WO2011151379A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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Definitions

  • each group of cylinders is associated with an inlet line, an outlet line and a high-pressure exhaust gas recirculation system.
  • the exhaust gas ducts open at the end of the resonance tubes in the two inlet strands.
  • check valves are arranged in the exhaust gas recirculation lines in front of the confluence parts.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and in an internal combustion engine of the type mentioned in the simplest possible way to achieve high exhaust gas recirculation rates, especially at low engine speed and high load.
  • the air ratio can be obtained without having to downsize the turbine of the exhaust gas turbocharger.
  • the use of a relatively large turbine provides significant fuel economy benefits at high engine speeds.
  • a separate exhaust gas turbocharger may be provided for each of the two exhaust gas lines 13a, 13b.
  • a first or second exhaust gas recirculation line 14a, 14b of the exhaust gas recirculation system 5 starts from each outlet collector 12a, 12b, a high-temperature exhaust gas cooler 15 and a low-temperature exhaust gas cooler 16 being arranged in the exhaust gas recirculation lines 14a, 14b.
  • Designated by reference numerals 17a, 17b are exhaust gas recirculation valves arranged in exhaust gas recirculation lines 14a, 14b, which may be positioned upstream of the high-temperature exhaust gas recirculation cooler 15.
  • Check valves 18 may be provided at the outlet of the high-temperature exhaust gas recirculation cooler.
  • a common low-temperature exhaust gas cooler 16 or a common high-temperature exhaust gas cooler 15 can be provided for both exhaust gas recirculation lines 14a, 14b.
  • low-temperature exhaust gas cooler 16 and the mouth regions 22 of the two exhaust gas recirculation lines 14a, 14b are integrated into the resonance tubes 21a, 21b in a single component 23. It is particularly advantageous if the intercooler 20 is also integrated in the component 23. This makes it easier to obstruct the relatively long resonance tubes 21a, 21b.
  • FIG. 2 the combustion air ratio ⁇ and the specific fuel consumption over the exhaust gas recirculation rate EGR is plotted.
  • Curves 31, 32 and 33 represent low-speed, intermediate-speed and high-speed operation areas, respectively.
  • Points 31a, 32a and 33a denote the base areas in which resonance assistance does not take place.
  • points 31b, 32b and 33b on the other hand, the resonance is fully pronounced. It can be clearly seen that, in particular in the lower rpm range 31, considerably higher exhaust gas recirculation rates EGR can be achieved in the case of resonance than in the case of a resonance-free case.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Einlasssystem (3), einem Auslasssystem (4) und einem Abgasrückführsystem (5), sowie mit zumindest einem Abgasturbolader (6), mit einer Abgasturbine (7) und einem Verdichter (8), wobei einer ersten Gruppe (A) von Zylindern (2) ein erster Einlassstrang (19a) und ein erster Auslassstrang (13a) und einer zweiten Gruppe (B) von Zylindern (2) ein zweiter Einlassstrang und ein zweiter Auslassstrang (13b) zugeordnet ist, wobei eine erste Abgasrückführleitung (14a) von einem ersten Abgasstrang (13a) stromaufwärts der Abgasturbine (7) abzweigt und in einen ersten Einlassstrang (19a) stromabwärts des Verdichters (8) einmündet, und wobei eine zweite Abgasrückführleitung (14b) von einem zweiten Abgasstrang (13b) stromaufwärts der Abgasturbine (7) abzweigt und in einen zweiten Einlassstrang (19b) stromabwärts des Verdichters (8) einmündet, wobei der erste Einlassstrang (19a) ein erstes Resonanzrohr (21a) und der zweite Einlassstrang (19b) ein zweites Resonanzrohr (21b) aufweist. Um auf möglichst einfache Weise und ohne Kraftstoffnachteile hohe Abgasrückführraten insbesondere im niederen Drehzahlbereich zu erzielen, ist vorgesehen, dass die Mündungsbereiche (22) der ersten und zweiten Abgasrückführleitungen (14a, 14b) am Beginn der ersten bzw. der zweiten Resonanzrohre (21a, 21b) angeordnet sind.

