EP0855502A2 - Brennkraftmaschine mit Abgasrückführungsvorrichtung - Google Patents

Brennkraftmaschine mit Abgasrückführungsvorrichtung Download PDF

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EP0855502A2
EP0855502A2 EP98890018A EP98890018A EP0855502A2 EP 0855502 A2 EP0855502 A2 EP 0855502A2 EP 98890018 A EP98890018 A EP 98890018A EP 98890018 A EP98890018 A EP 98890018A EP 0855502 A2 EP0855502 A2 EP 0855502A2
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exhaust gas
gas recirculation
distribution device
actuator
cylinders
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Walter Dr. Piock
Martin Dipl.-Ing.Dr. Wirth
Alexander Fürschuss
Paul Dr. Kapus
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    • F02M35/10072—Intake runners
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    • F02M26/70—Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
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    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/17—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system
    • F02M26/20—Feeding recirculated exhaust gases directly into the combustion chambers or into the intake runners

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine with a device for the controlled recirculation of exhaust gas into intake ducts via an exhaust gas recirculation line, which is connected to the engine exhaust system.
  • EP 0 594 462 A1 A system for recycling exhaust gas is known from EP 0 594 462 A1, which is suitable for Internal combustion engines with at least two intake valves is provided.
  • the exhaust gas only introduced into one of the intake ducts.
  • the supply takes place via a collector, which is located relatively far upstream from the inlet valve in question.
  • throttle valves can change the ratio of the intake air to the respective intake valves will. In this way, an adjustment of the recirculated exhaust gas quantity and stratification of the exhaust gas in the combustion chamber possible.
  • this solution also suffers according to the relatively large line lengths and volumes with the disadvantages described above.
  • the object of the present invention is to provide a device in which the above Disadvantages described can be avoided, and which makes it possible in particular Exhaust gas recirculation in a simple way with a quick response and precise metering of the recirculated exhaust gas.
  • each intake duct which is connected to a distribution device connected, which is supplied by an exhaust gas recirculation line, and that the distribution device has an actuator which is designed to the To control flow cross-sections for the exhaust gas through the exhaust gas recirculation openings together.
  • What is essential to the present invention is the possible avoidance of dead volumes in the intake system, whereby the exhaust gases of a group of cylinders are first combined and are fed to a distribution device via an exhaust gas recirculation line.
  • this distribution device has an actuator which is used for metering the returned Controls the amount of exhaust gas for the individual cylinders together.
  • the present invention enables the disadvantages described above to be avoided and at the same time has one simple construction on.
  • the Distribution device is designed as a tube that is substantially parallel to the longitudinal axis of the engine extends. It is possible that in the distribution device designed as a tube a longitudinally movable slide is provided, the openings controls that are connected to the exhaust gas recirculation. However, it can also be a Rotary vane can be provided, the opening controls that with the exhaust gas recirculation in Connect.
  • the actuator has an auxiliary bore having a predetermined small Opening cross section defined for exhaust gas recirculation. In this way it is achieved that in a central position of the actuator even if there are manufacturing tolerances or other inaccuracies a precise metering of a small amount of exhaust gas is possible.
  • An additional exhaust gas recirculation valve can preferably be located upstream of the actuator be provided. In this way it is possible to regulate the exhaust gas recirculation quantity to be designed particularly fine.
  • FIG. 1 shows an intake manifold of an internal combustion engine according to the invention.
  • the flange 1 is provided with screws 2 on the cylinder head in FIG. 1 Internal combustion engine not shown to be attached.
  • Intake pipes 3 open into Openings 4 for supplying the intake air.
  • 3a is a partially cut intake duct designated.
  • Parallel to the flange 1, a tube 5 is integral with the flange 1 trained, which represents the distribution device.
  • an actuator 6 in the Formed a rotary valve.
