WO2006076954A1 - Internal combustion engine with an exhaust gas recirculation device and method for operating an internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine with an exhaust gas recirculation device and method for operating an internal combustion engine Download PDF

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WO2006076954A1
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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation device and to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 or. 11th
  • a supercharged internal combustion engine with exhaust gas recirculation device is described.
  • the internal combustion engine is equipped with an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine in the exhaust system and a compressor in the intake system.
  • the exhaust gases emitted under pressure from the cylinders of the internal combustion engine drive the turbine wheel whose rotary motion is transmitted to the compressor wheel via a shaft, whereupon combustion air is drawn in from the environment and compressed to an increased charge pressure.
  • exhaust gas recirculation can be performed in the partial load range of the internal combustion engine, in which a part of the exhaust gas mass flow is fed from the exhaust line via a return line in the intake and mixed with the supplied combustion air.
  • the return line branches off upstream of the exhaust gas turbine and opens downstream of an intercooler, which is arranged downstream of the compressor in the intake and the cooling the compressed air is used.
  • an adjustable shut-off valve in the return line Via an adjustable shut-off valve in the return line, the exhaust gas mass flow to be recirculated can be regulated.
  • the invention is based on the problem, with simple measures to reduce the nitrogen oxide emissions of an internal combustion engine.
  • At least one gas exchange valve on at least one cylinder of the internal combustion engine is designed so variable that the opening curve of this valve is variably adjustable.
  • an overlapping phase can be set, during which both the inlet valve and the outlet valve is in an open position, so that a continuous flow connection between the exhaust line and the intake via the cylinder is given.
  • This overlapping phase occurs in particular in the region of top dead center during the final phase of the opening movement of the outlet valve in conjunction with the initial phase of the opening movement of the inlet valve. In this overlapping area, the combustion has already taken place within the relevant working cycle and the resulting exhaust gas has been discharged into the exhaust gas line.
  • This internal exhaust gas recirculation is advantageously carried out in addition to a so-called external exhaust gas recirculation, which is a known in principle exhaust gas recirculation device with a return line between the exhaust line and the intake and arranged therein, adjustable check valve.
  • the exhaust gas recirculation is preferably carried out initially as internal exhaust gas recirculation, that is, via the flow path via the cylinder or the cylinders of the internal combustion engine. This internal exhaust gas recirculation is carried out until an additional condition is met, whereupon the check valve in the return line is opened and also the external exhaust gas recirculation is put into operation.
  • This additional condition can be queried in a control and control unit, which is assigned to the internal combustion engine, as a condition in principle reaching a value of any state or other characteristic of the internal combustion engine or a unit of the internal combustion engine or a combination of such condition- or parameters can be queried.
  • the external exhaust gas recirculation is advantageously carried out in the event that the exhaust gas mass flow to be recirculated via the cylinder or cylinders reaches the capacity limit, which is determined in particular by the relatively short opening duration of both the inlet valve and the outlet valve. When the capacity tuschssky the check valve can be opened in the return line, whereby an overall larger exhaust gas mass flow is recycled.
  • the inner and the outer exhaust gas recirculation can be carried out at the same time. It is also possible sequential activation of internal and external exhaust gas recirculation, in which initially the internal exhaust gas recirculation is performed and only when the additional criterion, the internal exhaust gas recirculation terminated and the external exhaust gas recirculation is activated.
  • a pressure control device may be provided in the exhaust line, via which the exhaust pressure in the exhaust line can be increased.
  • This pressure regulating device is adjusted to increase the pressure in the direction of a stowage position, whereby the exhaust gas back pressure between the outlets of the cylinder of the internal combustion engine and the pressure regulating device increases.
  • this pressure control device is a variable turbine geometry in an exhaust gas turbine, which is part of an exhaust gas turbocharger. This variable turbine geometry makes it possible to adjust the effective turbine inlet cross section between said stowed position with a minimal, free flow cross section and a maximum open position.
  • the control signals as a function of state and Operating variables of the internal combustion engine machine or assigned aggregates are generated.
  • an actuating signal is generated which is supplied to the variably designed gas exchange valve for adjustment into the open position.
  • This gas exchange valve is opened, for example, in a phase within a working cycle, in which the respective other gas exchange valve is also in an open position, so that there is an overlap phase, in which both the inlet valve and the outlet valve is open.
  • the inlet valve is variable, so that the opening curve of the inlet valve can be varied. It is also possible, however, to leave the opening curve of the inlet valve unchanged and to vary the opening curve of the outlet valve for this purpose. Finally, both gas exchange valves can be made variable, so that the opening curves of both valves can be varied.
  • the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger is designed to be double-flowed, wherein each exhaust gas flow is in each case supplied with a line section with the exhaust gases in each case a cylinder bank of the internal combustion engine.
  • the two exhaust gas flows can be of different sizes, which sets different pressure conditions in the exhaust gas flows and in the associated line sections between the engine and the exhaust gas turbine. This pressure difference can be utilized in particular for exhaust gas recirculation in a larger operating range.
  • the inner exhaust gas recirculation is performed in this embodiment, in particular in the low part load range, whereas the external exhaust gas recirculation can be carried out in the higher part load range, which is supported by the increased pressure in the line section of the smaller exhaust gas flow.
  • the relatively lower gas back pressure in the line section of the larger exhaust gas flow suffices to realize the internal exhaust gas recirculation.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with two-stage supercharging and an exhaust gas recirculation device, which comprises both a return line between the exhaust tract and intake tract (external exhaust gas recirculation) and an internal exhaust gas recirculation via variably adjustable gas exchange valves and the cylinders of the internal combustion engine,
  • Fig. 2 is a graph showing the course of the exhaust valve opening curves and the cylinder intake valve versus the crank angle.
  • the in Fig. 1 illustrated internal combustion engine 1 - a gasoline engine or a diesel engine - is equipped with two exhaust gas turbochargers 2 and 3 connected in series, of which the exhaust gas turbocharger 2 arranged close to the engine the function of a high-pressure supercharger and the exhaust gas turbocharger 3 remote from the engine Low-pressure loader takes over, which is realized by the fact that the high-pressure charger is smaller in size than the low-pressure supercharger and therefore has a lower moment of inertia.
  • the exhaust gas turbocharger 2 close to the engine comprises an exhaust gas turbine 4 in the exhaust gas line of the internal combustion engine, whose turbine wheel is connected via a shaft 6 to the compressor wheel in the compressor 5 in the intake tract 12.
  • the exhaust gas turbine 4 has a double-flow design and comprises two exhaust gas flows 4a and 4b, which are of different sizes.
  • the two exhaust gas flows 4a and 4b are in each case connected via an exhaust gas line section 10 and 11 to a respective one of the cylinder banks 1a and 1b of the internal combustion engine 1. Only the exhaust gas of the respective cylinder bank Ia or Ib is passed via the associated Abgastechnischs- section 10 and 11 in the j ehyroid exhaust gas flow 4a and 4b.
  • variable turbine geometry 22 is embodied, for example, as an axially displaceable guide grid or as a guide grid with adjustable guide vanes.
  • This bypass comprises a bypass line 21 which branches off from the exhaust gas line 11 upstream of the exhaust gas turbine and opens again into the exhaust gas line 11 downstream of the exhaust gas turbine.
  • a bypass line 21 which branches off from the exhaust gas line 11 upstream of the exhaust gas turbine and opens again into the exhaust gas line 11 downstream of the exhaust gas turbine.
  • an adjustable check valve 20 In the bypass line 21 is an adjustable check valve 20.
  • the check valve 20 in the bypass line 21 both the flow through the bypass line 21 and the flow through the line section 19 can be regulated.
  • the engine exhaust turbocharger 3 comprises an exhaust gas turbine 7 in the exhaust line, the turbine wheel is connected via a shaft 9 to the compressor wheel in the compressor 8, wherein the compressor 8 is arranged in the intake tract 12 of the internal combustion engine.
