EP3121422A1 - Brennkraftmaschine für ein kraftfahrzeug sowie betriebsverfahren - Google Patents

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EP3121422A1
EP3121422A1 EP16180728.4A EP16180728A EP3121422A1 EP 3121422 A1 EP3121422 A1 EP 3121422A1 EP 16180728 A EP16180728 A EP 16180728A EP 3121422 A1 EP3121422 A1 EP 3121422A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust gas
internal combustion
combustion engine
cylinder
control valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16180728.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sascha NAUJOKS
Simon Streng
Peter Wieske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP3121422A1 publication Critical patent/EP3121422A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/14—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
    • F02M26/16—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system with EGR valves located at or near the connection to the exhaust system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D17/00—Controlling engines by cutting out individual cylinders; Rendering engines inoperative or idling
    • F02D17/02—Cutting-out
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/42—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders
    • F02M26/43—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders in which exhaust from only one cylinder or only a group of cylinders is directed to the intake of the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/70—Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle and a motor vehicle with such an internal combustion engine.
  • the invention further relates to a method for operating an internal combustion engine.
  • Modern multi-cylinder engines have the ability to shut off individual cylinders as long as the engine is in a reduced load condition. In such a deactivated cylinder, the supply of air and fuel to form a fuel-air mixture is prevented. Consequently, no gas-air mixture is burned, so that in turn no exhaust gas is generated. This leads to the reduction of the fuel consumption and a reduction of the emission of exhaust gases by the internal combustion engine.
  • Such trained engine discloses the DE 10 2010 024 324 B4 in which fresh air is compressed in the switched-off, ie not involved in engine operation, cylinders and supplied to the engine-operated cylinders in the form of supercharged combustion air.
  • the DE 10 2008 044 078 deals with a four-stroke internal combustion engine with multiple cylinders.
  • Each of the cylinders has intake and exhaust means for introducing air and discharging exhaust gas into and out of the cylinder, respectively.
  • the internal combustion engine further includes a transfer device having a control valve for controllably passing combustion exhaust gas from a first one of the cylinders to at least a second one of the cylinders.
  • the basic idea of the invention is therefore to conduct exhaust gas from the first cylinder into said second cylinder by means of a controllable connection between the outlet of at least one first cylinder and the inlet of at least one second cylinder in a part-load operation, ie with the second cylinder switched off.
  • the second cylinder is fired with exhaust gas from the first cylinder.
  • the deactivated second cylinder can thus convert the energy contained in the exhaust gas into volume change work.
  • the temperature of the second cylinder is lowered due to the continuous supply of exhaust gas to a lesser extent than would be the case with the cylinder switched off without the supply of exhaust gas.
  • An internal combustion engine according to the invention for a motor vehicle comprises at least a first cylinder having a first inlet for introducing air into the first cylinder and a first outlet for discharging exhaust gas from the first cylinder. Furthermore, the internal combustion engine comprises at least a second cylinder having a second inlet for introducing air into the second cylinder and a second outlet for discharging exhaust gas from the second cylinder. The internal combustion engine further includes an exhaust gas recirculation line fluidly connecting the first outlet of the at least one first cylinder to the second inlet of the at least one second cylinder. In this way, the exhaust gas discharged from the first cylinder can be introduced into the second cylinder, where it can be subjected to the additional expansion already explained.
  • the internal combustion engine can be switched from a normal load operating state to a partial load operating state by suppressing the supply of air into the at least one second cylinder.
  • the internal combustion engine comprises a control valve, by means of which is adjustable, which fraction of the exhaust gas discharged from the first cylinder is actually introduced back into the second cylinder via the first exhaust gas recirculation line.
  • the first outlet is provided on an exhaust gas exhaust duct of the internal combustion engine for exhausting the exhaust gas from the internal combustion engine.
  • the exhaust gas recirculation line branches off at a branch point from the exhaust gas discharge line.
  • the control valve is adjustable between a first and a second state.
  • the control valve closes the exhaust gas recirculation line and releases the exhaust gas exhaust passage downstream of the branch point for discharging the exhaust gas from the internal combustion engine.
  • the control valve releases the exhaust gas recirculation line and closes the exhaust gas exhaust passage downstream of the branch point, so that the exhaust gas discharged from the first cylinder is supplied via the exhaust gas recirculation line to the second cylinder. In this way, the amount of recirculated and thus additionally to be expanded exhaust gas can be adjusted very precisely.
  • the internal combustion engine has a control device, by means of which the control valve between the first and the second state is adjustable.
  • the adjustment between the two states takes place depending on whether the internal combustion engine is in the partial load operating state or not.
  • control valve is set in the first state when the second cylinder is not in the partial load operating state. If the second cylinder is not in the partial-load operating state, no exhaust gas should also be returned to it. In this case, the exhaust gas recirculation line should be closed by the control valve. This is the case in the second state of the control valve.
  • control valve is set in the second state when the internal combustion engine is in the partial load operating state. In this state of the control valve, exhaust gas from the at least one first cylinder can be returned to the second cylinder associated with this cylinder.
