DE19808873A1

DE19808873A1 - Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Nacheinspritzung

Info

Publication number: DE19808873A1
Application number: DE19808873A
Authority: DE
Inventors: Norbert Praschak
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1999-09-09

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, bei welcher in einen Teil der Zylinder nach erfolgter Verbrennung Kraftstoff eingespritzt wird, der im Rahmen einer Abgasnachbehandlung umgesetzt wird. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 196 22 832 A1 oder der DE 196 36 507 A1 lediglich beispielshalber auf die DE 44 29 232 C1 verwiesen.

Die beiden erstgenannten Schriften zeigen eine neuere Entwicklungsten denz auf dem Gebiet von insbesondere selbstzündenden Brennkraftmaschi nen, wonach bevorzugt in Betriebspunkten, in denen Luftüberschuß herrscht (λ < 1,0), zur Reduktion der Stickoxidemissionen unter Verwendung eines sog. Denox-Katalysators in der Abgasanlage zumindest einem Zylinder nach Abschluß der Verbrennung in den Zylinder-Brennräumen nochmals Kraftstoff zugeführt wird, der dann zusammen mit den im Brennraum befindlichen Restgasen in die Abgasanlage gelangt und dort im Denox-Katalysator (oder in einer anderen geeigneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung) umgesetzt wird. Dabei unterstützt dieser zusätzliche Kraftstoff, der in Form einer sog. Nacheinspritzung in die Brennkraftmaschinen-Zylinder eingebracht wurde, den Denox-Katalysator (oder allgemein die Abgasnachbehandlungsvorrich tung) in seiner bzw. ihrer Funktion, nämlich einer erfolgreichen Konvertierung schädlicher Abgasbestandteile.

Eine weitere bekannte Maßnahme zur Reduzierung der Abgasemissionen ist die Abgasrückführung (AGR), wofür die eingangs letztgenannte Schrift ein Beispiel zeigt. Dabei könnte es grundsätzlich vorteilhaft sein, in ausgewähl ten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine die beiden genannten Abgas nachbehandlungsmaßnahmen miteinander zu kombinieren, d. h. sowohl eine AGR als auch eine Nacheinspritzung (bspw. für einen Denox-Katalysator) durchzuführen.

Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer die beiden genannten Maßnahmen zur Reduzierung der Abgasemissionen an einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 problemlos kombinierbar sind, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch eine Möglichkeit zur Abgasrückführung, wobei lediglich Abgas derjenigen Zylinder, in die nach erfolgter Verbrennung kein Kraftstoff eingespritzt wird, den Zylindern wieder zuführbar ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteran sprüche.

Eine wesentliche Erkenntnis, die zur vorliegenden Erfindung führt bzw. Be standteil der vorliegenden Erfindung ist, liegt darin, daß eine einfache AGR ohne Zusatzmaßnahmen an mit Nacheinspritzung arbeitenden Brennkraft maschinen zu Problemen führen kann. In den Abgasen der mit Nacheinsprit zung betriebenen Brennkraftmaschinen-Zylinder befindet sich nämlich un verbrannter Kraftstoff, der bei einer Abgasrückführung wieder in die Zylinder gelangt, so daß darin eine Kraftstoffmenge vorliegt, die nur teilweise oder nicht optimal verbrennt. Dadurch besteht die Gefahr einer Verdünnung des Brennkraftmaschinen-Schmieröles, wenn eine nicht der Verbrennung zuge führte Kraftstoffmenge in die Zylinder-Brennräume gelangt. Außerdem be steht nicht nur für diese, sondern auch für die die Ansaugluft führenden Bauteile eine erhöhte Verschmutzungsbelastung. Bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen verursacht dies schließlich eine unerwünscht hohe Emission von Rußpartikeln.

All diese Probleme werden vermieden, wenn an einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine die Entnahme der AGR-Gase und die Nacheinspritzung (auch Sekundäreinspritzung genannt) an unterschiedlichen Zylindern erfolgt was im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles noch näher erläutert wird. Dabei zeigt die beigefügte einzige Figur in einer Prin zipskizze eine erfindungsgemäße Anordnung an einer vierzylindrigen Brenn kraftmaschine.

Letztere ist mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet und besitzt vier Zylinder Z1, Z2, Z3, Z4, denen jeweils ein Kraftstoff-Einspritzventil 2 zugeordnet ist. Han delt es sich bei der Brennkraftmaschine 1 um den bevorzugten Anwen dungsfall einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, so kann es sich bei diesen Kraftstoff-Einspritzventilen 2 bspw. um die Injektoren eines Common- Rail-Systemes handeln.

