DE4240239C2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, die mit einer Abgasrückführung und mit einem Kühler zum Kühlen von Ladeluft oder rückgeführten Abgasen ausgestattet ist.The invention relates to an internal combustion engine, the with exhaust gas recirculation and with a cooler for cooling Charge air or recirculated exhaust gases is equipped.
Die Aufladung der zum Motor führenden Luft dient u. a. zur Leistungssteigerung der entsprechenden Verbrennungskraftma schine. So kann die im jeweiligen Zylinder für die Verbren nung genutzte Luftmasse pro Verbrennungszyklus erhöht werden, was in Verbindung mit einer entsprechend höheren Kraftstoff menge zu der gewünschten höheren Leistungsausbeute führt.The charging of the air leading to the engine serves u. a. to Performance increase of the corresponding internal combustion engine seem. So it can in the respective cylinder for the combustion air mass used per combustion cycle, what combined with a correspondingly higher fuel quantity leads to the desired higher power yield.
Da die für die Verbrennung zur Verfügung stehende Luftmasse umso höher ist, je kühler diese Luft in den Brennraum ge langt, wird die Ladeluft in vielen Fällen abgekühlt, bevor sie in den Brennraum eintritt.Because the air mass available for combustion the higher, the cooler this air is into the combustion chamber reaches, the charge air is cooled in many cases before it enters the combustion chamber.
Durch ein Rückführen von Teilen des Abgases in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine hinein wird die Verbrennungs spitzentemperatur abgesenkt. Dies ist aus Gründen einer ver minderten NOx-Emission äußerst wünschenswert. Dieser Effekt läßt sich wesentlich verstärken, wenn die rückgeführten Abga se zusätzlich gekühlt werden, bevor sie dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine noch einmal zugeführt werden. Das gilt sowohl für Otto- als auch für Dieselmotoren.By recirculating parts of the exhaust gas into the combustion chamber of an internal combustion engine, the combustion peak temperature is reduced. This is extremely desirable for reasons of reduced NO x emissions. This effect can be significantly increased if the recirculated exhaust gases are additionally cooled before they are fed into the combustion chamber of the internal combustion engine again. This applies to both petrol and diesel engines.
Der Wirkungsgrad eines Kühlers ist umso größer, je höher die Temperatur des in den Kühler eintretenden Gases ist. The higher the efficiency, the greater the efficiency of a cooler Temperature of the gas entering the cooler.
Sowohl aus der EP-A-0 080 327 als auch aus der DE A1 40 07 516 ist es bekannt, jeweils einen separaten Kühler für die rück zuführenden Abgase und für die Ladeluft vorzusehen. Das Anordnen von zwei Kühlern stößt jedoch insbesondere bei Personenkraftwagen auf fast unlösbare Platzprobleme. Nicht zu vernachlässigen ist auch der wirtschaftliche Aufwand, der durch die Anordnung von zwei Kühlern entsteht.Both from EP-A-0 080 327 and from DE A1 40 07 516 it is known to have a separate cooler for the rear supply exhaust gases and for the charge air. The Arranging two coolers, however, is a particular problem Cars on almost insoluble space problems. Not too also neglect the economic effort that by the arrangement of two coolers.
Die aus der WO 92/01 145 bekannte Brennkraftmaschine besitzt auch zwei Kühler, die aber nacheinander in der Ladeluftlei tung angeordnet sind. Dadurch können diese Kühler nur von der Ladeluft durchströmt werden.The internal combustion engine known from WO 92/01 145 has also two coolers, but one after the other in the charge air duct device are arranged. This allows these coolers only from the Charge air can be flowed through.
Darüber hinaus ist aus der gattungsbildenden DE-A1 23 21 970 eine Kraftstoffeinspritzanlage für selbstzündende Brennkraft maschinen bekannt, bei der die Ladeluft und die rückzuführen de Abgasmenge nur gemeinsam durch einen einzigen Kühler ge leitet und damit nur gemeinsam abgekühlt werden können. Dies hat allerdings den Nachteil, daß z. B. bei niedriger Motor last, bei der noch keine nennenswerte Temperaturerhöhung der Ladeluft vorhanden ist, das rückgeführte abgasströmungsmäßig vor dem Kühler durch die kalte Ladeluft abgekühlt wird, wo durch der Wirkungsgrad im Kühler sinkt.In addition, from the generic DE-A1 23 21 970th a fuel injection system for self-igniting internal combustion machines known in which the charge air and the recirculate de Exhaust gas quantity only together through a single cooler conducts and can only be cooled together. This has the disadvantage, however, that z. B. with low engine load, at which there is still no significant temperature increase of the Charge air is present, the recirculated exhaust gas flow is cooled in front of the radiator by the cold charge air, where due to the efficiency in the cooler.
Bei anderen vorbekannten Brennkraftmaschinen (DE-A1 39 29 123, FR-A1-2 560 289, US-A-4 539 815, DE-A1 36 27 312) ist jeweils lediglich ein einziger Kühler vorhanden, der nur von Ladeluft durchströmt werden kann.In other known internal combustion engines (DE-A1 39 29 123, FR-A1-2 560 289, US-A-4 539 815, DE-A1 36 27 312) is in each case there is only a single radiator, which is only of charge air can be flowed through.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von diesem Stand der Technik, eine verbesserte Verbrennungskraftmaschine anzugeben, bei der die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden.The object of the invention is based on this State of the art, an improved internal combustion engine specify the disadvantages described above be avoided.
