DE19744936A1 - Abgasrückführung bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasrückführung bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführungseinrichtung einer ab­ gasturboaufgeladenen Brennkraftmaschine, bei der das Abgas von einer mit den Auslaßkanälen des Zylinderkopfs der Brennkraftma­ schine verbundenen Abgassammelleitung in Strömungsrichtung vor der Turbine des Abgasturboladers durch eine Abgasrückführleitung einer Ladeluftleitung hinter dem Verdichter des Abgasturboladers und einem nachfolgenden Ladeluftkühler zuführbar ist sowie ein entspre­ chendes Verfahren zur Rückführung des Abgases.
Eine derartige Einrichtung ist aus der DE 195 21 573 bekannt. Die in diesem Dokument beschriebenen sechszylindrige Brennkraftmaschine weist eine durchgehende Abgassammelleitung für alle Zylinder auf, die mit der Turbine des Abgasturboladers in Strömungsverbindung steht. Endseitig der Abgassammelleitung ist ein Anschluß für ein Rückschlagventil vorgesehen, das in der dargestellten Ausführungs­ form durch ein Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, gekühlt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasrückführungs­ einrichtung und ein Verfahren zur Rückführung von Abgas für eine abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine bereitzustellen bzw. an­ zugeben, die/das hinsichtlich bestehender Ausführungen verbessert ist und mit der höhere Abgasrückführraten erreichbar sind.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Verfahren dadurch gelöst, daß das Abgas an der Stelle mit dem höchsten Abgasdruck der Abgassam­ melleitung entnommen wird. Bei pulsierendem Abgasdruck ist dies normalerweise der sich hier aus ergebende Mitteldruck, wobei sich insbesondere hier durch Überlagerungen Unterschiede an verschie­ denen Stellen in der Abgassammelleitung ergeben können. Bei einer Ausbildung der Abgassammelleitung mit zwei Zweigen, von denen ein Zweig mit einer Turbinenkammer des Abgasturboladers mit einem Waste Gate und ein Zweig mit einer Turbinenkammer ohne Waste Gate verbunden ist, wird das Abgas dem Zweig ohne Waste Gate entnommen. In diesem Zweig herrscht über den gesamten Betriebs­ bereich der Brennkraftmaschine gesehen, der höhere Abgasdruck, da in dem anderen Zweig durch die teilweise Absteuerung in den Waste Gate der Abgasdruck reduziert wird. Entsprechend ist die entspre­ chende Abgasrückführeinrichtung so ausgebildet, daß die Abgas­ sammelleitung zumindest zwei Zweige aufweist, die mit den Verzwei­ gungen an den Auslaßkanälen angeschlossen sind und wobei die Zweige in je eine separate Turbinenkammer des Abgasturboladers münden, daß eine Turbinenkammer mit einem Waste Gate versehen ist und daß die Abgasrückführung an den Zweig ohne Waste Gate angeschlossen ist. Zunächst einmal wird durch die Aufteilung der Ab­ gassammelleitung in voneinander getrennte Zweige mit dem gleich­ zeitigen Anschluß der beiden Zweige an separate Turbinenkammern, wobei eine Turbinenkammer mit einem Waste Gate versehen ist, ein besseres Regelverhalten der Brennkraftmaschine erreicht. Dabei ist insbesondere im Teillastbereich das Leistungsverhalten der Brenn­ kraftmaschine steigerbar, indem der Abgasturbolader für diesen Lei­ stungsbereich ausgelegt ist, d. h., in diesem Bereich ist der Waste Gate geschlossen und die beiden Turbinen übertragen die maximal mögliche Leistung auf das Verdichterrad mit einer entsprechend ho­ hen Ladeluftförderung. Bei weiter ansteigender Last der Brennkraft­ maschine bis hin zum Vollastbetrieb wird dann der Waste Gate zu­ nehmend geöffnet, so daß von der zugeordneten Turbine zunehmend weniger Leistung erbracht wird. Dabei ist das Gesamtsystem so aus­ gelegt, daß die von der zweiten Turbine erbrachte Leistung zur Erzeugung des benötigten und zulässigen Ladeluftdrucks voll aus­ reicht. In der Verbindung dieser für sich bekannten Abgasturbolader­ auslegung mit dem Anschluß der Abgasrückführleitung an die Turbi­ nenkammer ohne Waste Gate liegt der besondere Vorteil der Erfin­ dung. Sobald nämlich der Waste Gate auch nur geringfügig geöffnet ist, herrscht in der Turbinenkammer ohne Waste Gate ein höherer Abgasdruck, der durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung für eine erhöhte Abgasrückführungsrate ausgenutzt wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist in die Abgasrückführleitung ein Ab­ gasrückkühler und/oder ein Regelventil und/oder ein Rückschlagventil und/oder eingeschaltet. Dabei wird in weiterer Ausgestaltung genau die zuvor angegebene Reihenfolge gewählt. Dabei ist es so, daß das Regelventil und das Rückschlagventil direkt aufeinander folgen und ggf. in ein gemeinsames Gehäuse eingesetzt sein können. Dabei wird das Rückschlagventil vorteilhaft nahe dem Einlaß der Ladeluft in die Ladeluftleitung angeordnet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Figuren darge­ stellten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer aufgeladenen Brennkraft­ maschine mit angebauter Abgasrückführeinrichtung und
Fig. 2 ein Druckdiagramm der beiden Turbinenkammern eines Abgasturboladers und des Druckverlaufs der Ladeluft im Bereich des Ladeluftkühlers.