Selbstverständlich wird den Zylindern Z1-Z4 nicht nur Kraftstoff, sondern auch Frischluft zugeführt, und zwar über einen Luftsammler 3, von dem nicht näher bezeichnete Ansaugleitungen letztlich in die Zylinder-Brennräume füh ren. Mit Frischluft bzw. mit der Brennkraftmaschinen-Ansaugluft versorgt wird der Luftsammler 3 über eine Zufuhrleitung 4, in der u. a. ein nicht gezeigtes Luftfilter vorgesehen ist, in die aber auch eine Aufladevorrichtung (bspw. das Verdichterteil eines Abgasturboladers) integriert sein kann.

Das bei der Verbrennung in den Zylindern Z1-Z4 entstehende Restgas gelangt in die im folgenden kurz erläuterte Abgasanlage der Brennkraftma schine 1 und wird über diese wie üblich als Abgas über zunächst zylinderin dividuelle Abgasleitungen 11, 12, 13, 14 aus der Brennkraftmaschine 1 ab geführt. Beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Abgasleitungen 11 und 14 der Zylinder Z1 und Z4 gruppenweise zu einer Gruppen-Abgasleitung 5 und die Abgasleitungen 12 und 13 der Zylinder Z2 und Z3 gruppenweise zu einer Gruppen-Abgasleitung 6 zusammengeführt. Auch diese Gruppen- Abgasleitungen 5, 6 sind wieder zusammengeführt, und zwar zu einer Sum men-Abgasleitung 7, die die Abgase sämtlicher Brennkraftmaschinen- Zylinder Z1-Z4 einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung 8 zuführt. Die in dieser Abgasnachbehandlungsvorrichtung 8 - hierbei kann es sich bspw. um einen Denox-Katalysator handeln - zumindest teilweise entgifteten Abgase gelangen dann über einen nicht gezeigten Schalldämpfer letztendlich in die Umgebung.

Zur Gewährleistung einer optimalen Funktionsweise der Abgasnachbe handlungsvorrichtung 8 arbeitet die Brennkraftmaschine 1 zumindest in eini gen Betriebspunkten mit Nacheinspritzung (= Sekundäreinspritzung). Hierbei wird bevorzugt in Betriebspunkten, in denen Luftüberschuß herrscht (λ < 1,0) zur Reduktion der Stickoxidemissionen unter Verwendung des Denox- Katalysators als Abgasnachbehandlungsvorrichtung 8 zumindest einigen der Brennkraftmaschinen-Zylinder nach Abschluß der Verbrennung in deren Brennräumen nochmals Kraftstoff zugeführt, und zwar über die Kraftstoff- Einspritzventile 2. Dieser dann im wesentlichen unverbrannte Kraftstoff ge langt in die Abgasanlage der Brennkraftmaschine 1 und somit auch in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 8, in welcher dieser Kraftstoff dann im Rahmen der Abgasnachbehandlung umgesetzt wird.

Vorgesehen ist eine weitere Maßnahme zur Reduzierung der Abgasemissio nen der Brennkraftmaschine 1, und zwar die bekannte Abgasrückführung (AGR). Hierbei wird ein Teil des Abgasstromes der Brennkraftmaschine 1 der Abgasanlage entnommen und kann über eine Rückführleitung 9 letztlich in den Luftsammler 3 eingeleitet werden, so daß dieser rückgeführte Teil- Abgasstrom abermals in die Zylinder Z1-Z4 der Brennkraftmaschine 1 ge langt und in diesen nachverbrannt wird.

Wie ersichtlich zweigt die Rückführleitung 9 von der Gruppen-Abgasleitung 6 ab und mündet in die Zufuhrleitung 4, so daß lediglich Abgas der Zylinder Z2 und Z3 zurückgeführt, d. h. der AGR zugeführt werden kann. Ob überhaupt eine Abgasrückführung (AGR) erfolgt ist dabei anhand des Schaltzustandes bzw. der Position eines in der Rückführleitung 9 vorgesehenen Abgasrück führventiles 10 (AGR-Ventiles 10) steuerbar.

In der Erkenntnis, daß das in die Zylinder Z1-Z4 der Brennkraftmaschine 1 über die Rückführleitung 9 rückgeführte Abgas möglichst keinen unver brannten Kraftstoff enthalten sollte, der aufgrund der oben erläuterten Nach einspritzung bzw. Sekundäreinspritzung ein Abgasbestandteil ist, wird nun diese Nacheinspritzung lediglich an den Zylindern Z1 und Z4 durchgeführt, deren Abgas über die Gruppen-Abgasleitung 5 abgeführt wird und somit wie ersichtlich nicht in die Rückführleitung 9 gelangen kann, da letztere von der Gruppen-Abgasleitung 6 abzweigt. Der in der Gruppen-Abgasleitung 6 ab geführte Abgasstrom der Zylinder Z2 und Z3 verhindert dabei ein Rückströ men des Abgases der Zylinder Z1 und Z4 aus der Summen-Abgasleitung 7 in die Gruppen-Abgasleitung 6.

