EP2331803B1 - Zweistufig gekühltes abgasrückführsystem - Google Patents

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EP2331803B1 EP09778787A EP09778787A EP2331803B1 EP 2331803 B1 EP2331803 B1 EP 2331803B1 EP 09778787 A EP09778787 A EP 09778787A EP 09778787 A EP09778787 A EP 09778787A EP 2331803 B1 EP2331803 B1 EP 2331803B1
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    • F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
    • F02M26/59—Systems for actuating EGR valves using positive pressure actuators; Check valves therefor

Definitions

  • the invention relates to a device for the cooled recirculation of exhaust gas according to the preamble of claim 1.
  • An exhaust gas recirculation system is out of the DE 10 2005 017 905 A1 known.
  • an exhaust gas recirculation line branches off from the exhaust line behind the turbine of an exhaust gas turbocharger and via its own compressor, the recirculated exhaust gas is raised to a higher pressure level and introduced into the fresh air line behind a charge air cooler.
  • an exhaust gas recirculation system which is constructed in two columns. It has an EGR control valve upstream of the respective exhaust gas recirculation cooler and a check valve downstream.
  • the invention has for its object to provide a device with which a simple amount of sufficient exhaust gas can be recycled.
  • the exhaust gas recirculation line to the first stage of the exhaust gas cooler is formed with two double-flow exhaust gas recirculation valves. Together with the two-flow design of the first stage of the exhaust gas cooler and also the continuation line with an associated non-return valve provided in a further embodiment, small volumes are realized up to the check valves, which are used to maintain and exploit the pulsations in the exhaust gas flow. This effect is further exploited when the exhaust manifold, also designed with two columns, each with an equal number of adjacent cylinders and separate inlets is connected in the turbine of the exhaust gas turbocharger.
  • continuation lines are brought together behind the check valves to a single-flow line and this line opens with flow through the second stage of the exhaust gas cooler in the fresh gas line of the internal combustion engine.
  • An internal combustion engine shown schematically in the embodiment is a six-cylinder auto-ignition type internal combustion engine having a fresh gas system and an exhaust system.
  • the fresh gas system has a charge air line 2, which connects all intake ports of the individual cylinders with each other and via a charge air cooler 3 to the compressor 4 of an exhaust gas turbocharger 5.
  • the associated turbine 6 of the exhaust gas turbocharger 5 is driven by the exhaust gases of the internal combustion engine, wherein the exhaust gases from the exhaust ports in the cylinder head of the internal combustion engine 1 via exhaust manifolds 7a, 7b are led to two separate inlets into the turbine 6.
  • the two exhaust manifolds 7a, 7b are each assigned to three adjacent cylinders of the internal combustion engine.
  • exhaust gas recirculation lines 8a, 8b From the exhaust manifolds 7a, 7b branch off exhaust gas recirculation lines 8a, 8b, the exhaust gas from the exhaust manifolds 7a, 7b and supply via each in the exhaust gas recirculation lines 8a, 8b switched exhaust gas recirculation valves 9a, 9b of the first stage 10a, 10b of a two-stage exhaust gas cooler. From the respectively first stage 10a, 10b of the exhaust gas cooler, the cooled exhaust gas passes via check valves 11a, 11b inserted into continuation lines 12a, 12b directly behind the first stage 10a, 10b into a single-flow return line 13. The return line 13 forwards the recirculated exhaust gas over the second Stage 14 of the exhaust gas cooler back into the charge air line 2.
  • the first stage 10a, 10b of the exhaust gas cooler is, like the second stage 14, water cooled, but it may also be provided, in particular to cool the second stage with cooling air.
  • the first stage 10a, 10b cools the exhaust gas to temperatures ⁇ 180 ° C and the second stage cools to a temperature in the range of 70 ° C or lower depending on the temperature of the cooling water of the low temperature circuit.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gekühlten Rückführung von Abgas gemäβ dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein Abgasrückführsystem ist aus der DE 10 2005 017 905 A1 bekannt. Bei dem in diesem Dokument dargestellten System zweigt eine Abgasrückführleitung von der Abgasleitung hinter der Turbine eines Abgasturboladers ab und über einen eigenen Verdichter wird das zurückzuführende Abgas auf ein höheres Druckniveau angehoben und in die Frischluftleitung hinter einem Ladeluftkühler eingeleitet.
  • Aus der EP 1464823 A1 ist ein Abgasrückführsystem bekannt, welches zweiflutig aufgebaut ist. Es weist stromauf des jeweiligen Abgasrückführkühlers ein AGR-Regelventil, sowie stromab ein Rückschlagventil auf.
