Verbrennungsmotor, Auslassventil und Zylinderkopf dafür, sowie Herstellung, Betrieb und Verwendung eines Verbrennungsmotors Internal combustion engine, exhaust valve and cylinder head therefor, as well as manufacture, operation and use of an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Zweitakt- Großdieselmotor, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 , gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 13 und 19 ein Auslassventil und einen Zylinderkopf für einen solchen Verbrennungsmotor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 20 ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbrennungsmotors, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 26 eine Verwendung eines solchen Verbrennungsmotors und gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 27 ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Verbrennungsmotors. The invention relates to an internal combustion engine, in particular a two-stroke large diesel engine, with the features of the preamble of claims 1, according to the preambles of claims 13 and 19 an exhaust valve and a cylinder head for such an internal combustion engine, according to the preamble of claim 20, a method for producing a such internal combustion engine, according to the preamble of claim 26, a use of such an internal combustion engine and according to the preamble of claim 27, a method for operating such an internal combustion engine.
Bei gattungsgemäßen Verbrennungsmotoren ist eine Brenngas-Rezirkulation bekannt, um die der Brennkammer bzw. den Brennkammern des Verbrennungsmotors zugeführte Ladeluft mit rezirkuliertem Brenngas zu beaufschlagen. Dadurch soll die Stickoxyd (NOx)-Emission reduziert werden. Die Ladeluft soll also neben reiner Spülluft aus der Umgebung, welche vorverdichtet und gegebenenfalls vorbehandelt, wie z.B. getrocknet, gefiltert oder temperiert vorliegt, auch eine Komponente an einem anderem Spülgas enthalten können, beispielsweise einem Gemisch aus Spülluft und rezirkuliertem Brenngas. Die Ladeluft kann dann neben Spülgas und/oder reiner Spülluft auch noch weitere Komponenten enthalten, beispielsweise ausgedampftes Erdgas. In generic combustion engines, a fuel gas recirculation is known to pressurize the combustion chamber or the combustion chambers of the internal combustion engine supplied charge air with recirculated fuel gas. This is to reduce the nitrogen oxide (NOx) emissions. The charge air should therefore in addition to pure purge air from the environment, which precompressed and optionally pretreated, such as. dried, filtered or tempered, may also contain a component of another purge gas, for example a mixture of purge air and recirculated fuel gas. The charge air can then in addition to purge gas and / or pure purge air also contain other components, such as evaporated natural gas.
Um das Brenngas in die Brennkammer Rückzuleiten ist es dabei beispielsweise bekannt, der Spülluft das rezirkulierte Brenngas beizumischen und die Brennkammer mit diesem Gemisch über einen oder mehrere gemeinsame Einlässe, beispielsweise Einlassschlitze zu spülen. Weiterhin bekannt ist es, das rezirkulierte Brenngas der Brennkammer einerseits und den restlichen Ladeluftanteil andererseits über separate Einlässe in die Brennkammer einzuleiten, so dass sich das die Ladeluft bildende Gemisch erst in der Brennkammer bildet. Die vorliegende Erfindung kann dabei mit allen bekannten Arten der Brenngas-Rückeinleitung in die Brennkammer kombiniert werden.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 057 207 A1 ist hierzu schon ein gattungsgemäßer Verbrennungsmotor bekannt, bei dem neben einem Auslassventil, welches die Brennkammer mit dem Auslasskanal verbindet oder trennt, ein separates, zweites Auslassventil vorgesehen ist, welches die Brennkammer mit der Rezirkulationsleitung verbindet oder davon trennt. Dieser Aufbau ist relativ aufwendig. In order to recirculate the fuel gas into the combustion chamber, it is known, for example, to mix the purge air with the recirculated fuel gas and to purge the combustion chamber with this mixture via one or more common inlets, for example inlet slots. It is also known to introduce the recirculated fuel gas of the combustion chamber on the one hand and the remaining charge air portion on the other hand via separate inlets into the combustion chamber, so that the charge air forming mixture forms only in the combustion chamber. The present invention can be combined with all known types of fuel gas return introduction into the combustion chamber. German patent application DE 10 2005 057 207 A1 already discloses a generic internal combustion engine in which, in addition to an outlet valve which connects or separates the combustion chamber from the outlet channel, a separate, second outlet valve is provided which connects the combustion chamber to the recirculation line or separates from it. This structure is relatively expensive.
Ferner zeigt die europäische Patentanmeldung EP 2 151 569 A1 einen Verbrennungsmotor, bei dem im dem Auslassventil strömungsmäßig nachgeordneten Auslasskanal eine Rezirkulationsleitung abzweigt, welche über eine am Ventilschaft des Auslassventils vorgesehene, zweite Ventilanordnung und eine zugeordnete Ventilaufnahme in dem Auslasskanal geöffnet oder geschlossen werden kann. Beispielsweise ist dazu eine am Ventilschaft des Auslasskanals vorgesehene Hülse mit umfangsseitigen Schlitzen vorgesehen. Die feststehend in dem Auslasskanal angeordnete Ventilaufnahme weist ebenfalls eine den Abzweig zur Rezirkulationsleitung überdeckende Hülse mit Schlitzen auf. Dadurch, dass das Auslassventil und damit der Ventilschaft über einen Verdrehmechanismus ständig verdreht werden, um ein ungleichmäßiges Einlaufen der Ventilsitze zu vermindern, kann der Abzweig in die Rezirkulationsleitung geöffnet und geschlossen werden. Auch wenn hier kein zweites, separates Ventil zum Öffnen und Schließen der Rezirkulationsleitung nötig ist, so erscheint doch die Taktung der durch den Verdrehmechanismus bestimmten Öffnungsfrequenz und -phase auf den Motorarbeitszyklus und die für die Rezirkulationsphase geeignete Phase während des Motorzyklus schwierig. Furthermore, European Patent Application EP 2 151 569 A1 shows an internal combustion engine in which a recirculation line branches off in the exhaust passage downstream of the outlet valve, which can be opened or closed in the outlet passage via a second valve arrangement provided on the valve stem of the outlet valve and an associated valve receptacle. For example, a sleeve provided with circumferential slots on the valve stem of the outlet channel is provided for this purpose. The valve receptacle, which is arranged fixedly in the outlet channel, likewise has a sleeve with slots which covers the branch to the recirculation line. Characterized in that the exhaust valve and thus the valve stem are constantly rotated via a twisting mechanism to reduce uneven running of the valve seats, the branch can be opened and closed in the recirculation line. Although there is no need for a second, separate valve to open and close the recirculation line, the timing of the opening frequency and phase determined by the twisting mechanism on the engine operating cycle and the phase suitable for the recirculation phase during the engine cycle appear difficult.