Description

Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Einlasssystem, einem Auslasssystem und einem Abgasrückführsystem, sowie mit zumindest einem Abgasturbolader mit einer Abgasturbine und einem Verdichter, wobei einer ersten Gruppe von Zylindern ein erster Einlassstrang und ein erster Auslassstrang und einer zweiten Gruppe von Zylindern ein zweiter Einlassstrang und ein zweiter Auslassstrang zugeordnet ist, wobei eine erste Abgasrückführleitung von einem ersten Abgasstrang stromaufwärts der Abgasturbine des Abgasturboladers abzweigt und in einen ersten Einlassstrang stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers einmündet, und wobei eine zweite Abgasrückführleitung von einem zweiten Abgasstrang stromaufwärts der Abgasturbine abzweigt und in einen zweiten Einlassstrang stromabwärts des Verdichters einmündet, wobei der erste Einlassstrang ein erstes Resonanzrohr und der zweite Einlassstrang ein zweites Resonanzrohr aufweist.
Aus der JP 2008/185008 A2 ist eine Brennkraftmaschine mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von Zylindern bekannt, wobei jeder Gruppe von Zylindern ein Einlassstrang, ein Auslassstrang und ein Hochdruck-Abgasrückführsystem zugeordnet ist. Die Abgasführleitungen münden dabei am Ende von Resonanzrohren in die beiden Einlassstränge ein. Um eine Abgasrückführung zu ermöglichen, sind dabei in den Abgasrückführleitungen vor den Einmündungssteilen Rückschlagventile angeordnet.
Trotz Resonanzrohre können bei niedriger Motordrehzahl und/oder hoher Last nur geringe Abgasrückführraten ermöglicht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art auf möglichst einfache Weise hohe Abgasrückführraten insbesondere bei niedriger Motordrehzahl und hoher Last zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch ermöglicht, dass die Einmündungen der ersten und zweiten Abgasrückführleitungen in den ersten bzw. zweiten Einlassstrang - in Strömungsrichtung betrachtet - am Beginn der ersten bzw. der zweiten Resonanzrohre angeordnet sind .
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn im Einlassstrang zumindest ein Ladeluftkühler und im Abgasrückführsystem zumindest ein erster Abgasrückführkühler angeordnet ist, wobei vorzugsweise der erste Abgasrückführkühler als Nieder- temperaturkühler ausgeführt ist. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, dass stromaufwärts des ersten Abgasrückführkühlers ein vorzugsweise als Hochtemperaturabgaskühler ausgebildeter zweiter Abgasrückführkühler angeordnet ist. Ladeluftkühler und Abgasrückführkühler können in einem gemeinsamen Bauteil angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mündungsbereiche der ersten und zweiten Abgasrückführleitungen in den ersten und zweiten Einlassstrang und der erste Abgasrückführkühler in einem gemeinsamen Bauteil integriert sind .
Durch die Zusammenfassung von Elementen in einem gemeinsamen Bauteil können Platz- und Bauteile gespart werden.
Die Verwendung von kombinierten Bauteilen - wobei Abgasrückführkühler, eventuell auch der Ladeluftkühler, sowie die Mündungsbereiche der Abgasrückführleitungen in die Ladeluftleitungen in einem einzigen Bauteil untergebracht sind - erleichtert es, die relativ langen Resonanzrohre zu verbauen.
Dadurch, dass die Mündungsbereiche der Abgasrückführleitungen am Beginn der Resonanzrohre angeordnet sind, ergibt sich eine geeignete Resonanz im Abgas- rückführsy stem und im Einlasssystem und eine gleichzeitige Erhöhung der Ab- gasrückführmenge bei Erhaltung des Luftverhältnisses. Somit kann im gewünschten Kennfeldbereich die Abgasrückführrate im Vergleich zu bekannte Systemen wesentlich erhöht werden, ohne dass die Ladungswechselarbeit ansteigt. Die Steigerung der Abgasrückführrate erfolgt bei der vorliegenden Erfindung somit verbrauchsneutral.
