DE60309972T2

DE60309972T2 - Abgasrückführvorrichtung für aufgeladene fremdgezündete Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60309972T2
Application number: DE60309972T
Authority: DE
Inventors: Yorick Duchaussoy; Pascal Ferri
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2023-06-21
Also published as: EP1375893B1; EP1375893A1; DE60309972D1; FR2841298A1; FR2841298B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasrückführvorrichtung für eine aufgeladene fremdgezündete Brennkraftmaschine.
Es ist immer üblicher, einen Turbokompressor für fremdgezündete Brennkraftmaschinen zu verwenden, die mit einem stöchiometrischen Luft-Brennstoffgemisch funktionieren (Gehalt 1). In diesem Fall entspricht die Achse des Kompressors der Achse einer Turbine, die durch die Abgase des Motors angetrieben wird.
Jedoch die Verwendung eines Turbokompressors erfordert unter gewissen Bedingungen die Anreicherung des Luft-Brennstoff-Gemisches, um die zulässigen thermischen Anforderungen im Bereich der Ventile und der Turbine einzuhalten. Diese Anreicherung ermöglicht es auch, das Klingeln auf Grund der Selbstentzündung des Brennstoffes in den Zylindern zu vermeiden.
Die Anreicherung des Gemisches mit Brennstoff, führt, auch wenn sie zufrieden stellende Ergebnisse im Hinblick auf die Einhaltung der thermischen Bedingungen und der Vermeidung des Klingelns liefert, zu einem starken Überverbrauch und einer Erhöhung des Schadstoffniveaus, insbesondere an Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid, in den Abgasen.
Das Dokument WO 0100981 liefert eine Lösung, die in einer Abgasrückführvorrichtung für die Abgase eines fremdgezündeten Motors besteht. Nach diesem Dokument umfasst die Abgasrückführvorrichtung der Abgase eine Leitung, die an eines der beiden Auspuffventile jedes Zylinders angeschlossen ist. Diese Leitung teilt sich in zwei Nebenleitungen, um sich einerseits an den Zuführkollektor durch einen Kühler und andererseits an die Auspuffleitung stromabwärts zur Turbine anzuschließen. Die Durchflussmenge in jeder Nebenleitung wird durch zwei Ventile kontrolliert. Nach diesem Dokument treiben die in der Abgasrückführvorrichtung der Abgase zirkulierenden Abgase die Turbine nicht an. Folglich verändert dieser Lösung die Steuerung der Funktion der Turbine wesentlich.
Ferner führt die Geometrie der Abgasrückführvorrichtung der Abgase zu einer starken Veränderung des Auspuffsammlers. Schließlich erfordert diese Lösung die Einrichtung eines zusätzlichen Kühlers.
Das Dokument JP 09126061 beschreibt den Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung soll eine Abgasrückführvorrichtung der Abgase für eine aufgeladene fremdgezündete Brennkraftmaschine von einfacher Ausführung vorschlagen, die es ermöglicht, den Verbrauch und das Schadstoffniveau in den Abgasen zu senken.
Dieses Ziel wird erreicht durch eine Abgasrückführvorrichtung für eine aufgeladene fremdgezündete Brennkraftmaschine, wobei die Aufladung durch einen Kompressor erzielt wird, dessen Drehachse mit der Drehachse einer Turbine gemein ist, die von den Abgasen angetrieben wird, wobei die Einlassvorrichtung der Brennkraftmaschine eine Kühleinrichtung für die Luft stromabwärts zum Kompressor umfasst, wobei die Abgasrückführvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Leitung umfasst, die einerseits an den Auspuffsammler stromaufwärts zur Turbine und andererseits an die Einlassvorrichtung zwischen dem Kompressor und dem Luftkühler angeschlossen ist, wobei die Leitung auch eine Abzweigung umfasst, die die Leitung an die Einlassvorrichtung stromaufwärts zum Kompressor anschließt, wobei die Leitung Mittel zur Regulierung der durch die Leitung strömenden Gasmenge und Auswahlmittel umfasst, die die rezirkulierten Gase entweder in die Leitung oder ihre Abzweigung lenkt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Verwendung der Abgasrückführvorrichtung vorzuschlagen, um die Leistungen der Brennkraftmaschine zu erhöhen.
Dieses Ziel wird durch Verwendung der erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung während der Aufladungsphasen der Brennkraftmaschine erreicht, so dass die Regulierungsmittel betätigt werden, damit die Rückführrate der Abgase beim Einlass zwischen 5 und 20 beträgt.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der nachstehenden Beschreibung hervor, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, wobei:
1 ein Schema einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine darstellt, die mit einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung ausgestattet ist.