  • Aus der WO 2004/051069 A1 ist bekannt geworden, das Abgas in der Abgasrückführleitung mittels zweier hintereinander geschalteter Abgasrückführkühler zu kühlen, die auch als Baueinheit ausgeführt sein können.Aus der ist ein Abgasrückführ system bekannt, welches zweiflutig aufgebaut ist. Es weist stromauf des jeweiligen Abgasrückführkühlers ein AGR-Regelventil, sowie stromab ein Rückschlagventil auf.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der mit einfachen Mitteln eine genügende Menge Abgas zurückgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch diese Ausgestaltung wird ein aufwendiger eigener Verdichter für das zurückgeführte Abgas entbehrlich und durch den Einsatz des Rückschlagventils werden die in dem Abgassystem herrschenden Druckpulsationen zur Darstellung einer ausreichenden Abgasrückführrate ausgenutzt. Dabei ist ein wesentlicher Aspekt zur Erreichung der geforderten Rückführraten die Anordnung des Rückschlagventils zwischen der ersten Stufe des Abgaskühlers und der zweiten Stufe des Abgaskühlers. Diese Anordnung nutzt die an dieser Stelle ausgeprägte Pulsation des Abgases zu einer Realisierung einer gewünschten Abgasrückführrate bei allen Betriebszuständen und Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine aus. Eine Anordnung des Rückschlagventils hinter der zweiten Stufe des Abgaskühlers würde zu geringeren Rückführraten führen, da aufgrund der vorhandenen Leitungs- und Kühler-Volumina bis zu dieser Stelle die Pulsation deutlich abgebaut ist. Zusätzlich ist durch Versuche herausgefunden worden, dass sich durch die Massenträgheit der größeren Abgasrückführungsmasse im Abgasrückführsystem im Dynamikbetrieb das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine und die Regelbarkeit der Abgasrückführrate verschlechtert. Schließlich steigt bei relativ tiefen Temperaturen hinter der zweiten Stufe des Abgaskühlers die Verkokungsneigung des Rückschlagventils. Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Verschaltung des Rückschlagventils zwischen der ersten Stufe des Abgaskühlers und der zweiten Stufe des Abgaskühlers vermieden. Besonders vorteilhaft ist hier eine Anordnung des Rückschlagventils direkt an dem Ausgang der ersten Stufe des Abgaskühlers.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Abgasrückführleitung zu der ersten Stufe des Abgaskühlers zweiflutig mit zwei eingeschalteten Abgasrückführventilen ausgebildet. Zusammen mit der in weiterer Ausgestaltung vorgesehenen zweiflutigen Ausgestaltung der ersten Stufe des Abgaskühlers und auch der Weiterführungsleitung mit jeweils einem zugeordneten Rückschlagventil, werden bis zu den Rückschlagventilen kleine Volumina realisiert, die zu einer Aufrechterhaltung und Ausnutzung der Pulsationen in der Abgasströmung genutzt werden. Dieser Effekt wird noch weiter ausgenutzt, wenn die Abgassammelleitung, ebenfalls zweiflutig ausgestaltet, mit jeweils einer gleichen Anzahl nebeneinander liegender Zylinder und voneinander getrennten Einläufen in die Turbine des Abgasturboladers verschaltet ist.
  • Dadurch werden Pulsationen in dem Abgasstrom gezielt zu den Rückschlagventilen weitergeführt.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Weiterführungsleitungen hinter den Rückschlagventilen zu einer einflutigen Leitung zusammengeführt und diese Leitung mündet unter Durchströmung der zweiten Stufe des Abgaskühlers in die Frischgasleitung der Brennkraftmaschine ein.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der Figur dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
  • Eine in dem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellte Brennkraftmaschine ist eine 6-zylindrige selbstzündende Brennkraftmaschine in Reihenbauart, die ein Frischgassystem und ein Abgassystem aufweist. Das Frischgassystem weist eine Ladeluftleitung 2 auf, die alle Einlasskanäle der einzelnen Zylinder miteinander und über einen Ladeluftkühler 3 mit dem Verdichter 4 eines Abgasturboladers 5 verbindet. Die zugehörige Turbine 6 des Abgasturboladers 5 wird von den Abgasen der Brennkraftmaschine angetrieben, wobei die Abgase von den Auslasskanälen im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 über Abgassammelleitungen 7a, 7b zu zwei getrennten Einläufen in die Turbine 6 geführt sind. Die beiden Abgassammelleitungen 7a, 7b sind jeweils drei nebeneinander liegenden Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet.
  • Von den Abgassammelleitungen 7a, 7b zweigen Abgasrückführleitungen 8a, 8b ab, die Abgas aus den Abgassammelleitungen 7a, 7b entnehmen und über jeweils in den Abgasrückführleitungen 8a, 8b eingeschalteten Abgasrückführventilen 9a, 9b der ersten Stufe 10a, 10b eines zweistufigen Abgaskühlers zuführen. Aus der jeweils ersten Stufe 10a, 10b des Abgaskühlers gelangt das gekühlte Abgas über direkt hinter der ersten Stufe 10a, 10b in Weiterführungsleitungen 12a, 12b eingesetzte Rückschlagventile 11a, 11b in eine einflutige Rückführleitung 13. Die Rückführleitung 13 leitet das zurückgeführte Abgas weiter über die zweite Stufe 14 des Abgaskühlers zurück in die Ladeluftleitung 2. Die erste Stufe 10a, 10b des Abgaskühlers ist, ebenso wie die zweite Stufe 14, wassergekühlt, es kann aber auch vorgesehen sein, insbesondere die zweite Stufe mit Kühlluft zu kühlen. Die erste Stufe 10a, 10b kühlt das Abgas auf Temperaturen < als 180 °C und die zweite Stufe je nach der Temperatur des Kühlwassers des Niedertemperaturkreises auf eine Temperatur im Bereich von 70 °C oder geringer.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Ladeluftleitung
    3
    Ladeluftkühler
    4
    Verdichter
    5
    Abgasturbolader
    6
    Turbine
    7a, 7b
    Abgassammelleitung
    8a, 8b
    Abgasrückführleitung
    9a, 9b
    Abgasrückführventil
    10a, 10b
    Stufe I
    11a, 11b
    Rückschlagventil
    12a, 12b
    Weiterführungsleitung
    13
    Rückführleitung
    14
    Stufe II