Das Luftverhältnis kann erhalten werden, ohne dass die Turbine des Abgasturboladers verkleinert werden muss. Die Verwendung einer relativ großen Turbine bewirkt wesentliche Verbrauchsvorteile bei hoher Motordrehzahl.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Einmündungen am Beginn der Resonanzrohre ist, dass aufgrund der langen Mischstrecke und der geteilten Einlasssammler eine optimale Verteilung des rückgeführten Abgases in der Ladeluft erreicht werden kann.
Rückschlagventile in den Abgasrückführleitungen können eventuell verwendet werden und bewirken eine Verstärkung des Resonanzeffektes, sind aber nicht zwingend notwendig .
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine; und Fig. 2 Luftzahl λ und Kraftstoffverbrauch über der Abgasrückführrate aufgetragen.
Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 weist zwei Gruppen A, B von Zylindern 2, ein Einlasssystem 3, ein Auslasssystem 4 und ein Abgasrückführsys- tem 5 auf. Mit Bezugszeichen 6 ist ein Abgasturbolader mit einer zweiflutigen Ab- gasturbine 7 im Auslasssystem 4 und einem Verdichter 8 im Einlasssystem 3 bezeichnet. Stromaufwärts des Verdichters 8 ist ein Luftfilter 9 angeordnet. Stromabwärts der Abgasturbine 7 können Abgasnachbehandlungseinrichtungen 10 vorgesehen sein.
Jeder Gruppe A, B von Zylindern 2 ist ein Einlasssammler I Ia, I Ib und ein Auslasssammler 12a, 12b zugeordnet. Vom ersten Einlasssammler I Ia führt ein erster Abgasstrang 13a zum Abgasturbolader 7. Weiters führt ein zweiter Abgasstrang 13b zum Abgasturbolader 7.
Anstelle einer zweiflutigen Abgasturbine 7 kann für jeden der beiden Abgasstränge 13a, 13b ein separater Abgasturbolader vorgesehen sein.
Weiters geht von jedem Auslasssammler 12a, 12b eine erste bzw. zweite Ab- gasrückführleitung 14a, 14b des Abgasrückführsystem 5 aus, wobei in den Abgasrückführleitungen 14a, 14b ein Hochtemperatur-Abgaskühler 15 und ein Niedertemperatur-Abgaskühler 16 angeordnet ist. Mit Bezugszeichen 17a, 17b sind in Abgasrückführleitungen 14a, 14b angeordnete Abgasrückführventile bezeichnet, welche stromaufwärts des Hochtemperatur-Abgasrückführkühlers 15 positioniert sein können. Am Austritt des Hochtemperatur-Abgasrückführkühlers können eventuell Rückschlagventile 18 vorgesehen sein. Wie aus Fig . 1 ersichtlich ist, kann für beide Abgasrückführleitungen 14a, 14b ein gemeinsamer Niedertemperatur-Abgaskühler 16 bzw. ein gemeinsamer Hochtemperatur-Abgaskühler 15 vorgesehen sein.
Weiters ist jedem Einlasssammler I Ia, I Ib ein Einlassstrang 19a, 19b zugeordnet, wobei sich die beiden Einlassstränge 19a, 19b stromabwärts eines Ladeluftkühlers 20 verzweigen. Zumindest ein Teil der beiden Einlassstränge 19a, 19b ist durch schwingungsfähige Resonanzrohre 21a, 21b gebildet. Wesentlich ist, dass die Mündungsbereiche 22 der beiden Abgasrückführleitungen 14a, 14b in das Einlasssystem 3 am Beginn der Resonanzrohre 21a, 21b der beiden Einlassstränge 19a, 19b angeordnet sind. Dies ermöglicht besonders hohe Abgasrück- führraten, insbesondere bei niedriger Motordrehzahl, wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht.