  • control valve is arranged in the exhaust gas recirculation line. This means that the control valve can close or release only the exhaust gas recirculation line, but not the exhaust gas exhaust line, via which the exhaust gas, preferably via an exhaust system, is released in the environment of the internal combustion engine.
  • control valve is arranged in the respective branch point.
  • construction of the valve can be kept structurally simple, since an at least partial arrangement of the control valve is omitted both in the exhaust gas recirculation line and in the exhaust gas discharge line.
  • control valve is designed as a flap valve.
  • a flapper valve typically comprises a rotatable relative to the conduit wall of the exhaust gas recirculation line spindle to which a non-rotatable valve flap is attached. Said valve flap closes the exhaust gas recirculation line in the first state and the exhaust gas exhaust line in the second state.
  • the flap valve is therefore arranged at the branch point of the exhaust gas recirculation line of the exhaust gas discharge line.
  • control valve may be formed as a butterfly valve.
  • the valve flap is in a cross section perpendicular to the rotatable spindle on both sides, preferably symmetrically, from the spindle.
  • Such a butterfly valve requires for installation in the exhaust gas discharge line or in the exhaust gas recirculation line particularly little space.
  • the invention further relates to a motor vehicle with a previously presented internal combustion engine.
  • the invention further relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a previously explained internal combustion engine.
  • air is introduced into at least one first and at least one second cylinder of the internal combustion engine and exhaust gas is discharged.
  • Said exhaust gas is produced in a conventional manner in the course of combustion of the fuel-air mixture generated in the respective cylinder by fuel injection.
  • the air supply is prevented in the second cylinder and instead the exhaust gas discharged from the first cylinder at least partially, preferably completely, returned to the second cylinder.
  • the internal combustion engine comprises a control valve, by means of which is set in the internal combustion engine, which fraction of the exhaust gas discharged from the first cylinder is introduced in the partial load operating state via the first exhaust gas recirculation line in the second cylinder.
  • FIG. 1 Illustrates a schematic representation of an example of an internal combustion engine 1 according to the invention.
  • the internal combustion engine 1 is equipped with a total of four cylinders 2a, 2b, 2c, 2d, that is, it is a 4-cylinder engine.
  • the two cylinders 2a, 2c are hereinafter referred to as "first cylinder” and the two cylinders 2b, 2d hereinafter referred to as "second cylinder".
  • first cylinder first cylinder
  • second cylinder the two cylinders 2b, 2d
  • the construction of the internal combustion engine 1 essential to the invention will now be explained with reference to the first cylinder 2 a and 2 b of the second cylinder.
  • the construction of the two cylinders 2c, 2d corresponds to that of the cylinders 2a, 2b, so that subsequent explanations can therefore also be applied mutatis mutandis to the cylinders 2c, 2d.
  • the first cylinder 2a has a first inlet 3a for introducing air into the first cylinder 2a and a first outlet 4a for discharging exhaust gas from the first cylinder 2a.
  • the fuel to be mixed in the cylinder 2a with the introduced air is injected into the cylinder by injectors (not shown) known to those skilled in the art.
  • injectors not shown
  • linearly adjustable piston By combustion of the forming fuel-air mixture in the cylinder 2a linearly adjustable piston (not shown) is set in motion.
  • the cylinders 2b to 2d which are provided with corresponding inlets 3b-3d and outlets 4b-4d.
  • the internal combustion engine 1 is switchable between a normal load operating state and a partial load operating state.
  • air is introduced into all four cylinders 2a-2d n conventionally via the inlets 3a-3d and mixed with fuel.
  • the resulting air-fuel mixture is burned in the cylinders 2a-2d, and the exhaust gas generated in the course of combustion is discharged again from the cylinders 2a-2d via the outlets 3a-3d.
  • the supply of air and fuel in the two second cylinders 2b and 2d is inhibited to reduce the fuel consumption of the internal combustion engine 1.
  • exhaust gas is introduced into the two cylinders 2b, 2d in the partial-load operating state, which exhaust gas was discharged from the first two cylinders 2a, 2c in a previous cycle.
  • a recirculation of exhaust gas from the two first cylinders 2a, 2c into the two second cylinders 2b, 2d takes place with the aid of a first and a second exhaust gas recirculation line 5a, 5b.
  • the first exhaust gas recirculation line 5a fluidly connects the first outlet 4a of the first cylinder 2a with the second inlet 3b of the second cylinder 2b.
  • the second exhaust gas recirculation line 5b fluidly connects the first outlet 4c of the first cylinder 2c to the second inlet 3d of the second cylinder 2d.
  • the internal combustion engine 1 further comprises a first control valve 6a, by means of which is adjustable, which fraction of the exhaust gas discharged from the first cylinder 2a is introduced via the first exhaust gas recirculation line 5a into the second cylinder 2c.
  • the internal combustion engine 1 further comprises a second control valve 6b, by means of which it is adjustable, which fraction of the exhaust gas emitted from the first cylinder 2b is introduced into the second cylinder 2d via the second exhaust gas recirculation line 5b.