Diese Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gegeben. Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine können damit wahlweise Ladeluft oder rückgeführte Abgase durch denselben Kühler jeweils hindurchgeführt und dadurch gekühlt werden. Die Ladeluft kann dabei in beliebiger Menge durch diesen Kühler geleitet werden. Die Erfindung geht damit von der Erkenntnis aus, daß die Frischluft bzw. die Ladeluft und das rückgeführte Abgas nicht gleichzeitig, sondern zeit lich versetzt und damit zeitlich hintereinander durch ein und denselben Kühler geleitet werden können. Bei z. B. niederer und mittlerer Teillast der Verbrennungskraftmaschine kann dann vorzugsweise rückgeführtes Abgas durch den Kühler gelei tet werden, bevor es in den Brennraum gelangt. Bei höherer Last einschließlich Vollast kann dann demgegenüber mehr oder weniger aufgeladene Luft in beliebiger Menge durch diesen Kühler geschickt und die Abgase nicht hindurchgeschickt wer den. Bei niedrigen Teillasten braucht nämlich die Luft nicht abgekühlt zu werden, so daß die Kühlleistung dann mehr oder weniger vollständig zum Abkühlen des rückgeführten Abgases zur Verfügung stehen kann. In Abhängigkeit von der bei höhe rer Teillast erforderlich werdenden Abkühlung der Luft kann dann die Abkühlung des rückgeführten Abgases entsprechend verringert werden. Damit läßt sich in weiten Lastbereichen einer Verbrennungskraftmaschine eine zusätzliche Verringerung der temperaturabhängigen Stickstoff-Emissionen (NOx-Emission) erzielen, und zwar mit Hilfe eines einzigen, auch für die Ab kühlung der mehr oder weniger aufgeladenen Luft zu verwenden den Kühlers.This invention is given by the features of claim 1. In the internal combustion engine according to the invention, charge air or recirculated exhaust gases can thus be passed through the same cooler and thereby cooled. The charge air can be passed through this cooler in any quantity. The invention is therefore based on the knowledge that the fresh air or the charge air and the recirculated exhaust gas not at the same time, but offset in time and thus can be passed in time through one and the same cooler. At z. B. low and medium partial load of the internal combustion engine can then preferably preferably be recirculated exhaust gas through the cooler before it enters the combustion chamber. At higher loads, including full load, more or less charged air can be sent through this cooler in any quantity and the exhaust gases cannot be sent through. At low partial loads, the air does not need to be cooled, so that the cooling capacity can then be more or less completely available for cooling the recirculated exhaust gas. Depending on the cooling of the air that becomes necessary at higher partial loads, the cooling of the recirculated exhaust gas can then be reduced accordingly. This allows an additional reduction in temperature-dependent nitrogen emissions (NO x emission) to be achieved in wide load ranges of an internal combustion engine, with the aid of a single cooler, which can also be used for cooling the more or less charged air.
Eine derartige Verbrennungskraftmaschine läßt sich dadurch auf sehr einfache Weise verwirklichen, daß eine den Kühler umgehende Bypass-Leitung für die in den Brennraum einzulei tende Luft angeordnet wird. Diese Bypass-Leitung kann sowohl von der zwischen Turbolader und Kühler vorhandenen Ladeluft- Zuleitung als auch von der zum Turbolader bzw. seinem Luft verdichter führenden Frischluft-Zuleitung abzweigen. Über eine Luftleiteinrichtung kann dann die zum Kühler oder zum Luftverdichter strömende Luft zwischen Null und 100 Prozent freigegeben bzw. abgesperrt werden.Such an internal combustion engine can be thereby realize in a very simple way that the cooler immediate bypass line for the in the combustion chamber air is arranged. This bypass line can both of the charge air between the turbocharger and cooler Supply line as well as from the turbocharger or its air Branch off the fresh air supply line leading the compressor. over an air baffle can then the cooler or Air compressor flowing air between zero and 100 percent be released or blocked.
Die Menge des rückgeführten Abgases kann vorzugsweise durch ein Taktventil oder durch eine Drosselklappe oder dergleichen geregelt bzw. gesteuert werden. The amount of exhaust gas recirculated can preferably be by a timing valve or by a throttle valve or the like be regulated or controlled.
Je nach Anforderung an die Kühlleistung des einzigen Kühlers und/oder an die räumlichen Gegebenheiten kann der Kühler bei spielsweise ein Gas/Gas- oder Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher sein. Die Kühlleistung kann auch durch einen weiteren Kühler, wie beispielsweise einen Vorkühler gesteigert werden. Ein derartiger zusätzlicher Kühler könnte als Wärmetauscher aus gebildet sein, der von dem für die Motorkühlung vorgesehenen Kühlwasser durchströmt würde.Depending on the cooling performance of the single cooler and / or the spatial conditions, the cooler can for example a gas / gas or gas / liquid heat exchanger his. The cooling capacity can also be increased by another cooler, such as a precooler. A such additional cooler could be used as a heat exchanger be formed by that provided for the engine cooling Cooling water would flow through.
Zwecks Steigerung der Masse der in den Brennraum einzuleiten den Frischluft kann diese über den Turbolader geleitet und damit verdichtet werden. Auch bei Abgasen ist eine Verdichtung wegen des dann höheren Wirkungsgrades des Kühlers vorteil haft.In order to increase the mass of discharged into the combustion chamber the fresh air can be directed through the turbocharger and be condensed with it. Combustion is also a compression because of the higher efficiency of the cooler arrested.
Je höher verdichtet Luft und/oder Abgase in den Brennraum eingeleitet werden, desto wichtiger wird die Abkühlung dieser Gase. Durch eine dem Abkühlen nachgeschaltete Expansion der im Turbolader ggf. sehr hoch verdichteten Gase läßt sich eine zusätzliche Abkühlung der Gase erzielen.The higher the air and / or exhaust gases are compressed in the combustion chamber are initiated, the more important it becomes to cool them down Gases. By cooling the expansion downstream In the turbocharger, very highly compressed gases can be achieve additional cooling of the gases.