  • the actuator 6 controls an exhaust gas recirculation opening 7 to set the amount of recirculated exhaust gas.
  • Through an opening 8 is exhaust gas from an exhaust gas recirculation line, not shown in FIG. 1, to the collector 9.
  • FIG. 6 Another exhaust gas recirculation line from another cylinder group is on the flange 10 to fix.
  • This distribution device is shown in more detail in FIG. 6. From Exhaust gases from a first exhaust gas recirculation line are discharged through a first opening 11 in the distribution device 5 inserted into a first distribution space 12, which between the actuator 6 and the tube 5 is formed. From a second exhaust gas recirculation line Exhaust gases are fed through an opening 13 into a space 14, which also is limited by the actuator 6 and the tube 5. For example, with a four-cylinder engine the exhaust gas from cylinders 1 and 4 are led through opening 11 into channel 12, while the exhaust gas of the cylinders and 3 is led through the opening 13 into the channel 14. A first group of openings 15 communicates with the first channel 12 while a second group of openings 16 communicates with the second channel 14. In the in the position shown in FIG. 6, the exhaust gas recirculation openings 7 are in the intake duct completely turned on.
  • the cylinder block 17 of an internal combustion engine is shown schematically in the a piston 18 is movably arranged.
  • Exhaust ducts 20 lead from a cylinder head 19 path.
  • Intake channels 21 are on their upstream side with a collector 22 connected, in front of which in turn a throttle valve 23 is arranged.
  • An exhaust gas recirculation line 8 is provided with an exhaust gas recirculation valve 24 and leads to a distribution device 5, in which a rotary valve 6 is arranged as an actuator.
  • the rotary valve 6 controls the exhaust gas recirculation opening 7. It is indicated schematically that a crankcase ventilation or a tank vent 25 is also supplied to the distribution device 5 becomes.
  • the distribution device 5 is shown in detail in FIG. 3.
  • the distribution device 5 is integral with the flange 1 of the intake manifold.
  • the actuator 6 closes in that shown in Fig. 3 Position the suction opening 7.
  • FIG 5 shows an embodiment variant in which a flat slide 28 has the opening cross section for exhaust gas recirculation.
  • the present invention With the present invention, large amounts of exhaust gas recirculation are greater than 25% possible, achieving a particularly favorable dynamic behavior of the internal combustion engine becomes. Furthermore, the present invention provides particularly good driving behavior reached.
  • the structure according to the invention is simple and easy to manufacture.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einer Vorrichtung zur gesteuerten Rückführung von Abgas in Ansaugkanäle (21) über eine Abgasrückführleitung (8), die mit dem Auspuff-System des Motors verbunden ist. Ein schnelles Ansprechverhalten wird dadurch erreicht, daß in unmittelbarer Nähe der Zylinder in jedem Ansaugkanal (21) eine Abgasrückführöffnung (7) vorgesehen ist, die mit einer Verteilungseinrichtung (5) in Verbindung steht, die von einer Abgasrückführleitung (8) versorgt wird, und daß die Verteilungseinrichtung (5) ein Stellorgan (6) aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Durchflußquerschnitte für das Abgas durch die Abgasrückführöffnungen (7) gemeinsam zu steuern. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einer Vorrichtung zur gesteuerten Rückführung von Abgas in Ansaugkanäle über eine Abgasrückführleitung, die mit dem Auspuff-System des Motors verbunden ist.
Es ist bekannt, zur Verbesserung des Emissionsverhaltens und zur Verringerung des Treibstoffverbrauches von Brennkraftmaschinen eine Rückführung von Abgas vorzusehen. Eine solche Abgasrückführung wird sowohl bei Otto-Motoren als auch bei Dieselmotoren angewendet. Durch die Absenkung der Temperaturen im Brennraum können insbesondere die NOx-Emissionen verringert werden. Weiters ist beim gedrosselten Otto-Motor zusätzlich eine Absenkung des Kraftstoffverbrauches infolge der teilweisen Enddrosselung durch Abgasrückführung möglich.
Bei herkömmlichen Abgasrückführungssystemen wird das Abgas aus dem Auspuffsystem entnommen und einem Sammler im Ansaugsystem zugeführt. Zwischen der auspuff- und der ansaugseitigen Mündung ist dabei ein Stellglied angebracht, das die Zumessung der rückgeführten Abgasmenge steuert. Durch den bei solchen Systemen notwendigen relativ großen Abstand der Stelle, an der das Abgas in das Ansaugsystem zugeführt wird, zum Brennraum. ist jedoch nur eine relativ geringe Dynamik zu erzielen. Dies hat seinen Grund darin, daß eine Änderung der Stellung des Stellgliedes erst einige Arbeitstakte der Motors später eine Anderung der rückgeführten Abgasmenge bewirkt. Dies hat negative Auswirkungen auf die Fahrbarkeit des Fahrzeuges in dem die Brennkraftmaschine installiert ist und andererseits im Emissionsverhalten.