  • the compressor 8 aspirates combustion air and increases it to an elevated pressure, below which the combustion air is first cooled in a first charge air cooler 13.
  • the compressed combustion air is cooled in a second charge air cooler 14 and then fed under boost pressure to the cylinders of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas generated in the internal combustion engine in the cylinder banks Ia and Ib is supplied via the exhaust gas lines 10 and 11 to the exhaust gas flows 4a and 4b of the exhaust gas turbine 4, whereby the turbine wheel is driven.
  • the exhaust gases After expansion in the exhaust gas turbine 4, the exhaust gases are collected in the exhaust pipe section 11 and fed to the compressor 7 of the engine-remote turbocharger 3 by utilizing the remaining usable energy of the exhaust gas to drive the turbine wheel.
  • an exhaust gas recirculation device 15 which comprises an exhaust gas recirculation line 16, which branches off from the exhaust gas line 10 upstream of the exhaust gas turbine 4 and opens into the intake tract 12 downstream of the second charge air cooler 14.
  • an exhaust gas cooler 17 and an adjustable shut-off valve 18 is arranged in the exhaust gas recirculation line 16.
  • At least the cylinders of the second cylinder bank Ib of the internal combustion engine 1 are equipped with variably adjustable gas exchange valves 23 which are to be adjusted via actuators 24 between closed position and open position.
  • These adjustable gas exchange valves 23 are in particular the intake valves on the cylinders of the second cylinder bank Ib, but if appropriate, the exhaust valves may also be designed as variably adjustable valves.
  • the gas exchange valves of the first cylinder bank Ia are designed to be variably adjustable. All adjustable units of the internal combustion engine are controlled by a control and control unit 25.
  • control signals are generated as a function of state and operating variables of the internal combustion engine and the aggregates, via which in particular the check valve 18 in the exhaust gas recirculation line 16, the variable turbine geometry 22 in the exhaust gas turbine 4 close to the engine and the actuator 24 for the gas exchange valve 23 and the check valve 20 are acted upon in the bypass line 21.
  • the opening curves for the intake valve and the exhaust valve are shown on a cylinder of the internal combustion engine. Shown is the stroke of each intake or exhaust valve as a function of crank angle in degrees. Shown is a section within a duty cycle of the internal combustion engine in the range between 330 ° and 720 ° crank angle.
  • the opening curve 26 of the inlet valve has a variable area 26a, which is marked dark in the graph. Within this dark marked area, the opening curve of the inlet valve can be varied. This means that a variation of the opening curve 26 during the closing movement of the inlet valve is possible within the dark area delimiting lines 26 'and 26 "The marked area falls in the area of the bottom dead center UT following the combustion within one working cycle.
  • an overlap area 28 in which the opening curves 26, 27 of the intake valve and the exhaust valve overlap.
  • both the inlet valve and the outlet valve are open.
  • the duration of the overlap region 28 may be adjusted, either by varying the opening curve 26 of the intake valve or by varying the opening curve 27 of the exhaust valve or by varying both opening curves.
  • the sequence of exhaust gas recirculation will be described below.
  • the exhaust gas recirculation is realized in particular in the low part-load range by opening the gas exchange valves 23 on the cylinder bank 1 b (internal exhaust gas recirculation).
  • both the intake valves and the exhaust valves on the cylinders of the cylinder bank Ib which is connected via the exhaust pipe 11 with the larger exhaust gas flow 4b, adjusted in the open position, so that at a prevailing in the exhaust pipe 11 higher exhaust pressure compared to the pressure in Intake tract 12, a transfer of exhaust gas from the exhaust pipe 11 is made possible in the intake tract.
  • the exhaust gas recirculation is performed additionally or alternatively by opening the check valve 18 in the return line 16 (external exhaust gas recirculation).
  • the return line 16 branches off from the exhaust pipe 10, via which the first cylinder bank Ia is connected to the smaller exhaust gas flow 4a.
  • the exhaust pipe 10 there is usually a higher exhaust gas pressure than in the second exhaust pipe 11, since the smaller cross section of the exhaust gas flow 4a causes a stronger damming of exhaust gas than the larger cross section in the exhaust gas flow 4b.
  • variable valve timing of the gas exchange valves can also be utilized for an improved engine braking process.
  • the exhaust valves are clocked so that in the region of top dead center after the compression stroke, the air is blown out of the cylinders into the exhaust system.
  • the exhaust valves may be almost without movement. remain permanently open as a throttle with low lift height for permanent blow-off and internal recirculation.

Abstract

An internal combustion engine is provided with an exhaust gas recirculation device which comprises a recirculation line between the exhaust gas train and the intake tract of the internal combustion engine and an adjustable non-return valve. Inlet and outlet valves which can be adjusted between a closing and opening position are also provided on the cylinders of the internal combustion engine. Said inlet and outlet valves are adjusted in a variable manner according to adjustment signals of a regulating and control unit. In order to ensure that the exhaust gases are recirculated through the cylinders, said inlet valves and/or outlet valves are adjusted to the opening position.

Description

Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführungseinrichtung und Verfahren zum Betrieb einer BrennkraftmaschineInternal combustion engine with an exhaust gas recirculation device and method for operating an internal combustion engine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführungseinrichtung und auf ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw . 11.The invention relates to an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation device and to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 or. 11th
In der Druckschrift DE 197 34 494 Cl wird eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Abgasrückführungseinrichtung beschrieben . Die Brennkraftmaschine ist mit einem Abgasturbolader mit einer Abgasturbine im Abgasstrang und einem Verdichter im Ansaugtrakt ausgestattet . Die unter Druck aus den Zylindern der Brennkraftmaschine emittierten Abgase treiben das Turbinenrad an, dessen Drehbewegung über eine Welle auf das Verdichterrad übertragen wird, woraufhin Verbrennungsluft aus der Umgebung angesaugt und auf einen erhöhten Ladedruck verdichtet wird .In the document DE 197 34 494 Cl a supercharged internal combustion engine with exhaust gas recirculation device is described. The internal combustion engine is equipped with an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine in the exhaust system and a compressor in the intake system. The exhaust gases emitted under pressure from the cylinders of the internal combustion engine drive the turbine wheel whose rotary motion is transmitted to the compressor wheel via a shaft, whereupon combustion air is drawn in from the environment and compressed to an increased charge pressure.
Zur Reduzierung der Stickoxidemissionen kann im Teillastbereich der Brennkraftmaschine eine Abgasrückführung durchgeführt werden, bei der ein Teil des Abgasmassenstromes aus dem Abgasstrang über eine Rückführleitung in den Ansaugtrakt eingespeist und mit der herangeführten Verbrennungsluft vermischt wird. Die Rückführleitung zweigt stromauf der Abgasturbine ab und mündet stromab eines Ladeluftkühlers , welcher im Ansaugtrakt dem Verdichter nachgeordnet ist und der Küh- lung der komprimierten Luft dient . Über ein einstellbares Sperrventil in der Rückführleitung kann der rückzuführende Abgasmassenstrom reguliert werden .To reduce the nitrogen oxide emissions exhaust gas recirculation can be performed in the partial load range of the internal combustion engine, in which a part of the exhaust gas mass flow is fed from the exhaust line via a return line in the intake and mixed with the supplied combustion air. The return line branches off upstream of the exhaust gas turbine and opens downstream of an intercooler, which is arranged downstream of the compressor in the intake and the cooling the compressed air is used. Via an adjustable shut-off valve in the return line, the exhaust gas mass flow to be recirculated can be regulated.