Weiterhin ist aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 6 241 127 ein Viertaktmotor bekannt, bei dem im dem Auslassventil nachgeordneten Auslasskanal eine Rezirkulationsleitung abzweigt, welche über ein separates Ventil geöffnet und geschlossen wird, wobei dieses Ventil gleichzeitig als Drosselklappe für den Auslasskanal ausgebildet ist und somit bei Öffnung der Rezirkulationsleitung die Durchströmung durch den Auslasskanal drosselt. Die
Rezirkulationsventil-Auslassleitungsdrosselklappe bleibt dabei während des gesamten Spülhubs in der den Auslasskanal drosselnden und die Rezirkulationsleitung öffnenden Stellung. Schließlich ist aus der DE 10 2008 058 612 A1 ein Verbrennungsmotor bekannt, bei dem eine Rezirkulationsleitung erst in dem dem Auslassventil strömungsmäßig nachgeordneten Auslasskanal abzweigt, welche auch hier mit einem separaten Ventil geöffnet und geschlossen wird. In einer Ausführungsform ist im Auslasskanal in einem dem der Rezirkulationsleitung vorgeschalteten Ventil nachgeordneten Bereich eine Drosseleinrichtung vorgesehen, welche eine auslenkbare Klappe aufweist. Die Klappe wird von einem Druckstoß geöffnet, welcher sich beim Öffnen des Hauptauslassventils ergibt und über eine Vorspannfeder geschlossen, wenn der Druck weit genug absinkt. Auch diese Lösung ist hinsichtlich der Taktung des Auslassventils, der Drosseleinrichtung und des der Rezirkulationsleitung vorgeschalteten Ventils und vom gesamten Aufbau her relativ aufwendig, auch bezüglich der Einstellung der Vorspannkraft der Feder, über welche die Drosseleinrichtung geschlossen wird. Furthermore, from Japanese Patent Application JP 6 241 127 a four-stroke engine is known in which the outlet valve downstream outlet channel branches off a recirculation line, which is opened and closed via a separate valve, this valve is also designed as a throttle valve for the outlet and thus at opening the recirculation line throttles the flow through the outlet channel. The Recirculation valve outlet line throttle valve remains during the entire Spülhubs in the outlet channel throttling and the recirculation line opening position. Finally, from DE 10 2008 058 612 A1 an internal combustion engine is known, in which a recirculation line branches off only in the exhaust passage downstream of the outlet valve, which is also opened and closed here with a separate valve. In one embodiment, a throttle device which has a deflectable flap is provided in the outlet channel downstream of a region downstream of the recirculation line. The flap is opened by a pressure surge which results when the main outlet valve is opened and closed by a biasing spring when the pressure drops far enough. This solution is relatively expensive in terms of the timing of the exhaust valve, the throttle device and the valve upstream of the recirculation line and the entire structure, also with respect to the adjustment of the biasing force of the spring over which the throttle device is closed.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbrennungsmotor, ein Auslassventil sowie einen Zylinderkopf dafür, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Motors zu schaffen, mit denen ein möglichst wenig mit Frischluft vermischtes Brenngas auf einem hohen Druckniveau zur Rezirkulation oder für andere Zwecke abgezapft werden kann. Ferner soll eine innovative Verwendung und ein Herstellungsverfahren für den gefundenen Verbrennungsmotor angegeben werden. On this basis, it is an object of the present invention to provide an internal combustion engine, an exhaust valve and a cylinder head therefor, and to provide a method of operating such an engine with which as little as possible blended with fresh air fuel gas tapped at a high pressure level for recirculation or for other purposes can be. Furthermore, an innovative use and a manufacturing method for the found internal combustion engine should be specified.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, hinsichtlich des Auslassventils mit den Merkmalen des Anspruchs 13, hinsichtlich des Zylinderkopfs mit den Merkmalen des Anspruchs 19, hinsichtlich des Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 20, hinsichtlich der Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 26, und hinsichtlich des Verfahrens zum Betrieb des Verbrennungsmotors mit den
Merkmalen des Anspruchs 27. This object is achieved with regard to the internal combustion engine having the features of claim 1, with regard to the exhaust valve having the features of claim 13, with regard to the cylinder head having the features of claim 19, with regard to the manufacturing method having the features of claim 20, with regard to use with the features of the claim 26, and in terms of the method for operating the internal combustion engine with the Features of claim 27.