In den Fällen, wo das Abgas durch eine Abgasreinigungsanlage (Katalysator und/oder Rußfilter) abgeleitet wird, kann die rückzuführende Abgasmenge erst nach dieser Abgasreinigungsan lage entnommen werden. Um auch dann noch ein ausreichendes Druckgefälle in den zum Brennraum rückführenden Leitungen si cherzustellen, können entweder im Auspuff und damit abström seitig hinter der Abgasreinigungsanlage und/oder in der bzw. den in den Motor führenden Leitungen die Gasströme drosselnde Einrichtungen vorgesehen werden.In cases where the exhaust gas is through an exhaust gas purification system (Catalyst and / or soot filter) is derived, the amount of exhaust gas to be recycled only after this exhaust gas purification location. In order to still be sufficient Pressure drop in the lines returning to the combustion chamber si can either be in the exhaust and thus flow out on the side behind the exhaust gas cleaning system and / or in or throttling the gas flows in the lines leading into the engine Facilities are provided.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind den in den Ansprüchen ferner angegebenen Merkmalen sowie den nachfolgen den Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Further features and advantages of the invention are those in the Claims further specified features and the follow the exemplary embodiments.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the drawing illustrated embodiments described and he purifies. Show it:
Fig. 1 einen schematischen Flußplan für die Gasführung in einem eine Abgasrückführung und eine Ladeluftkühlung aufweisenden Motor bei niedriger bis mittlerer Teil last, Fig. 1 to intermediate part load, a schematic flow chart for the gas passage in an exhaust gas recirculation and charge air cooler having engine at low,
Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 bei dem Motor für Vollast und höhere Teillast, Fig. 2 is an illustration corresponding to FIG. 1, in the motor for higher full load and partial load,
Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 1, also für einen Motor unter niedriger bis mittlerer Teillast, bei der die Entnahme des Abgases nach einer Abgasreinigungs anlage erfolgt,Carried Fig. 3 is a representation corresponding to FIG. 1, that for an engine under low to medium load part, in which the removal of the exhaust gas system for an exhaust purifier,
Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 3 bei einem Motor für Vollast und höhere Teillast, Fig. 4 is a view corresponding to Fig. 3 in a motor for higher full load and partial load,
Fig. 5 eine Darstellung entsprechend Fig. 1, also für einen Motor unter niedriger bis mittlerer Teillast, bei dem auch das rückgeführte Abgas verdichtet werden kann, Fig. 5 is an illustration corresponding to FIG. 1, that for an engine under low to medium load part, in which also the recirculated exhaust gas can be compressed,
Fig. 6 eine Darstellung entsprechend Fig. 5, bei einem Motor für Vollast und höhere Teillast, Fig. 6 is an illustration corresponding to FIG. 5, in a motor for higher full load and partial load,
Fig. 7 eine Darstellung entsprechend Fig. 5, also für einen Motor unter niedriger bis mittlerer Teillast, bei der die Entnahme des Abgases nach einer Abgasreinigungs anlage erfolgt und bei dem auch das rückgeführte Ab gas verdichtet werden kann, und Fig. 7 is a representation corresponding to FIG. 5, that is, for an engine under low to medium partial load, in which the removal of the exhaust gas takes place after an exhaust gas cleaning system and in which the recirculated gas can also be compressed, and
Fig. 8 eine Darstellung entsprechend Fig. 7, bei einem Motor für Vollast und höhere Teillast. Fig. 8 is a representation corresponding to FIG. 7, with an engine for full load and higher part load.
In der Zeichnung ist ein Motor 10 mit Abgasturboaufladung schematisch dargestellt. Die Abgasturboaufladung steht stell vertretend für jede Art von Aufladung, wie z. B. mechanische Aufladung, Aufladung mit Comprex und Schwingrohr und/oder Re sonanzaufladung. Dazu ist die aus dem Motor 10 bzw. seinen beispielsweise vier Zylindern 12 wegführende Abgasleitung 14 an einen Turbolader 16 angeschlossen. Die Abgasleitung 14 kann die Abgasturbine 18 des Turboladers 16 antreiben. Mit der Abgasturbine 18 ist der Luftverdichter 20 des Turboladers 16 drehfest verbunden. Dadurch wird der Verdichter 20 bei der Rotation der Turbine 18 angetrieben. Die in den Verdichter 20 angesaugte Luft 22 wird verdichtet und strömt über eine Lei tung 24 zu einer Abzweigstelle 26. Dort ist ein Umschaltven til 28 vorhanden, das die in der Leitung 24 vom Verdichter 20 kommende Ladeluft entweder in eine Leitung 30 freigibt, die zu einem Luftkühler 32 führt, oder das die Ladeluft aus der Leitung 24 in eine den Kühler 32 kurzschließende Bypass-Lei tung 34 freigibt.In the drawing, an engine 10 with exhaust gas turbocharging is shown schematically. The exhaust gas turbocharger is representative of any type of charging, such as. B. mechanical charging, charging with Comprex and vibrating tube and / or sonorous charging. For this purpose, the exhaust line 14 leading away from the engine 10 or its, for example, four cylinders 12 is connected to a turbocharger 16 . The exhaust gas line 14 can drive the exhaust gas turbine 18 of the turbocharger 16 . The air compressor 20 of the turbocharger 16 is connected in a rotationally fixed manner to the exhaust gas turbine 18 . As a result, the compressor 20 is driven when the turbine 18 rotates. The air 22 sucked into the compressor 20 is compressed and flows via a line 24 to a branch point 26 . There is a Umschaltven valve 28 available, which releases the charge air coming in line 24 from the compressor 20 either into a line 30 leading to an air cooler 32 , or the charge air from line 24 into a cooler 32 short-circuiting bypass line tion 34 releases.