Die nur schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 weist insge­ samt sechs Zylinder 2 auf, wobei an den Zylinderkopf eine Abgas­ sammelleitung 3 und eine Ladeluftleitung 4 angeschlossen sind. Die Abgassammelleitung 3 weist zwei Zweige 5a, 5b auf, die mit den Ver­ zweigungen 6a, 6b an die in den Zylinderkopf eingelassenen und jedem Zylinder 2 zugeordneten Auslaßkanäle angeschlossen sind.
Die beiden Zweige 5a, 5b münden über entsprechende Verbindungs­ leitungen in separaten Turbinenkammern 7a, 7b eines Abgasturbola­ ders 8. Die beiden Turbinenkammern 7a, 7b münden auf ein gemein­ sames Turbinenrad, das über eine Welle 9 das Verdichterrad des Verdichters 10 des Abgasturboladers 8 antreibt. Der Verdichter 10 saugt die der Brennkraftmaschine 1 zuzuführende Verbrennungsluft über ein Ansaugfilter 11 aus der Umgebung an und führt die verdich­ tete Luft über einen Ladeluftkühler 12 der Ladeluftleitung 4 zu.
Hinter den Turbinenkammern 7a, 7b mündet eine gemeinsame Ab­ gasleitung in einen Abgasschalldämpfer 13, von dem aus das Abgas in die Umgebung oder weitere Reinigungseinrichtungen strömt.
Die Abgasrückführleitung 14 ist an dem Zweig 5a angeschlossen, der in die Turbinenkammer 7a ohne Waste Gate 15 einmündet. Der Waste Gate 15 mit einem Steuerventil ist entsprechend an die die Turbinenkammer 7b angeschlossen. Die Abgasrückführleitung 14 weist zunächst einen Abgasrückkühler 16 und in ihrem weiteren Ver­ lauf, kurz vor dem Eintritt in die Ladeluftleitung 4, ein Regelventil 17 und ein Rückschlagventil 18 auf. Das Regelventil 17 wird von einer Steuerelektronik 19 in Abhängigkeit von Motordaten gesteuert, wäh­ rend das Rückschlagventil 18, insbesondere mit seinen Rückschlag­ klappen, in die Ladeluftleitung 4 im Bereich des Eintritts der Ladeluft eingesetzt ist.
In dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm ist der Druckverlauf 20a in der Turbinenkammer ohne Waste Gate und der Druckverlauf 20b in der Turbinenkammer mit Waste Gate über der Drehzahl der Kurbel­ welle dargestellt. Gleichzeitig ist mit 21 der gemessene Druckverlauf in der Ladeluftleitung 4 bzw. der Zufuhrleitung hinter dem Ladeluft­ kühler 12 dargestellt. Erkennbar ist, daß der Druckverlauf 20a in der Turbinenkammer ohne Waste Gate im gesamten Meßbereich höher als der Druckverlauf 20a mit Waste Gate ist und dadurch die Abgas­ rückführung über einen größeren Kurbelwellenumdrehungsbereich erfolgen kann. Gleichzeitig wird durch den höheren Absolutdruck die Abgasrückführrate erhöht.

Claims (5)

1. Abgasrückführungseinrichtung einer abgasturboaufgeladenen Brennkraftmaschine, bei der das Abgas von einer mit den Auslaßka­ nälen des Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine verbundenen Abgas­ sammelleitung in Strömungsrichtung vor der Turbine des Abgastur­ boladers durch eine Abgasrückführleitung einer Ladeluftleitung hinter dem Verdichter des Abgasturboladers und einem nachfolgenden Ladeluftkühler zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgassammelleitung (3) zumindest zwei Zweige (5a, 5b) aufweist, die mit den Verzweigungen (6a, 6b) an die Auslaßkanäle angeschlossen sind und wobei die Zweige (5a, 5b) in je eine separate Turbinenkammer (7a, 7b) des Abgasturboladers (8) münden, daß eine Turbinenkammer (7b) mit einem Waste Gate (15) versehen ist und daß die Abgasrückführleitung (14) an den Zweig (5a) oder die Turbinenkammer (7a) ohne Waste Gate (15) ange­ schlossen ist.
2. Abgasrückführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abgasrückführleitung (14) ein Abgasrückkühler (16) und/oder ein Regelventil (17) und/oder ein Rückschlagventil (18) eingeschaltet sind.
3. Abgasrückführungseinrichtung nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abgasrückführleitung (14) strom­ abwärts von der Abgassammelleitung (3) der Abgasrückkühler (16), das Regelventil (17) und das Rückschlagventil (18) in dieser Reihen­ folge eingesetzt sind.
4. Verfahren zur Rückführung von Abgas bei einer abgasturboauf­ geladenen Brennkraftmaschine von der Abgassammelleitung über eine Abgasrückführleitung in die Ladeluftleitung, wobei die Abgas­ rückführleitung in Strömungsrichtung vor der Turbine des Abgastur­ boladers von der Abgassammelleitung abzweigt und hinter dem Ver­ dichter des Abgasturboladers und einem nachfolgenden Ladeluftküh­ ler in die Ladeluftleitung einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas an der Stelle mit dem höch­ sten Abgasdruck der Abgassammelleitung (3) entnommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas bei einer Abgassammellei­ tung (3) mit zwei Zweigen (5a, 5b), von denen ein Zweig (5b) mit einer Turbinenkammer (7b) des Abgasturboladers (8) mit einem Waste Gate (15) und ein Zweig (5a) mit einer Turbinenkammer (7a) ohne Waste Gate verbunden ist, dem Zweig (5a) entnommen wird.
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