Die mit hohen Abgasrückführraten einhergehende Problematik liegt insbesondere in der stärkeren Temperatur- und Druckbelastung des Abgasturboladers sowohl auf der Luft- als auch auf der Abgasseite . Zu beachten ist insbesondere , dass in der Abgasrückführleitung ein ausreichend groß dimensionierter Abgaskühler vorgesehen sein muss , um zum einen die thermische Belastung durch das heiße Abgas zu reduzieren und zum anderen auch ein niedrigeres Temperaturniveau zu kreieren, welches der Entstehung von Stickoxiden hemmend entgegenwirkt .The problem associated with high exhaust gas recirculation rates is especially in the stronger temperature and pressure load of the exhaust gas turbocharger both on the air and on the exhaust side. It should be noted in particular that in the exhaust gas recirculation line a sufficiently large-sized exhaust gas cooler must be provided in order to reduce the thermal load on the one hand by the hot exhaust gas and on the other hand to create a lower temperature level, which counteracts the formation of nitrogen oxides inhibiting.
Die Problematik, die Entstehung von Stickoxiden zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, ist auch Gegenstand der US 6 688 280 B2. In dieser Druckschrift wird ein Verfahren zur verzögerten Öffnungshubbewegung des Einlassventils am Zylinder beschrieben, was zur Folge hat , dass während des Kompressionshubs ein Teil der in den Brennraum eingeleiteten Verbrennungsluft über das geöffnete Einlassventil wieder in den Luftsammler entweichen kann, wodurch der Brennraumin- nendruck und die Brennraumtemperatur abgesenkt werden können. Die verzögerte Schließbewegung des Einlassventils wird mit- hilfe einer variabel zu öffnenden und zu schließenden Ventileinrichtung realisiert , die als Funktion von Zustands- und Betriebsgrößen, insbesondere als Funktion der Temperatur der Brennkraftmaschine, der Ladelufttemperatur und der Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine, zu steuern ist .The problem of preventing or at least reducing the formation of nitrogen oxides is also the subject of US Pat. No. 6,688,280 B2. This document describes a method for the delayed opening stroke movement of the inlet valve on the cylinder, with the result that during the compression stroke, a portion of the combustion air introduced into the combustion chamber can escape back into the air collector via the opened inlet valve, whereby the internal combustion chamber pressure and Combustion chamber temperature can be lowered. The delayed closing movement of the inlet valve is realized by means of a variably openable and closable valve device which is to be controlled as a function of state and operating variables, in particular as a function of the temperature of the internal combustion engine, the charge air temperature and the load and speed of the internal combustion engine.
Mit der in der US 6 688 280 B2 gezeigten Brennkraftmaschine bzw. dem dort offenbarten Verfahren ist keine Rückführung von Abgas aus dem Abgasstrang in den Ansaugtrakt möglich . Es kann lediglich während des Verdichtungshubes des Zylinders , also noch vor der Verbrennung, innerhalb eines Arbeitszyklus eine Druck- und Temperaturreduzierung der Verbrennungsluft im Brennraum erzielt werden, indem unter Druck stehende Verbrennungsluft aus dem Brennraum in den Ansaugtrakt zurückgeblasen wird .With the internal combustion engine shown in US Pat. No. 6,688,280 B2 or the method disclosed therein, it is not possible to recirculate exhaust gas from the exhaust gas line into the intake tract. It can only during the compression stroke of the cylinder, ie even before combustion, within a working cycle, a pressure and temperature reduction of the combustion air in the combustion chamber can be achieved by pressurized combustion air is blown back from the combustion chamber into the intake.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, mit einfach durchzuführenden Maßnahmen die Stickoxidemissionen einer Brennkraftmaschine zu verringern.The invention is based on the problem, with simple measures to reduce the nitrogen oxide emissions of an internal combustion engine.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß bei einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 und bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst . Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an .This problem is inventively achieved in an internal combustion engine with the features of claim 1 and in a method having the features of claim 11. The dependent claims indicate expedient developments.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist wenigstens ein Gas- wechselventil an zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine derart variabel ausgeführt , dass die Öffnungskurve dieses Ventils veränderlich einstellbar ist . Auf diese Weise kann eine Überschneidungsphase eingestellt werden, während der sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil in einer Öffnungsstellung steht , sodass eine durchgehende Strömungsverbindung zwischen dem Abgasstrang und dem Ansaugtrakt über den Zylinder gegeben ist . Diese Überschneidungsphase erfolgt insbesondere im Bereich des oberen Totpunktes während der Endphase der Öffnungsbewegung des Auslassventils in Verbindung mit der Anfangsphase der Öffnungsbewegung des Einlassventils . In diesem Überschneidungsbereich ist innerhalb des betreffenden Arbeitszyklus die Verbrennung bereits erfolgt und das entstandene Abgas in den Abgasstrang abgeleitet worden . Indem man sowohl das Auslassventil als auch das Einlassventil j eweils zumindest teilweise geöffnet hält , wird eine durchgehende Strömungsverbindung zwischen Abgasstrang und Ansaugtrakt über den Brennraum des Zylinders hergestellt , sodass das Gas aus Abgasstrang dem Druckgefälle folgend in den Ansaugtrakt überströmen kann. Bei einem den Ladedruck ü- bersteigenden Abgasgegendruck kann auf diese Weise eine kurzzeitige Abgasrückführung über den betreffenden Zylinder durchgeführt werden, was als so genannte innere Abgasrückführung bezeichnet werden kann.In the method according to the invention, at least one gas exchange valve on at least one cylinder of the internal combustion engine is designed so variable that the opening curve of this valve is variably adjustable. In this way, an overlapping phase can be set, during which both the inlet valve and the outlet valve is in an open position, so that a continuous flow connection between the exhaust line and the intake via the cylinder is given. This overlapping phase occurs in particular in the region of top dead center during the final phase of the opening movement of the outlet valve in conjunction with the initial phase of the opening movement of the inlet valve. In this overlapping area, the combustion has already taken place within the relevant working cycle and the resulting exhaust gas has been discharged into the exhaust gas line. By keeping both the exhaust valve and the inlet valve at least partially open, a continuous flow connection between the exhaust tract and the intake tract is established via the combustion chamber of the cylinder, so that the gas can flow from the exhaust system following the pressure gradient in the intake tract. In the case of an exhaust backpressure exceeding the boost pressure, a short-time exhaust gas recirculation can be carried out via the respective cylinder in this way, which can be referred to as so-called internal exhaust gas recirculation.
Diese innere Abgasrückführung wird zweckmäßig zusätzlich zu einer so genannten äußeren Abgasrückführung durchgeführt , bei der es sich um eine im Prinzip bekannte Abgasrückführungseinrichtung mit einer Rückführleitung zwischen dem Abgasstrang und dem Ansaugtrakt und einem darin angeordneten, einstellbaren Sperrventil handelt . In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Abgasrückführung bevorzugt zunächst als innere Abgasrückführung durchgeführt wird, also über den Strömungsweg über den Zylinder bzw. die Zylinder der Brennkraftmaschine . Diese innere Abgasrückführung wird so lange durchgeführt , bis eine zusätzliche Bedingung erfüllt ist , woraufhin das Sperrventil in der Rückführleitung geöffnet wird und auch die äußere Abgasrückführung in Betrieb genommen wird .This internal exhaust gas recirculation is advantageously carried out in addition to a so-called external exhaust gas recirculation, which is a known in principle exhaust gas recirculation device with a return line between the exhaust line and the intake and arranged therein, adjustable check valve. In an advantageous embodiment of the method, it is provided that the exhaust gas recirculation is preferably carried out initially as internal exhaust gas recirculation, that is, via the flow path via the cylinder or the cylinders of the internal combustion engine. This internal exhaust gas recirculation is carried out until an additional condition is met, whereupon the check valve in the return line is opened and also the external exhaust gas recirculation is put into operation.