Von dem Kühler 32 führt eine Leitung 36 in eine Zuleitung 38, die in den Motor 10 bzw. seine im vorliegenden Beispielsfall vier Zylinder 12 führt. In diese Zuleitung 38 mündet die By pass-Leitung 34 an der Stelle 40 ein.A line 36 leads from the cooler 32 into a supply line 38 which leads into the engine 10 or its four cylinders 12 in the present example. The by pass line 34 opens into this supply line 38 at the point 40 .
Aus dem Turbolader 16 bzw. aus seiner Abgasturbine 18 führt eine Abgasleitung 42 über Schalldämpfer und ggf. über eine Abgasreinigungsanlage ins Freie. Die Abgasturbine 18 kann durch einen Bypass-Kanal 44 vom Abgas umgangen werden. In diesem Bypass-Kanal 44 ist ein Ladedruckregelventil 46 (Wastegate) vorhanden, über das der Bypass-Kanal 44 geöffnet bzw. geschlossen wird. Das Ladedruckregelventil 46 öffnet beispielsweise dann, wenn zum Schutz des Turboladers 16 bei zu hoher Last bzw. zu hoher Drehzahl des Motors das Zuströmen von Abgas in den Turbolader begrenzt werden soll. Neben die ser an sich bekannten Schutzwirkung dieses Bypass-Kanals für den Turbolader 16 bzw. den Motor 10 kann durch das Öffnen des Ladedruckregelventils 46 planmäßig auch erreicht werden, daß Ladeluft nicht verdichtet wird. Durch den Verdichtungsvorgang ansonsten entstehende Wärme wird durch das nicht Verdichten vermieden, so daß auch keine Kühlung der Ladeluft zum Rück gängigmachen der Erwärmung erfolgen muß. Das ist bei bestimm ten Teillasten sinnvoll. Zusätzlich kann über eine Bypass- Leitung 58 der Verdichter 20 wegen seines Gegendruckes von der Luft 22 umgangen werden. Dies wird durch ein in der By pass-Leitung 58 vorhandenes Schaltelement, z. B. Ventil 59, ermöglicht. Die gleiche Wirkung läßt sich auch durch einen Verdichter mit variabler Geometrie erreichen.An exhaust pipe 42 leads from the turbocharger 16 or from its exhaust gas turbine 18 via silencers and, if appropriate, via an exhaust gas cleaning system to the outside. The exhaust gas turbine 18 can be bypassed by the exhaust gas through a bypass duct 44 . In this bypass channel 44 there is a charge pressure control valve 46 (wastegate), via which the bypass channel 44 is opened or closed. The boost pressure control valve 46 opens, for example, when the inflow of exhaust gas into the turbocharger is to be protected to protect the turbocharger 16 when the load is too high or the engine speed is too high. In addition to the known protective effect of this bypass channel for the turbocharger 16 and the engine 10 can also be achieved by opening the charge pressure control valve 46 that charge air is not compressed. The heat generated by the compression process is avoided by the non-compression, so that there is no need to cool the charge air in order to get the heating up again. This makes sense for certain partial loads. In addition, the compressor 20 can be bypassed by the air 22 because of its back pressure via a bypass line 58 . This is by a switching element in the by-pass line 58 , z. B. valve 59 . The same effect can also be achieved by a compressor with variable geometry.
Die Kühlung der durch den Turbolader 16 verdichteten Ladeluft erfolgt im Kühler 32. Diese ganz allgemein als Kühlvorrich tung wirkende Einrichtung ist im vorliegenden Beispielsfall ein Luftkühler.The charge air compressed by the turbocharger 16 is cooled in the cooler 32 . This device acting generally as a cooling device is an air cooler in the present example.
Von der Abgasleitung 14 führt eine Abgas-Rückführleitung 54 ebenfalls zum Kühler 32. Durch den Kühler 32 strömt dann entweder Ladeluft, die aus der Leitung 30 zuströmt, oder Abgas, das aus der Leitung 54 zuströmt. Über ein bei spielsweise elektrisch gesteuertes Ventil 56 kann die durch die Leitung 54 strömende Gasmenge gesteuert werden. Dieses Ventil 56 kann auch getaktet geöffnet bzw. geschlossen wer den. Dadurch kann pro Zeiteinheit eine beliebige Abgasmenge vom Motor 10 kommend durch den Kühler 32 dem Motor 10 wieder rückgeführt werden.An exhaust gas recirculation line 54 also leads from the exhaust gas line 14 to the cooler 32 . Either charge air flowing in from line 30 or exhaust gas flowing in from line 54 then flows through the cooler 32 . Via an electrically controlled valve 56, for example, the amount of gas flowing through line 54 can be controlled. This valve 56 can also be opened or closed in a clocked manner. Characterized an arbitrary amount of exhaust gas from the engine 10 to the engine 10 per unit time can Coming be recirculated through the cooler 32 again.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Vollast-Betrieb bzw. Betrieb mit höherer Teillast sind die Ventile 56, 59 geschlossen. Das aus dem Motor 10 wegströmende Abgas strömt über die Turbine 18 in die Abgasleitung 42. Der durch die Turbine 18 angetrie bene Verdichter 20 sorgt für eine Aufladung der angesaugten Luft 22. Diese Ladeluft wird durch die Leitung 24 zu dem Küh ler 32 und weiter durch die Zuleitung 38 in den Motor 10 ge drückt. Das Umschaltventil 28 sperrt die Bypass-Leitung 34 bei diesem Betriebszustand völlig ab.In the full-load operation shown in FIG. 2 or operation with a higher partial load, the valves 56 , 59 are closed. The exhaust gas flowing away from the engine 10 flows into the exhaust line 42 via the turbine 18 . The compressor 20 driven by the turbine 18 ensures that the intake air 22 is charged. This charge air is pressed through line 24 to the cooler 32 and further through the supply line 38 into the engine 10 . The changeover valve 28 completely shuts off the bypass line 34 in this operating state.