Erfindungsgemäß ist dazu eine an dem Auslassventil befestigte oder einstückig mit dem Auslassventil ausgebildete Drosseleinrichtung vorgesehen, welche in einem von der geschlossenen Stellung des Auslassventils bis zu einem gewünschten Öffnungsgrad reichenden Brenngasabzapföffnungsbereich des Auslassventils das Einströmen von Brenngas in den Auslasskanal verhindert oder zumindest stärker drosselt als in einem von einem größeren Öffnungsgrad als dem gewünschten Öffnungsgrad bis zur geöffneten Stellung reichenden Abgasabfuhröffnungsbereich des Auslassventils, in dem die Drosseleinrichtung das Einströmen von Brenngas in den Auslasskanal bevorzugt gar nicht oder zumindest weniger stark drosselt als in dem Brenngasabzapföffnungsbereich des Auslassventils. Die Drosseleinrichtung und ein auslassseitiger bzw. in der Nähe des über das Auslassventil gesteuerten Brennkammerauslasses befindlicher Abzweig des Brenngasabzapfkanals sind dabei zueinander so angeordnet, dass die Drosseleinrichtung in dem Brenngasabzapföffnungsbereich das Einströmen von Brenngas in den Brenngasabzapfkanal bevorzugt gar nicht oder zumindest nicht wesentlich drosselt. In dem Brenngasabzapföffnungsbereich gibt das Auslassventil einen relativ schmalen Ringspalt frei und blockiert mit seiner Drosselanordnung die letztlich in die Umgebung führende Auslassleitung oder verengt sie zumindest im Durchmesser bzw. Strömungsquerschnitt. Der Brenngasabzapfkanal ist dagegen freigegeben. Dadurch wird der zu Beginn des Öffnungsvorgangs des Auslassventils noch sehr hohe Druck des Brenngases in der Brennkammer zunächst in eine mit hoher Geschwindigkeit und damit mit einem hohen dynamischen Druck durch den Ringspalt am Auslassventil tretende Strömung umgewandelt. Diese Strömung wird dann wiederum durch die den Auslasskanal verschließende oder zumindest strömungsquerschnittsreduzierende bzw. drosselnde Drosseleinrichtung in einen Staudruck umgewandelt, so dass das Brenngas mit hohem Druck in den gleichzeitig nicht von der Drosseleinrichtung blockierten oder zumindest nur unwesentlich behinderten Brenngasabzapfkanal
strömt. According to the invention, a throttling device attached to the outlet valve or integrally formed with the outlet valve is provided which prevents the fuel gas from flowing into the outlet channel or at least throttles it more than in one in a fuel gas discharge opening region of the outlet valve extending from the closed position of the outlet valve to a desired opening degree from a larger degree of opening than the desired degree of opening to the open position reaching Abgasabfuhröffnungsbereich the exhaust valve, in which the throttle device, the flow of fuel gas into the outlet preferably preferably not or at least less throttled than in the Brenngasabzapföffnungsbereich the exhaust valve. The throttle device and a branch of the fuel gas drainage channel located on the outlet side or in the vicinity of the exhaust gas outlet controlled via the outlet valve are arranged with respect to one another such that the throttle device preferably does not throttle or at least substantially restricts the inflow of fuel gas into the fuel gas drainage channel in the fuel gas tapping opening region. In the Brenngasabzapföffnungsbereich the exhaust valve releases a relatively narrow annular gap and blocked with its throttle assembly ultimately leading into the environment outlet or narrowed at least in the diameter or flow cross-section. The Brenngasabzapfkanal is released, however. As a result, the very high pressure of the fuel gas in the combustion chamber, which is still very high at the beginning of the opening process of the outlet valve, is first converted into a flow passing through the annular gap at the outlet valve at high speed and thus with a high dynamic pressure. This flow is then in turn converted by the outlet channel occluding or at least flow cross-section reducing or throttling throttle device in a dynamic pressure, so that the fuel gas at high pressure in the same time not blocked by the throttle device or at least only slightly obstructed Brenngasabzapfkanal flows.
Gleichzeitig befindet sich im Zeitraum des initialen Brenngasabzapf- öffnungsbereichs des Auslassventils (beim Öffnen des Auslassventils) reines oder zumindest weitgehend von Spülluft freies Brenngas in der Brennkammer, und nicht ein Gemisch aus Brenngas und Ladeluft, wie es im Zeitraum des Abgasabfuhröffnungbereichs des Auslassventils vorliegen kann. Dabei kommt es auf die initiale Öffnungsperiode des Auslassventils besonders an und nicht so sehr auf die Phase am Ende des Schließvorgangs, da nur während des Kolbenhubs nach unten der Druck des Brenngases überhaupt hoch genug ist, um das Brenngas im Falle einer Rezirkulation des abgezapften Brenngases zur Brennkammereinlassseite ohne zwischengeschaltete Pumpe zum Ladelufteinlass zurückzuführen. In Abhängigkeit von der Taktung des Auslassventils gelangt somit nur vollständig oder doch zumindest relativ reines Brenngas in den Brenngasabzapfkanal, welcher im Falle der Abzapfung des Brenngases für eine Brenngasrezirkulation in die Brennkammer die Rezirkulationsleitung sein kann. Das während des Zeitraums des Abgasabfuhröffnungsbereichs des Auslassventils (bei einem größeren Öffnungsgrad des Auslassventils) vorliegende Brenngas-Ladeluft-Gemisch wird dagegen vollständig oder zumindest zum größten Teil in den dann ungedrosselten oder zumindest nur schwächer gedrosselten Auslasskanal abgeführt und gelangt gar nicht oder nur zu einem geringen Teil in den Brenngasabzapfkanal bzw., im Falle der Brenngasrezirkulation, in die Rezirkulationsleitung. At the same time, in the period of the initial fuel gas bleed opening portion of the exhaust valve (when opening the exhaust valve) is pure or at least largely free of purge air fuel gas in the combustion chamber, and not a mixture of fuel gas and charge air, as may be present in the period of Abgasabfuhröffnungbereichs the exhaust valve. It depends on the initial opening period of the exhaust valve particularly and not so much on the phase at the end of the closing process, since only during the piston stroke down the pressure of the fuel gas is high enough to the fuel gas in the case of recirculation of the fuel gas tapped to Combustor inlet side without intermediate pump attributed to the charge air inlet. Depending on the timing of the exhaust valve thus passes only completely or at least relatively pure fuel gas in the Brenngasabzapfkanal, which may be the recirculation line in the case of tapping the fuel gas for a fuel gas recirculation into the combustion chamber. The during the period of Abgasabfuhröffnungsbereichs the exhaust valve (at a larger opening degree of the exhaust valve) present fuel gas-charge air mixture is, however, completely or at least for the most part in the then unthrottled or at least only weaker throttled exhaust duct discharged and not at all or only to a small Part in the Brenngasabzapfkanal or, in the case of fuel gas recirculation, in the recirculation line.