Diese zusätzliche Bedingung kann in einer Regel- und Steuereinheit , welche der Brennkraftmaschine zugeordnet ist , abgefragt werden, wobei als Bedingung im Prinzip das Erreichen eines Wertes einer beliebigen Zustands- oder sonstigen Kenngröße der Brennkraftmaschine bzw. eines Aggregates der Brennkraftmaschine oder eine Verknüpfung derartiger Zustand- bzw. Kenngrößen abgefragt werden kann. Vorteilhaft wird die äußere Abgasrückführung für den Fall durchgeführt , dass der über den bzw. die Zylinder rückzuführende Abgasmassenstrom die Kapazitätsgrenze erreicht , welche insbesondere von der verhältnismäßig kurzen Öffnungsdauer sowohl des Einlassventils als auch des Auslassventils bestimmt ist . Bei Erreichen der Kapazi- tätsgrenze kann das Sperrventil in der Rückführleitung geöffnet werden, wodurch ein insgesamt größerer Abgasmassenstrom rückgeführt wird.This additional condition can be queried in a control and control unit, which is assigned to the internal combustion engine, as a condition in principle reaching a value of any state or other characteristic of the internal combustion engine or a unit of the internal combustion engine or a combination of such condition- or parameters can be queried. The external exhaust gas recirculation is advantageously carried out in the event that the exhaust gas mass flow to be recirculated via the cylinder or cylinders reaches the capacity limit, which is determined in particular by the relatively short opening duration of both the inlet valve and the outlet valve. When the capacity tätsgrenze the check valve can be opened in the return line, whereby an overall larger exhaust gas mass flow is recycled.
Grundsätzlich können die innere und die äußere Abgasrückführung zeitgleich durchgeführt werden . Möglich ist aber auch ein aufeinander folgendes Aktivieren von innerer und äußerer Abgasrückführung, bei der zunächst die innere Abgasrückführung durchgeführt wird und erst bei Erreichen des zusätzlichen Kriteriums die innere Abgasrückführung beendet und die äußere Abgasrückführung aktiviert wird .In principle, the inner and the outer exhaust gas recirculation can be carried out at the same time. It is also possible sequential activation of internal and external exhaust gas recirculation, in which initially the internal exhaust gas recirculation is performed and only when the additional criterion, the internal exhaust gas recirculation terminated and the external exhaust gas recirculation is activated.
Zur Verbesserung der die Abgasrückführung unterstützenden Randbedingungen kann im Abgasstrang eine Druckregeleinrichtung vorgesehen sein, über die der Abgasdruck im Abgasstrang erhöht werden kann. Diese Druckregeleinrichtung wird zur Steigerung des Drucks in Richtung einer Stauposition verstellt , wodurch der Abgasgegendruck zwischen den Auslässen der Zylinder der Brennkraftmaschine und der Druckregeleinrichtung ansteigt . Zweckmäßig handelt es sich bei dieser Druckregeleinrichtung um eine variable Turbinengeometrie in einer Abgasturbine , welche Bestandteil eines Abgasturboladers ist . Diese variable Turbinengeometrie ermöglicht eine Verstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnittes zwischen der besagten Stauposition mit minimalem, freiem Strömungsquerschnitt und einer maximalen Öffnungsstellung .To improve the exhaust gas recirculation supporting boundary conditions, a pressure control device may be provided in the exhaust line, via which the exhaust pressure in the exhaust line can be increased. This pressure regulating device is adjusted to increase the pressure in the direction of a stowage position, whereby the exhaust gas back pressure between the outlets of the cylinder of the internal combustion engine and the pressure regulating device increases. Suitably, this pressure control device is a variable turbine geometry in an exhaust gas turbine, which is part of an exhaust gas turbocharger. This variable turbine geometry makes it possible to adjust the effective turbine inlet cross section between said stowed position with a minimal, free flow cross section and a maximum open position.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist zusätzlich zur Rückführleitung mit Sperrventil zwischen Abgasstrang und Ansaugtrakt (äußere Abgasrückführung) wenigstens ein Gaswechselventil wenigstens eines Zylinders mithilfe von Stellsignalen einer Regel- und Steuereinheit zu verstellen, welche der Brennkraftmaschine zugeordnet ist , wobei die Stellsignale als Funktion von Zustands- und Betriebsgrößen der Brennkraftma- schine bzw. zugeordneter Aggregate erzeugt werden . Zur Durchführung der inneren Abgasrückführung wird ein Stellsignal erzeugt , welches dem variabel ausgeführten Gaswechselventil zur Verstellung in die Öffnungsposition zugeführt wird. Dieses Gaswechselventil wird beispielhaft in einer Phase innerhalb eines Arbeitszyklus geöffnet , in der das j eweils andere Gaswechselventil ebenfalls in einer Öffnungsstellung steht , so- dass eine Überschneidungsphase gegeben ist , in der sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geöffnet ist .In the internal combustion engine according to the invention, in addition to the return line with shut-off valve between the exhaust line and intake (external exhaust gas recirculation) at least one gas exchange valve at least one cylinder to adjust using control signals of a control and control unit, which is assigned to the internal combustion engine, the control signals as a function of state and Operating variables of the internal combustion engine machine or assigned aggregates are generated. To carry out the internal exhaust gas recirculation, an actuating signal is generated which is supplied to the variably designed gas exchange valve for adjustment into the open position. This gas exchange valve is opened, for example, in a phase within a working cycle, in which the respective other gas exchange valve is also in an open position, so that there is an overlap phase, in which both the inlet valve and the outlet valve is open.
Zweckmäßig ist das Einlassventil variabel ausgebildet , sodass die Öffnungskurve des Einlassventils variiert werden kann . Möglich ist aber auch, die Öffnungskurve des Einlassventils unverändert zu belassen und dafür die Öffnungskurve des Auslassventils zu variieren. Schließlich können auch beide Gaswechselventile variabel ausgestaltet sein, sodass die Öffnungskurven beider Ventile variiert werden können .Suitably, the inlet valve is variable, so that the opening curve of the inlet valve can be varied. It is also possible, however, to leave the opening curve of the inlet valve unchanged and to vary the opening curve of the outlet valve for this purpose. Finally, both gas exchange valves can be made variable, so that the opening curves of both valves can be varied.
Darüber hinaus ist es möglich, anstelle eines Auslassventils auch ein Drosselventil , welches in den Abgasstrang öffnet , für die innere Abgasrückführung heranzuziehen .Moreover, it is possible, instead of an exhaust valve, to use a throttle valve, which opens into the exhaust gas line, for the internal exhaust gas recirculation.