Das in dem Bypass-Kanal 44 vorhandene Ladedruckregelventil 46 dient bei diesem Vollast-Betrieb bzw. Betrieb mit höherer Teillast nur zur Begrenzung des maximalen Ladedrucks und da mit auch zum Schutz des Motors 10. Das Ladedruckregelventil 46 wird daher den Bypass-Kanal 44 freigeben, wenn z. B. die Drehzahl oder der Ladedruck des Motors zu hoch werden soll ten.The boost pressure control valve 46 present in the bypass channel 44 is used in this full-load operation or in operation with a higher partial load only to limit the maximum boost pressure and therefore also to protect the engine 10 . The boost pressure control valve 46 will therefore release the bypass channel 44 if, for. B. the speed or the boost pressure of the engine should be too high.
Im Teillast-Betrieb, der dem Flußplan der Fig. 1 zu entnehmen ist, braucht keine Ladeluft gekühlt zu werden. Der Turbolader 16 kann daher stillgelegt werden. Das von der Abgasleitung 14 in die Abgasleitung 42 strömende Abgas braucht also nicht den Turbolader 16 anzutreiben, so daß es durch den Bypass-Kanal 44 um die Turbine 18 herumgeführt werden kann. Das Ladedruck regelventil 46 kann daher in seiner den Bypass-Kanal 44 öff nenden AUF-Stellung sein.In part-load operation, which can be seen in the flow chart of FIG. 1, no charge air needs to be cooled. The turbocharger 16 can therefore be shut down. The exhaust gas flowing from the exhaust line 14 into the exhaust line 42 does not need to drive the turbocharger 16 , so that it can be passed around the turbine 18 through the bypass duct 44 . The boost pressure control valve 46 can therefore be in its bypass channel 44 opening opening position.
Vom Verdichter 20 wird in diesem Fall die angesaugte Luft 22 nicht verdichtet und strömt daher auch nicht erwärmt durch die Leitung 24 in Richtung Umschaltventil 28. Die Luft strömt nämlich unter Umgehung des-Verdichters 20 über das Ventil 59 durch die Bypass-Leitung 58 direkt in die Leitung 24. Das Um schaltventil 28 verschließt die Leitung 30, da Ladeluft ja nicht zum Kühler 32 geführt und damit abgekühlt zu werden braucht, und öffnet dafür die Bypass-Leitung 34. Die Ladeluft 34 strömt dann weiter durch die Zuleitung 38 in den Motor 10.In this case, the intake air 22 is not compressed by the compressor 20 and therefore does not flow heated through the line 24 in the direction of the changeover valve 28 . The air flows bypassing the compressor 20 via the valve 59 through the bypass line 58 directly into the line 24 . The switching valve 28 closes the line 30 , since charge air does not need to be led to the cooler 32 and thus needs to be cooled, and opens the bypass line 34 . The charge air 34 then continues to flow through the feed line 38 into the engine 10 .
Das aus der Abgasleitung 14 abgezweigte Abgas wird durch die Leitung 54, bei entsprechend geöffneter Stellung des Ventils 56 durch den Kühler 32 geführt und strömt dann weiter durch die Leitung 36 ebenfalls in die Zuleitung 38. The exhaust gas branched off from the exhaust gas line 14 is passed through the line 54 , with the valve 56 in the correspondingly open position, through the cooler 32 and then continues to flow through the line 36 into the supply line 38 .
In der Leitung 36 kann ein Rückschlagventil 60 vorhanden sein, das verhindert, daß durch die Leitung 34 strömende Luft rückwärts in die Leitung 36 und damit in Richtung Kühler 32 strömen kann.A check valve 60 can be present in line 36 , which prevents air flowing through line 34 from flowing backwards into line 36 and thus towards cooler 32 .
Die in Fig. 3 und 4 dargestellten Systemvarianten unterschei den sich von den in Fig. 1 und 2 dargestellten Flußplänen da durch, daß die Abgasrückführung abströmseitig hinter einem Katalysator 62 erfolgt. Die entsprechende Abgas-Rückführlei tung 54 zweigt daher nach dem Katalysator 62 an der Stelle 64 von der Abgasleitung 42 ab. Während in Fig. 4 ähnlich wie bei Fig. 2 Vollast-Betrieb bzw. Betrieb bei höherer Teillast strömungsmäßig dargestellt ist, ist in Fig. 3, ähnlich wie bei Fig. 1, der entsprechende Teillast-Betrieb dargestellt. Mit dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Katalysator 62 soll ganz allgemein eine Abgasreinigungsanlage verstanden werden. So könnte, beispielsweise bei einem Dieselaggregat, auch ein Rußfilter entweder anstelle des Katalysators 62 oder in Kombination zu demselben vorhanden sein.The system variants shown in FIGS . 3 and 4 differ from the flow diagrams shown in FIGS . 1 and 2 because the exhaust gas recirculation takes place downstream of a catalytic converter 62 . The corresponding exhaust gas recirculation line 54 therefore branches off from the exhaust line 42 after the catalyst 62 at point 64 . While in FIG. 4, similar to FIG. 2, full-load operation or operation at higher part-load is shown in terms of flow, in FIG. 3, similar to FIG. 1, the corresponding part-load operation is shown. An exhaust gas purification system is to be understood in general terms with the catalyst 62 shown in FIGS. 3 and 4. For example, in the case of a diesel unit, a soot filter could also be present either in place of the catalyst 62 or in combination with the same.