Aus der EP 0 594 462 A1 ist ein System zur Rückführung von Abgas bekannt, das für Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei Einlaßventilen vorgesehen ist. Dabei wird das Abgas nur in einen der Ansaugkanäle eingebracht. Die Zufuhr erfolgt dabei über einen Sammler, der relativ weit stromaufwärts vom betreffenden Einlaßventil entfernt ist. Durch Drosselklappen kann das Mengenverhältnis der Ansaugluft zu den jeweiligen Einlaßventilen verändert werden. Auf diese Weise ist auch eine Einstellung der rückgeführten Abgasmenge und eine Schichtung des Abgases im Brennraum möglich. Jedoch auch diese Lösung leidet zufolge der relativ großen Leitungslängen und -volumina an den oben beschriebenen Nachteilen.
Aus der EP 0 558 072 A ist weiters ein direkt einspritzender Otto-Motor bekannt, der eine an sich unübliche Ansaugkanalanordnung durch den Zylinderkopf hindurch aufweist. Durch diese spezielle Kanalführung sind sehr kurze Abgasrückführungsleitungen möglich, die jeweils vom Auspuffkanal des jeweiligen Zylinders zum Ansaugkanal des gleichen Zylinders führen. Durch ein gemeinsames Steuerungsventil werden die rückgeführten Abgasmengen der einzelnen Zylinder gemeinsam gesteuert. Da bei einer solchen Anordnung die Abgase unmittelbar nach dem Verlassen des Zylinders auf kurzem Wege zum Ansaugkanal rückgeführt werden, führt dies zu erheblichen Temperaturproblemen in Verbindung mit Ablagerungsbildungen und Verkokungen in den Abgasrückführungskanälen und zu einer unerwünschten Aufheizung des Zylinderkopfes. Der Zylinderkopf selbst ist bei einer solchen Anordnung der Ansaugkanäle äußerst kompliziert und schwer zu fertigen. Ein besonderer Nachteil dieser bekannten Lösung besteht jedoch darin, daß aufgrund der Gasdynamik bei bestimmten Betriebszuständen starke Schwankungen der rückgeführten Abgasmenge auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden können, und die es insbesonders ermöglicht, in einfacher Weise Abgasrückführung mit einem schnellen Ansprechverhalten und genauer Zumessung des rückgeführten Abgases zu schaffen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in unmittelbarer Nähe der Zylinder in jedem Ansaugkanal eine Abgasrückführöffnung vorgesehen ist, die mit einer Verteilungseinrichtung in Verbindung steht, die von einer Abgasrückführleitung versorgt wird, und daß die Verteilungseinrichtung ein Stellorgan aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Durchflußquerschnitte für das Abgas durch die Abgasrückführöffnungen gemeinsam zu steuern.
Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist die möglichste Vermeidung von Totvolumina im Ansaugsystem, wobei zunächst die Abgase einer Gruppe von Zylindern zusammengefaßt und über eine Abgasrückführleitung einer Verteilungseinrichtung zugeführt werden. Dabei weist diese Verteilungseinrichtung ein Stellorgan auf, das in die Zumessung der rückgeführten Abgasmenge für die einzelnen Zylinder gemeinsam steuert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile und weist gleichzeitig einen einfachen Aufbau auf.
In einer bevorzugten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verteilungseinrichtung als Rohr ausgebildet ist, das sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des Motors erstreckt. Dabei ist es möglich, daß in der als Rohr ausgebildeten Verteilungseinrichtung ein in Längsrichtung beweglicher Schieber vorgesehen ist, der Öffnungen aufsteuert, die mit den Abgasrückführungen in Verbindung stehen. Es kann jedoch auch ein Drehschieber vorgesehen sein, der Öffnungen aufsteuert, die mit den Abgasrückführungen in Verbindung stehen.
Um eine genau definierte Abgasrückführung geringen Umfanges zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, daß das Stellorgan eine Hilfsbohrung aufweist, die einen vorbestimmten kleinen Öffnungsquerschnitt für die Abgasrückführung definiert. Auf diese Weise wird erreicht, daß in einer Mittelstellung des Stellorgans auch bei Vorliegen von Herstellungstoleranzen oder anderen Ungenauigkeiten eine genaue Zumessung einer geringen Abgasmenge möglich ist.
Es ist vorteilhaft, wenn in dem Stellorgan zwei oder mehr unabhängige Strömungswege für einzelne Zylinder oder Zylindergruppen vorgesehen sind. Auf diese Weise können Beeinflussungen zwischen den einzelnen Zylindern minimiert werden. Bei einem Vierzylinder-Reihenmotor wird man beispielsweise jeweils zwei Zylinder mit einem Zündabstand von 360° gemeinsam versorgen, da hier eine Beeinflussung gering ist. Bei der üblichen Zündfolge 1 - 3 - 4 -2 werden dabei die Zylinder 1 und 4 und die Zylinder 2 und 3 gemeinsam versorgt.
