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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Motor-Abgasrückführungssysteme.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformation in Verbindung mit der vorliegenden Offenbarung bereit, die nicht unbedingt Stand der Technik ist.
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Verbrennungsmotoren können Abgasrückführungssysteme aufweisen, um Abgas an die Brennkammern für ein anschließendes Verbrennungsereignis zu liefern. Um eine Abgasströmung an die Brennkammern zu liefern, ist typischerweise ein Strömungspfad von dem Abgassystem zu dem Ansaugsystem enthalten, was in Wärmeverlust und zusätzlichen Komponenten resultiert, die Einbauraum sowie Montagezeit erfordern.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Motorzylinderkopf kann einen Zylinderkopfaufbau aufweisen, der Ansaug- und Abgaskanäle zur Kommunikation mit einer Zylinderbohrung sowie einen internen Abgasrückführungsdurchgang definiert. Der interne Abgasrückführungsdurchgang kann sich von dem Abgaskanal zu dem Ansaugkanal in einer Richtung von einer Abgasseite des Zylinderkopfs zu einer Ansaugseite des Zylinderkopfs erstrecken und kann derart konfiguriert sein, dass er über einem Zentralbereich der Zylinderbohrung liegt.
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Eine Motorbaugruppe kann einen Motoraufbau und ein Abgasrückführungssteuerventil aufweisen, das an dem Motoraufbau gelagert ist. Der Motoraufbau kann eine Zylinderbohrung sowie Ansaug- und Abgaskanäle in Kommunikation mit der Zylinderbohrung definieren. Ein interner Abgasrückführungsdurchgang kann in dem Motoraufbau definiert sein und kann sich von dem Abgaskanal zu dem Ansaugkanal erstrecken und kann über einem Zentralbereich der Zylinderbohrung liegen. Das Abgasrückführungssteuerventil kann zumindest teilweise in dem internen Abgasrückführungsdurchgang angeordnet und zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position verstellbar sein. Die offene Position kann eine Abgasströmung von dem Abgaskanal zu dem Ansaugkanal durch den internen Abgasrückführungsdurchgang zulassen, und die geschlossene Position kann eine Abgasströmung von dem Abgaskanal zu dem Ansaugkanal durch den internen Abgasrückführungsdurchgang behindern.
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Bei einer anderen Anordnung kann eine Motorbaugruppe einen Motorblock, der eine Zylinderbohrung definiert, einen Zylinderkopf, der mit dem Motorblock gekoppelt ist, ein Abgasrückführungssteuerventil, das an dem Zylinderkopf gelagert ist, ein Ansaugsystem, ein Abgassystem und ein Gegendrucksteuerventil aufweisen. Der Zylinderkopf kann Ansaug- und Abgaskanäle in Kommunikation mit der Zylinderbohrung sowie einen internen Abgasrückführungsdurchgang definieren, der sich von dem Abgaskanal zu dem Ansaugkanal erstreckt und über einem Zentralbereich der Zylinderbohrung liegt. Das Abgasrückführungssteuerventil kann zumindest teilweise in dem internen Abgasrückführungsdurchgang angeordnet und zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position verstellbar sein. Die offene Position kann eine Abgasströmung von dem Abgaskanal zu dem Ansaugkanal durch den internen Abgasrückführungsdurchgang zulassen, und die geschlossene Position kann eine Abgasströmung von dem Abgaskanal zu dem Ansaugkanal durch den internen Abgasrückführungsdurchgang behindern. Das Ansaugsystem kann in Kommunikation mit dem Ansaugkanal stehen und das Abgassystem kann in Kommunikation mit dem Abgaskanal stehen. Das Gegendrucksteuerventil kann in dem Abgassystem angeordnet und derart konfiguriert sein, eine Druckdifferenz zwischen den Ansaug- und Abgaskanälen einzustellen.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorgesehenen Beschreibung offensichtlich. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise einzuschränken.
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1 ist eine schematische Darstellung einer Motorbaugruppe gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine schematische Schnittansicht der Motorbaugruppe von 1, wobei sich ein internes AGR-Ventil in einer geschlossenen Position befindet, gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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3 ist eine schematische Schnittansicht der Motorbaugruppe von 1, wobei sich das interne AGR-Ventil in einer offenen Position befindet; und
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4 ist eine schematische Schnittansicht des Zylinderkopfes von der Motorbaugruppe, die in den 2 und 3 gezeigt ist.