Um ein ausreichendes Druckgefälle in den zum Motor 10 rück führenden Leitungen sicherzustellen, sind in der Abgasleitung 42 und in der Luftleitung 24 jeweils ein Drosselventil 70 bzw. 72 vorhanden. Im übrigen erfolgt die Luftrückführung bzw. Abgasrückführung in entsprechender Weise, wie sie im Zu sammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben ist; insoweit kann auf die vorstehenden Beschreibungsteile Bezug genommen werden.In order to ensure a sufficient pressure drop in the lines leading back to the engine 10 , a throttle valve 70 and 72 are provided in the exhaust line 42 and in the air line 24, respectively. In addition, the air recirculation or exhaust gas recirculation takes place in a corresponding manner, as described in connection with FIGS . 1 and 2; to this extent reference can be made to the above description parts.
Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Gasführung für einen Motor 10 ist die Möglichkeit für eine Aufladung der rückzuführenden Abgase gegeben. So führt die Abgas-Rückführ leitung 54 nicht direkt in einen Kühler, sondern zunächst zum Luftverdichter 20. In dieser Leitung 54 ist ebenfalls ein ih ren Durchfluß mengenmäßig regelndes Ventil 56 vorhanden. Von dem Luftverdichter 20 führt dann eine weitere Abgas-Rückführ leitung 74 zu einem Vorkühler 76 und von dort weiter zu dem Kühler 32. Im vorliegenden Beispielsfall ist der Vorkühler 76, der auch nicht vorhanden sein kann, ein von einem z. B. Vorkühler 76 vorhandene Kühlmittel durchströmter Wärmetauscher. Die in dem Vorkühler 76 vorhandene Kühlflüssigkeit 78 kann auch zum Kühlen des Motors 10 verwendet werden. Dieser Vorkühler kann auch bei den Fig. 1 und 2 sowie 3 und 4 vorgesehen werden.When in Figs. 5 and 6, gas conduit for an engine 10, the possibility is given for a charging of the recirculated exhaust gases. Thus, the exhaust gas recirculation line 54 does not lead directly to a cooler, but first to the air compressor 20 . In this line 54 , a flow rate regulating valve 56 is also present. From the air compressor 20 then leads another exhaust gas recirculation line 74 to a precooler 76 and from there to the cooler 32nd In the present example, the precooler 76 , which may also not be present, is one of a z. B. precooler 76 existing coolant flowed through heat exchanger. The coolant 78 present in the precooler 76 can also be used to cool the engine 10 . This precooler can also be provided in FIGS . 1 and 2 and 3 and 4.
Vom Vorkühler 76 strömt das abgekühlte Gas zu dem Luftkühler 32, wo es weiter abgekühlt wird. Der Luftkühler 32 kann ein üblicher Ladeluftkühler sein, der beispielsweise dem Fahrt wind eines beispielsweise Personenkraftwagens ausgesetzt wird und der sich daher im unmittelbaren Frontbereich des Fahrzeu ges befindet. Der Vorkühler 76 kann demgegenüber aus Platz gründen an anderen, nicht dem Fahrtwind ausgesetzten Orten am Fahrzeug angebracht sein.The cooled gas flows from the pre-cooler 76 to the air cooler 32 , where it is further cooled. The air cooler 32 can be a conventional charge air cooler, which is exposed, for example, to the wind of a passenger car, for example, and which is therefore located in the immediate front region of the vehicle. The precooler 76 , on the other hand, can be attached to the vehicle at other locations that are not exposed to the wind.
Vom Kühler 32 strömen die abgekühlten Gase weiter zu einem Expansionsventil 80, das vorgesehen werden kann. Hier wird durch das Entspannen des Gases ein weiterer Kühleffekt ver wirklicht. Die Expansion ist insbesondere dann wichtig, wenn stark verdichtete Gase vorhanden sind und damit eine hohe Aufladung der Gase im Luftverdichter 20 stattgefunden hat.The cooled gases continue to flow from the cooler 32 to an expansion valve 80 , which may be provided. Here, a further cooling effect is achieved by relaxing the gas. The expansion is particularly important when there are highly compressed gases and the gases in the air compressor 20 have been highly charged.
Im Vollast-Betrieb bzw. im Betrieb unter höherer Teillast (Fig. 6) des Motors 10 wird nur die in den Motor 10 einzulei tende Luft im Verdichter 20 aufgeladen. Die zum Verdichter führende Abgasleitung 54 ist durch das Ventil 56 verschlos sen. Die Abgase entweichen daher ausschließlich über die Ab gasleitung 14 ins Freie. Um den Verdichter 20 in Rotation zu versetzen, wird die Abgasturbine 18 durch die durch die Lei tung 14 strömenden Abgase in Rotation versetzt. Das in dem Bypass-Kanal 44 vorhandene Ladedruckregelventil 46 ist daher verschlossen. In full load operation or in operation under higher partial load ( FIG. 6) of the engine 10 , only the air to be introduced into the engine 10 is charged in the compressor 20 . The exhaust pipe 54 leading to the compressor is closed by valve 56 . The exhaust gases therefore escape exclusively from the gas line 14 into the open. In order to set the compressor 20 in rotation, the exhaust gas turbine 18 is set in rotation by the exhaust gases flowing through the line 14 . The charge pressure control valve 46 present in the bypass channel 44 is therefore closed.
