DE10324988A1

DE10324988A1 - Vorrichtung zur Abgasrückführung

Info

Publication number: DE10324988A1
Application number: DE2003124988
Authority: DE
Inventors: Georg Tinschmann
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-30
Also published as: NO20042276L; FI20040630A0; CH697656B1; NO340297B1; FI20040630A; KR20040104412A; FI122851B

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Abgasrückführung für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine ist, um unabhängig vom Druck der Frischluft im Zylinder einen sicheren, ausreichenden Zusatz von Abgas zu erreichen, in jedem Zylinder ein eine Leitung zu einem Abgassammelbehälter auf- und zusteuerndes Ventil vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrückführung für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, dass unabhängig vom Druck der Frischluft im Zylinder ein sicherer ausreichender Zusatz von Abgas erfolgen kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass in jedem Zylinder ein eine Leitung zu einem Abgassammelbehälter auf- und zusteuerbares Ventil vorgesehen ist.

Durch diese Maßnahmen wird eine einfache Konstruktion zur Rückführung einer Abgasteilmenge zur Frischluft ohne Verwendung eines Verdichters geschaffen. Da das Abgas zu keinem Zeitpunkt mit kalten Bauteilen in Kontakt kommt kann eine Taupunkt-Temperaturunterschreitung vermieden werden.

Vorzugsweise sind die Steuerzeiten des Ventils so gewählt, dass das Ventil während des Expansionshubes für eine Zeitspanne, in der der Abgasdruck über dem Druck der dem Zylinder anschließend zugeführten Frischluft liegt, und für eine weitere Zeitspanne, in der Frischluft in den Zylinder eingeführt wird, geöffnet ist. Hierdurch lässt sich eine Abgasteilmenge, die unter einem relativ hohen Druck steht, zum anschließenden Zusatz zur Frischluft zu Verfügung stellen.

Die Erfindung lässt sich mit besonderem Vorteil bei mit Schweröl betriebenen Viertakt-Hubkolbenkraftmaschinen mit einem oder mehreren Abgasturboladern, anwenden, da sie keinen Eingriff in die Steuerung der Ein- und Auslassventile voraussetzt und in Folge dessen eine Ventilüberschneidung, die zur Vermeidung von unzulässig hohen Bauteiltemperaturen erforderlich ist, zulässt.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den zusätzlichen Unteransprüchen und einer Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, das für eine mittels eines Abgasturboladers aufgeladene Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine geeignet ist, anhand der Zeichnung.