  • the first outlet 4a of the first cylinder 2a is fluidically connected to an exhaust gas discharge line 7a of the internal combustion engine 1, by means of which the exhaust gas in an exhaust system 8 - this is in FIG. 1 only roughly schematically indicated - is forwarded, via which it can be delivered to the environment 9 of the internal combustion engine 1.
  • the cylinders 2b-2d are also in fluid communication with corresponding exhaust-gas discharge lines 7b-7d which, like the exhaust-gas discharge line 7a, are fluidically connected to the exhaust system 8.
  • the first exhaust gas recirculation line 5a branches off from the first exhaust gas exhaust line 7a at a first branch point 10a.
  • the second exhaust gas recirculation line 5b branches off from the second exhaust gas exhaust line 7b at a second branch point 10b.
  • Each of the two control valves 6a, 6b is adjustably configured between a first and a second state such that in the first state it closes the respective exhaust gas recirculation line 5a, 5b and the exhaust exhaust pipe 7a, 7b downstream of the respective branching point 10a, 10b for discharging of the exhaust gas from the internal combustion engine 1 in the exhaust system 8 releases.
  • the two control valves 6a, 6b release the respective exhaust gas recirculation line 5a, 5b and close the respective exhaust gas exhaust line 7a, 7b downstream of the respective branch point 10a, 10b.
  • the out of the respective first cylinder 2a, 2b is discharged Exhaust gas via the respective exhaust gas recirculation line 5a, 5b to the respective second cylinder 2c, 2d supplied.
  • the internal combustion engine 1 may have a control device 11, by means of which the control valves 6a, 6b are adjustable between the first and the second state. Said adjustment takes place depending on whether the internal combustion engine 1 is in the partial load operating state or not.
  • the control device 11 with the internal combustion engine 1 cooperate in such a way that it switches between the normal load operating state and the partial load operating state.
  • the control device 11 acts as an engine control unit for the cylinders 2a-2d of the internal combustion engine 1.
  • the control device 11 may also be part of such an engine control unit.
  • the control device 11 adjusts the two control valves 6a, 6b to the first state when the second cylinders 2c, 2d are not in the partial load operating state. In this state, no recirculation of exhaust gas via the exhaust gas recirculation lines 5a, 5b takes place.
  • the control device 11 adjusts the two control valves 6a, 6b in the second state when the second cylinder 2c, 2d are in the partial load operating state. In this case, the exhaust gas recirculation lines 5a, 5b are released to flow through with exhaust gas.
  • control valves 5a, 5b are arranged in the respective exhaust gas recirculation line 5a, 5b. This means that the control valves 6a, 6b can close only the exhaust gas recirculation pipes 5a, 5b, but not the two exhaust gas exhaust pipes 7a, 7b.
  • FIG. 2 shows a variant of the example of FIG. 1 in which the control valves 6a, 6b are arranged in the respective branch point 10a, 10b.
  • FIG. 3 shows in a rough schematic representation of another variant of the example of FIG. 1 in which the two control valves 6a, 6b are partially disposed in the exhaust gas recirculation line 5a, 5b and partially in the exhaust gas exhaust duct 7a, 7b downstream of the respective branching point 10a, 10b.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a constructive realization possibility of the control valves 6a, 6b in the form of a flap valve 12. This realization form is particularly suitable for the example of FIG. 2 in which the two control valves 6a, 6b are respectively arranged at the branch point 10a, 10b.
  • FIG. 5 schematically shows a variant of the example of FIG. 4 in which the control valves are designed as butterfly valves 13.
  • This form of realization is particularly recommended for the example of FIG. 3 in which the two control valves 6a, 6b are respectively disposed partially in the exhaust gas recirculation line 5a, 5b and partly in the exhaust gas exhaust duct 7a, 7b downstream of the respective branching point 10a, 10b.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) für ein Kraftfahrzeug, - mit wenigstens einem ersten Zylinder (2a, 2c), der einen ersten Einlass (3a, 3b) und einen ersten Auslass (4a, 4b) zum Ausleiten von Abgas aufweist, - mit wenigstens einem zweiten Zylinder (2b, 2d), der einen zweiten Einlass (3c, 3d) und einen zweiten Auslass (4c, 4d) aufweist, - mit einer Abgas-Rückführungsleitung (5a, 5b), welche den ersten Auslass (4a, 4b) fluidisch mit dem zweiten Einlass (3c, 3d) verbindet, - wobei die Brennkraftmaschine (1) durch Unterbinden der Zufuhr von Luft in den zweiten Zylinder (2b, 2d) in einen Teillast-Betriebszustand umschaltbar ist, - wobei die Brennkraftmaschine (1) ein Steuerventil (6a, 6b) umfasst, mittels welchem einstellbar ist, welcher Bruchteil des aus dem ersten Zylinder (2a, 2c) ausgestoßenen Abgases im Teillast-Betriebszustand über die Abgas-Rückführungsleitung (5a, 5b) wieder in den zweiten Zylinder (2b, 2d) eingeleitet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
  • Moderne Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern besitzen die Möglichkeit, einzelne Zylinder abzuschalten, solange die Brennkraftmaschine sich in einem Zustand mit reduzierter Last befindet. In einem solchen, abgeschalteten Zylinder ist die Zufuhr von Luft sowie von Kraftstoff zur Bildung eines Kraftstoff-Luftgemisches unterbunden. Folglich wird auch kein Gas-Luftgemisch verbrannt, so dass wiederum kein Abgas erzeugt wird. Dies führt zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und einer Verringerung der Emission von Abgasen durch die Brennkraftmaschine.