Besonders vorteilhaft im Sinne einer technisch einfachen, weil immer synchron zum Auslassventil erfolgenden Taktung der Brenngasabzapfung für die Rezirkulation des Brenngases auf die Einlassseite der Brennkammer oder für andere Zwecke und auch im Sinne eines einfachen Aufbaus und einer leichten Umrüstbarkeit bestehender Motoren und Motorenkonzepte ist es dabei, dass die Drosseleinrichtung einstückig mit dem Auslassventil oder zumindest am Auslassventil montiert bzw. befestigt ausgebildet ist. Auch kann der gewünschte
Öffnungsgrad des Auslassventils, bis zu dem der Brenngasabzapföffnungsbereich reichen soll, durch die Formgebung des Auslassventils bzw. der daran angeformten oder daran befestigten Drosseleinrichtung beeinflusst werden und ist nicht an den beim Öffnen des Auslassventils auftretenden Druckstoß gebunden. It is particularly advantageous in terms of a technically simple, because always synchronous to the exhaust valve clocking the fuel gas tap for the recirculation of the fuel gas to the inlet side of the combustion chamber or for other purposes and in terms of a simple structure and easy conversion of existing engines and engine concepts, in that the throttle device is formed integrally with the outlet valve or at least mounted on the outlet valve. Also, the desired Opening degree of the exhaust valve, to which the Brenngasabzapföffnungsbereich rich to be influenced by the shape of the exhaust valve or the molded or attached thereto throttle device and is not tied to the pressure surge occurring when opening the exhaust valve.
Hat man ein erfindungsgemäß ausgebildetes Auslassventil, so reicht es bei bestehenden Motoren in vielen Fällen aus, lediglich das Auslassventil bzw. die Auslassventile auszutauschen, um Brenngas gemäß der Erfindung abzapfen zu können. Dies gilt insbesondere bei Drosseleinrichtungen, welche den Auslasskanal lediglich drosseln und nicht vollständig verschließen sollen. Falls die Drosseleinrichtung den Auslasskanal dagegen vollständig verschließen soll, so kann es nötig sein, am Auslasskanal entsprechende Anlageflächen nachzubearbeiten, welche gut mit dem Ventilschaft fluchten müssen. In diesem Fall oder falls im am Motor verbauten Zylinderkopf kein Brenngasabzapfkanal vorhanden ist, kann der Austausch des gesamten vorhandenen Zylinderkopfs durch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Zylinderkopf vorteilhaft sein. Insbesondere in diesen Fällen, in denen ein bestehender Verbrennungsmotor auf Brenngasabzapfung oder Brenngasrezirkulation umgerüstet werden soll, ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren vorteilhaft. If one has an exhaust valve designed according to the invention, it is sufficient in many cases with existing engines to exchange only the exhaust valve or the exhaust valves in order to be able to tap fuel gas according to the invention. This is especially true in throttle devices, which only throttle the exhaust duct and should not completely close. If, however, the throttle device is to completely close the outlet channel, then it may be necessary to rework corresponding contact surfaces on the outlet channel, which must align well with the valve stem. In this case, or if there is no Brenngasabzapfkanal in the cylinder head installed on the engine, the replacement of the entire existing cylinder head by a cylinder head formed according to the invention may be advantageous. In particular, in these cases in which an existing internal combustion engine to be converted to fuel gas tap or fuel gas recirculation, the manufacturing method of the invention is advantageous.
Erfindungemäß ist ferner ein Verfahren zum Abzapfen von Brenngas an einem laufenden Verbrennungsmotor, insbesondere einem Zweitakt-Großdieselmotor, und insbesondere zu Zwecken der Brenngasrezirkulation vorgesehen, wobei der Verbrennungsmotor wenigstens eine durch einen Zylinder und einen mit einer Kurbelwelle zusammenwirkenden Kolben begrenzten Brennkammer aufweist, die zumindest einen jeweils zwischen einem Ventilteller eines Auslassventils und einem zugeordneten Tellersitz gebildeten Brenngas-Auslass und zumindest einen Ladeluft-Einlass hat. Der Brenngas-Auslass ist dabei mit zumindest einem Auslasskanal und mit zumindest einem Brenngasabzapfkanal verbunden, beispielsweise um einen Teil eines bei der Verbrennung entstehenden Brenngases zum Ladeluft-Einlass zurückzuführen. Dabei wird das Auslassventil zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung betätigt,
wobei in dem Brenngasabzapföffnungsbereich des Auslassventils ein Einströmen von Brenngas in den Auslasskanal über eine an dem Auslassventil befestigte oder einstückig mit dem Auslassventil ausgeformte Drosseleinrichtung verhindert oder zumindest stärker gedrosselt wird als in einem von einem größeren Öffnungsgrad bis zur geöffneten Stellung reichenden Abgasabfuhröffnungsbereich des Auslassventils. In dem Brenngasabzapföffnungsbereich wird das Einströmen von Brenngas in den Brenngasabzapfkanal durch die Drosseleinrichtung dagegen bevorzugt gar nicht oder zumindest nicht wesentlich gedrosselt. Die erfindungsgemäß an dem Auslassventil befestigte oder einstückig mit dem Auslassventil ausgeformte Drosseleinrichtung hat dabei insbesondere bei einem Zweitaktmotor mit Brenngasrezirkulation Vorteile. So können Arbeitsverluste dadurch vermieden werden, dass das Auslassventil später öffnen kann als bei gängigen Zweitaktmotoren mit Brenngasrezirkulation, bei denen meist schon relativ weit vor Überfahren der Einlassluftschlitze das Auslassventil (oder das separate Rezirkulationsauslassventil) geöffnet werden muss, um ein Vermischen des zurückzuführenden Brenngases mit der neu einströmenden Ladeluft zu verhindern. Um ein Einströmen von Brenngas in den Brenngasabzapfkanal zuzulassen ist es gemäß der Erfindung nicht nötig, das Auslassventil zu öffnen, bevor eine Kolbenposition im Abwärtshub erreicht ist, welche max. 40° Kurbelwellenwinkel oberhalb derjenigen Kolbenposition ist, an der die Öffnung des Einlasses bzw. der Einlässe (Einlassluftschlitze) einsetzt. In manchen Fällen kann dabei auch ein späteres Öffnen des Auslassventils vorteilhaft sein, jedoch in jedem Fall vor einem Einsetzen der Spülung der Brennkammer über den Einlass bzw. die Einlässe (Einlassluftschlitze). Auch der hohe Druck des Rezirkulationsgases ist hier besonders wichtig, weil auch der Ladeluftdruck relativ hoch sein muss. Ist der Rezirkulationsdruck hoch genug, kann auf eine Pumpe verzichtet werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn ein in dem Brenngasabzapfkanal vorgesehenes Rückschlagventil das Einströmen von bei im Abgasabfuhröffnungsbereich befindlichem Auslassventil in den ungedrosselten