Die Erfindung ist nun unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Wie vorher angeführt, wird die vorliegende Erfindung für eine aufgeladene fremdgezündete Brennkraftmaschine von konventioneller Struktur angewandt. Auf bekannte Weise umfasst die Brennkraftmaschine 1 eine Einlassschaltung 2, die sich von einem Frischlufteingang 23 zu einem Einlasssammler 20 erstreckt, und eine Ablassschaltung, die sich von einem Auspuffsammler 30 zu einem Ablassausgang 31 erstreckt. Die Einlassschaltung umfasst eine Klappe 21, die es ermöglicht, die in die Brennkraftmaschine 1 eingelassene Luftmenge zu regulieren. Die Aufladung der Brennkraftmaschine 1 wird durch einen Luftkompressor 24 sichergestellt, dessen Drehachse 25 fest mit der Drehachse einer Turbine 32 verbunden ist, die von den aus dem Kollektor 30 austretenden Abgasen angetrieben wird. Die Einlassschaltung 2 umfasst herkömmlicherweise auch einen Luftkühler 22.
Die Funktion der Brennkraftmaschine 1, insbesondere die Regulierung der Luftmenge, der Brennstoffmenge, die Auslösung der Aufladungsphasen, usw.... wird von einer elektronischen Steuereinheit UCE 4 gesteuert. Auf bekannte Weise empfängt diese Einheit am Eingang eine gewisse Anzahl von Motorparametern, wie beispielsweise Motordrehzahl, Wassertemperatur, Geschwindigkeit, usw...., sowie den Befehl des Lenkers, um die Funktion der Brennkraftmaschine 1 anpassen zu können.
Erfindungsgemäß ist die Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasrückführvorrichtung 5 ausgestattet, die dazu bestimmt ist, einen teil der Abgase wieder in die Einlassschaltung 2 rückzuführen. Die Rückführvorrichtung 5 umfasst eine so genannte Hauptleitung 51, die einerseits an den Auspuffsammler 30 direkt stromaufwärts zur Turbine 32 und andererseits an die Einlassschaltung zwischen dem Kühler 22 und dem Kompressor 24 angeschlossen ist. Die Hauptleitung 51 umfasst auch eine Abzweigung 52, die die Hauptleitung 51 mit der Einlassschaltung stromaufwärts zum Kompressor in Verbindung bringt. Die in der Leitung zirkulierende Gasmenge wird von einem Ventil 55, das von der UCE 4 gesteuert ist, reguliert. Es kann jedes andere Mittel als ein Ventil verwendet werden.
Ebenso umfasst die Hauptleitung 51 im Bereich der Anbindung der Abzweigung Auswahlmittel 54, um die Abgase stromabwärts oder stromaufwärts zum Kompressor 24 zu lenken. Diese Auswahlmittel 54 umfassen beispielsweise ein Dreiwegeventil 54, das die Hauptleitung 51 verschließt, wobei es die Abzweigung freigibt und umgekehrt. Eine weitere Lösung besteht darin, zwei Ventile zu verwenden, ein erstes auf der Hauptleitung und ein zweites auf der Abzweigung 54. Unabhängig von der ausgewählten Lösung werden die Auswahlmittel 54 von der UCE 4 derart gesteuert, dass, wenn der stromabwärts zum Kompressor 24 herrschende Druck höher als der stromaufwärts zur Turbine 32 herrschende Druck ist, die Abgase stromaufwärts zum Kompressor gelenkt werden, und wenn der stromabwärts zum Kompressor 24 herrschende Druck geringer als der stromaufwärts zur Turbine 32 herrschende Druck ist, die Abgase stromabwärts zum Kompressor gelenkt werden.
Um die Kühlung der rezirkulierten Abgase zu erhöhen, kann die Rückführschaltung 5 einen Kühler 53 stromaufwärts zur Verbindung zwischen der Hauptleitung 51 und der Abzweigung 52 und möglichst stromaufwärts zum Ventil 55 zur Regulierung der rückgeführten Abgasmenge umfassen.
Die Anmelderin stellte fest, dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Rückführschaltung 5 zur Wiedereinleitung der Abgase am Einlass während der Aufladephasen der Verbrauch der Brennkraftmaschine verbessert wird, ohne die Leistungen zu beeinträchtigen. In manchen Fällen werden auch die Leistungen verbessert.