  • Eine derartig ausgebildete Brennkraftmaschine offenbart die DE 10 2010 024 324 B4 , bei welcher in den abgeschalteten, also nicht am Motorbetrieb beteiligten Zylindern Frischluft verdichtet und den als Motor betriebenen Zylindern in Form aufgeladener Verbrennungsluft zugeführt wird.
  • Die DE 10 2008 044 078 behandelt einen Viertakt-Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern. Jeder der Zylinder besitzt eine Einlass- und eine Auslasseinrichtung zum Einleiten von Luft bzw. zum Ausleiten von Abgas in bzw. aus dem Zylinder. Der Verbrennungsmotor besitzt weiterhin eine Überleitungseinrichtung mit einem Steuerventil zum gesteuerten Überleiten von Verbrennungsabgas von einem ersten der Zylinder zu mindestens einem zweiten der Zylinder.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen mit Zylinder-Abschaltung neue Wege aufzuzeigen.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Grundgedanke der Erfindung ist demnach, durch eine steuerbare Verbindung zwischen dem Auslass wenigstens eines ersten Zylinders mit dem Einlass wenigstens eines zweiten Zylinders in einem Teillast-Betrieb, also bei abgeschaltetem zweiten Zylinder, Abgas aus dem ersten Zylinder in besagten zweiten Zylinder zu leiten.
  • In der Folge wird der zweite Zylinder mit Abgas aus dem ersten Zylinder befeuert. Der abgeschaltete zweite Zylinder kann somit die im Abgas enthaltene Energie in Volumen-Änderungsarbeit umwandeln. Dies führt zu einer zusätzlichen Expansion des Abgases, wodurch Abgasverluste reduziert und der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erhöht werden können. Im Zuge der Expansion von rückgeführtem Abgas im zweiten Zylinder wird die Temperatur des zweiten Zylinders aufgrund der kontinuierlichen Zufuhr von Abgas in geringerem Maße abgesenkt, als dies bei abgeschaltetem Zylinder ohne Zufuhr von Abgas der Fall wäre. Dies führt zu einer verringerten Emission von Abgasen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, sowie zu einem verbesserten Startverhalten beim Einschalten des abgeschalteten zweiten Zylinders.
  • Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug umfasst wenigstens einen ersten Zylinder, der einen ersten Einlass zum Einleiten von Luft in den ersten Zylinder und einen ersten Auslass zum Ausleiten von Abgas aus dem ersten Zylinder aufweist. Weiterhin umfasst die Brennkraftmaschine wenigstens einen zweiten Zylinder, der einen zweiten Einlass zum Einleiten von Luft in den zweiten Zylinder und einen zweiten Auslass zum Ausleiten von Abgas aus dem zweiten Zylinder aufweist. Die Brennkraftmaschine besitzt ferner eine Abgas-Rückführungsleitung, welche den ersten Auslass des wenigstens einen ersten Zylinder fluidisch mit dem zweiten Einlass des wenigstens einen zweiten Zylinder verbindet. Auf diese Weise ist das aus dem ersten Zylinder ausgestoßene Abgas in den zweiten Zylinder einleitbar, wo es der bereits erläuterten zusätzlichen Expansion unterzogen werden kann. Erfindungsgemäß ist die Brennkraftmaschine durch Unterbinden der Zufuhr von Luft in den wenigstens einen zweiten Zylinder von einem Normallast-Betriebszustand in einen Teillast-Betriebszustand umschaltbar. Hierzu umfasst die Brennkraftmaschine ein Steuerventil, mittels welchem einstellbar ist, welcher Bruchteil des aus dem ersten Zylinder ausgestoßenen Abgases über die erste Abgas-Rückführungsleitung tatsächlich wieder in den zweiten Zylinder eingeleitet wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Auslass an einer Abgas-Abführungsleitung der Brennkraftmaschine zum Abführen des Abgases aus der Brennkraftmaschine vorgesehen. Dabei zweigt die Abgas-Rückführungsleitung in einem Abzweigungspunkt von der Abgas-Abführungsleitung ab. Eine solche Leitungsgeometrie führt zu einem vereinfachten Aufbau der Brennkraftmaschine und somit zu verringerten Herstellungskosten.