In zweckmäßiger Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abgas- turbine des Abgasturboladers zweiflutig ausgebildet ist , wobei j ede Abgasflut über j eweils einen Leitungsabschnitt mit den Abgasen j eweils einer Zylinderbank der Brennkraftmaschine versorgt wird. Die beiden Abgasfluten können unterschiedlich groß ausgebildet sein, wodurch sich in den Abgasfluten sowie in den damit verbundenen Leitungsabschnitten zwischen Brennkraftmaschine und Abgasturbine unterschiedliche Druckverhältnisse einstellen. Diese Druckdifferenz kann insbesondere für eine Abgasrückführung in einem größeren Betriebsbereich ausgenutzt werden . So ist es vorteilhaft , die Gaswechselventile in derj enigen Zylinderbank variabel auszuführen, die über den Leitungsabschnitt mit der größeren Abgasflut verbunden ist , wohingegen vom Leitungsabschnitt der kleineren Abgasflut die RückführIeitung der äußeren Abgasrückführung abzweigt . Die innere Abgasrückführung wird in dieser Ausbildung insbesondere im niederen Teillastbereich durchgeführt , wohingegen die äußere Abgasrückführung im höheren Teillastbereich erfolgen kann, was durch den erhöhten Druck im Leitungsabschnitt der kleineren Abgasflut unterstützt wird. Im unteren Teillastbereich reicht dagegen der relativ geringere Gasgegendruck in dem Leitungsabschnitt der größeren Abgasflut aus , um die innere Abgasrückführung zu realisieren .In an expedient development, it is provided that the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger is designed to be double-flowed, wherein each exhaust gas flow is in each case supplied with a line section with the exhaust gases in each case a cylinder bank of the internal combustion engine. The two exhaust gas flows can be of different sizes, which sets different pressure conditions in the exhaust gas flows and in the associated line sections between the engine and the exhaust gas turbine. This pressure difference can be utilized in particular for exhaust gas recirculation in a larger operating range. Thus, it is advantageous to variably carry out the gas exchange valves in the cylinder bank, which over the Line section is connected to the larger exhaust gas flow, whereas the return line of the external exhaust gas recirculation branches off from the line section of the smaller exhaust gas flow. The inner exhaust gas recirculation is performed in this embodiment, in particular in the low part load range, whereas the external exhaust gas recirculation can be carried out in the higher part load range, which is supported by the increased pressure in the line section of the smaller exhaust gas flow. In the lower part-load range, on the other hand, the relatively lower gas back pressure in the line section of the larger exhaust gas flow suffices to realize the internal exhaust gas recirculation.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen . Es zeigen :Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it :
Fig . 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung und einer Abgas- rückführungseinrichtung, die sowohl eine Rückführleitung zwischen Abgasstrang und Ansaugtrakt (äußere Abgasrückführung) als auch eine innere Abgasrückführung über variabel einstellbare Gaswechsel- ventile und die Zylinder der Brennkraftmaschine um- fasst ,Fig. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with two-stage supercharging and an exhaust gas recirculation device, which comprises both a return line between the exhaust tract and intake tract (external exhaust gas recirculation) and an internal exhaust gas recirculation via variably adjustable gas exchange valves and the cylinders of the internal combustion engine,
Fig . 2 ein Schaubild mit dem Verlauf der Öffnungskurven von Auslassventil und Einlassventil am Zylinder in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel .Fig. 2 is a graph showing the course of the exhaust valve opening curves and the cylinder intake valve versus the crank angle.
Die in Fig . 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 - ein Ottomotor oder ein Dieselmotor - ist mit zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern 2 und 3 ausgestattet, von denen der motornah angeordnete Abgasturbolader 2 die Funktion eines Hochdruckladers und der motorferne Abgasturbolader 3 die Funktion eines Niederdruckladers übernimmt , was dadurch realisiert wird, dass der Hochdrucklader kleiner dimensioniert ist als der Niederdrucklader und daher ein geringeres Massenträgheitsmoment besitzt .The in Fig. 1 illustrated internal combustion engine 1 - a gasoline engine or a diesel engine - is equipped with two exhaust gas turbochargers 2 and 3 connected in series, of which the exhaust gas turbocharger 2 arranged close to the engine the function of a high-pressure supercharger and the exhaust gas turbocharger 3 remote from the engine Low-pressure loader takes over, which is realized by the fact that the high-pressure charger is smaller in size than the low-pressure supercharger and therefore has a lower moment of inertia.
Der motornahe Abgasturbolader 2 umfasst eine Abgasturbine 4 im Abgasstrang der Brennkraftmaschine , deren Turbinenrad über eine Welle 6 mit dem Verdichterrad im Verdichter 5 im Ansaugtrakt 12 verbunden ist . Die Abgasturbine 4 ist zweiflutig aufgebaut und umfasst zwei Abgasfluten 4a und 4b, die unterschiedlich groß ausgebildet sind . Die beiden Abgasfluten 4a und 4b sind über j eweils einen Abgasleitungsabschnitt 10 und 11 mit j eweils einer Zylinderbank Ia bzw. Ib der Brennkraftmaschine 1 verbunden . Nur das Abgas der betreffenden Zylinderbank Ia bzw. Ib wird über den zugeordneten Abgasleitungs- abschnitt 10 bzw. 11 in die j eweilige Abgasflut 4a bzw. 4b geleitet .The exhaust gas turbocharger 2 close to the engine comprises an exhaust gas turbine 4 in the exhaust gas line of the internal combustion engine, whose turbine wheel is connected via a shaft 6 to the compressor wheel in the compressor 5 in the intake tract 12. The exhaust gas turbine 4 has a double-flow design and comprises two exhaust gas flows 4a and 4b, which are of different sizes. The two exhaust gas flows 4a and 4b are in each case connected via an exhaust gas line section 10 and 11 to a respective one of the cylinder banks 1a and 1b of the internal combustion engine 1. Only the exhaust gas of the respective cylinder bank Ia or Ib is passed via the associated Abgasleitungs- section 10 and 11 in the j eweilige exhaust gas flow 4a and 4b.
Darüber hinaus ist die Abgasturbine 4 mit einer variablen Turbinengeometrie 22 ausgestattet , über die der wirksame Turbineneintrittsquerschnitt zwischen einer minimalen Stauposition und einer maximalen Öffnungsposition zu verstellen ist . Die variable Turbinengeometrie 22 ist beispielsweise als axial verschiebbares Leitgitter oder als Leitgitter mit verstellbaren Leitschaufeln ausgeführt .In addition, the exhaust gas turbine 4 is equipped with a variable turbine geometry 22, via which the effective turbine inlet cross section is to be adjusted between a minimum stowed position and a maximum open position. The variable turbine geometry 22 is embodied, for example, as an axially displaceable guide grid or as a guide grid with adjustable guide vanes.
Von der Abgasleitung 11 zweigt ein die Abgasturbine 4 überbrückender Bypass ab . Dieser Bypass umfasst eine Überbrückungsleitung 21 , die stromauf der Abgasturbine von der Abgasleitung 11 abzweigt und stromab der Abgasturbine wieder in die Abgasleitung 11 einmündet . In der Überbrückungsleitung 21 befindet sich ein einstellbares Sperrventil 20. Darüber hinaus ist ein von der ersten Abgasleitung 10 , welche der kleineren Abgasflut 4a zugeordnet ist , abzweigender Leitungsab- schnitt 19 vorgesehen, welcher in die Überbrückungsleitung 21 einmündet . Durch das Sperrventil 20 in der Überbrückungsleitung 21 kann sowohl der Durchfluss durch die Überbrückungsleitung 21 als auch der Durchfluss durch den Leitungsabschnitt 19 reguliert werden . Auf diese Weise ist es möglich, in einer Sperrposition die Überbrückungsleitung 21 vollständig zu schließen, sodass auch der Leitungsabschnitt 19 abgeriegelt ist und das Abgas weder aus der Abgasleitung 10 noch aus der Abgasleitung 11 durch den Bypass geführt wird . In einer ersten Öffnungsposition ist der Leitungsabschnitt 19 geschlossen und die Überbrückungsleitung 21 geöffnet , sodass nur das Abgas aus dem Leitungsabschnitt 11 für die größere Abgasflut 4b über den Bypass geleitet wird, nicht j edoch das Abgas aus dem Leitungsabschnitt 10 für die kleinere Abgasflut 4a . In einer zweiten Öffnungsposition sind die Verhältnisse umgekehrt , sodass nur das Abgas aus dem Leitungsabschnitt 10 , nicht j edoch das Abgas aus dem Leitungsabschnitt 11 über den Bypass geleitet wird. In einer dritten Öffnungsposition wird zwischen den Leitungsabschnitten 10 und 11 umgeblasen, j edoch kein Abgas über die Überbrückungsleitung zur Umgehung der Ab- gasturbine geführt . Schließlich ist es auch möglich, das Abgas aus beiden Leitungsabschnitten 10 und 11 über den Bypass abzuleiten .From the exhaust pipe 11 branches off the exhaust gas turbine 4 bridging bypass. This bypass comprises a bypass line 21 which branches off from the exhaust gas line 11 upstream of the exhaust gas turbine and opens again into the exhaust gas line 11 downstream of the exhaust gas turbine. In the bypass line 21 is an adjustable check valve 20. In addition, one of the first exhaust pipe 10, which is associated with the smaller exhaust gas flow 4 a, branching off line tap 19 provided, which opens into the bypass line 21. Through the check valve 20 in the bypass line 21, both the flow through the bypass line 21 and the flow through the line section 19 can be regulated. In this way, it is possible to completely close the bridging line 21 in a blocking position, so that the line section 19 is also sealed off and the exhaust gas is guided neither from the exhaust pipe 10 nor from the exhaust pipe 11 through the bypass. In a first opening position, the line section 19 is closed and the bypass line 21 is opened, so that only the exhaust gas from the line section 11 for the larger exhaust gas flow 4b is passed over the bypass, but not the exhaust gas from the line section 10 for the smaller exhaust gas flow 4a. In a second opening position, the conditions are reversed, so that only the exhaust gas from the line section 10, not j ed but the exhaust gas from the line section 11 is passed through the bypass. In a third opening position is blown over between the line sections 10 and 11, however, no exhaust gas is guided via the bypass line to bypass the exhaust gas turbine. Finally, it is also possible to derive the exhaust gas from both line sections 10 and 11 via the bypass.