Auslasskanal strömenden Brenngas-Ladeluft-Gemisch verhindert, indem der auf der Brenngasabzapfseite herrschende, höhere Druck das Rückschlagventil gegen das anströmende Brenngas-Ladeluft-Gemisch geschlossen hält. Das Rückschlagventil in dem Brenngasabzapfkanal kann dabei insbesondere bei einem nockenwellenbetätigtem Auslassventil auch ein aktiv gesteuertes Rückschlagventil sein, um die abgezapfte Brenngasmenge besser steuern zu können. Bei einem elektronisch gesteuerten und nicht über die Nockenwelle, sondern über einen eigenen Antrieb betätigten Auslassventil können die Steuerzeiten des Auslassventils entsprechend eingestellt werden, um die abgezapfte Brenngasmenge zu steuern. According erfindemäß a method for tapping fuel gas to a running internal combustion engine, in particular a two-stroke large diesel engine, and in particular for purposes of fuel gas recirculation provided, the internal combustion engine having at least one limited by a cylinder and a cooperating with a piston piston combustion chamber, the at least one in each case between a valve disc of an exhaust valve and an associated plate seat formed fuel gas outlet and at least one charge air inlet has. The fuel gas outlet is connected to at least one outlet channel and at least one Brenngasabzapfkanal, for example, to return a portion of a resulting combustion fuel gas to the charge air inlet. In this case, the exhaust valve is actuated between an open position and a closed position, wherein in the fuel gas scavenging port area of the exhaust valve, an inflow of fuel gas into the exhaust passage is prevented or at least throttled more largely via a throttle device attached to the exhaust valve or integrally formed with the exhaust valve than in an exhaust exhaust port area of the exhaust valve from a larger opening degree to the open position. In the Brenngasabzapföffnungsbereich the influx of fuel gas into the Brenngasabzapfkanal by the throttle device, however, preferably not at all or at least not significantly throttled. The inventively attached to the exhaust valve or integrally molded with the exhaust throttle device has in particular in a two-stroke engine with fuel gas recirculation advantages. Thus, labor losses can be avoided by the fact that the exhaust valve can open later than conventional two-stroke engines with fuel gas recirculation, where usually relatively far before driving over the intake air slots, the exhaust valve (or the separate recirculation outlet) must be opened to mix the fuel gas to be returned with the to prevent new incoming charge air. In order to allow an inflow of fuel gas into the Brenngasabzapfkanal it is not necessary according to the invention to open the exhaust valve before a piston position is reached in the downstroke, which max. 40 ° crankshaft angle above that piston position at which the opening of the inlet or the inlets (intake air slots) begins. In some cases, a later opening of the outlet valve may be advantageous, but in any case before an onset of flushing of the combustion chamber via the inlet or the inlets (inlet air slots). Also, the high pressure of the recirculation gas is particularly important here, because the charge air pressure must be relatively high. If the recirculation pressure is high enough, a pump can be dispensed with. It is particularly advantageous in this case if a non-return valve provided in the fuel gas evacuation passageway flows into the unthrottled exhaust gas valve located in the exhaust gas discharge opening region Outlet channel flowing fuel gas charge air mixture prevented by the prevailing on the Brenngasabzapfseite, higher pressure keeps the check valve against the incoming fuel gas-charge air mixture closed. The non-return valve in the fuel gas evacuation channel can also be an actively controlled check valve, in particular in the case of a camshaft-actuated outlet valve, in order to be able to better control the bleed-off fuel gas quantity. In an electronically controlled and not via the camshaft, but via a separate drive operated exhaust valve, the timing of the exhaust valve can be adjusted accordingly to control the amount of fuel gas tapped.
Alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Maßnahmen kann die Drosseleinrichtung auch so ausgebildet sein bzw. die Drosseleinrichtung und der auslassseitige Abzweig der Rezirkulationsleitung zueinander so angeordnet sein, dass die Drosseleinrichtung in dem Abgasabfuhröffnungsbereich des Auslassventils das Einströmen von Brenngas in den Brenngasabzapfkanal verhindert oder zumindest drosselt, wodurch derselbe Effekt erzielt wird, nämlich ein Einströmen des im Zeitraum des Abgasabfuhröffnungsbereichs vorliegenden Brenngas-Ladeluft-Gemischs in den Brenngasabzapfkanal zu verhindern. Alternatively or in addition to the measures described above, the throttle device may also be configured or the throttle device and the outlet-side branch of the recirculation line to each other arranged so that the throttle device in the Abgasabfuhröffnungsbereich the exhaust valve prevents the flow of fuel gas into the Brenngasabzapfkanal or at least throttles, whereby the same effect is achieved, namely, to prevent an influx of the fuel gas charge air mixture present in the period of the Abgasabfuhröffnungsbereichs in the Brenngasabzapfkanal.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Drosseleinrichtung einen von einem Ventilschaft des Auslassventils in Radialrichtung vorspringenden, vorzugsweise umlaufenden Drosselvorsprung auf, wobei der Drosselvorsprung in einem Bereich des Ventilschafts vorgesehen ist, der sich bei im Brenngasabzapföffnungsbereich geöffneten Auslassventil in einem dem auslassseitigen Abzweig des Brenngasabzapfkanals strömungsmäßig nachgeordneten Bereich des Auslasskanals befindet. Während sich das Auslassventil in dem Brenngasabzapföffnungsbereich befindet wird somit die Durchströmung des Auslasskanals gedrosselt und aufgrund des an dem Drosselvorsprung entstehenden Staudrucks in den Brenngasabzapfkanal gepumpt bzw. umgeleitet.