  • Besonders zweckmäßig ist das Steuerventil zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand verstellbar ausgebildet. Im ersten Zustand verschließt das Steuerventil die Abgas-Rückführungsleitung und gibt die Abgas-Abführungs-leitung stromab des Abzweigungspunkts zum Abführen des Abgases aus der Brennkraftmaschine frei. Im zweiten Zustand gibt das Steuerventil die Abgas-Rückführungsleitung frei und verschließt die Abgas-Abführungsleitung stromab des Abzweigungspunkt, so dass das aus dem ersten Zylinder ausgeleitete Abgas über die Abgas-Rückführungsleitung dem zweiten Zylinder zugeführt wird. Auf diese Weise kann die Menge des rückzuführenden und somit zusätzlich zu expandierenden Abgases besonders präzise eingestellt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Brennkraftmaschine eine Steuerungseinrichtung auf, mittels welcher das Steuerventil zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand verstellbar ist. Das Verstellen zwischen den beiden Zuständen erfolgt dabei in Abhängigkeit davon, ob sich die Brennkraftmaschine im Teillast-Betriebszustand befindet oder nicht.
  • Besonders bevorzugt ist das Steuerventil in den ersten Zustand eingestellt, wenn sich der zweite Zylinder nicht im Teillast-Betriebszustand befindet. Befindet sich der zweite Zylinder nicht im Teillast-Betriebszustand, so soll auch kein Abgas in diesen rückgeführt werden. In diesem Fall soll die Abgas-Rückführungsleitung vom Steuerventil verschlossen werden. Dies ist im zweiten Zustand des Steuerventils der Fall.
  • Besonders bevorzugt ist das Steuerventil in den zweiten Zustand eingestellt, wenn sich die Brennkraftmaschine im Teillast-Betriebszustand befindet. In diesem Zustand des Steuerventils kann Abgas aus dem wenigstens einen ersten Zylinder in den diesem Zylinder zugeordneten zweiten Zylinder rückgeführt werden.
  • Bei einer technisch besonders einfach zu realisierenden Ausführungsform ist das Steuerventil in der Abgas-Rückführungsleitung angeordnet. Dies bedeutet, dass das Steuerventil nur die Abgas-Rückführungsleitung verschließen oder freigeben kann, nicht jedoch die Abgas-Abführungsleitung, über welche das Abgas, vorzugsweise über eine Abgasanlage, in der Umgebung der Brennkraftmaschine freigesetzt wird.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Steuerventil im jeweiligen Abzweigungspunkt angeordnet. Auf diese Weise kann der Aufbau des Ventils konstruktiv einfach gehalten werden, da eine wenigstens teilweise Anordnung des Steuerventils sowohl in der Abgas-Rückführungsleitung als auch in der Abgas-Abführungsleitung entfällt.
  • Soll sichergestellt werden, dass im Teillast-Betriebszustand der Brennkraftmaschine das aus dem wenigstens einen Zylinder ausgestoßene Abgas vollständig in den zugeordneten zweiten Zylinder rückgeführt wird, so empfiehlt es sich, das Steuerventil teilweise in der Abgas-Rückführungsleitung und teilweise in der Abgas-Abführungsleitung stromab des Abzweigungspunkts anzuordnen.
  • Mit besonders geringen Fertigungskosten verbunden ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei welcher das Steuerventil als Klappenventil ausgebildet ist. Ein solches Klappenventil umfasst typischerweise eine relativ zur Leitungswand der Abgas-Rückführungsleitung drehbare Spindel, an welcher drehfest eine Ventilklappe befestigt ist. Besagte Ventilklappe verschließt im ersten Zustand die Abgas-Rückführungsleitung und im zweiten Zustand die Abgas-Abführungsleitung. Besonders bevorzugt ist das Klappenventil daher im Abzweigungspunkt der Abgas-Rückführungsleitung von der Abgas-Abführungsleitung angeordnet.
  • Besonders zweckmäßig kann das Steuerventil als Schmetterlingsventil ausgebildet sein. Bei einem solchen Schmetterlingsventil steht die Ventilklappe in einem Querschnitt senkrecht zur drehbaren Spindel beidseitig, vorzugsweise symmetrisch, von der Spindel ab. Ein solches Schmetterlingsventil benötigt zum Verbauen in der Abgas-Abführungsleitung bzw. in der Abgas-Rückführungsleitung besonders wenig Bauraum.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einer vorangehend vorgestellten Brennkraftmaschine.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer vorangehend erläuterten Brennkraftmaschine. Gemäß diesem Verfahren wird in einem Normallast-Betriebszustand der Brennkraftmaschine in wenigstens einen ersten und in wenigstens einen zweiten Zylinder der Brennkraftmaschine Luft eingeleitet und Abgas ausgeleitet. Besagtes Abgas entsteht dabei in herkömmlicher Wiese im Zuge der Verbrennung des im jeweiligen Zylinder durch Kraftstoff-Einspritzung erzeugten Kraftstoff-Luft-Gemischs. In einem Teillast-Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird hingegen die Luftzufuhr in den zweiten Zylinder unterbunden und stattdessen das aus dem ersten Zylinder ausgeleitete Abgas wenigstens teilweise, vorzugweise vollständig, in den zweiten Zylinder rückgeführt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Brennkraftmaschine ein Steuerventil, mittels welchem in der Brennkraftmaschine eingestellt wird, welcher Bruchteil des aus dem ersten Zylinder ausgestoßenen Abgases im Teillast-Betriebszustand über die erste Abgas-Rückführungsleitung in den zweiten Zylinder eingeleitet wird.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch:
    • Fig. 1
    eine den Aufbau einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine schematisch illustrierende Darstellung,
    Fig. 2, 3
    verschiedene, die mögliche Anordnung des erfindungswesentlichen Steuerventils illustrierende Darstellungen,
    Fig. 4, 5
    mögliche technische Realisierungsformen des erfindungswesentlichen Steuerventils.
