DE19858771C2 - Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern - Google Patents

Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern

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Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, mit zumindest einem Abgasturbolader, dessen Turbine mit zumindest einem Abgasstrang und dessen Verdichter mit zumindest einer zu einem Luftsammlerraum führenden Ladeluftleitung verbunden ist, wobei zwischen Abgasstrang und Ladeluftleitung mindestens eine Abgasrückführleitung vor­ gesehen ist, welche über eine Düse-Diffusoreinheit stromaufwärts eines Ladeluftkühlers in die Ladeluftleitung einmündet, und wobei die Düse-Diffusoreinheit durch einen ein erstes Steuer­ organ aufweisenden Hauptluftstrang umgehbar ist.
Mit einer derartigen Brennkraftmaschine, wie sie aus der DE 43 19 380 A1 bekannt ist, kann eine Abgasrückführung trotz ungünstiger Druckdifferenz zwischen Auspuffund Saug­ system realisiert werden. Damit ist es möglich, die NOx-Emissionen entscheidend zu senken.
Es ist weiters bekannt, Zylinder gruppenweise zusammenzufassen und jeder Gruppe von Zy­ lindern einen Luftsammler zuzuordnen. Es ist auch bekannt, den Füllungsgrad durch getunte Saugrohre, also Saugrohre, deren Abmessungen Resonanzaufladung erlauben, zu erhöhen. Dadurch läßt sich insbesondere im niedrigen Drehzahlbereich das Ansprechverhalten und das Drehmoment der Brennkraftmaschine wesentlich verbessern.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einer Brennkraftmaschine die Vor­ teile von Abgasrückführung und Resonanzaufladung auf möglichst einfache Weise und ohne gegenseitige nachteilige Beeinflussung zu vereinen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Zylinder einlaßseitig und vorzugsweise auch auslaßseitig zu mindestens zwei Gruppen zusammengefaßt sind, wobei jeder Gruppe ein Luftsammler zugeordnet ist, in welchen jeweils eine Ladeluftleitung einmündet und in jeder Ladeluftleitung eine Düse-Diffusoreinheit angeordnet ist.
Durch die gruppenweise Aufteilung der Zylinder wird eine gegenseitige nachteilige Beeinflussung von zeitlich in Folge zündenden Zylindern vermieden. Dadurch, daß in jeder Ladeluftleitung eine Düse-Diffusoreinheit vorgesehen ist, und die Abgasrückführung für jede Gruppe von Zylindern separat erfolgt, werden hohe Ab­ gasrückführraten ermöglicht. Die Ladeluftleitungen sind dabei pro Zylindergruppe getunt, also auf Resonanzaufladung im unteren Drehzahlbereich ausgelegt.
Um auch bei Vollast für jeden Zylinder den höchstmöglichen Füllungsgrad zu erreichen ist vorgesehen, daß die Gruppen einlaßseitig stromabwärts der Düse-Diffusoreinheiten über ein zweites Steuerorgan miteinander strömungsverbindbar sind. Dies kann erreicht werden, wenn die Volumina der Luftsammlerräume unmittelbar miteinander verbindbar sind. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, daß zwischen den Düse-Diffusoreinheiten und den Luftsammler­ räumen eine die Ladeluftleitungen verbindende Verbindungsleitung vorgesehen ist, in welcher das zweite Steuerorgan angeordnet ist. In jedem Fall wird das zweite Steuerorgan im unteren Drehzahl- und Teillastbereich geschlossen und bei Vollast geöffnet.
In einer sehr kompakten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Düse- Diffusoreinheit, der jeweilige Hauptluftstrang und das erste Steuerorgan in einem Gehäuse angeordnet sind. Die Düse-Diffusoreinheiten können dabei ein- oder mehrflutig ausgebildet sein. Bei einer mehrflutigen Ausführung besteht jedes Düse-Diffusoreinheit aus mehreren parallel zueinander angeordneten Düse-Diffusoreinrichtungen.
Um eine möglichst wirksame Resonanzaufladung bei geringem Aufwand zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn sich die vom Verdichter kommende Ladeluftleitung stromabwärts des Ladeluftkühlers in die zu den Luftsammelräumen führenden Ladeluftleitungen verzweigt.
Bei einer Sechs-Zylinder-Reihenbrennkraftmaschine sind die Zylinder beispielsweise in zwei Gruppen geteilt, wobei pro Gruppe eine Düse-Diffusoreinheit und eine getunte Ladeluftlei­ tung vorgesehen ist.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen verse­ hen.
Eine Brennkraftmaschine 1 weist eine erste Gruppe A und eine zweite Gruppe B von in Reihe angeordneten Zylindern 2 auf. Von den Zylindern 2 führt pro Gruppe A, B jeweils ein Ab­ gasstrang 3, 4 zur Turbine 5 des Abgasturboladers 6. Vom Verdichter 7 des Abgasturboladers 6 führt eine Ladeluftleitung 8 zu einem Ladeluftkühler 9. Stromabwärts des Ladeluftkühlers 9 verzweigt sich die Ladeluft in die Ladeluftleitungen 10, 11, wobei jede Ladeluftleitung 10, 11 zu einem Luftsammlerraum 12, 13 jeweils einer Gruppe A, B von Zylindern 2 führt.
Nahe der Mündungen der getunten, also hinsichtlich Resonanzaufladung optimierten Lade­ luftleitungen 10, 11 in die Luftsammlerräume 12, 13 ist jeweils eine Düse-Diffusoreinheit 14, 15 angeordnet. In jede Düse-Diffusoreinheit 14, 15 mündet eine Abgasrückführleitung 16, 17 eines mit den Bezugszeichen EGR bezeichneten Abgasrückführsystems ein. Jede der Abgas­ rückführleitungen 16, 17 geht von einem Abgasstrang 3, 4 aus. Die Einmündung der Abgsrückführleitung 16, 17 in die jeweilige Düse-Diffusoreinheit 14, 15 befindet sich im Be­ reich des engsten Querschnittes zwischen einer Düse 14a, 15a und einem Diffusor 14b, 15b.
Jede Düse-Diffusoreinheit 14, 15 ist über einen Hauptluftstrang 18, 19, in welchem sich je­ weils ein erstes Schaltorgan 20, 21 befindet, umgehbar. Eine kompakte Konstruktion läßt sich erreichen, wenn jeweils eine Düse-Diffusoreinheit 14, 15, sowie ein Hauptluftstrang 18, 19 samt erstem Steuerorgan 20, 21 in einem gemeinsamen Gehäuse 22, 23 integriert sind.
Stromaufwärts der Düse-Diffusoreinheiten 14, 15 sind die beiden Gruppen A, B einlaßseitig miteinander über ein zweites Steuerorgan 24 verbunden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsvariante sind dabei die beiden Ladeluftstränge 10, 11 zwischen Düse-Diffusoreinheit 14, 15 und den getrennt ausgeführten Einlaßsammlern 12, 13 über eine Verbindungsleistung 25 miteinander strömungsverbunden. In der Verbin­ dungsleitung 25 befindet sich das zweite Steuerorgan 24.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung sind die beiden Einlaßsammlerräume 12, 13 in ein gemeinsames Sammlergehäuse 26 integriert und über ein im Sammlergehäuse 26 angeordne­ tes zweites Steuerorgan 24 miteinander verbindbar. Dadurch kann Bauraum eingespart wer­ den. Außerdem ergibt sich, der weitere Vorteil, daß bei geöffnetem zweiten Steuerorgan 24 das Volumen beider Luftsammlerräume 12, 13 wie ein einziger großvolumiger Sammler ge­ nutzt werden kann. Im unteren Drehzahl- bzw. Teillastbereich ist das zweite Steuerorgan 24 geschlossen und es wird der zusätzliche Liefergradeffekt durch Resonanzaufladung infolge der getunten Ladeluftleitungen 10 und 11 genutzt. Die Abgasrückführung kann dabei über die ersten Steuerorgane 20, 21 gesteuert werden. In Betriebsbereichen, in welchen nur mehr ge­ ringe oder keine Resonanzaufladeffekte auftreten, beispielsweise im oberen Teillastbereich oder bei Vollast, wird hingegen das zweite Steuerorgan 24 geöffnet, wodurch jeder Gruppe A, B von Zylindern 2 der volle Zuströmquerschnitt der Ladeluftleitungen 8, 10, 11 zur Verfü­ gung steht und Drosselverluste so klein wie möglich gehalten werden können.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine können die Vorteile eines Abgasrückführsy­ stems und eines getunten Einlaßsystems miteinander kombiniert werden, ohne daß eine nach­ teilige Beeinflussung der beiden Systeme untereinander erfolgt.

