DE102014107866B4 - Motorsystem mit Turbolader - Google Patents

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Abstract

Motorsystem mit einem Turbolader, in dem ein Einlasskrümmer (120) einstückig ausgebildet ist, wobei das Motorsystem aufweist:einen Ladeluftkühler (110), der Einlassluft kühlt, die von dem Turbolader zugeführt wird;einen EGR-Kühler (210), der EGR-Gas kühlt, das von einem Auslasskrümmer zugeführt wird;den Einlasskrümmer (120), in dem die Einlassluft und das EGR-Gas gemischt werden, die von dem Ladeluftkühler (110) und dem EGR-Kühler (210) zugeführt werden, und der das gemischte Gas einer Brennkammer zuführt; undeine Verteilungseinheit (400), die in dem Einlasskrümmer (120) montiert ist und Verteilungsrohre (510) aufweist, wobei eines oder jedes der Verteilungsrohre (510) das EGR-Gas aus einer Verbindungsöffnung (220) aufnimmt, durch welche hindurch das EGR-Gas zugeführt wird, und das EGR-Gas durch einen Auslass (520) hindurch in Richtung zu einer Einlassöffnung abführt,wobei eine EGR-Gaspassage (200), die das EGR-Gas aufnimmt, einstückig in dem Einlasskrümmer (120) ausgebildet ist, und eine Kühlmittelpassage (210) einstückig an einer Außenseite der EGR-Gaspassage (200) ausgebildet ist,wobei ein Niedrigtemperaturkühlmittel, das durch die an der Außenseite der EGR-Gaspassage (200) ausgebildete Kühlmittelpassage (210) hindurchtritt, den Ladeluftkühler (110) passiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Motor mit einem Turbolader, bei dem die Leistung, die Verbrennungseffizienz und die Abgasqualität in einem Niedrigdrehzahlbereich mittels eines Turboladers verbessert wird.
  • Im Allgemeinen ist ein Dieselmotor bekannt, der im Vergleich zu einem Benzinmotor einen geringen Kraftstoffverbrauch und eine gute Effizienz hat. Die Effizienz des Dieselmotors ist etwa 40% und kann durch ein hohes Kompressionsverhältnis realisiert werden.
  • In letzter Zeit sind ein Turbolader und ein Ladeluftkühler an dem Motor derart montiert, dass ein noch größeres Maß an Leistung erreicht wird. So saugt der Motor mit dem Turbolader Außenluft oder Abgasluft an, um diese zu komprimieren, und die komprimierte Luft wird dem Brennraum der Motorseite zugeführt.
  • Jedoch absorbiert die schnell komprimierte Luft Wärme, die während des Kompressionsprozesses erzeugt wird, oder Wärme von dem Turbolader, so dass die Dichte der Luft verringert wird, und resultierend wird die Ladeeffizienz in der Motorbrennkammer verschlechtert.
  • Daher wird ein Ladeluftkühler verwendet, um die komprimierte Luft zu kühlen, so dass die Dichte der komprimierten Luft erhöht wird, und resultierend wird der Motorbrennkammer eine große Menge an Luft zugeführt, so dass eine hohe Leistung ermöglicht werden kann.
  • Indessen wird ein wassergekühlter Ladeluftkühler verwendet, an dem ein Einlasskrümmer einstückig ausgebildet ist, um eine kompakte Motoranordnung zu realisieren und den Strömungswiderstand durch Reduzieren der Strömungspassage zu minimieren, jedoch ist ein Rohr zur Hochdruck-Abgasrückführung (HP-EGR) einstückig mit einem Einlasskrümmer gegossen, und daher kann die Verteilungseffizienz der Hochdruck-Abgasrückführung verschlechtert werden.
  • Beispiele aus dem Stand der Technik sind z.B. aus JP H09- 317 579 A bekannt, die sich mit der Vereinfachung der Montage von AGR-Abzweigrohren befasst und hierzu folgendes beschreibt: ein Ansaugkrümmer besteht aus einem Kunstharz und die stromabwärtige Seite des AGR-Hauptrohrs eines AGR-Umlaufmittels ist so verzweigt, dass es mit der Anzahl der Abzweigungen des Ansaugkrümmers übereinstimmt, um AGR-Abzweigrohre zu bilden, wobei diese AGR-Abzweigrohre über ein wärmeisolierendes Material so am Ansaugkrümmer angebracht sind, dass sich die Spitzenabschnitte der AGR-Abzweigrohre im Ansaugkrümmer befinden, was die Montage der AGR-Abzweigrohre erleichtert.