Die von außen zuströmende Frischluft 22 strömt über ein Um schaltventil 28 in eine zum Luftverdichter 20 führende Zulei tung 82. Das Umschaltventil 28 ist so geschaltet, daß es den Zufluß in die Bypass-Leitung 34 hinein, mit der die beiden Kühler 32, 76 umgangen werden, verschließt. Dies gilt für den o.g. Vollast-Betrieb. Durch ein dem Vorkühler 76 vorgeschal tetes Umschaltventil 86 in der Rückführleitung 74 kann die zum Vorkühler 76 anströmende Frischluft statt zum Vorkühler 76 in eine Bypass-Leitung 84 umgeleitet und damit direkt dem Luftkühler 32 zugeführt werden. Diese Luftführung ist dann sinnvoll, wenn die Temperatur der durch die Leitung 74 strö menden Luft niedriger ist als die Temperatur der den Vorkühler 76 durchströmenden Kühlflüssigkeit 78. Dadurch kann eine Aufheizung der Frischluft im Vorkühler 76 verhindert werden. Der Vorkühler 76 wird also zum Abkühlen der rückzuführenden Abgase und darüber hinaus derjenigen Frischluft wahlweise verwendet, deren Temperatur größer als die des Vorkühlers 76 ist.The fresh air 22 flowing in from the outside flows through a switching valve 28 into a device 82 leading to the air compressor 20 . The switching valve 28 is switched so that it closes the inflow into the bypass line 34 , with which the two coolers 32 , 76 are bypassed. This applies to the above-mentioned full-load operation. By the precooler 76 pre scarf tetes changeover valve 86 in the return line 74 to precooler 76 the inflowing fresh air bypass line 84 can take place for the pre-cooler 76 in a rerouted and the air cooler 32 are fed so directly. This air flow is useful if the temperature of the air flowing through line 74 is lower than the temperature of the coolant 78 flowing through the precooler 76 . This prevents the fresh air from being heated in the pre-cooler 76 . The pre-cooler 76 is thus optionally used to cool the exhaust gases to be returned and, moreover, that fresh air whose temperature is higher than that of the pre-cooler 76 .
Für niedrige bis mittlere Teillast, deren Flußschema in Fig. 5 dargestellt ist, ist das Umschaltventil 28 in einer die Zuleitung 82 verschließenden Stellung. Die Frischluft 22 strömt daher nur in die Bypass-Leitung 34. Dafür strömt über die Zuflußleitung 54 rückzuführendes Abgas zum Verdichter 20. Das Ventil 56 ist dazu in einer entsprechend offenen Stel lung. Die nicht rückzuführende Abgasmenge strömt über die Ab gasleitung 14 über die Abgasturbine 18 zu einem Schalldämpfer und dann weiter ins Freie. Diese Abgasmenge treibt die Abgas turbine 18 und damit auch den Luftverdichter 20 an. Infolge dessen wird die rückzuführende, durch die Leitung 54 strömen de Abgasmenge im Luftverdichter 20 verdichtet und strömt dann im verdichteten Zustand durch die Leitung 74 zum Vorkühler 76 und weiter in den Kühler 32. Die Bypass-Leitung 84 ist dazu verschlossen. Die abgekühlten, verdichteten Abgase werden im Expansionsventil 80 entspannt und dadurch weiter abgekühlt. For low to medium partial load, the flow diagram of which is shown in FIG. 5, the changeover valve 28 is in a position closing the feed line 82 . The fresh air 22 therefore only flows into the bypass line 34 . For this purpose, exhaust gas to be returned flows through the inflow line 54 to the compressor 20 . The valve 56 is for this purpose in a correspondingly open position. The amount of exhaust gas not to be returned flows via the gas line 14 via the exhaust gas turbine 18 to a muffler and then further outside. This amount of exhaust gas drives the exhaust gas turbine 18 and thus also the air compressor 20 . As a result, the amount of exhaust gas to be recycled flowing through line 54 is compressed in air compressor 20 and then flows in the compressed state through line 74 to precooler 76 and further into cooler 32 . The bypass line 84 is closed for this purpose. The cooled, compressed exhaust gases are expanded in the expansion valve 80 and thereby further cooled.
Je nach Laststufe kann das Umschaltventil 28 eine beliebige mittlere Stellung einnehmen, so daß sowohl zum Luftverdichter 20 als auch in die Bypass-Leitung 34 hinein Frischluft strö men kann.Depending on the load level, the changeover valve 28 can assume any middle position, so that fresh air can flow into both the air compressor 20 and the bypass line 34 .
Bei den in Fig. 7 und 8 dargestellten Systemvarianten ist im Unterschied zu der Darstellung gemäß den Fig. 5 und 6 eine Abgasrückführung abströmseitig hinter einem Katalysator 62 vorhanden. Die in vergleichbarer Weise wie bei den Fig. 3 und 4 an einer Stelle 64 abzweigende Rückführleitung 54 führt die rückzuführenden Abgase leitungsmäßig wieder dem Luftver dichter 20 zu. Unter Vollast-Betrieb (Fig. 8) ist diese Lei tung 54 durch das in ihr vorhandene Ventil 56 verschlossen, so daß nur Frischluft vom Verdichter 20 verdichtet und den nachgeschalteten Kühlern 76, 32 zugeführt wird. Vergleich hierzu die Ausführungen bezüglich der Fig. 5 und 6. Auch hier gilt, daß der Vorkühler 76 bei Vollast-Betrieb von der Frischluft umgangen wird, falls diese kühler als der Vorküh ler 76 ist.In the system variants shown in FIGS. 7 and 8, in contrast to the illustration according to FIGS . 5 and 6, there is an exhaust gas recirculation downstream of a catalytic converter 62 . The return line 54 branching off at a point 64 in a manner comparable to that in FIGS. 3 and 4 leads the exhaust gases to be recirculated to the air compressor 20 in line terms. Under full load operation ( Fig. 8) this Lei device 54 is closed by the valve 56 present in it, so that only fresh air from the compressor 20 is compressed and the downstream coolers 76 , 32 is supplied. Compare the remarks that the pre-cooler is bypassed by the fresh air at full load operation 76, if it is cooler than the Vorküh ler 76 regarding 6. Also here the Figs. 5 and.