Auf dieser zeigt:
1 einen schematischen Schnitt durch einen Zylinder und
2 zwei Diagramme mit Ventilhub- und Druckverläufen in vereinfachter Darstellung.
In 1 sind der Zylinder insgesamt mit 1, der Zylinderkopf mit 2 und der Kolben mit 3 bezeichnet. Im Zylinderkopf 2 sind in an sich bekannter Weise ein Einlassventil 4 und ein Auslassventil 5 untergebracht. Es können jedoch auch je zwei Einlass- und Auslassventile vorgesehen sein. Zusätzlich ist im Zylinderkopf 2 eine Bohrung 7 vorgesehen, die den Zylinderkopf in senkrechter Richtung durchsetzt. Die Bohrung 7 ist zum Inneren des Zylinders 1 durch ein Ventil 8 absperrbar. An die Bohrung 7 schließt sich ein in 1 nur verkürzt dargestelltes Rohr 9 an, was natürlich je nach Ausführung des Zylinderkopfes auch als darin integriertes Volumen ausgeführt sein kann.
Die Bohrung 7 und das Rohr 9 bilden zusammen eine Leitung, die zu einem Abgassammelbehälter 10 führt. Dabei können auch mehrere Zylinder über je eine Leitung an einem gemeinsamen Abgassammelbehälter angeschlossen sein, aber auch nur einzelne Zylinder das Abgas liefern. In den Abgassammelbehälter 10 ist eine Kühleinrichtung 11 eingesetzt, die die Effizienz der Abgasrückführung erhöht. Dabei ist die Kühlleistung so einzustellen, dass der Schwefelsäure-Taupunkt nicht unterschritten wird.
In 2 sind die Ventilbewegungen und die in Abhängigkeit davon herrschenden Drücke im Zylinder 1 dargestellt. Das obere Diagramm zeigt die hier interessierenden Ventilbewegungen, wobei auf der Ordinate die Ventilhöhe und auf der Abszisse der Kurbelwinkel der Welle der Hubkolbenbrennkraftmaschine angegeben sind. Im unteren Diagramm sind auf der Abszisse wiederum der Kurbelwinkel und auf der Ordinate die im Zylinder 1 in Abhängigkeit von den Ventilbewegungen herrschenden Drücke dargestellt.
Wenn der Kolben 3 ausgehend von seinem unteren Totpunkt in Expansionshub aufwärts geht, öffnet das Auslassventil 5. Zweckmäßig zu Beginn des Expansionshubes öffnet auch das Ventil 8, so dass eine Teilmenge des Abgases durch die Leitung 7, 9 in den Abgassammelbehälter 10 eintritt.
Aus 2 ist ersichtlich, dass beim gewählten Ausführungsbeispiel das Ventil 8, dessen Hubkurve mit 12 bezeichnet ist etwa zum gleichen Zeitpunkt öffnet wie das Auslassventil 5, dessen Hubkurve mit 13 bezeichnet ist. Da nach Öffnen des Auslassventiles 5 der Druck im Zylinder stark abfällt, wie die Kurve 14 zeigt, schließt das Ventil 8 nach kurzer Zeit. Im Abgassammelbehälter 10 befindet sich daher Abgas unter einem relativ hohen Druck, wie die Kurve 15 zeigt. Bevor der Kolben 3 den oberen Totpunkt erreicht hat, öffnet bei noch offenem Auslassventil 5 das Einlassventil 4, dessen Hubkurve mit 16 bezeichnet ist.
Sobald das Auslassventil 5 schließt, öffnet das Ventil 8, woraufhin die unter hohem Druck stehende Abgasteilmenge im Abgassammelbehälter 10 in den Zylinder 1 zur Frischluft eintreten kann. Daraufhin fällt der Druck des im Abgassammelbehälter 10 gespeicherten Abgases ab, wie aus der Kurve 15 ersichtlich ist. Wenn der Druck dieser Abgasteilmenge noch über dem Zylinderinnendruck liegt, der durch die Kurve 14 dargestellt ist, schließt das Ventil 8. Dadurch wird erreicht, dass der Großteil des Abgases im Abgassammelbehälter 10 in den Zylinder 1 eintritt. Zweckmäßig wird das Ventil 8 so gesteuert, dass es schließt, bevor der Druck der Abgasteilmenge den Ladeluftdruck, der durch die Linie 17 schematisch angezeigt wird, erreicht.
Die im Diagramm gemäß 2 dargestellte Steuerung der Ventile ist nicht zwingend, es können auch nur einzelne Zylinder das Abgas liefern. Es wäre auch denkbar, das AGR-System mit einem Anlasssystem zu koppeln. Es muss lediglich darauf geachtet werden, dass der Druck der Abgasteilmenge im Abgassammelbehälter 10 bei geöffnetem Ventil 8 über dem Druck im Zylinder 1 liegt. So kann beispielsweise das Ventil 8 auch während des Expansionshubes geöffnet werden, bevor das Auslassventil öffnet.
Die Steuerung des Ventiles 8 kann in an sich bekannter Weise mechanisch über Nocken oder elektronisch erfolgen.
Die Anordnung des Ventiles 8 erfolgt je nach der Konfiguration der Ein- und Auslassventile nicht zentral, wie aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 dargestellt, sondern zweckmäßig am Rande des Zylinderkopfes.

Claims

Vorrichtung zur Abgasrückführung für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Zylinder (1) ein eine Leitung (7, 9) zu einem Abgassammelbehälter (10) auf- und zusteuerbares Ventil (8) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerzeiten des Ventils (8) so gewählt sind, dass das Ventil (8) während des Expansionshubes für eine Zeitspanne, in der der Abgasdruck über dem Druck der dem Zylinder (1) anschließend zugeführten Frischluft liegt, und für eine weitere Zeitspanne, in der Frischluft in den Zylinder (1) eingeführt wird, geöffnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspannen der Öffnung des Ventils (8) am Beginn der Öffnung des oder der Auslassventile (5) und während der maximalen Öffnung des oder der Einlassventile (4) liegen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischluftdruck der vom Abgasturbolader gelieferte Ladedruck ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (7,9) mehrerer Zylinder (1) an einen gemeinsamen Abgassammelbehälter angeschlossen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Abgassammelbehälter (10) eine Kühleinrichtung (11) eingesetzt ist.