  • Ferner sind weitere Beispiele aus dem Stand der Technik z.B. in US 2013 / 0 298 884 A1 , JP H07- 42 422 U , JP 2001 - 123 901 A und DE 199 32 792 A1 beschrieben.
  • Mit der Erfindung wird ein Motorsystem mit einem Turbolader gemäß Anspruch 1 geschaffen, bei dem die Kühlungseffizienz eines Ladeluftkühlers und eines EGR(Abgasrückführung)-Kühlers und die Charakteristik der Verteilung des EGR-Gases in einem Einlasskrümmer durch Verbesserung einer mit dem Einlasskrümmer im Eingriff stehenden Struktur verbessert werden. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Demnach können die Verteilungsrohre an einem Befestigungshalter befestigt sein, der an einer Innenseitenfläche des Einlasskrümmers befestigt ist. Der Auslass kann in einer Seitenfläche des einen oder jedes der Verteilungsrohre derart ausgebildet sein, dass das EGR-Gas in Richtung zu der Einlassöffnung abgeführt wird. Das eine oder jedes der Verteilungsrohre kann eine Bogenlinienform derart haben, dass das EGR-Gas in Richtung zu der Einlassöffnung abgeführt wird.
  • Der Ladeluftkühler kann direkt mit dem Einlasskrümmer verbunden sein.
  • Gemäß der Erfindung ist ein Ladeluftkühler einstückig mit einem Einlasskrümmer ausgebildet, ein EGR-Kühler ist einstückig mit dem Einlasskrümmer ausgebildet, und der Ladeluftkühler und der EGR-Kühler werden durch Niedrigtemperaturkühlmittel betrieben, um die gesamte Kühlungseffizienz zu verbessern.
  • Ebenso ist eine Verteilungseinheit in einem Einlasskrümmer montiert, um EGR-Gas in Richtung zu einer Einlassöffnung derart zu spritzen, dass die Vermischungseffizienz von EGR-Gas und Einlassluft und die Motoreffizienz verbessert werden.
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 eine perspektivische Teilansicht eines Motorsystems mit einem Turbolader gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 eine perspektivische Schnittteilansicht eines Einlasskrümmers eines Motorsystems mit einem Turbolader gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Strömung eines Niedrigtemperaturkühlmittels in einem Motorsystem mit einem Turbolader gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 4 eine perspektivische Explosionsteilansicht eines Einlasskrümmers eines Motorsystems mit einem Turbolader gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 5 eine perspektivische Ansicht einer Verteilungseinheit eines Motorsystems mit einem Turbolader gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
    • 6 eine perspektivische Explosionsteilansicht eines Einlasskrümmers eines Motorsystems mit einem Turbolader gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 1 weist ein Motorsystem mit einem Turbolader gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Einlassleitung 100, einen Ladeluftkühler 110, einen Einlasskrümmer 120, eine EGR(Abgasrückführung)-Leitung 140 und einen Kühlmitteleinlass/auslass 130 auf.
  • Der Ladeluftkühler 110 ist an der Einlassleitung 100 angeordnet und direkt mit dem Einlasskrümmer 120 verbunden. Die EGR-Leitung 140 ist mit der einen Seite des Einlasskrümmers 120 verbunden, und der Kühlmitteleinlass/auslass 130 ist an dem Einlasskrümmer 120 ausgebildet, durch welchen hindurch ein Niedrigtemperaturkühlmittel zugeführt und abgeführt wird.
  • Von einem Turbolader wird komprimierte Luft zugeführt, die über die Einlassleitung 100, den Ladeluftkühler 110 und den Einlasskrümmer 120 an eine Brennkammer übertragen wird.
  • Das in der Brennkammer verbrannte Abgas wird über einen Auslasskrümmer abgeführt, und ein Teil des Abgases wird über die EGR-Leitung 140 an den Einlasskrümmer 120 zurückgeführt.
  • Ein Niedrigtemperaturkühlmittel, das durch den Kühlmitteleinlass/auslass 130 des Einlasskrümmers 120 hindurchströmt, kühlt das EGR-Gas, das durch die EGR-Leitung 140 hindurchströmt, und das gekühlte EGR-Gas wird mit Einlassluft in dem Einlasskrümmer 120 derart vermischt, dass es über eine Einlassöffnung einem Zylinder zugeführt wird.