  • Die Figur 1 illustriert in schematischer Darstellung ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1. Im Beispiel der Figur 1 ist die Brennkraftmaschine 1 mit insgesamt vier Zylindern 2a, 2b, 2c, 2d ausgestattet, d.h. es handelt sich um einen 4-Zylinder-Motor. Die beiden Zylinder 2a, 2c werden im Folgenden als "erste Zylinder" und die beiden Zylinder 2b, 2d im Folgenden als "zweite Zylinder" bezeichnet. Der erfindungswesentliche Aufbau der Brennkraftmaschine 1 wird nun anhand des ersten Zylinders 2a und des zweiten Zylinders 2b erläutert. Der Aufbau der beiden Zylinder 2c, 2d entspricht jenem der Zylinder 2a, 2b, so dass nachfolgende Erläuterungen folglich mutatis mutandis auch auf die Zylinder 2c, 2d angewandt werden können.
  • Entsprechend Figur 1 weist der erste Zylinder 2a einen ersten Einlass 3a zum Einleiten von Luft in den ersten Zylinder 2a und einen ersten Auslass 4a zum Ausleiten von Abgas aus dem ersten Zylinder 2a auf. Der im Zylinder 2a mit der eingeleiteten Luft zu vermischende Kraftstoff wird mittels dem einschlägigen Fachmann bekannter Einspritzdüsen (nicht gezeigt) in den Zylinder eingespritzt. Durch Verbrennung des sich bildenden Kraftstoff-Luftgemischs wird ein im Zylinder 2a linear verstellbar angeordneter Kolben (nicht gezeigt) in Bewegung versetzt. Gleiches gilt für die Zylinder 2b bis 2d, die mit entsprechenden Einlässen 3b-3d und Auslässen 4b-4d versehen sind.
  • Die Brennkraftmaschine 1 ist zwischen einem Normallast-Betriebszustand und einem Teillast-Betriebszustand umschaltbar. Im Normallast-Betriebszustand wird in alle vier Zylinder 2a-2d n herkömmlicher Weise über die Einlässe 3a-3d Luft eingeleitet und mit Kraftstoff vermischt. Das sich ergebende Luft-Kraftstoff-Gemisch wird in den Zylindern 2a-2d verbrannt und das im Zuge der Verbrennung erzeugte Abgas über die Auslässe 3a-3d wieder aus den Zylindern 2a-2d ausgestoßen. Im Teillast-Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 wird die Zufuhr von Luft und Kraftstoff in die beiden zweiten Zylinder 2b und 2d unterbunden, um den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 1 zu reduzieren. Stattdessen wird im Teillast-Betriebszustand in die beiden Zylinder 2b, 2d Abgas eingeleitet, welches in einem vorherigen Takt aus den beiden ersten Zylindern 2a, 2c ausgeleitet wurde. Eine solche Rückführung von Abgas aus den beiden ersten Zylindern 2a, 2c in die beiden zweiten Zylinder 2b, 2d erfolgt mit Hilfe einer ersten und einer zweiten Abgas-Rückführungsleitung 5a, 5b. Die erste Abgas-Rückführungsleitung 5a verbindet den ersten Auslass 4a des ersten Zylinders 2a fluidisch mit dem zweiten Einlass 3b des zweiten Zylinders 2b. Die zweite Abgas-Rückführungsleitung 5b verbindet den ersten Auslass 4c des ersten Zylinders 2c fluidisch mit dem zweiten Einlass 3d des zweiten Zylinders 2d.
  • Die Brennkraftmaschine 1 umfasst ferner ein erstes Steuerventil 6a, mittels welchem einstellbar ist, welcher Bruchteil des aus dem ersten Zylinder 2a ausgestoßenen Abgases über die erste Abgas-Rückführungsleitung 5a in den zweiten Zylinder 2c eingeleitet wird. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst weiterhin ein zweites Steuerventil 6b, mittels welchem einstellbar ist, welcher Bruchteil des aus dem ersten Zylinder 2b ausgestoßenen Abgases über die zweite Abgas-Rückführungsleitung 5b in den zweiten Zylinder 2d eingeleitet wird.
  • Entsprechend Figur 1 ist der erste Auslass 4a des ersten Zylinders 2a fluidisch mit einer Abgas-Abführungsleitung 7a der Brennkraftmaschine 1 verbunden, mittels welcher das Abgas in eine Abgasanlage 8 - diese ist in Figur 1 nur grobschematisch angedeutet - weitergeleitet wird, über welche es an die Umgebung 9 der Brennkraftmaschine 1 abgegeben werden kann. In analoger Weise stehen auch die Zylinder 2b-2d mit entsprechenden Abgas-Abführungsleitungen 7b-7d in Fluidverbindung, die ebenso wie die Abgas-Abführungsleitung 7a fluidisch mit der Abgasanlage 8 fluidisch verbunden sind. Die erste Abgas-Rückführungsleitung 5a zweigt in einem ersten Abzweigungspunkt 10a von der ersten Abgas-Abführungsleitung 7a ab. Die zweite Abgas-Rückführungsleitung 5b zweigt in einem zweiten Abzweigungspunkt 10b von der zweiten Abgas-Abführungsleitung 7b ab.