Um eine möglichst kompakte Ausführung zu ermöglichen, können Niedertemperatur-Abgaskühler 16 und die Mündungsbereiche 22 der beiden Abgasrückführ- leitungen 14a, 14b in die Resonanzrohre 21a, 21b in einem einzigen Bauteil 23 integriert werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch der Ladeluftkühler 20 in den Bauteil 23 integriert ist. Dies erleichtert es, die relativ langen Resonanzrohre 21a, 21b zu verbauen.
In Fig . 2 ist das Verbrennungsluftverhältnis λ sowie der spezifische Kraftstoffverbrauch über der Abgasrückführrate EGR aufgetragen. Die Kurven 31, 32 und 33 stellen dabei Betriebsbereiche mit niedriger Drehzahl, mittlerer Drehzahl bzw. hoher Drehzahl dar. Die Punkte 31a, 32a und 33a bezeichnen die Basisbereiche, in welchen keine Resonanzunterstützung stattfindet. In den Punkten 31b, 32b und 33b ist dagegen die Resonanz voll ausgeprägt. Deutlich ist zu erkennen, dass insbesondere im niederen Drehzahlbereich 31 im Resonanzfall wesentlich höhere Abgasrückführraten EGR zu erzielen sind, als im resonanzfreien Fall.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Brennkraftmaschine (1) mit einem Einlasssystem (3), einem Auslasssystem (4) und einem Abgasrückführsystem (5), sowie mit zumindest einem Abgasturbolader (6), mit einer Abgasturbine (7) und einem Verdichter (8), wobei einer ersten Gruppe (A) von Zylindern (2) ein erster Einlassstrang (19a) und ein erster Auslassstrang (13a) und einer zweiten Gruppe (B) von Zylindern (2) ein zweiter Einlassstrang und ein zweiter Auslassstrang (13b) zugeordnet ist, wobei eine erste Abgasrückführleitung (14a) von einem ersten Abgasstrang (13a) stromaufwärts der Abgasturbine (7) abzweigt und in einen ersten Einlassstrang (19a) stromabwärts des Verdichters (8) einmündet, und wobei eine zweite Abgasrückführleitung (14b) von einem zweiten Abgasstrang (13b) stromaufwärts der Abgasturbine (7) abzweigt und in einen zweiten Einlassstrang (19b) stromabwärts des Verdichters (8) einmündet, wobei der erste Einlassstrang (19a) ein erstes Resonanzrohr (21a) und der zweite Einlassstrang (19b) ein zweites Resonanzrohr (21b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsbereiche (22) der ersten und zweiten Abgasrückführleitungen (14a, 14b) in den ersten bzw. zweiten Einlassstrang (19a, 19b) - in Strömungsrichtung gesehen - am Beginn der ersten bzw. der zweiten Resonanzrohre (21a, 21b) angeordnet sind .
2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Einlasssystem (3) zumindest ein Ladeluftkühler (20) und im Abgasrücksystem (5) zumindest ein erster Abgasrückführkühler angeordnet ist, wobei vorzugsweise der erste Abgasrückführkühler als Niedertemperatur-Abgaskühler (16) ausgeführt ist.
3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ladeluftkühler (20) und Abgasrückführkühler in einem gemeinsamen Bauteil (23) angeordnet sind .
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsbereiche (22) der ersten und zweiten Abgasrückführleitungen (14a, 14b) in den ersten und zweiten Einlassstrang (19a, 19b) und der erste Abgasrückführkühler in einem gemeinsamen Bauteil integriert sind .
5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (7) mehrflutig ausgebildet ist, wobei eine erste Flut mit dem ersten Abgasstrang (13a) und ein zweite Flut mit dem zweiten Abgasstrang (13b) verbunden ist. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des ersten Abgasrückführkühlers ein vorzugsweise als Hochtemperatur-Abgaskühler (15) ausgebildeter zweiter Abgasrückführkühler angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperatur-Abgaskühler (16) und/oder der Hochtemperatur-Abgaskühler (15) für beide Abgasrückführleitungen (14a, 14b) gemeinsam ausgebildet ist.
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