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur gekühlten Rückführung von Abgas einer mittels eines Abgasturboladers aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine ein Frischgassystem und ein Abgassystem aufweist, die über eine Abgasrückführleitung miteinander verbunden sind, wobei
    die Abgasrückführleitung (8a, 8b) mit einer Abgassammelleitung (7a, 7b) des Abgassystems in Strömungsrichtung vor der Turbine (6) des Abgasturboladers (5) verschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung ein zweistufiger Abgaskühler augeordnet ist und dass in der Abgasrückführleitung (8a, 8b) vor der ersten Stufe (10a, 10b) des Abgaskühlers ein Abgasrückführventil (9a, 9b) eingeschaltet ist und dass in einer Weiterführungsleitung (12a, 12b) zu der zweiten Stufe (14) des Abgaskühlers ein Rückschlagventil (11 a, 11 b) eingesetzt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (8a, 8b) zu der ersten Stufe (10a, 10b) des Abgaskühlers zweiflutig mit zwei eingeschalteten Abgasrückführventilen (9a, 9b) ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe (10a, 10b) des Abgaskühlers zweiflutig ausgestaltet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterführungsleitung (12a, 12b) zweiflutig mit jeweils einem zugeordneten Rückschlagventil (11a, 11b) ausgestaltet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterführungsleitung (12a, 12b) hinter den Rückschlagventilen (11a, 11b) zu einer einflutigen Rückführleitung (13) zusammengeführt ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abgassammelleitung (7a, 7b) zweiflutig ausgestaltet mit jeweils einer gleichen Anzahl nebeneinander liegender Zylinder und voneinander getrennten Einläufen in die Turbine (6) verschaltet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (13) in das Frischgassystem hinter einem den Verdichter (4) des Abgasturboladers (5) nachgeschalteten Ladeluftkühler (3) einmündet.
EP09778787A 2008-10-02 2009-09-30 Zweistufig gekühltes abgasrückführsystem Not-in-force EP2331803B1 (de)

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