Insbesondere wenn dabei der Drosselvorsprung nach Art eines beweglichen Kolbens in einem als Auslasszylinder gestalteten Abschnitt des Auslasskanals an dem Innenumfang des Auslasskanals zumindest lose anliegt gelangt das Brenngas bei im Brenngasabzapföffnungsbereich geöffnetem Auslassventil ohne große Mengen- oder Druckverluste in den Brenngasabzapfkanal. Auf eine zusätzliche Pumpe in der zur Einlassseite zurückführenden Rezirkulationsleitung, welche im Falle eines zu Rezirkulationszwecken abgezapften Brenngases als Brenngasabzapfkanal dient, kann damit verzichtet werden. Ist der Auslasszylinder in dem dem auslassseitigen Abzweig des Brenngasabzapfkanals strömungsmäßig nachgeordneten Bereich, in dem sich der Drosselvorsprung bei im Brenngasabzapföffnungsbereich befindlichen Auslassventil befindet, kreiszylindrisch ausgebildet, so kann der bei gattungsgemäßen Zweitakt- Großdieselmotoren üblicherweise vorgesehene Ventildrehmechanismus, der oft mit Umschaftpropellergestaltung die intermittierende Drehungsbewegung des Ventils sichert, auf gewohnte Art beibehalten werden. In an advantageous development of the invention, the throttle device has a preferably projecting throttle projection from a valve stem of the exhaust valve, wherein the throttle projection is provided in a region of the valve stem which is fluid in the exhaust gas branch port of the fuel gas exhaust port when the exhaust valve is opened in the fuel gas exhaust port region downstream of the exhaust duct. Thus, while the exhaust valve is in the Brenngasabzapföffnungsbereich the flow through the exhaust passage is throttled and pumped or redirected due to the resulting at the throttle projection back pressure in the Brenngasabzapfkanal. In particular, when the throttle projection in the manner of a movable piston in a designed as an outlet cylinder portion of the exhaust passage at the inner circumference of the exhaust passage at least loosely, the fuel gas passes in the Brenngasabzapföffnungsbereich open exhaust valve without large volume or pressure losses in the Brenngasabzapfkanal. An additional pump in the recirculation line leading back to the inlet side, which serves as a fuel gas evacuation channel in the case of a fuel gas drawn off for recirculation purposes, can thus be dispensed with. If the exhaust cylinder in the outlet side branch of Brenngasabzapfkanals downstream downstream region in which the throttle projection is located in Brenngasabzapföffnungsbereich outlet valve, circular cylindrical, so usually provided in generic two-stroke diesel engines valve rotation mechanism, often with Umschaftpropellergestaltung the intermittent rotational movement of the valve ensures that it is maintained in the usual way.
Bei der vorstehend genannten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Brenngasabzapfkanal vom Brenngasauslass beabstandet im Auslasskanal abzweigen. Der Drosselvorsprung kann dabei in einem Bereich des Ventilschafts vorgesehen sein, der sich bei im Abgasabfuhröffnungsbereich geöffnetem Auslassventil in etwa auf Höhe des Abzweigs des Brenngasabzapfkanals in dem Auslasskanal befindet. Der Auslasskanal kann dann im Bereich des Abzweigs des Brenngasabzapfkanals eine insbesondere kreisringförmige Durchmesseraufweitung aufweisen, so dass das in den Auslasskanal einströmende Brenngas den Drosselvorsprung in seiner auf Höhe des Abzweigs des Brenngasabzapfkanals befindlichen Stellung bei im Abgasabfuhröffnungsbereich geöffnetem Auslassventil umströmen kann. Dabei ist die Durchmesseraufweitung vorzugsweise so groß, dass das Einströmen von Brenngas in den Auslasskanal bevorzugt gar nicht gedrosselt wird, zumindest aber so groß, dass das Einströmen von Brenngas weniger stark gedrosselt wird als bei im Brenngasabzapföffnungsbereich geöffnetem Auslassventil bzw. bei in dem Abzweig des Brenngasabzapfkanals strömungsmäßig nachgeordneten Bereich
befindlichem Drosselvorsprung. In the above-mentioned advantageous development of the invention, the Brenngasabzapfkanal can branch off from the fuel gas outlet in the outlet channel. The throttle projection may be provided in a region of the valve stem which is located at approximately the height of the branch of the Brenngasabzapfkanals in the exhaust passage at Auslaßventil open in Abgasabfuhröffnungsbereich. In the region of the branch of the fuel gas scavenging duct, the outlet channel can then have a particularly circular diameter widening, so that the fuel gas flowing into the outlet channel can flow around the throttle projection in its position located at the level of the branch of the fuel gas scavenging passage when the exhaust valve is open in the exhaust gas discharge opening region. In this case, the diameter expansion is preferably so great that the inflow of fuel gas into the outlet channel is preferably not throttled, but at least so great that the inflow of fuel gas is throttled less than at Auslassventil open in Brenngasabzapföffnungsbereich or in the branch of Brenngasabzapfkanals fluidly downstream area located throttle projection.