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Entsprechende Bezugszeichen geben über die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen hinweg entsprechende Teile an.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nun werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung detaillierter unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht beschränken.
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Es sind beispielhafte Ausführungsformen vorgesehen, sodass diese Offenbarung vollständig ist und den Schutzumfang dem Fachmann vollständig vermittelt. Es sind zahlreiche spezifische Details dargestellt, wie Beispiele spezifischer Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein vollständiges Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es ist dem Fachmann offensichtlich, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können, und nicht so ausgelegt werden sollen, dass der Schutzumfang der Offenbarung beschränkt wird. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen sind gut bekannte Prozesse, gut bekannte Vorrichtungsstrukturen und gut bekannte Technologien nicht detailliert beschrieben. Wie hier verwendet ist, bezeichnet der Begriff ”Modul” eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, und/oder einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt.
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Wenn ein Element oder eine Schicht als ”an”, ”in Eingriff mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben ist, kann sie sich direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht, in Eingriff damit, verbunden damit oder gekoppelt damit befinden oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu braucht, wenn ein Element als ”direkt auf”, ”direkt in Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit” oder ”direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben ist, keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Ein anderer Wortlaut, der zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet ist, sei auf eine ähnliche Weise zu interpretieren (beispielsweise ”zwischen” gegenüber ”direkt zwischen”, ”benachbart” gegenüber ”direkt benachbart”, etc.). Der hier verwendete Begriff ”und/oder” umfasst jede und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Objekte.
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Obwohl die Begriffe erstes, zweites, drittes, etc. hier dazu verwendet sein können, verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt sein. Diese Begriffe können nur dazu verwendet werden, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Die Begriffe, wie ”erstes”, ”zweites” und andere numerische Begriffe, wenn sie hier verwendet sind, implizieren keine Abfolge oder Reihenfolge, sofern es durch den Kontext nicht deutlich angegeben ist. Somit kann ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, wie unten beschrieben ist, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt ohne Abweichung von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden.
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Mit Bezug auf die 1 und 2 kann eine Motorbaugruppe 10 einen Motoraufbau 12, ein Ansaugsystem 14, ein Abgassystem 16, eine Ventiltriebbaugruppe 18 und eine Abgasrückführungs-(AGR)-Baugruppe 20 aufweisen. Der Motoraufbau 12 kann Zylinderbohrungen 22 definieren, die Brennkammern bilden. Der Motoraufbau 12 kann einen Motorblock 24, der die Zylinderbohrungen 22 definiert, sowie einen Zylinderkopf 26 aufweisen, der mit dem Motorblock 24 gekoppelt ist und Ansaug- und Abgaskanäle 28, 30 in Kommunikation mit den Brennkammern definiert.
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Eine Reihenmotorkonfiguration mit vier Zylindern (22-1, 22-2, 22-3, 22-4) ist in 1 nur zu Veranschaulichungszwecken mit einem einzelnen Zylinder schematisch gezeigt, der zur Vereinfachung in der in 2 gezeigten Schnittansicht dargestellt ist. Es sei zu verstehen, dass die Merkmale, die in Bezug auf den in 2 gezeigten Zylinder diskutiert sind, gleichermaßen Anwendung auf die verbleibenden Zylinder der Motorbaugruppe 10 finden. Zusätzlich sei zu verstehen, dass die vorliegenden Lehren Anwendung auf eine beliebige Anzahl von Kolben-Zylinder-Anordnungen und eine Vielzahl von Hubkolbenmotorkonfigurationen finden, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, V-Motoren, Reihenmotoren sowie Boxermotoren wie auch Konfigurationen mit oben liegender Nockenwelle sowie Nocke im Block.
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Das Ansaugsystem 14 kann eine Ansaugleitung 32, einen Ansaugkrümmer 36, der mit dem Zylinderkopf 26 gekoppelt und in Kommunikation mit der Ansaugleitung 32 steht, ein Drosselventil 38 in der Ansaugleitung 32, das eine Luftströmung zu dem Ansaugkanal 28 durch den Ansaugkrümmer 36 steuert, einen Turbolader 40, der eine Ansaugseite 42 (Kompressor) aufweist, die in der Ansaugleitung 32 angeordnet ist, sowie einen Luftreiniger 44, der in der Ansaugleitung 32 angeordnet ist, aufweisen. Die Ansaugleitung 32 kann einen Lufteinlass in das Ansaugsystem 14 definieren, und der Turbolader 40 kann in Kommunikation mit den Ansaugkanälen 28 über den Ansaugkrümmer 36 stehen. Während ein einzelner Turbolader 40 gezeigt ist, sei zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung gleichermaßen Anwendung auf Anordnungen mit mehreren Turboladern findet.