  • Mit Bezug auf 2 ist eine EGR-Gaspassage 200, durch welche hindurch EGR-Gas strömt, an dem Einlasskrümmer 120 entlang seiner Längsrichtung ausgebildet, und die EGR-Gaspassage 200 ist mit der EGR-Leitung 140 derart verbunden, dass sie EGR-Gas von dem Auslasskrümmer aufnimmt.
  • Eine Niedrigtemperaturkühlmittelpassage 210 ist an einer Außenseite der EGR-Gaspassage 200 ausgebildet, und ein Niedrigtemperaturkühlmittel zirkuliert durch die Niedrigtemperaturkühlmittelpassage 210 hindurch. Wie oben beschrieben, ist die Niedrigtemperaturkühlmittelpassage 210 mit dem Kühlmitteleinlass/auslass 130 verbunden und nimmt das Niedrigtemperaturkühlmittel auf und führt dieses ab.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die EGR-Gaspassage 200 einstückig oder monolithisch mit dem Einlasskrümmer 120 ausgebildet, und die Niedrigtemperaturkühlmittelpassage 210 ist entlang der EGR-Gaspassage 200 derart ausgebildet, dass die Kühlungseffizienz des EGR-Gases verbessert wird und ein separater EGR-Kühler nicht benötigt wird und weggelassen werden kann.
  • Ebenso ist von der EGR-Gaspassage 200 zu einer Innenseite des Einlasskrümmers 120 eine EGR-Verbindungsöffnung 220 ausgebildet, die mit einer Einlassöffnung jedes Zylinders korrespondiert. Die Anzahl und die Größe der EGR-Verbindungsöffnung 220 können unter Berücksichtigung der Charakteristika des Abgases eines Motors entsprechend jedem Zylinder festgelegt werden. Ferner zirkuliert in einigen Ausführungsformen der Erfindung das Niedrigtemperaturkühlmittel nacheinander durch den die komprimierte Luft kühlenden Ladeluftkühler 110 und die das EGR-Gas kühlende Niedrigtemperaturkühlmittelpassage 210 hindurch, um die gesamte Kühlungseffizienz zu verbessern.
  • Mit Bezug auf das Flussdiagramm in 3 zirkuliert das Niedrigtemperaturkühlmittel durch eine separate Kühlmittelleitung hindurch entgegen dem durch einen Motorblock hindurch zirkulierenden Motorkühlmittel, und spezieller zirkuliert das Niedrigtemperaturkühlmittel durch eine Wasserpumpe 310, den Ladeluftkühler 110, die als EGR-Kühler wirkende Niedrigtemperaturkühlmittelpassage 210 und einen Niedrigtemperaturkühler 300 hindurch.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Wasserpumpe 310 von einem motorgetriebenen Typ und wird in Abhängigkeit von einem Laufzustand eines Motors angetrieben, um die Kühleffizienz zu verbessern und die Leistung des Motors wirksam zu steuern.
  • Mit Bezug auf 4 nimmt die EGR-Gaspassage 200 des Einlasskrümmers 120 EGR-Gas von der EGR-Leitung 140 auf. Das durch die EGR-Gaspassage 200 hindurch zugeführte EGR-Gas tritt durch die Verbindungsöffnung 220 hindurch und wird von einer Verteilungseinheit 400 in Richtung zu einer Einlassöffnung gespritzt.
  • Mit Bezug auf 5 weist die Verteilungseinheit 400 einen Befestigungshalter 500, der an einer Innenfläche der einen Seite des Einlasskrümmers 120 befestigt ist, und ein Verteilungsrohr (oder eine Mehrzahl von Verteilungsrohren) 510 auf, das mit dem Befestigungshalter 500 verbunden ist und EGR-Gas aus der Verbindungsöffnung 220 aufnimmt, um das EGR-Gas einzuspritzen.
  • Der Befestigungshalter 500 und das Verteilungsrohr 510 sind einstückig ausgebildet, und ein Auslass 520 ist in einer Seitenfläche eines Endabschnitts des Verteilungsrohres 510 ausgebildet, um das EGR-Gas einzuspritzen. Das durch den Auslass 520 hindurch abgeführte EGR-Gas wird in Richtung zu einer Seite der Einlassöffnung gespritzt.
