DE102013111249A1

DE102013111249A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102013111249A1
Application number: DE201310111249
Authority: DE
Inventors: Sebastian Challand
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-04-16
Anticipated expiration: 2033-10-12
Also published as: DE102013111249B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, umfassend zwei Brennkammern (1, 2), wobei jede Brennkammer (1, 2) einen Zufuhranschluss (1.1, 2.1) und einen Abfuhranschluss (1.2, 2.2) aufweist und wobei zur Rückführung von Abgas eine Abgasrückführleitung (3) vorgesehen ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasrückführleitung (3) einen oder mehrere Abgasrückführleitungsteile (3.1, 3.2) aufweist, wobei jeder mit jeweils einem Zufuhranschluss (1.1, 2.1) verbundene Abgasrückführleitungsteil (3.1, 3.2) separat geregelt verschließbar ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art ist aus DE 10 2012 205 851 A1 bekannt. Dieser Verbrennungsmotor besteht aus mehreren Brennkammern, wobei jede Brennkammer einen Zufuhranschluss und einen Abfuhranschluss aufweist und wobei zur Rückführung von Abgas eine Abgasrückführleitung vorgesehen ist. Genauer betrachtet, besteht das in DE 10 2012 205 851 A1 beschriebene Ausführungsbeispiele aus einem Verbrennungsmotor mit vier Brennkammern (Zylinder-Kolben-Einheiten), wobei zwei der vier vorhandenen Abfuhranschlüsse mit der Abgasrückführleitung verbunden sind, während die beiden anderen in der Abgasabführung (Auspuff) des Verbrennungsmotors münden. Das über die Abgasrückführleitung ausgekoppelte Abgas wird bei dieser Lösung grundsätzlich allen Zufuhranschlüssen zugeführt, wobei zusätzlich mit einer Drosselklappe (Bezugszeichen 58 in der einzigen Figur) die Verbrennung in den beiden Brennkammern beeinflusst werden kann, deren Abfuhranschluss mit der Abgasrückführleitung verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll zur Reduktion des Schadstoffausstoßes und zur Verbesserung des Wirkungsgrades ein Verbrennungsmotor mit verbesserter Abgasrückführung geschaffen werden.
Diese Aufgabe ist mit einem Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art (also einem Verbrennungsmotor mit Zylinder-Kolben-Einheiten) durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die Abgasrückführleitung einen oder mehrere Abgasrückführleitungsteile aufweist, wobei jeder mit jeweils einem Zufuhranschluss verbundene Abgasrückführleitungsteil separat geregelt verschließbar ausgebildet ist.
Mit anderen Worten zeichnet sich die Erfindung durch eine selektive Abgasrückführung aus, d. h. von den Abfuhranschlüssen der Brennkammern kommendes Abgas wird mindestens teilweise zur Abgasrückführleitung geleitet; von dieser dann allerdings nicht undifferenziert an alle Zufuhranschlüssen der Brennkammern weitergegeben, sondern ganz gezielt einzelnen, selektierten Brennkammern zugeführt. Auf diese Weise ist es möglich, mindestens eine Brennkammer schadstoffoptimiert und mindestens eine Brennkammer wirkungsgradoptimiert zu betreiben.
Die Maßgabe gemäß Patentanspruch 1, nämlich das zwei Brennkammern vorgesehen sind, definiert praktisch den kleinst möglichen Verbrennungsmotor, mit dem die erfindungsgemäße Lösung realisierbar ist. Selbstverständlich schließt diese Maßgabe nicht aus, dass ein Verbrennungsmotor zur Realisierung der Erfindung auch mehr als zwei Brennkammern aufweist, denn auch ein Verbrennungsmotor mit drei, vier oder mehr Brennkammern weist die im Patentanspruch 1 genannten zwei Brennkammern auf.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt schematisch
1 den erfindungsgemäßen, als Saugmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor mit zwei Brennkammern;
2 den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader;
3 eine einfachste Ausführungsform des Verbrennungsmotors gemäß der DE 10 2012 205 851 A1 ;
4 eine Ausführungsform gemäß der DE 10 2012 205 851 A1 mit vier Brennkammern; und
5 den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit vier Zylindern, zwei Turboladern und zweifacher Niederdruckabgasrückführung.
Der in den 1 bis 3 dargestellte Verbrennungsmotor besteht jeweils aus genau zwei Brennkammern 1, 2, wobei jede Brennkammer 1, 2 einen Zufuhranschluss 1.1, 2.1 und einen Abfuhranschluss 1.2, 2.2 aufweist und wobei zur Rückführung von Abgas eine vorzugsweise mit einer Kühleinrichtung (nicht dargestellt) versehene Abgasrückführleitung 3 vorgesehen ist. Der in 4 und 5 dargestellte Verbrennungsmotor weist jeweils vier Brennkammern auf, d. h. er fällt auch unter den Oberbegriff des Patentanspruchs 1, der von zwei oder auch mehr Brennkammern ausgeht.