In bevorzugter Weise kann stromaufwärts des Stellorgans ein zusätzliches Abgasrückführventil vorgesehen sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Regelung der Abgasrückführmenge besonders fein zu gestalten.
In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
  • Fig. 1 eine teilweise geschnittene axonometrische Darstellung des Abgasrückführsystems einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
  • Fig. 2 schematisch eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Abgasrückführung, Fig. 3 ein Detail von Fig. 2, die Fig. 4 und 5 weitere Ausführungsvarianten der Erfindung in Darstellungen entsprechend der Fig. 3,
  • Fig. 6 einen Schnitt durch eine Verteilungseinrichtung einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung.
    • In der Fig. 1 ist ein Ansaugkrümmer einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine dargestellt. Der Flansch 1 ist dafür vorgesehen, mit Schrauben 2 am Zylinderkopf der in der Fig. 1 nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine befestigt zu werden. Ansaugrohre 3 münden in Öffnungen 4 zur Zuführung der Ansaugluft. Mit 3a ist ein teilweise aufgeschnittener Ansaugkanal bezeichnet. Parallel zum Flansch 1 ist ein Rohr 5 einstückig mit dem Flansch 1 ausgebildet, das die Verteilungseinrichtung darstellt. In dem Rohr 5 ist ein Stellorgan 6 in der Form eines Drehschiebers angeordnet. Das Stellorgan 6 steuert eine Abgasrückführöffnung 7 auf, um die Menge des rückgeführten Abgases einzustellen. Über eine Öffnung 8 wird Abgas aus einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Abgasrückführleitung dem Sammler 9 zugeführt. Eine weitere Abgasrückführleitung von einer anderen Zylindergruppe ist an dem Flansch 10 zu befestigen. In der Fig. 6 ist diese Verteilungseinrichtung detaillierter dargestellt. Die aus einer ersten Abgasrückführleitung stammenden Abgase werden über eine erste Öffnung 11 in der Verteilungseinrichtung 5 in einen ersten Verteilungsraum 12 eingeführt, der zwischen dem Stellorgan 6 und dem Rohr 5 gebildet ist. Die von einer zweiten Abgasrückführleitung zugeführten Abgase werden über eine Öffnung 13 in einen Raum 14 geführt, der ebenfalls von dem Stellorgan 6 und dem Rohr 5 begrenzt ist. So kann etwa bei einem Vierzylindermotor das Abgas der Zylinder 1 und 4 durch die Öffnung 11 in den Kanal 12 geführt werden, während das Abgas der Zylinder und 3 durch die Öffnung 13 in den Kanal 14 geführt wird. Eine erste Gruppe von Öffnungen 15 steht mit dem ersten Kanal 12 in Verbindung, während eine zweite Gruppe von Öffnungen 16 mit dem zweiten Kanal 14 in Verbindung steht. In der in der Fig. 6 dargestellten Stellung sind die Abgasrückführöffnungen 7 in den Ansaugkanal vollständig aufgesteuert.
    In der Fig. 2 ist schematisch der Zylinderblock 17 einer Brennkraftmaschine dargestellt, in der ein Kolben 18 beweglich angeordnet ist. Von einem Zylinderkopf 19 führen Auspuffkanäle 20 weg. Ansaugkanäle 21 sind auf ihrer stromaufwärtigen Seite mit einem Sammler 22 verbunden, vor dem wiederum eine Drosselklappe 23 angeordnet ist. Eine Abgasrückführungsleitung 8 ist mit einem Abgasrückführventil 24 versehen und führt zu einer Verteilungseinrichtung 5, in der ein Drehschieber 6 als Stellorgan angeordnet ist. Der Drehschieber 6 steuert die Abgasrückführöffnung 7 auf. Schematisch ist angedeutet, daß eine Kurbelgehäuseentlüftung oder eine Tankentlüftung 25 ebenfalls der Verteilungseinrichtung 5 zugeführt wird.
    In der Fig. 3 ist die Verteilungseinrichtung 5 detailliert dargestellt. Im Zylinderkopf 19 ist der Ansaugkanal 21a angeordnet. Die Verteilungseinrichtung 5 ist einstückig mit dem Flansch 1 des Ansaugkrümmers ausgebildet. Das Stellorgan 6 verschließt in der in Fig. 3 dargestellten Stellung die Ansaugöffnung 7.
    Die Ausführungsvariante der Fig. 4 unterscheidet sich von der der Fig. 3 dadurch, daß in dem Stellorgan 6 eine Hilfsbohrung 26 vorgesehen ist. In der in der Fig. 4 dargestellten Stellung des Stellorgans 6 steht der Kanal 27 der Verteilungseinrichtung 5 über die Hilfsbohrung 26 mit der Rückführungsöffnung 7 in Verbindung. Bei dieser Ausführungsvariante ist es möglich, einen kleinen, wohldefinierten Öffnungsquerschnitt für die Abgasrückführung freizugeben, ohne besondere Genauigkeitsanforderungen an die Stellung des Stellorgans 6 zu haben.
    In der Fig. 5 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der ein Flachschieber 28 den Öffnungsquerschnitt für die Abgasrückführung einstellt.
    Mit der vorliegenden Erfindung sind große Abgasrückführungsmengen von mehr als 25 % möglich, wobei ein besonders günstiges dynamisches Verhalten der Brennkraftmaschine erzielt wird. Weiters wird durch die vorliegende Erfindung ein besonders gutes Fahrverhalten erreicht. Der erfindungsgemäße Aufbau ist einfach und leicht herstellbar.