  • Mit Bezug auf 6, die einen Einlasskrümmer eines Motorsystems mit einem Turbolader gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt, tritt das durch die EGR-Gaspassage 200 hindurch zugeführte EGR-Gas durch die Verbindungsöffnung 220 hindurch und wird von der EGR-Gas-Verteilungseinheit 400, die an einer Innenseite des Einlasskrümmers 120 montiert ist, in Richtung zu einer Einlassöffnung gespritzt.
  • Die Verteilungseinheit 400 weist einen Befestigungshalter 500, der an einer Innenfläche der einen Seite des Einlasskrümmers 120 befestigt ist, und ein Verteilungsrohr (oder eine Mehrzahl von Verteilungsrohren) 510 auf, das mit dem Befestigungshalter 500 verbunden ist und EGR-Gas aus der Verbindungsöffnung 220 aufnimmt.
  • Der Befestigungshalter 500 und das Verteilungsrohr 510 sind einstückig oder monolithisch ausgebildet, ein Auslass 520 ist in dem einen Ende des Verteilungsrohres 510 ausgebildet, und das Verteilungsrohr 510 hat eine Bogenlinienform, so dass der Auslass 520 einer Einlassöffnung zugewandt ist. Dementsprechend wird das EGR-Gas, das durch den in dem einen Ende des Verteilungsrohres 510 ausgebildeten Auslass 520 hindurch abgeführt wird, in Richtung zu einer Einlassöffnung eingespritzt.
  • Zur Vereinfachung der Erläuterung und genauen Definition der beigefügten Ansprüche werden die Begriffe „innen“, „außen“ usw. verwendet, um die Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf deren Positionen in den Figuren zu beschreiben.

Claims (5)

  1. Motorsystem mit einem Turbolader, in dem ein Einlasskrümmer (120) einstückig ausgebildet ist, wobei das Motorsystem aufweist: einen Ladeluftkühler (110), der Einlassluft kühlt, die von dem Turbolader zugeführt wird; einen EGR-Kühler (210), der EGR-Gas kühlt, das von einem Auslasskrümmer zugeführt wird; den Einlasskrümmer (120), in dem die Einlassluft und das EGR-Gas gemischt werden, die von dem Ladeluftkühler (110) und dem EGR-Kühler (210) zugeführt werden, und der das gemischte Gas einer Brennkammer zuführt; und eine Verteilungseinheit (400), die in dem Einlasskrümmer (120) montiert ist und Verteilungsrohre (510) aufweist, wobei eines oder jedes der Verteilungsrohre (510) das EGR-Gas aus einer Verbindungsöffnung (220) aufnimmt, durch welche hindurch das EGR-Gas zugeführt wird, und das EGR-Gas durch einen Auslass (520) hindurch in Richtung zu einer Einlassöffnung abführt, wobei eine EGR-Gaspassage (200), die das EGR-Gas aufnimmt, einstückig in dem Einlasskrümmer (120) ausgebildet ist, und eine Kühlmittelpassage (210) einstückig an einer Außenseite der EGR-Gaspassage (200) ausgebildet ist, wobei ein Niedrigtemperaturkühlmittel, das durch die an der Außenseite der EGR-Gaspassage (200) ausgebildete Kühlmittelpassage (210) hindurchtritt, den Ladeluftkühler (110) passiert.
  2. Motorsystem nach Anspruch 1, wobei die Verteilungsrohre (510) an einem Befestigungshalter (500) befestigt sind, der an einer Innenseitenfläche des Einlasskrümmers (120) befestigt ist.
  3. Motorsystem nach Anspruch 1, wobei der Auslass (520) in einer Seitenfläche des einen oder jedes der Verteilungsrohre (510) derart ausgebildet ist, dass das EGR-Gas in Richtung zu der Einlassöffnung abgeführt wird.
  4. Motorsystem nach Anspruch 1, wobei das eine oder jedes der Verteilungsrohre (510) eine Bogenlinienform derart hat, dass das EGR-Gas in Richtung zu der Einlassöffnung abgeführt wird.
  5. Motorsystem nach Anspruch 1, wobei der Ladeluftkühler (110) direkt mit dem Einlasskrümmer (120) verbunden ist.
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