Der motorferne Abgasturbolader 3 umfasst eine Abgasturbine 7 im Abgasstrang, deren Turbinenrad über eine Welle 9 mit dem Verdichterrad im Verdichter 8 verbunden ist , wobei der Verdichter 8 im Ansaugtrakt 12 der Brennkraftmaschine angeordnet ist . Im Betrieb der Brennkraftmaschine saugt der Verdichter 8 Verbrennungsluft an und erhöht diese auf einen erhöhten Druck, unter dem die Verbrennungsluft zunächst in einem ersten Ladeluftkühler 13 gekühlt wird. Im weiteren Verlauf wird die vorverdichtete Verbrennungsluft dem nachgeschalteten Verdichter 5 des motornahen Abgasturboladers zugeführt . Stromab des Verdichters 5 wird die komprimierte Verbrennungsluft in einem zweiten Ladeluftkühler 14 gekühlt und anschließend unter Ladedruck den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt .The engine exhaust turbocharger 3 comprises an exhaust gas turbine 7 in the exhaust line, the turbine wheel is connected via a shaft 9 to the compressor wheel in the compressor 8, wherein the compressor 8 is arranged in the intake tract 12 of the internal combustion engine. During operation of the internal combustion engine, the compressor 8 aspirates combustion air and increases it to an elevated pressure, below which the combustion air is first cooled in a first charge air cooler 13. In the course of the pre-compressed combustion air is fed to the downstream compressor 5 of the exhaust gas turbocharger close to the engine. Downstream of the compressor 5, the compressed combustion air is cooled in a second charge air cooler 14 and then fed under boost pressure to the cylinders of the internal combustion engine.
Auf der Abgasseite wird das in der Brennkraftmaschine in den Zylinderbänken Ia und Ib erzeugte Abgas über die Abgasleitun- gen 10 und 11 den Abgasfluten 4a bzw. 4b der Abgasturbine 4 zugeführt , wodurch das Turbinenrad angetrieben wird . Nach der Entspannung in der Abgasturbine 4 werden die Abgase in dem Abgasleitungsabschnitt 11 gesammelt und dem Verdichter 7 des motorfernen Turboladers 3 zugeführt , indem die restliche nutzbare Energie des Abgases zum Antrieb des Turbinenrades genutzt wird .On the exhaust side, the exhaust gas generated in the internal combustion engine in the cylinder banks Ia and Ib is supplied via the exhaust gas lines 10 and 11 to the exhaust gas flows 4a and 4b of the exhaust gas turbine 4, whereby the turbine wheel is driven. After expansion in the exhaust gas turbine 4, the exhaust gases are collected in the exhaust pipe section 11 and fed to the compressor 7 of the engine-remote turbocharger 3 by utilizing the remaining usable energy of the exhaust gas to drive the turbine wheel.
Des Weiteren ist eine Abgasrückführungseinrichtung 15 vorgesehen, die eine Abgasrückführleitung 16 umfasst , die von der Abgasleitung 10 stromauf der Abgasturbine 4 abzweigt und stromab des zweiten Ladeluftkühlers 14 in den Ansaugtrakt 12 einmündet . In der Abgasrückführleitung 16 ist ein Abgaskühler 17 sowie ein einstellbares Sperrventil 18 angeordnet .Furthermore, an exhaust gas recirculation device 15 is provided, which comprises an exhaust gas recirculation line 16, which branches off from the exhaust gas line 10 upstream of the exhaust gas turbine 4 and opens into the intake tract 12 downstream of the second charge air cooler 14. In the exhaust gas recirculation line 16, an exhaust gas cooler 17 and an adjustable shut-off valve 18 is arranged.
Zumindest die Zylinder der zweiten Zylinderbank Ib der Brennkraftmaschine 1 sind mit variabel zu verstellenden Gaswechselventilen 23 ausgerüstet , die über Aktuatoren 24 zwischen Schließposition und Öffnungsposition zu verstellen sind . Bei diesen verstellbaren Gaswechselventilen 23 handelt es sich insbesondere um die Einlassventile an den Zylindern der zweiten Zylinderbank Ib, gegebenenfalls können aber auch die Auslassventile als variabel verstellbare Ventile ausgeführt sein . Schließlich ist es auch möglich, dass auch die Gaswechselventile der ersten Zylinderbank Ia variabel verstellbar ausgebildet sind . Sämtliche verstellbaren Baueinheiten der Brennkraftmaschine werden von einer Regel- und Steuereinheit 25 kontrolliert . In der Regel- und Steuereinheit 25 werden in Abhängigkeit von Zustande- und Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und der Aggregate Stellsignale erzeugt , über die insbesondere das Sperrventil 18 in der Abgasrückführleitung 16 , die variable Turbinengeometrie 22 in der motornahen Abgasturbine 4 und der Aktuator 24 für das Gaswechselventil 23 und das Sperrventil 20 in der Überbrückungsleitung 21 beaufschlagt werden .At least the cylinders of the second cylinder bank Ib of the internal combustion engine 1 are equipped with variably adjustable gas exchange valves 23 which are to be adjusted via actuators 24 between closed position and open position. These adjustable gas exchange valves 23 are in particular the intake valves on the cylinders of the second cylinder bank Ib, but if appropriate, the exhaust valves may also be designed as variably adjustable valves. Finally, it is also possible that the gas exchange valves of the first cylinder bank Ia are designed to be variably adjustable. All adjustable units of the internal combustion engine are controlled by a control and control unit 25. In control and control unit 25, control signals are generated as a function of state and operating variables of the internal combustion engine and the aggregates, via which in particular the check valve 18 in the exhaust gas recirculation line 16, the variable turbine geometry 22 in the exhaust gas turbine 4 close to the engine and the actuator 24 for the gas exchange valve 23 and the check valve 20 are acted upon in the bypass line 21.
In dem Schaubild nach Fig . 2 sind die Öffnungskurven für das Einlassventil und das Auslassventil an einem Zylinder der Brennkraftmaschine dargestellt . Gezeigt ist der Hub j edes Einlass- bzw. Auslassventils als Funktion des Kurbelwinkels in Grad. Dargestellt ist ein Ausschnitt innerhalb eines Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine im Bereich zwischen 330 ° und 720° Kurbelwinkel . Die Öffnungskurve 26 des Einlassventils weist einen variablen Bereich 26a auf , der im Schaubild dunkel markiert ist . Innerhalb dieses dunkel markierten Bereiches kann die Öffnungskurve des Einlassventils variiert werden. Dies bedeutet , dass eine Variation der Öffnungskurve 26 während der Schließbewegung des Einlassventils innerhalb der den dunklen Bereich begrenzenden Linien 26 ' und 26" möglich ist . Der markierte Bereich fällt in den Bereich des unteren Totpunktes UT im Anschluss an die Verbrennung innerhalb eines Arbeitszyklus .In the diagram of FIG. 2, the opening curves for the intake valve and the exhaust valve are shown on a cylinder of the internal combustion engine. Shown is the stroke of each intake or exhaust valve as a function of crank angle in degrees. Shown is a section within a duty cycle of the internal combustion engine in the range between 330 ° and 720 ° crank angle. The opening curve 26 of the inlet valve has a variable area 26a, which is marked dark in the graph. Within this dark marked area, the opening curve of the inlet valve can be varied. This means that a variation of the opening curve 26 during the closing movement of the inlet valve is possible within the dark area delimiting lines 26 'and 26 "The marked area falls in the area of the bottom dead center UT following the combustion within one working cycle.