Die genannten Brennkammern 1, 2 sind dabei in bekannter Weise Teil eines Hubkolbenmotors, und zwar insbesondere Teil eines Otto- oder eines Dieselmotors.
Weiterhin ist in an sich bekannter Weise vorgesehen, dass wahlweise der Zufuhranschluss 1.1, 2.1 und/oder der Abfuhranschluss 1.2, 2.2 ein- oder mehrflutig ausgebildet ist bzw. sind, d. h. die Erfindung betrifft auch solche Motoren, bei denen pro Brennkammer bzw. Zylinder zum Beispiel vier Ventile vorgesehen sind, also zum Beispiel zwei Ventile am Zufuhranschluss 1.1, 2.1 und zwei Ventile am Abfuhranschluss 1.2, 2.2, wobei die beiden Anschlüsse in diesem Fall jeweils zweiflutig ausgebildet sind.
Ferner ist in an sich bekannter Weise vorgesehen, dass den Brennkammern 1, 2 über den Zufuhranschluss 1.1, 2.1 wahlweise Luft oder ein Luft-Brennstoff-Gemisch zugeführt wird.
Wesentlich für alle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor ist nun, dass die Abgasrückführleitung 3 einen oder mehrere Abgasrückführleitungsteile 3.1, 3.2 aufweist, wobei jeder mit jeweils einem Zufuhranschluss 1.1, 2.1 verbundene Abgasrückführleitungsteil 3.1, 3.2 separat geregelt verschließbar ausgebildet ist.
Wie eingangs erläutert, ist bei einem solchen Verbrennungsmotor eine vom Motorbetriebspunkt unabhängige Regelung der Abgasrückführrate pro Brennkammer 1, 2 möglich.
Genauer betrachtet, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abgasrückführleitungsteile 3.1, 3.2 jeweils mit einem mit einer Motorregelung verbundenen Ventil 4.1, 4.2 versehen sind.
Mit Hilfe dieser Ventile 4.1, 4.2 ist es zum Beispiel möglich, der einen Brennkammer 1 nur sehr wenig oder gar kein Abgas zuzuführen, während der anderen Brennkammer 2 vergleichsweise viel Abgas zugeführt wird.
Bezüglich der Abgasrückführung ist weiterhin vorgesehen, dass wahlweise einer der beiden oder beide Abfuhranschlüsse 1.2, 2.2 fluidisch mit der Abgasrückführleitung 3 verbunden ist bzw. sind: Bei den beiden in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen sind jeweils beide Abfuhranschlüsse 1.2, 2.2 mit der Abgasrückführung 3 verbunden. Nicht dargestellt, aber, wie ausgeführt, ebenfalls möglich, ist eine Ausführungsform, bei der nur einer der beiden Abfuhranschlüsse 1.2, 2.2 mit der Abgasrückführleitung 3 verbunden ist, da es erfindungsgemäß letztlich darauf ankommt, die Zuführung an Abgas pro Brennkammer 1, 2 individuell regeln zu können. Aus welcher Brennkammer 1, 2 das Abgas kommt, ist dabei zweitrangig.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Abfuhranschluss 1.2, 2.2 in Abgasströmungsrichtung gesehen in einen Abgaskrümmer 5 ausmündend ausgebildet ist. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Abgasrückführleitung 3 in Abgasströmungsrichtung gesehen am Abgaskrümmer 5 beginnend ausgebildet ist.
Mit Verweis auf 2 ist vorgesehen, dass der Abfuhranschluss 1.2, 2.2 in Abgasströmungsrichtung gesehen in eine Turbine 6.1 eines Abgasturboladers 6 ausmündend ausgebildet ist. Dieser Abgasturbolader 6 ist dabei am genannten Abgaskrümmer 5 angeordnet. Weiterhin ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Abgasrückführleitung 3 in Abgasströmungsrichtung gesehen wahlweise vor (siehe hierzu 2) oder nach dem Abgasturbolader 6 beginnend (nicht extra dargestellt) ausgebildet ist.
Bezüglich der Abgasrückführung ist weiterhin für alle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors vorgesehen, dass jedem Zufuhranschluss 1.1, 2.1 in Luftströmungsrichtung gesehen eine Zufuhrleitung 7.1, 7.2 vorgeschaltet ist, wobei jeder Abgasrückführleitungsteil 3.1, 3.2 in eine der Zufuhrleitungen 7.1, 7.2 ausmündend ausgebildet ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass dem Zufuhranschluss 1.1, 2.1 in Luftströmungsrichtung gesehen ein Verdichter 6.2 eines Abgasturboladers 6 vorgeschaltet ist.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist dabei vorgesehen, dass an den Zufuhrleitungen 7.1, 7.2 in Luftströmungsrichtung gesehen vor Einmündung der Abgasrückführleitungsteile 3.1, 3.2 ein gemeinsamer Verdichter 6.2 angeordnet ist.