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Das Abgassystem 16 kann eine Abgasleitung 48, einen Abgaskrümmer 52, der mit dem Zylinderkopf 26 gekoppelt ist und in Kommunikation mit der Abgasleitung 48 steht, und einen Dieselpartikelfilter (DPF) 54 sowie einen Katalysator 56 für selektive katalytische Reduktion (SCR), der in der Abgasleitung 48 angeordnet ist, aufweisen. Während die vorliegende Offenbarung mit einem einzelnen DPF 54 und einem einzelnen SCR-Katalysator 56 gezeigt ist, sei zu verstehen, dass diese nicht auf derartige Anordnungen beschränkt ist. Der DPF 54 kann alternativ in einem kombinierten DPF/SCR-Katalysator enthalten sein. Ferner kann der SCR-Katalysator 56 stromaufwärts des DPF 54 angeordnet sein, oder ein zusätzlicher SCR-Katalysator (nicht gezeigt) kann stromaufwärts des DPF 54 enthalten sein. Die Abgasseite 58 (Turbine) des Turboladers 40 kann in der Abgasleitung 48 angeordnet sein und ein Turbinenrad in Kommunikation mit durch die Abgasleitung 48 strömendem Abgas aufweisen und durch das durch die Abgasleitung 48 strömende Abgas angetrieben werden. Die Abgasseite 58 des Turboladers 40 kann einen variablen Abgasauslass 60 aufweisen, der eine Abgasströmungsbeschränkung durch den Turbolader 40 steuert. Der variable Abgasauslass 60 kann in der Form einer variablen Düse vorliegen.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, kann die Ventiltriebbaugruppe 18 Ansaugventile 62, die in den Ansaugkanälen 28 angeordnet sind, Abgasventile 64, die in den Abgaskanälen 30 angeordnet sind, Ansaugventilhubmechanismen 66, die an dem Zylinderkopf 26 gelagert sind und mit den Ansaugventilen 62 in Eingriff stehen, Abgasventilhubmechanismen 68, die an dem Zylinderkopf 26 gelagert sind und mit den Abgasventilen 64 in Eingriff stehen, eine Einlassnockenwelle, die zur Rotation an dem Zylinderkopf 26 gelagert ist und mit den Ansaugventilhubmechanismen 66 in Eingriff steht, sowie eine Auslassnockenwelle 72 aufweisen, die zur Rotation an dem Zylinderkopf 26 gelagert ist und mit den Abgasventilhubmechanismen 68 in Eingriff steht.
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Die Abgasrückführungsbaugruppe 20 kann ein AGR-Steuerventil 74 und einen Betätigungsmechanismus 76 aufweisen. Mit zusätzlichem Bezug auf 4 kann der Zylinderkopf 26 einen internen Abgasrückführungsdurchgang 78 definieren, der sich von dem Abgaskanal 30 zu dem Ansaugkanal 28 erstreckt und über einem Zentralbereich der Zylinderbohrung 22 liegt. Der interne Abgasrückführungsdurchgang 78 kann sich von einer Abgasseite zu einer Ansaugseite des Zylinderkopfs 26 erstrecken und kann vollständig in dem Zylinderkopf 26 innerhalb eines Außenumfangs der Zylinderbohrung 22 definiert sein. Genauer kann der interne Abgasrückführungsdurchgang 78 in dem Zylinderkopf 26 an einer Stelle radial zwischen dem Ansaug- und Abgaskanal 28, 30 definiert sein. Die minimale Länge des internen Abgasrückführungsdurchgangs 78, die in dem Zylinderkopf 26 definiert ist, kann allgemein einen Wärmeverlust von dem Abgas minimieren, das für ein anschließendes Verbrennungsereignis bereitgestellt wird. Der Ansaug- und Abgaskanal 28, 30 kann einen Eintrittsort für ein Bearbeitungswerkzeug bilden, um den internen Abgasrückführungsdurchgang 78 zu erzeugen.