In den Bereich des vorausgehenden oberen Totpunktes OT fällt ein Überschneidungsbereich 28 , in dem sich die Öffnungskurven 26 , 27 des Einlassventils und des Auslassventils überschneiden. Im Überschneidungsbereich 28 sind sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geöffnet . Die Dauer des Überschneidungsbereiches 28 kann eingestellt werden, entweder durch Variation der Öffnungskurve 26 des Einlassventils oder durch Variation der Öffnungskurve 27 des Auslassventils oder durch Variation beider Öffnungskurven .In the area of the preceding top dead center OT, an overlap area 28 in which the opening curves 26, 27 of the intake valve and the exhaust valve overlap. In the overlap region 28, both the inlet valve and the outlet valve are open. The duration of the overlap region 28 may be adjusted, either by varying the opening curve 26 of the intake valve or by varying the opening curve 27 of the exhaust valve or by varying both opening curves.
Der von den Linien 26 ' und 26" begrenzte dunkle Bereich innerhalb der Öffnungskurve 26 des Einlassventils eröffnet die Möglichkeit , den Druck pZyi und die Temperatur TZyi im Zylinder der Brennkraftmaschine zu beeinflussen . Insbesondere beim Schließen des Einlassventils entlang der äußeren Begrenzungslinie 26" wird dieses Ventil verzögert geschlossen, sodass das Einlassventil noch kurze Zeit geöffnet ist , wenn der Kolben sich bereits wieder in der Kompressionsphase befindet . Hierdurch wird über das noch geöffnete Einlassventil Verbrennungsluft aus dem Brennraum in den Ansaugtrakt zurückgeführt , was eine Reduzierung des Zylinderinnendrucks pZyi und der Zylindertemperatur TZyi zur Folge hat .The dark area within the opening curve 26 of the inlet valve, bounded by the lines 26 'and 26 ", makes it possible to influence the pressure p Zy i and the temperature T Zy i in the cylinder of the internal combustion engine, in particular when closing the inlet valve along the outer boundary line 26 "This valve is closed delayed, so that the inlet valve is still open for a short time when the piston is already back in the compression phase. As a result, combustion air is recirculated from the combustion chamber into the intake tract via the still open inlet valve, which results in a reduction of the cylinder internal pressure p Zy i and the cylinder temperature T Zy i.
Bezug nehmend auf Fig . 1 wird nachfolgend der Ablauf der Abgasrückführung beschrieben . Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird insbesondere im niedrigen Teillastbereich die Abgasrückführung durch ein Öffnen der Gaswechselventile 23 an der Zylinderbank Ib (innere Abgasrückführung) realisiert . Hierzu werden sowohl die Einlassventile als auch die Auslassventile an den Zylindern der Zylinderbank Ib, die über die Abgaslei- tung 11 mit der größeren Abgasflut 4b verbunden ist , in Öffnungsposition verstellt , sodass bei einem in der Abgasleitung 11 herrschenden höheren Abgasdruck im Vergleich zum Druck im Ansaugtrakt 12 ein Überführen von Abgas aus der Abgasleitung 11 in den Ansaugtrakt ermöglicht wird . Weitere Möglichkeiten, die innere Abgasrückführung durchzuführen, bestehen darin, dass das Restabgas , welches nach dem Ausschubhub des Ladungs- wechsels im Zylinder verbleibt , bei geschlossenem Auslassventil und geöffnetem Einlassventil in den LuftSammler, der den Zylindereinlässen vorgelagert ist , zurückströmt . Mit zunehmender Last und Drehzahl wird die Abgasrückführung zusätzlich oder alternativ durch Öffnen des Sperrventils 18 in der Rückführleitung 16 (äußere Abgasrückführung) durchgeführt . Die Rückführleitung 16 zweigt von der Abgasleitung 10 ab, über die die erste Zylinderbank Ia mit der kleineren Abgasflut 4a verbunden ist . In der Abgasleitung 10 herrscht üblicherweise ein höherer Abgasdruck als in der zweiten Abgasleitung 11 , da der kleinere Querschnitt der Abgasflut 4a ein stärkeres Aufstauen von Abgas bewirkt als der größere Querschnitt in der Abgasflut 4b .Referring to FIG. 1, the sequence of exhaust gas recirculation will be described below. During operation of the internal combustion engine, the exhaust gas recirculation is realized in particular in the low part-load range by opening the gas exchange valves 23 on the cylinder bank 1 b (internal exhaust gas recirculation). For this purpose, both the intake valves and the exhaust valves on the cylinders of the cylinder bank Ib, which is connected via the exhaust pipe 11 with the larger exhaust gas flow 4b, adjusted in the open position, so that at a prevailing in the exhaust pipe 11 higher exhaust pressure compared to the pressure in Intake tract 12, a transfer of exhaust gas from the exhaust pipe 11 is made possible in the intake tract. Other possibilities for carrying out the internal exhaust gas recirculation are that the residual exhaust gas, which remains in the cylinder after the exhaust stroke of the charge exchange flows back into the air collector, which is upstream of the cylinder inlets with the exhaust valve closed and the intake valve open. With increasing load and speed, the exhaust gas recirculation is performed additionally or alternatively by opening the check valve 18 in the return line 16 (external exhaust gas recirculation). The return line 16 branches off from the exhaust pipe 10, via which the first cylinder bank Ia is connected to the smaller exhaust gas flow 4a. In the exhaust pipe 10 there is usually a higher exhaust gas pressure than in the second exhaust pipe 11, since the smaller cross section of the exhaust gas flow 4a causes a stronger damming of exhaust gas than the larger cross section in the exhaust gas flow 4b.
Durch die Kombination von innerer und äußerer Abgasrückführung und die variable Ventilsteuerung besteht eine Fülle von Einwirkungsmδglichkeiten auf die Gastemperatur der Zylinderladung, wodurch die Verbrennungstemperatur abgesenkt werden kann . Dies hilft , die Stickoxidemissionen zu senken . Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Bauteile der Brennkraftmaschine weniger thermisch belastet sind .Through the combination of internal and external exhaust gas recirculation and the variable valve timing, there is a wealth of Einwirkungsmδglichkeiten on the gas temperature of the cylinder charge, whereby the combustion temperature can be lowered. This helps to reduce nitrogen oxide emissions. Another advantage is that the components of the internal combustion engine are less thermally stressed.
Die variable Ventilsteuerung der Gaswechselventile kann auch für ein verbessertes Motorbremsverfahren ausgenutzt werden. Um schon bei relativ niedrigen Motordrehzahlen hohe Motorbremsleistungen zu erreichen, werden die Auslassventile so getaktet , dass im Bereich des oberen Totpunktes nach dem Kompressionstakt die Luft aus den Zylindern in den Abgasstrang abgeblasen wird . Außerdem kann durch kurzzeitiges Öffnen der Auslassventile bei zugleich geschlossenen Einlassventilen während der Ansaugphase im Bereich des unteren Totpunktes der Gasinhalt aus dem Abgasstrang wieder in die Zylinder eingeleitet werden, sodass insgesamt ein höherer Befüllungsgrad und damit verbesserte Motorbremsleistungen erreicht werden . Schließlich können im oberen Drehzahlbereich während des Motorbremsbetriebs die Auslassventile nahezu ohne Bewegung kon- stant als Drossel mit geringer Hubhöhe für die permanente Abblasung und innere Rezirkulation geöffnet bleiben. The variable valve timing of the gas exchange valves can also be utilized for an improved engine braking process. To achieve high engine braking performance even at relatively low engine speeds, the exhaust valves are clocked so that in the region of top dead center after the compression stroke, the air is blown out of the cylinders into the exhaust system. In addition, by briefly opening the exhaust valves at the same time closed intake valves during the intake phase in the region of bottom dead center of the gas content from the exhaust line are introduced back into the cylinder, so that a total of higher filling level and thus improved engine braking performance can be achieved. Finally, in the upper engine speed range during engine braking operation, the exhaust valves may be almost without movement. remain permanently open as a throttle with low lift height for permanent blow-off and internal recirculation.