In anderen Worten ausgedrückt wird somit lediglich Abgas der Zylinder Z2 und Z3, an denen keine Nacheinspritzung durchgeführt wird, d. h. in die nach erfolgter Verbrennung kein Kraftstoff eingespritzt wird, den Zylindern Z1-Z4 wieder zugeführt.

Da erfindungsgemäß lediglich das Abgas einiger Brennkraftmaschinen- Zylinder, nämlich hier der Zylinder Z2 und Z3 einer AGR zuführbar ist, hier mit jedoch möglicherweise nicht die gewünschte AGR-Rate, d. h. das ge wünschte Verhältnis zwischen der den Zylindern Z1-Z4 zugeführten Frischluftmenge und der rückgeführten Abgasmenge erzielbar ist, ist in der Zufuhrleitung 4 stromauf der Mündungsstelle der Rückführleitung 9 ein Dros selorgan 15 vorgesehen. Wird dieses Drosselorgan 15 in eine den freien Querschnitt der Zufuhrleitung 4 zumindest teilweise einengende Position ge bracht, so wird aufgrund des sich dadurch im Luftsammler 3 erhöhenden, durch den Ansaugtakt der Brennkraftmaschinen-Zylinder Z1-Z4 hervorge rufenen Unterdruckes bei geöffnetem AGR-Ventil 10 das Abgas aus der Gruppen-Abgasleitung verstärkt abgesaugt.

In Summe erhält man somit eine Brennkraftmaschine 1, bei welcher pro blemlos die beiden für sich bekannten Abgasnachbehandlungsmaßnahmen, nämlich eine Nacheinspritzung von Kraftstoff in einen Teil der Brennkraftma schinen-Zylinder nach erfolgter Verbrennung einerseits, sowie eine AGR an dererseits realisierbar sind, wobei noch darauf hingewiesen sei, daß eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1

Brennkraftmaschine
Z1 Zylinder von

1

Z2 Zylinder von

1

Z3 Zylinder von

1

Z4 Zylinder von

1

2

Kraftstoff-Einspritzventil

3

Luftsammler

4

Zufuhrleitung

5

Gruppen-Abgasleitung der Zylinder Z1 und Z4

6

Gruppen-Abgasleitung der Zylinder Z2 und Z3

7

Summen-Abgasleitung

8

Abgasnachbehandlungsvorrichtung

9

(Abgas-)Rückführleitung

10

Abgasrückführventil (AGR-Ventil)

11

(zylinderindividuelle) Abgasleitung von Z1

12

(zylinderindividuelle) Abgasleitung von Z2

13

(zylinderindividuelle) Abgasleitung von Z3

14

(zylinderindividuelle) Abgasleitung von Z4

15

Drosselorgan (in

4

)

Claims

1. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine (1), bei welcher in einen Teil der Zylinder nach erfolgter Verbrennung Kraftstoff eingespritzt wird, der im Rahmen einer Abgasnachbehandlung umgesetzt wird, gekennzeichnet durch eine Möglichkeit zur Abgasrückführung, wobei lediglich Abgas derjenigen Zylinder (Z2, Z3), in die nach erfolgter Ver brennung kein Kraftstoff eingespritzt wird, den Zylindern (Z1-Z4) wieder zuführbar ist.

2. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitungen (11, 14) derjenigen Zylinder (Z1, Z4), in die nach erfolgter Verbrennung Kraftstoff einge spritzt wird, sowie die Abgasleitungen (12, 13) derjenigen Zylinder (Z2, Z3), in die nach erfolgter Verbrennung kein Kraftstoff eingespritzt wird, jeweils gruppenweise zusammengeführt sind.

3. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der zusammengeführten Gruppen- Abgasleitung (6) derjenigen Zylinder (Z2, Z3), in die nach erfolgter Verbrennung kein Kraftstoff eingespritzt wird, eine mit einem Abgas rückführventil (10) versehene Rückführleitung (9) letzlich in den Luftsammler (3) der Brennkraftmaschine (1) führt.

4. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer den Luftsammler (3) der Brenn kraftmaschine (1) mit Frischluft versorgenden Zufuhrleitung (4) strom auf der Mündungsstelle der Rückführleitung (9) ein Drosselorgan (15) zur Erzielung einer gewünschten Abgasrückführrate vorgesehen ist.