Bei Teillast (Fig. 7) wird durch die Leitung 54 hindurch rückzuführendes Abgas zum Verdichter 20 geleitet. Dort wird das Abgas verdichtet und dann weiter in die Kühleinrichtungen 76, 32 weitergeleitet. Auch hier kann durch ein nachgeschal tetes Expansionsventil 80 eine Entspannung der verdichteten Gase und damit eine weitere Abkühlung derselben erreicht wer den. In entsprechender Weise, wie in Fig. 5 dargestellt, wird die Frischluft 22 direkt in die Bypass-Leitung 34 geleitet. Allerdings ist es auch möglich, ebenso wie das Abgas auch Frischluft, zumindest teilweise, durch den Luftverdichter 20 aufzuladen. Diese aufgeladene Frischluft würde dann zusammen mit dem aufgeladenen Abgas durch die Leitung 74 dem Kühler 32 bzw. ggf. zunächst dem Kühler 76 und dann dem Kühler 32 zuge führt werden. At partial load ( FIG. 7), exhaust gas to be recycled is passed through line 54 to compressor 20 . There, the exhaust gas is compressed and then passed on to the cooling devices 76 , 32 . Here, too, a relaxation of the compressed gases and thus a further cooling of the same can be achieved by a downstream expansion valve 80 . In a corresponding manner, as shown in FIG. 5, the fresh air 22 is fed directly into the bypass line 34 . However, it is also possible, like the exhaust gas, to charge fresh air, at least partially, through the air compressor 20 . This charged fresh air would then be fed together with the charged exhaust gas through line 74 to cooler 32 or possibly first to cooler 76 and then to cooler 32 .
Im übrigen gilt auch für die in den Fig. 5 bis 8 darge stellten Flußpläne das bezüglich der Fig. 1 bis 4 Gesagte. So können beispielsweise zur Sicherung eines ausreichenden Druckgefälles in den zum Motor 10 rückführenden Leitungen entsprechende Drosselventile vorgesehen werden.Otherwise, the statements made with reference to FIGS . 1 to 4 also apply to the flow plans shown in FIGS . 5 to 8. For example, appropriate throttle valves can be provided in the lines returning to the engine 10 to ensure a sufficient pressure drop.
Während bei den Fig. 5, 6 und 7, 8 die in den Verdichter 20 hinführenden Leitungen 54, 82 sich zu einer einzigen Leitung 88 vereinigen, können statt dessen auch beide Leitungen 54, 82 getrennt voneinander dem Verdichter 20 zugeführt werden.While in Figs. 5, 6 and 7, 8 the afferent into the compressor 20 lines 54, 82 combine to form a single line 88 can also both lines 54, 82 are supplied separately to the compressor 20 instead.
Claims (19)
- - im Falle von nicht rückgeführten Abgasen die in den Brennraum einzuleitende Luft jeweils zwischen Null und 100 Prozent entweder durch diesen Kühler (32) in den Brennraum oder unter Umgehung (34) des Kühlers (32) in den Brennraum hineinleitbar ist, und
- - im Falle von rückgeführten Abgasen diese ohne die in den Brennraum einzuleitende Luft durch diesen Kühler (32) in den Brennraum hineinleitbar sind.
- - In the case of non-recirculated exhaust gases, the air to be introduced into the combustion chamber can be passed between zero and 100 percent either through this cooler ( 32 ) into the combustion chamber or bypassing ( 34 ) the cooler ( 32 ) into the combustion chamber, and
- - In the case of recirculated exhaust gases, these can be passed into the combustion chamber through this cooler ( 32 ) without the air to be introduced into the combustion chamber.
- - eine den Kühler (32) umgehende Bypass-Leitung (34) für die in den Brennraum einzuleitende Luft vorhanden ist,
- - diese Bypass-Leitung (34) von der zwischen Luftverdich ter (20) und Kühler (32) vorhandenen Ladeluft-Zuleitung (24) oder von der zum Luftverdichter (20) hinführenden Frischluft-Zuleitung (82) abzweigt.
- a bypass line ( 34 ) for the air to be introduced into the combustion chamber is bypassed by the cooler ( 32 ),
- - This bypass line ( 34 ) branches off from the air compressor ( 20 ) and cooler ( 32 ) existing charge air supply line ( 24 ) or from the air compressor ( 20 ) leading fresh air supply line ( 82 ).
- - eine Luftleiteinrichtung (28) vorhanden ist, mit der die in der Ladeluft-Zuleitung (24) zum Kühler (32) strö mende Ladeluft oder die in der Frischluft-Zuleitung (82) zum Luftverdichter (20) strömende Frischluft zwischen Null und 100 Prozent statt zum Kühler (32) oder zum Luft verdichter (20) direkt in die Bypass-Leitung (34) umleit bar ist.
- - An air baffle ( 28 ) is present, with which in the charge air supply line ( 24 ) to the cooler ( 32 ) flowing charge air or in the fresh air supply line ( 82 ) to the air compressor ( 20 ) flowing fresh air between zero and 100 percent instead of the cooler ( 32 ) or the air compressor ( 20 ) directly into the bypass line ( 34 ) is redirectable.
- - eine den Vorkühler (76) umgehende Bypass-Leitung (84) vorhanden ist und
- - eine Luftleiteinrichtung (86) vorgesehen ist, durch die zwischen Null bis 100 Prozent der zum Vorkühler (76) strömenden Luft oder rückgeführten Abgase in die Bypass- Leitung (84) umleitbar sind.
- - A bypass line ( 84 ) bypassing the precooler ( 76 ) is present and
- - An air guide device ( 86 ) is provided through which between zero to 100 percent of the air flowing to the precooler ( 76 ) or recirculated exhaust gases can be diverted into the bypass line ( 84 ).
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