Andererseits wäre es ebenfalls denkbar, den Drosselvorsprung im nahe des Ventiltellers befindlichen Bereich des Ventilschafts anzuordnen, der sich bei im Abgasabfuhröffnungsbereich geöffnetem Auslassventil in der Brennkammer befindet, so dass dann eine Einströmung in den Auslasskanal durch den zwischen dem Drosselvorsprung und dem Tellersitz gebildeten Ringkanal möglich ist. In diesem Fall ist der Abzweig der Rezirkulationsleitung bevorzugt am Tellersitz selbst oder in einem unmittelbar an den Tellersitz anschließenden Bereich des Auslasskanals angeordnet.Ein allzugroßer Hub des Auslassventils ist dann nicht nötig, um gleichzeitig bei in der Brennkammer befindlichem Drosselvorsprung einen für die Abfuhr des Brenngas-Luft-Gemischs genügend großen Öffnungsgrad des Auslassventils zu gewährleisten und bei im Brenngasabzapföffnungsbereich geöffnetem Auslassventil den Drossel vorsprung in dem dem Abzweig des Brenngasabzapfkanals strömungsmäßig nachgeordneten Bereich des Auslasskanals verschieben zu können. On the other hand, it would also be conceivable to arrange the throttle projection in the region of the valve stem located near the valve disk which is located in the combustion chamber with the exhaust valve open in the exhaust gas discharge opening region, so that an inflow into the exhaust passage is possible through the annular passage formed between the throttle projection and the disk seat , In this case, the branch of the recirculation line is preferably arranged on the plate seat itself or in a region of the outlet channel adjoining directly to the plate seat. An excessively large stroke of the outlet valve is then not necessary in order to simultaneously remove a combustion projection located in the combustion chamber for the removal of the fuel gas. Air mixture sufficiently large opening degree of the exhaust valve to ensure and at the fuel gas in the Abzapföffnungsbereich open exhaust valve the throttle projection in the branch of the Brenngasabzapfkanals downstream flow region of the exhaust duct to move.
Es versteht sich, dass der Drosselvorsprung zumindest bei im Abgasabfuhröffnungsbereich geöffneten Auslassventil umströmt und bei im Brenngasabzapföffnungsbereich geöffnetem Auslassventil die Strömung in den Brenngasabzapfkanal umleiten soll. Vorteilhaft weist der Drosselvorsprung daher keine für die Strömungsverhältnisse ungünstigen Kanten auf, sondern - zumindest auf seiner Vorderseite, also auf der Seite, mit der er im Brenngasabzapföffnungsbereich dem Abzweig der Rezirkulationsleitung zugewandt ist - eine hyperbelförmig gekrümmte Oberfläche, um bei im Brenngasabzapföffnungsbereich geöffnetem Auslassventil die in den Bereich des Auslasskanals vor dem Drosselvorsprung einströmenden Brenngase in den seitlich von diesem Bereich des Auslasskanals abzweigenden Brenngasabzapfkanal umzuleiten. It is understood that the throttle projection flows around at least when in the Abgasabfuhröffnungsbereich open outlet valve and to divert the flow in the Brenngasabzapfkanal when opened in Brenngasabzapföffnungsbereich exhaust flow. Advantageously, the throttle projection therefore has no unfavorable for the flow conditions edges, but - at least on its front side, so on the side with which it faces the branch of the recirculation line in Brenngasabzapföffnungsbereich - a hyperbolas curved surface to at in Brenngasabzapföffnungsbereich open outlet valve in to divert the combustion gas flowing into the area of the outlet channel upstream of the throttle projection into the fuel gas discharge channel branching laterally from this region of the outlet channel.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Auslasskanal einen dem Brenngasauslass strömungsmäßig nachgeordneten
Auslasszylinder auf, an dessen Außenumfang zumindest eine Auslassleitung und zumindest ein Brenngasabzapfkanal abzweigt. Dabei ist die Abzweigung der Auslassleitung stromab der Abzweigung des Brenngasabzapfkanals vorgesehen. Die Drosseleinrichtung kann dabei ferner einen in dem Auslasszylinder überwiegend axial gleitbeweglich aufgenommenen Schieber aufweisen, welcher so ausgeformt und mit dem Auslassventil verbunden ist, dass er bei im Brenngasabzapföffnungsbereich geöffnetem Auslassventil die Abzweigung der Auslassleitung zumindest abschnittsweise abdeckt und bei im Abgas- abfuhröffnungsbereich geöffneten Auslassventil die Abzweigung des Brenngasabzapfkanals. According to a further advantageous development of the invention, the outlet channel has a fuel gas outlet downstream of the fuel gas outlet Outlet cylinder, at the outer periphery of at least one outlet conduit and at least one Brenngasabzapfkanal branches off. In this case, the branch of the outlet line is provided downstream of the branch of Brenngasabzapfkanals. The throttle device may further comprise a slide which is predominantly axially slidably received in the outlet cylinder and which is connected to the outlet valve in such a way that it covers the branch of the outlet line at least in sections when the outlet valve is open in the fuel gas scavenging port area and the branch is open when the outlet valve is open in the exhaust gas removal opening area the Brenngasabzapfkanals.
Vorteilhaft dabei ist zum einen, dass nicht nur die Einströmung in die Auslassleitung bei im Brenngasabzapföffnungsbereich befindlichem Auslassventil ver- oder zumindest behindert wird, sondern auch die Einströmung von Brenngas- Luft-Gemisch in den Brenngasabzapfkanal bzw. die Rückströmung von dort gesammeltem Brenngas in den Auslasszylinder bei im Abgasabfuhr- Öffnungsbereich geöffnetem Auslassventil. It is advantageous, on the one hand, that not only the inflow into the outlet line is obstructed, or at least obstructed, by the outlet valve located in the fuel gas discharge opening region, but also the inflow of fuel gas and air mixture into the fuel gas evacuation channel or the return flow of fuel gas collected there into the outlet cylinder with exhaust valve opened in the exhaust gas discharge port area.