Claims (7)

1. Brennkraftmaschine (1) mit mehreren Zylindern (2), mit zumindest einem Abgasturbo­ lader (6), dessen Turbine (5) mit zumindest einem Abgasstrang (3, 4) und dessen Ver­ dichter (7) mit zumindest einer zu einem Luftsammlerraum (12, 13) führenden Ladeluft­ leitung (8, 10, 11) verbunden ist, wobei zwischen Abgasstrang (3, 4) und Ladeluftlei­ tung (10, 11) mindestens eine Abgasrückführleitung (16, 17) vorgesehen ist, welche über eine Düse-Diffusoreinheit (14, 15) stromaufwärts eines Ladeluftkühlers (9) in die Lade­ luftleitung (10, 11) einmündet, und wobei die Düse-Diffusoreinheit (14, 15) durch einen ein erstes Steuerorgan (20, 21) aufweisenden Hauptluftstrang (18, 19) umgehbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zylinder (2) einlaßseitig und vorzugsweise auch auslaß­ seitig zu mindestens zwei Gruppen (A, B) zusammengefaßt sind, wobei jeder Gruppe (A, B) ein Luftsammlerraum (12, 13) zugeordnet ist, in welchen jeweils eine Ladeluftleitung (10, 11) einmündet, und in jeder Ladeluftleitung (10, 11) eine Düse-Diffusoreinheit (14, 15) ange­ ordnet ist.
2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Grup­ pen (A, B) einlaßseitig stromabwärts der Düse-Diffusoreinheiten (14, 15) über ein zweites Steuerorgan (24) miteinander strömungsverbindbar sind.
3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina der Luftsammlerräume (12, 13) unmittelbar miteinander verbindbar sind.
4. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Düse-Diffusoreinheiten (14, 15) und den Luftsammlerräumen (12, 13) eine die Ladeluft­ leitungen (10, 11) verbindende Verbindungsleitung (25) vorgesehen ist, in welcher das zweite Steuerorgan (24) angeordnet ist.
5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse-Diffusoreinheit (14, 15), der jeweilige Hauptluftstrang (18, 19) und das erste Steuerorgan (20, 21) in einem gemeinsamen Sammlergehäuse (26) angeordnet sind.
6. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die vom Verdichter (7) kommende Ladeluftleitung (8) stromabwärts des Lade­ luftkühlers (9) in die zu den Luftsammlerräumen (12, 13) führenden Ladeluftleitun­ gen (10, 11) verzweigt.
7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit gerader Zahl von in Rei­ he angeordneten Zylindern (2), dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen (A, B) von Zylindern (2) vorgesehen sind.
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