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Der Zylinderkopf 26 kann zusätzlich eine Bohrung 80 definieren, die den internen Abgasrückführungsdurchgang 78 schneidet. Das AGR-Steuerventil 74 kann an dem Zylinderkopf 26 gelagert sein und einen Betätigungskolben 82 und ein Vorspannelement 84 aufweisen. Der Betätigungskolben 82 kann in der Bohrung 80 angeordnet sein und mit dem Betätigungsmechanismus 76 zur Verstellung zwischen einer geschlossenen Position (2) und einer offenen Position (3) in Eingriff stehen. Das Vorspannelement 84 kann eine Vielzahl von Formen annehmen, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, eine Kompressionsfeder, und kann den Betätigungskolben 82 in die offene Position vorspannen. Der Betätigungsmechanismus 76 kann eine Vielzahl von Formen annehmen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, eine elektromechanische Anordnung mit dem Kipphebel, der in den 2 und 3 gezeigt ist. Alternativ dazu kann der Betätigungsmechanismus 76 in der Form eines hydraulisch betätigten Ventils vorliegen.
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Die Abgasrückführungsbaugrupe 20 kann zusätzlich eine AGR-Leitung 98, einen AGR-Kühler 100 und eine Kühlerumgehung 102, die in der AGR-Leitung 98 angeordnet ist, ein AGR-Steuerventil 104 und ein Gegendrucksteuerventil 106 aufweisen. Die AGR-Leitung 98 kann sich von der Abgasleitung 48 an einer Stelle zwischen dem Turbolader 40 und einem Auslass der Abgasleitung 48 zu dem Ansaugsystem 14 erstrecken, um eine Kommunikation zwischen dem Ansaug- und Abgassystem 14, 16 bereitzustellen.
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Bei dem nicht beschränkenden Beispiel, das in 1 gezeigt ist, kann das AGR-Steuerventil 104 an dem Auslass der AGR-Leitung 98 angeordnet sein und kann eine Abgasrückführungsströmung zu dem Ansaugsystem 14 von der AGR-Leitung 98 steuern. Das Gegendrucksteuerventil 106 kann in der Abgasleitung 48 an einer Stelle zwischen der AGR-Leitung 98 und einem Auslass der Abgasleitung 48 angeordnet sein. Bei dem nicht beschränkenden Beispiel, das in 1 gezeigt ist, ist das Gegendrucksteuerventil 106 an dem Auslass der Abgasleitung 48 angeordnet. Der DPF 54 kann in der Abgasleitung 48 an einer Stelle zwischen der Abgasseite 58 des Turboladers 40 und dem Gegendrucksteuerventil 106 angeordnet sein. Die oben diskutierte Anordnung stellt ein internes AGR-System in Kommunikation mit einem Niederdruck-AGR-System bereit.
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Genauer kann die Motorbaugruppe 10 zusätzlich ein Steuermodul 108 in Kommunikation mit dem Betätigungsmechanismus 76, dem AGR-Steuerventil 104 und dem Gegendrucksteuerventil 106 aufweisen. Das Gegendrucksteuerventil 106 kann dazu verwendet werden, die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugsystem 14 und dem Abgassystem 16 für sowohl das interne AGR-System als auch das Niederdruck-AGR-System zu steuern, um eine Rückführung von Abgas in der Motorbaugruppe 10 einzustellen. Die AGR-Steuerventile 74, 104 können von dem Steuermodul 108 eingestellt werden, um eine gewünschte Menge an Abgasrückführung während des Motorbetriebs bereitzustellen. Das Drosselventil 38 und der variable Abgasauslass 60 des Turboladers 40 können auch dazu verwendet werden, die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugsystem 14 und dem Abgassystem 16 zu steuern, um die Menge an Abgas, die in der Motorbaugruppe 10 rückgeführt wird, weiter einzustellen. Bei einigen Anordnungen kann die Abgasrückführungsbaugruppe 20 zusätzlich einen Umgehungsdurchgang 112 und ein Umgehungsventil 114 aufweisen, das in dem Umgehungsdurchgang 112 angeordnet ist und mit dem Steuermodul 108 in Kommunikation steht. Der Umgehungsdurchgang 112 kann sich von dem Abgaskrümmer 52 zu einem Bereich der Ansaugleitung 32 erstrecken, der zwischen dem Ansaugdrosselventil 38 und dem Ansaugkrümmer 36 angeordnet ist, um eine weitere Steuerung der Abgasrückführung bereitzustellen.
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Das interne AGR-System kann als das Hochdruck-AGR-System verwendet werden, was die typischen Hochdruck-AGR-Leitungen und -Kühler beseitigt, was das Potential für eine Schädigung des Hochdruck-AGR-Kühlers beseitigt.