Claims

Patentansprüche claims
1. Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführungseinrichtung, mit einer der Abgasrückführungseinrichtung ( 15) zugeordneten Rückführleitung (16) zwischen dem Abgasstrang und dem Ansaugtrakt (12 ) der Brennkraftmaschine (1) und einem einstellbaren Sperrventil (18 ) , und mit an den Zylindern der Brennkraftmaschine (1) angeordneten Einlass- und Auslassventilen (23 ) , die zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsposition verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet , dass die Einlass- und Auslassventile (23 ) von Stellsignalen einer Regel- und Steuereinheit (25) variabel zu verstellen sind, wobei zur Realisierung einer inneren Abgasrückführung durch die Zylinder die Einlassventile und/oder die Auslassventile (23 ) in die Öffnungsposition verstellbar sind.1. internal combustion engine with an exhaust gas recirculation device, with one of the exhaust gas recirculation device (15) associated return line (16) between the exhaust line and the intake tract (12) of the internal combustion engine (1) and an adjustable shut-off valve (18), and with the cylinders of the internal combustion engine (1 ) arranged inlet valves and exhaust valves (23) which are adjustable between a closed and an open position, characterized in that the inlet and outlet valves (23) are to be variably adjusted by actuating signals of a control and control unit (25), wherein Realization of an internal exhaust gas recirculation through the cylinder, the inlet valves and / or the exhaust valves (23) are adjustable in the open position.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Einlassventile und die Auslassventile (23 ) eines Zylinders zeitgleich in die Öffnungsposition verstellbar sind .2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the inlet valves and the outlet valves (23) of a cylinder are simultaneously adjustable in the open position.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Druckregeleinrichtung im Abgasstrang angeordnet ist . 3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that a pressure control device is arranged in the exhaust line.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass ein Abgasturbolader (2 ) mit einer Abgasturbine (4 ) im Abgasstrang und einem Verdichter (5) im Ansaugtrakt (12 ) vorgesehen ist .4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that an exhaust gas turbocharger (2) with an exhaust gas turbine (4) in the exhaust line and a compressor (5) in the intake tract (12) is provided.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass die Abgasturbine (4 ) mit einer variablen Turbinengeometrie (22 ) zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnitts ausgestattet ist .5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the exhaust gas turbine (4) is equipped with a variable turbine geometry (22) for variable adjustment of the effective turbine inlet cross-section.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Abgasturbine (4) des Abgasturboladers (2 ) zwei Abgasfluten (4a, 4b) aufweist und die Brennkraftmaschine (1) mit zwei Zylinderbänken (Ia, Ib) ausgestattet ist , wobei das Abgas j eweils einer Zylinderbank (Ia, Ib) über j eweils einen Abgasleitungsabschnitt (10 , 11) j eweils einer Abgasflut (4a, 4b) zuzuführen ist .6. Internal combustion engine according to claim 5 or 6, characterized in that the exhaust gas turbine (4) of the exhaust gas turbocharger (2) has two exhaust gas flows (4a, 4b) and the internal combustion engine (1) is equipped with two cylinder banks (Ia, Ib), wherein the Exhaust gas e each of a cylinder bank (Ia, Ib) in each case an exhaust pipe section (10, 11) in each case an exhaust gas flow (4a, 4b) is to be supplied.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die beiden Abgasfluten (4a, 4b) unterschiedlich groß sind.7. Internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the two exhaust gas flows (4a, 4b) are different in size.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7 , dadurch gekennzeichnet , dass zur Realisierung der inneren Abgasrückführung die Ein- lass- und Auslassventile (23 ) der Zylinder nur einer Zylinderbank (Ib) zeitgleich zu öffnen sind . 8. Internal combustion engine according to claim 6 or 7, characterized in that for the realization of the internal exhaust gas recirculation, the inlet and outlet valves (23) of the cylinder only one cylinder bank (Ib) are to open at the same time.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Rückführleitung (16) der Abgasrückführungseinrichtung (15) von dem der kleineren Abgasflut (4a) zugeordneten Abgasleitungsabschnitt (10 ) abzweigt .9. Internal combustion engine according to claim 7 or 8, characterized in that the return line (16) of the exhaust gas recirculation device (15) branches off from the smaller exhaust gas flow (4a) associated exhaust pipe section (10).
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , dass zwei in Reihe geschaltete Abgasturbolader (2 , 3 ) vorgesehen sind.10. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 9, characterized in that two series-connected exhaust gas turbocharger (2, 3) are provided.
11. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführungseinrichtung, insbesondere Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , wobei über die Abgasrückführungseinrichtung Abgas aus dem Abgasstrang in den Ansaugtrakt ( 12 ) der Brennkraftmaschine (1) geleitet wird, mit an den Zylindern der Brennkraftmaschine (1) angeordneten Einlass- und Auslassventilen (23 ) , die in Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (1) zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsposition verstellt werden, dadurch gekennzeichnet , dass zur Realisierung einer inneren Abgasrückführung durch die Zylinder die Einlassventile und die Auslassventile (23 ) während einer Überschneidungsphase zeitgleich in die Öffnungsposition verstellt werden.11. A method for operating an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation device, in particular method for operating the internal combustion engine (1) according to one of claims 1 to 10, wherein via the exhaust gas recirculation device exhaust gas from the exhaust line in the intake tract (12) of the internal combustion engine (1) is passed, with at the cylinders of the internal combustion engine (1) arranged inlet and exhaust valves (23) which are adjusted depending on state and operating variables of the internal combustion engine (1) between a closed and an open position, characterized in that for realizing an internal exhaust gas recirculation the intake valves and the exhaust valves (23) are simultaneously displaced into the open position by the cylinders during an overlapping phase.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass bei der inneren Abgasrückführung der Abgasdruck im Abgasstrang dadurch erhöht wird, dass eine Druckregeleinrichtung im Abgasstrang in eine Stauposition verstellt wird . 12. The method according to claim 11, characterized in that in the internal exhaust gas recirculation of the exhaust gas pressure in the exhaust line is increased by a pressure regulating device is adjusted in the exhaust line in a stowage position.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 , dadurch gekennzeichnet , dass die Abgasrückführungseinrichtung (15) zusätzlich eine Rückführleitung (16) zwischen dem Abgasstrang und dem Ansaug- trakt (12 ) der Brennkraftmaschine (1) und ein einstellbares Sperrventil (18) umfasst , wobei die Abgasrückführung bevorzugt über die Zylinder erfolgt und das Sperrventil ( 18) erst bei Vorliegen einer zusätzlichen Bedingung geöffnet wird.13. The method of claim 11 or 12, characterized in that the exhaust gas recirculation device (15) additionally comprises a return line (16) between the exhaust line and the intake tract (12) of the internal combustion engine (1) and an adjustable shut-off valve (18), the exhaust gas recirculation preferably takes place via the cylinder and the check valve (18) is opened only when an additional condition exists.
14. Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet , dass das Sperrventil (18) erst dann geöffnet wird, wenn der gesamte rückzuführende Abgasmassenstrom die Kapazität des durch die Zylinder zu leitenden Abgasmassenstromes übersteigt . 14. The method according to claim 13, characterized in that the check valve (18) is opened only when the total exhaust gas mass flow to be recirculated exceeds the capacity of the cylinder to be passed exhaust gas mass flow.
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