeluftkühler 14 weist Kühlwasseranschlüsse 16 auf, über welche der Ladeluftkühler 14 mit Kühlwasser versorgt wird. Das Kühlwasser durchströmt Kühllamellen des Ladeluftkühlers 14. Die Kühllamellen stellen eine besonders große Oberfläche bereit, so dass ein besonders effizienter Wärmeübergang von der verdichteten und warmen Luft an die Kühllamellen und weiter an das Kühlwasser erfolgen kann. Dadurch wird die verdichtete Luft gekühlt. Das Kühlen der Luft führt zu einem besonders hohen Aufladegrad.
-
Der Ansaugtrakt 10 umfasst ferner einen Ladeluftverteiler 18, welcher fluidisch mit dem Ladeluftkühler 14 verbunden ist. Die mittels des Ladeluftkühlers 14 gekühlte Luft strömt von dem Ladeluftkühler 14 zu dem Ladeluftverteiler 18, mittels welchem die gekühlte Luft auf einzelne Brennräume, insbesondere Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine aufgeteilt wird.
-
Dem Ansaugtrakt 10 der Verbrennungskraftmaschine ist auch eine Abgasrückführleitung 20 einer Abgasrückführeinrichtung der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet. Wie der 1 zu entnehmen ist, ist die Abgasrückführleitung 20 in dem Ladeluftkühler 14 aufgenommen, das heißt in diesen integriert. Über einen Anschluss 22 kann die Abgasrückführleitung 20 fluidisch mit dem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt werden, so dass Abgas an einer Abzweigstelle von dem Abgastrakt abgezweigt, zu dem Ansaugtrakt 10 rückgeführt und in den Ansaugtrakt 10 eingeleitet werden kann.
-
Zu diesem Zweck weist die Abgasrückführleitung 20, wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, eine Mehrzahl von Mündungsöffnungen 24 auf, über welche die Abgasrückführleitung 20 direkt in den Ladeluftkühler 14 und damit in den Ansaugtrakt 10 mündet. Über die Mündungsöffnungen 24 kann somit das die Abgasrückführleitung 20 durchströmende Abgas aus dem Abgastrakt in den Ansaugtrakt 10 und insbesondere direkt in den Ladeluftkühler 14 einströmen und sich mit der den Ansaugtrakt 10 durchströmenden Luft mischen.
-
Durch die direkte Einleitung des Abgases in den Ladeluftkühler 14 über die Mündungsöffnungen 24 findet eine besonders vorteilhafte Durchmischung des Abgases mit der Luft statt. Ferner kann dadurch auch das Abgas mittels des Ladeluftkühlers 14 gekühlt werden. Mit anderen Worten fungiert der Ladeluftkühler 14 nicht nur als Kühleinrichtung zum Kühlen der verdichteten Luft sondern auch als Kühleinrichtung zur Kühlung des rückgeführten Abgases bzw. des Abgas-Luft-Gemisches. So können die Teileanzahl, die Kosten, das Gewicht sowie der Bauraumbedarf der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden.
-
Die Abgasrückführleitung 20 kann dabei an den Ladeluftkühler 14 angebunden und mit diesem thermisch gekoppelt sein. So kann auch ein Wärmeübergang von der Abgasrückführleitung 20 an den Ladeluftkühler 14 stattfinden, wodurch das Abgas besonders effizient und effektiv gekühlt wird.
-
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, sind die Mündungsöffnungen 24 in einem Mündungsbereich 26 der Abgasrückführleitung 20 angeordnet. Der Mündungsbereich 26, in dem das Abgas aus der Abgasrückführleitung 20 aus- und in den Ladeluftkühler 14 einströmen kann, erstreckt sich dabei zumindest über die überwiegende, insbesondere über die vollständige, Haupterstreckung des Ladeluftkühlers 14 und damit über die zumindest überwiegende, insbesondere vollständige, Ladeluftverteilerbreite. So ist eine definierte Einleitung des Abgases in den Ansaugtrakt sowie eine gute Durchmischung der Luft und des Abgases möglich. Durch gezielte Anordnung und/oder Ausgestaltung der Mündungsöffnungen 24, welche Bohrungen in der Abgasrückführleitung 20 sein können, kann ein Rückpulsieren des Abgases vermieden werden.
-
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Abgasrückführleitung 20 in Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt 10 stromauf und/oder stromab des Ladeluftkühlers 14 in den Ansaugtrakt 10 mündet. Durch die thermische Anbindung der Abgasrückführleitung 20 an den Ladeluftkühler 14 kann das rückgeführte Abgas auch dann mittels des Ladeluftkühlers 14 effizient gekühlt werden, wenn die Abgasrückführleitung ausschließlich stromab des Ladeluftkühlers 14 in den Ansaugtrakt mündet.
-
Wie anhand der 1 ersichtlich ist, stellen der Ansaugstutzen 12, der Ladeluftkühler 14 und der Ladeluftverteiler 18 sowie die Abgasrückführleitung 20 ein Ladeluftverteilermodul mit integriertem Ladeluftkühler 14 und integrierter Abgaseinspeisung über die Abgasrückführleitung 20 dar. Das Ladeluftverteilermodul kann zeit- und kostengünstig vormontiert und in vormontiertem Zustand verbaut werden, so dass die Herstellkosten der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008015591 A1 [0004]
- DE 19716566 C1 [0005]