  • Jedes der beiden Steuerventile 6a, 6b ist zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand verstellbar ausgebildet, derart, dass es in dem ersten Zustand die jeweilige Abgas-Rückführungsleitung 5a, 5b verschließt und die AbgasAbführungsleitung 7a, 7b stromab des jeweiligen Abzweigungspunkts 10a, 10b zum Abführen des Abgases aus der Brennkraftmaschine 1 in die Abgasanlage 8 freigibt. Im zweiten Zustand geben die beiden Steuerventile 6a, 6b die jeweilige Abgas-Rückführungsleitung 5a, 5b frei und verschließen die jeweilige AbgasAbführungsleitung 7a, 7b stromab des jeweiligen Abzweigungspunkts 10a, 10b. Im zweiten Zustand wird das aus dem jeweiligen ersten Zylinder 2a, 2b ausgeleitete Abgas über die jeweilige Abgas-Rückführungsleitung 5a, 5b dem jeweiligen zweiten Zylinder 2c, 2d zugeführt.
  • Zum Verstellen der Steuerventile 5a, 5b kann die Brennkraftmaschine 1 eine Steuerungseinrichtung 11 aufweisen, mittels welcher die Steuerventile 6a, 6b zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand verstellbar sind. Besagte Verstellung erfolgt in Abhängigkeit davon, ob sich die Brennkraftmaschine 1 im Teillast-Betriebszustand befindet oder nicht. Hierzu kann die Steuerungseinrichtung 11 mit der Brennkraftmaschine 1 derart zusammenwirken, dass sie diese zwischen dem Normallast-Betriebszustand und dem Teillast-Betriebszustand umschaltet. In diesem Fall fungiert die Steuerungseinrichtung 11 als Motor-Steuergerät für die Zylinder 2a-2d der Brennkraftmaschine 1. In einer Variante kann die Steuerungseinrichtung 11 auch Teil eines solchen Motor-Steuergeräts sein.
  • Die Steuerungseinrichtung 11 verstellt die beiden Steuerventile 6a, 6b in den ersten Zustand, wenn sich die zweiten Zylinder 2c, 2d nicht im TeillastBetriebszustand befinden. In diesem Zustand findet keine Rückführung von Abgas über die Abgas-Rückführungsleitungen 5a, 5b statt. Die Steuerungseinrichtung 11 verstellt die beiden Steuerventile 6a, 6b in den zweiten Zustand, wenn sich die zweiten Zylinder 2c, 2d im Teillast-Betriebszustand befinden. In diesem Fall sind die Abgas-Rückführungsleitungen 5a, 5b zum Durchströmen mit Abgas freigegeben.
  • Im Beispiel der Figur 1 sind die Steuerventile 5a, 5b in der jeweiligen Abgas-Rückführungsleitung 5a, 5b angeordnet. Dies bedeutet, dass die Steuerventile 6a, 6b nur die Abgas-Rückführungsleitungen 5a, 5b verschließen können, nicht jedoch die beiden Abgas-Abführungsleitungen 7a, 7b.
  • Figur 2 zeigt eine Variante des Beispiels der Figur 1, bei welchem die Steuerventile 6a, 6b im jeweiligen Abzweigungspunkt 10a, 10b angeordnet sind.
  • Figur 3 zeigt in grobschematischer Darstellung eine weitere Variante des Beispiels der Figur 1, bei welchem die beiden Steuerventile 6a, 6b teilweise in der Abgas-Rückführungsleitung 5a, 5b und teilweise in der Abgas-Abführungsleitung 7a, 7b stromab des jeweiligen Abzweigungspunkts 10a, 10b angeordnet sind.
  • Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung eine konstruktive Realisierungsmöglichkeit der Steuerventile 6a, 6b in Form eines Klappenventils 12. Diese Realisierungsform eignet sich insbesondere für das Beispiel der Figur 2, bei welchem die beiden Steuerventile 6a, 6b jeweils im Abzweigungspunkt 10a, 10b angeordnet sind.
  • Figur 5 zeigt schematisch eine Variante des Beispiels der Figur 4, bei welchem die Steuerventile als Schmetterlingsventile 13 ausgebildet sind. Diese Realisierungsform empfiehlt sich besonders für das Beispiel der Figur 3, bei welchem die beiden Steuerventile 6a, 6b jeweils teilweise in der Abgas-Rückführungsleitung 5a, 5b und teilweise in der Abgas-Abführungsleitung 7a, 7b stromab des jeweiligen Abzweigungspunkts 10a, 10b angeordnet sind.