    Claims (8)

    1. Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einer Vorrichtung zur gesteuerten Rückführung von Abgas in Ansaugkanäle (3a; 21) über eine Abgasrückführleitung (8), die mit dem Auspuff-System des Motors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe der Zylinder in jedem Ansaugkanal (3a; 21) eine Abgasrückführöffnung (7) vorgesehen ist, die mit einer Verteilungseinrichtung (5) in Verbindung steht, die von der Abgasrückführleitung (8) versorgt wird, und daß die Verteilungseinrichtung (5) ein Stellorgan (6) aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Durchflußquerschnitte für das Abgas durch die Abgasrückführöffnungen (7) gemeinsam zu steuern.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungseinrichtung (5) als Rohr ausgebildet ist, das sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des Motors erstreckt.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der als Rohr ausgebildeten Verteilungseinrichtung (5) ein in Längsrichtung beweglicher Schieber (28) vorgesehen ist, der die Abgasrückführöffnungen (7) aufsteuert (Fig. 5).
    4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der als Rohr ausgebildeten Verteilungseinrichtung (5) ein Drehschieber (6) vorgesehen ist, der die Abgasrückführöffnungen (7) aufsteuert.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan (6) eine Hilfsbohrung (26) aufweist, die einen vorbestimmten kleinen Öffnungsquerschnitt für die Abgasrückführung definiert (Fig. 4).
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stellorgan (6) zwei oder mehr unabhängige Strömungswege (15, 16) für einzelne Zylinder oder Zylindergruppen vorgesehen sind (Fig. 6).
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelgehäuseentlüftung und/oder die Tankentlüftung (25) im Bereich des Stellorgans (6) in die Vorrichtung mündet (Fig. 2).
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts des Stellorgans (6) ein zusätzliches Abgasrückführventil (24) vorgesehen ist (Fig. 2).
    EP98890018A 1997-01-23 1998-01-22 Brennkraftmaschine mit Abgasrückführungsvorrichtung Expired - Lifetime EP0855502B1 (de)

    Applications Claiming Priority (3)

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    AT3997U 1997-01-23
    AT39/97U 1997-01-23
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    Family

    ID=3479917

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP98890018A Expired - Lifetime EP0855502B1 (de) 1997-01-23 1998-01-22 Brennkraftmaschine mit Abgasrückführungsvorrichtung

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