Alternativ (nicht dargestellt) kann auch vorgesehen sein, dass an jeder Zufuhrleitung 7.1, 7.2 in Luftströmungsrichtung gesehen nach Einmündung der Abgasrückführleitungsteile 3.1, 3.2 ein separater Verdichter angeordnet ist.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors wird anhand von 2 nachfolgend exemplarisch genauer erläutert:
Bei der Verbrennung entstehendes Abgas wird über die Abfuhranschlüsse 1.2, 2.2 aus den Brennkammern 1, 2 abgeführt. Es gelangt dabei einerseits in die Abgasrückführleitung 3 und andererseits zur Turbine 6.1 des Abgasturboladers 6.
Die bei der Entspannung des Abgases an der Turbine 6.1 freigesetzte Energie wird zum Antrieb des Verdichters 6.2 verwendet, der mit der Turbine 6.1 über die in 2 dargestellte Welle verbunden ist.
Der Verdichter 6.2 dient dazu, angesaugte Luft zu verdichten. Diese Luft wird dann über eine Zufuhrleitung, die sich an einer Stelle auf die beiden Zufuhrleitungen 7.1, 7.2 aufteilt, zu den Brennkammern 1, 2 gefördert.
Das der Abgasrückführleitung 3 zugeführte Abgas gelangt zu den beiden Abgasrückführleitungsteilen 3.1, 3.2, die ihrerseits mit einem Ventil 4.1, 4.2 versehen und jeweils mit den Zufuhrleitungen 7.1, 7.2 verbunden sind.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Lösung ist, wie oben erläutert, dass es – im Gegensatz zu den bekannten Lösungen gemäß 3 und 4 – über die Ventile 4.1, 4.2 möglich ist, die Abgasrückführrate pro Brennkammer 1, 2 individuell bzw. zylinderselektiv festzulegen, so dass mindestens eine Brennkammer schadstoffoptimiert und mindestens eine Brennkammer wirkungsgradoptimiert betrieben werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Brennkammer
1.1: Zufuhranschluss
1.2: Abfuhranschluss
2: Brennkammer
2.1: Zufuhranschluss
2.2: Abfuhranschluss
3: Abgasrückführleitung
3.1: Abgasrückführleitungsteil
3.2: Abgasrückführleitungsteil
4.1: Ventil
4.2: Ventil
5: Abgaskrümmer
6: Abgasturbolader
6.1: Turbine
6.2: Verdichter
7.1: Zufuhrleitung
7.2: Zufuhrleitung

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 102012205851 A1 [0002, 0002, 0012, 0013]

Claims

Verbrennungsmotor, umfassend zwei Brennkammern (1, 2), wobei jede Brennkammer (1, 2) einen Zufuhranschluss (1.1, 2.1) und einen Abfuhranschluss (1.2, 2.2) aufweist und wobei zur Rückführung von Abgas eine Abgasrückführleitung (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (3) einen oder mehrere Abgasrückführleitungsteile (3.1, 3.2) aufweist, wobei jeder mit jeweils einem Zufuhranschluss (1.1, 2.1) verbundene Abgasrückführleitungsteil (3.1, 3.2) separat geregelt verschließbar ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitungsteile (3.1, 3.2) jeweils mit einem mit einer Motorregelung verbundenen Ventil (4.1, 4.2) versehen sind.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise einer der beiden oder beide Abfuhranschlüsse (1.2, 2.2) fluidisch mit der Abgasrückführleitung (3) verbunden ist bzw. sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfuhranschluss (1.2, 2.2) in Abgasströmungsrichtung gesehen in einen Abgaskrümmer (5) ausmündend ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (3) in Abgasströmungsrichtung gesehen am Abgaskrümmer (5) beginnend ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfuhranschluss (1.2, 2.2) in Abgasströmungsrichtung gesehen in eine Turbine (6.1) eines Abgasturboladers (6) ausmündend ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (3) in Abgasströmungsrichtung gesehen wahlweise vor oder nach dem Abgasturbolader (6) beginnend ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zufuhranschluss (1.1, 2.1) in Luftströmungsrichtung gesehen eine Zufuhrleitung (7.1, 7.2) vorgeschaltet ist, wobei jeder Abgasrückführleitungsteil (3.1, 3.2) in eine der Zufuhrleitungen (7.1, 7.2) ausmündend ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Zufuhrleitungen (7.1, 7.2) in Luftströmungsrichtung gesehen vor Einmündung der Abgasrückführleitungsteile (3.1, 3.2) ein gemeinsamer Verdichter (6.2) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Zufuhrleitung (7.1, 7.2) in Luftströmungsrichtung gesehen nach Einmündung der Abgasrückführleitungsteile (3.1, 3.2) ein separater Verdichter angeordnet ist.