Claims (14)

  1. Brennkraftmaschine (1) für ein Kraftfahrzeug,
    - mit wenigstens einem ersten Zylinder (2a, 2c), der einen ersten Einlass (3a, 3b) zum Einleiten von Luft in den ersten Zylinder (2a, 2c) und einen ersten Auslass (4a, 4b) zum Ausleiten von Abgas aus dem ersten Zylinder (2a, 2c) aufweist,
    - mit wenigstens einem zweiten Zylinder (2b, 2d), der einen zweiten Einlass (3c, 3d) zum Einleiten von Luft in den zweiten Zylinder (2c, 2d) und einen zweiten Auslass (4c, 4d) zum Ausleiten von Abgas aus dem zweiten Zylinder (2b, 2d) aufweist,
    - mit einer Abgas-Rückführungsleitung (5a, 5b), welche den ersten Auslass (4a, 4b) fluidisch mit dem zweiten Einlass (3c, 3d) verbindet, so dass das aus dem ersten Zylinder (2a, 2c) ausgestoßene Abgas in den zweiten Zylinder (2b, 2d) zur zusätzlichen Expansion einleitbar ist,
    - wobei die Brennkraftmaschine (1) durch Unterbinden der Zufuhr von Luft in den zweiten Zylinder (2b, 2d) in einen Teillast-Betriebszustand umschaltbar ist,
    - wobei die Brennkraftmaschine (1) ein Steuerventil (6a, 6b) umfasst, mittels welchem einstellbar ist, welcher Bruchteil des aus dem ersten Zylinder (2a, 2c) ausgestoßenen Abgases im Teillast-Betriebszustand über die AbgasRückführungsleitung (5a, 5b) wieder in den zweiten Zylinder (2b, 2d) eingeleitet wird.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der erste Auslass (4a, 4b) fluidisch mit einer Abgas-Abführungsleitung (7a, 7b) der Brennkraftmaschine zum Abführen des Abgases aus der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist,
    wobei die Abgas-Rückführungsleitung (7a, 7b) in einem Abzweigungspunkt (10a, 10b) von der Abgas-Abführungsleitung (7a, 7b) abzweigt.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventil (6a, 6b) zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand verstellbar ausgebildet ist, derart, dass es in dem ersten Zustand die Abgas-Rückführungsleitung (5a, 5b) verschließt und die Abgas-Abführungsleitung (7a, 7b) stromab des Abzweigungspunkts (10a, 10b) zum Abführen des Abgases aus der Brennkraftmaschine (1) freigibt und in einem zweiten Zustand die Abgas-Rückführungsleitung (5a, 5b) freigibt und die Abgas-Abführungsleitung (7a, 7b) stromab des Abzweigungspunkts (10a, 10b) verschließt, so dass das aus dem ersten Zylinder (2a, 2c) ausgeleitete Abgas über die Abgas-Rückführungsleitung (5a, 5b) dem zweiten Zylinder (2b, 2d) zugeführt wird.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Brennkraftmaschine (1) eine Steuerungseinrichtung (11) aufweist, mittels welcher das Steuerventil (6a, 6b) zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand verstellbar ist, in Abhängigkeit davon, ob sich die Brennkraftmaschine (1) im Teillast-Betriebszustand befindet oder nicht.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventil (6a, 6b) in den ersten Zustand eingestellt ist, wenn sich der zweite Zylinder (2b, 2d) nicht im Teillast-Betriebszustand befindet.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventil (6a, 6b) in den zweiten Zustand eingestellt ist, wenn sich der zweite Zylinder (2c, 2d) im Teillast-Betriebszustand befindet.
  7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventil (6a, 6b) in der Abgas-Rückführungsleitung (5a, 5b) angeordnet ist.
  8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventil (6a, 6b) im Abzweigungspunkt (10a, 10b) angeordnet ist.
  9. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventil (6a, 6b) teilweise in der Abgas-Rückführungsleitung (5a, 5b) und teilweise in der Abgas-Abführungsleitung (7a, 7b) stromab des Abzweigungspunkts (10a, 10b) angeordnet ist.
  10. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventil (6a, 6b) als Klappenventil (12) ausgebildet ist.
  11. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventil (6a, 6b) als Schmetterlingsventil (13) ausgebildet ist.
  12. Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  13. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    - gemäß welchem in einem Normallast-Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) in wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten Zylinder (2a, 2b, 2c, 2d) der Brennkraftmaschine Luft eingeleitet und Abgas ausgeleitet wird,
    - gemäß welchem in einem Teillast-Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) die Luftzufuhr in den zweiten Zylinder (2b, 2d) unterbunden ist und das aus dem ersten Zylinder (2a, 2c) ausgeleitete Abgas wenigstens teilweise in den zweiten Zylinder (2b, 2d) rückgeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, das
    die Brennkraftmaschine (1) ein Steuerventil (6a, 6b) umfasst, mittels welchem in der Brennkraftmaschine eingestellt wird, welcher Bruchteil des aus dem ersten Zylinder (2a, 2c) ausgestoßenen Abgases im Teillast-Betriebszustand über die Abgas-Rückführungsleitung (5a, 5b) in den zweiten Zylinder (2b, 2d) eingeleitet wird.
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