Wie vorher erklärt, ist es bei den aktuellen Lösungen zur Erhöhung der Leistungen in der Aufladephase erforderlich, den Gehalt zu erhöhen, um das Temperaturniveau stromaufwärts zur Turbine zu verringern. Ebenso stellt sich die Anreicherung als notwendig heraus, um dem Auftreten eines Klingelns vorzubeugen. Jedoch bei starker Belastung erhöht diese Gehaltserhöhung den Brennstoffverbrauch, verdoppelt ungefähr die Kohlenwasserstoffmenge in den Abgasen und verzehnfacht die Kohlenmonoxidmenge.
Die Rückführung der Abgase führt zu einer Verdünnung des Gemisches und beugt folglich dem Auftreten eines Klingelns vor und verringert auch die Temperatur vor der Turbine um ungefähr hundert Grad für die Funktionspunkte mit starker Belastung. Ferner begrenzt das Abzweigen der Hauptleitung 51 im Auspuffsammler 30 stromaufwärts zur Turbine die Erhöhung des Drucks stromaufwärts zur Turbine.
Die Tests haben gezeigt, dass mit einer Rate an rückgeführten Abgasen zwischen 5 und 20 % der Gewinn hinsichtlich des Verbrauchs 14 % für Aufladephasen in Funktionszonen mit starker Belastung erreichen kann.
Der Werte der in der Aufladephase rückgeführten Abgase hängt im Wesentlichen von der Motordrehzahl und der dem Motor auferlegten Last ab. Ganz allgemein erhöht sich die rückgeführte Abgasmenge mit der Drehzahl.
Die Einleitung von Abgasen am Einlass verringert auch das Kohlenwasserstoffniveau im Vergleich mit der Lösung der Erhöhung des Gehalts und die Menge an Stickstoffoxid in den Abgasen.
Jedoch eine rückgeführte Abgasmenge von mehr als 20 führt bei starken Belastungen zu einer Erhöhung der Verbrennungsinstabilitäten auf Grund der zu starken Sauerstoffverarmung. Ebenso bringt eine rückgeführte Abgasrate von weniger als 5 % nicht zu einem bedeutenden Gewinn.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die soeben als Beispiel beschriebene Ausführungsart beschränkt.

Claims

Abgasrückführvorrichtung für eine aufgeladene fremdgezündete Brennkraftmaschine (1), wobei die Aufladung durch einen Kompressor (24) erzielt wird, dessen Drehachse (25) mit der Drehachse einer Turbine (32) gemein ist, die von den Abgasen angetrieben wird, wobei die Einlassvorrichtung (2) der Brennkraftmaschine eine Kühleinrichtung (22) für die Luft stromabwärts zum Kompressor (24) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführvorrichtung (5) eine Leitung (51) umfasst, die einerseits an den Auspuffsammler (30) stromaufwärts zur Turbine (32) und andererseits an die Einlassvorrichtung zwischen dem Kompressor (24) und dem Luftkühler (22) angeschlossen ist, wobei die Leitung (51) auch eine Abzweigung (52) umfasst, die die Leitung (51) an die Einlassvorrichtung (2) stromaufwärts zum Kompressor (24) anschließt, wobei die Leitung Mittel (55) zur Regulierung der durch die Leitung (51) strömenden Gasmenge und gesteuerte Auswahlmittel (54) umfasst, die die rezirkulierten Gase entweder in die Leitung (51) lenkt, wenn der stromabwärts zum Kompressor (24) herrschende Druck größer als der stromaufwärts zur Turbine (32) herrschende Druck ist, um die Abgase stromabwärts zum Kompressor (24) zu lenken, oder in seine Abzweigung (52) lenkt, wenn der stromabwärts zum Kompressor (24) herrschende Druck geringer als der stromaufwärts zur Turbine (32) herrschende Druck ist, um die Abgase stromaufwärts zum Kompressor zu lenken, und dass die Leitung (51) einen Luftkühler (53) umfasst.
Abgasrückführvorrichtung für eine aufgeladene fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkühler (53) stromaufwärts zu den Mitteln (55) zur Durchflussregulierung angeordnet ist.
Abgasrückführvorrichtung für eine aufgeladene fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regulierungsmittel ein Ventil (55) umfassen, das stromaufwärts zur Abzweigung angeordnet ist.
Abgasrückführvorrichtung für eine aufgeladene fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel ein Dreiwegeventil (54) umfassen, das die Leitung (51) verschließt, wenn die Abzweigung offen ist und umgekehrt.
Verwendung der Abgasrückführvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Aufladungsphasen der Brennkraftmaschine (1) die Regulierungsmittel (55) betätigt werden, damit die Rückführrate der Abgase beim Einlass zwischen 5 und 20 % beträgt.