DE102013111249B4

DE102013111249B4 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102013111249B4
Application number: DE102013111249.8A
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: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2033-10-12
Also published as: DE102013111249A1

Abstract

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, wobei 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, wobei 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, 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.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument DE 698 15 543 T2 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.
Ferner ist aus dem im Patentdokument DE 10 2012 205 851 A1 beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Verbrennungsmotor mit vier Brennkammern (Zylinder-Kolben-Einheiten) bekannt, 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 an jeder Zufuhrleitung in Luftströmungsrichtung gesehen nach Einmündung der Abgasrückführleitungsteile ein separater Verdichter angeordnet ist.
Mit anderen Worten zeichnet sich der Verbrennungsmotor unter anderem 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 Vollständigkeit halber wird noch auf das Patentdokument DE 10 2009 000 187 A1 hingewiesen.
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.
Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor ist weiterhin 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.
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 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 in an sich bekannter Weise 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.
Wesentlich für den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor ist nun aber, dass an jeder Zufuhrleitung 7.1, 7.2 in Luftströmungsrichtung gesehen nach Einmündung der Abgasrückführleitungsteile 3.1, 3.2 ein separater Verdichter angeordnet ist (nicht extra dargestellt).
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.
Bei allen Ausführungsformen des Verbrennungsmotors ist dabei, wie oben erläutert, vorgesehen, 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

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, wobei 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, wobei 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, 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.
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.