Wie schon zuvor erwähnt muss der Schieber dabei nicht unbedingt vollständig dicht an dem Innenumfang des Auslasszylinders arbeiten. Es macht nichts, wenn zwischen Schieber und Auslasszylinderwand etwas Gas durchleckt, solange die wesentliche Wirkung des Schiebers als Drossel im Auslasskanal bei im Brenngasabzapföffnungsbereich befindlichem Auslassventil und vorteilhaft als Drossel am Abzweig des Brenngasabzapfkanals bei im Abgasabfuhr- Öffnungsbereich geöffnetem Auslassventil erfüllt ist. As mentioned earlier, the slide does not necessarily have to work completely close to the inner circumference of the outlet cylinder. It does not matter if between gas and Auslasszylinderwand some gas leaking, as long as the essential effect of the slide is satisfied as a throttle in the exhaust port at befindlichem in Brenngasabzapföffnungsbereich exhaust valve and advantageously as a throttle at the branch of Brenngasabzapfkanals in Abgasausfuhr- opening range open exhaust valve.
Im Sinne der schon vorstehend erwähnten Funktionsfähigkeit des üblicherweise vorgesehenen Ventildrehmechanismus ist es dabei vorteilhaft, wenn der Schieber als kreiszylindrische Schiebehülse ausgebildet ist und der Auslasszylinder ebenfalls kreiszylindrisch ist. Es sei jedoch angemerkt, dass bei Auslassventilen ohne einen solchen Ventildrehmechanismus auch ganz andere Geometrien denkbar wären.
Der Schieber bzw. die Schiebehülse kann dabei beispielsweise über Radialstreben mit dem Ventilschaft des Auslassventils verbunden sein. Es wäre jedoch ebenfalls denkbar, die Schiebehülse als von der der Brennkammer abgewandten Seite des Ventiltellers ausgehenden Tubus zu gestalten, welcher im Bereich nahe des Ventiltellers mit Durchtrittsöffnungen für die Strömung versehen ist. In terms of the above-mentioned functionality of the valve rotation mechanism usually provided, it is advantageous if the slide is designed as a circular cylindrical sliding sleeve and the outlet cylinder is also circular cylindrical. It should be noted, however, that in the case of exhaust valves without such a valve rotation mechanism, completely different geometries would also be conceivable. The slide or the sliding sleeve can be connected for example via radial struts with the valve stem of the exhaust valve. However, it would also be conceivable to design the sliding sleeve as a tube extending from the side of the valve disc facing away from the combustion chamber, which tube is provided in the region near the valve disc with passage openings for the flow.
Bevorzugt können dabei mehrere von dem Auslasszylinder abzweigende Auslassleitungen bzw. eine Auslassleitung mit mehreren, über den Umfang des Auslasszylinders verteilten Abzweigungen vorgesehen sein, um die Einströmung des Brenngas-Ladeluft-Gemischs bei im Abgasabfuhröffnungsbereich geöffnetem Auslassventil zu befördern. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Auslassleitung sich auch ringförmig um den Auslasszylinder herum erstrecken und sich ringförmig zum Auslasszylinder hin öffnen bzw. eine sich ringförmig zum Auslasszylinder hin öffnende Abzweigung aufweisen. In this case, a plurality of outlet lines branching off from the outlet cylinder or an outlet line with a plurality of branches distributed over the circumference of the outlet cylinder may preferably be provided in order to convey the inflow of the fuel gas / charge-air mixture with the outlet valve open in the exhaust-gas discharge opening region. Alternatively or additionally, the outlet line may also extend annularly around the outlet cylinder and open in an annular manner towards the outlet cylinder or have a branch opening in an annular manner towards the outlet cylinder.
Ebenso wie bei der Weiterbildung mit einem Drosselvorsprung, welcher sich bei im Abgasabfuhröffnungsbereich geöffnetem Auslassventil im Auslasskanal befindet, wobei dort dann eine Durchmessererweiterung vorgesehen ist, um eine Umströmung des Drosselvorsprungs zu ermöglichen, kann bei der vorteilhaften Weiterbildung mit der per Schieber bzw. Schiebehülse drossel- bzw. verschliessbaren Auslassleitung/Brenngasabzapfleitung die Drosseleinrichtung, nämlich der Drosselvorsprung bzw. der Schieber oder die Schieberhülse relativ weit von der Brennkammer entfernt im Auslasskanal angeordnet sein. Die Drosseleinrichtung ist dann keiner hohen thermischen Belastung ausgesetzt und kann daher relativ billig ausgebildet sein, im Fall des Drosselvorsprungs beispielsweise hohl. Auch die Abzweigung des Brenngasabzapfkanals befindet sich in diesem Fall relativ weit von der Brennkammer entfernt, so dass kein thermisch hoch belasteter, dünner Materialsteg zwischen dem Abzweig des Brenngasabzapfkanals und der Brennkammer-Innenwand existiert.
Andererseits muss dabei eine bestimmte Baugröße für den Auslasszylinder vorgesehen sein, innerhalb dem der Abzweig des Brenngasabzapfkanals und der Verschiebebereich der Drosseleinrichtung untergebracht sind. Daher kann auch die Weiterbildung mit einem im Abgasabfuhrbereich in der Brennkammer befindlichen Drosselvorsprung und einem in der Nähe des Brennkammer- Auslasses bzw. Tellersitzes abzweigenden Brenngasabzapfkanal vorteilhaft sein. Außerdem kann damit eine direktere und damit verlustfreiere Einströmung des Brenngases in den Brenngasabzapfkanal erreicht werden. Noch weiter in diese Richtung geht eine dritte vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, bei der der Auslasskanal zwar ebenfalls einen dem Brenngas-Auslass strömungsmäßig nachgeordneten, vorzugsweise kreiszylindrischen Auslasszylinder ausweist, welcher jedoch viel kürzer sein kann, als bei den zuvor besprochenen Weiterbildungen mit einem solchen Auslasszylinder. Denn der Auslasszylinder muss hier lediglich eine auf der der Brennkammer abgewandten Seite des Ventiltellers in Axialrichtung des Ventilschafts vorspringende Stufe in Form des Querschnitts des Auslasszylinders aufnehmen, sofern das Auslassventil geschlossen oder im Brenngasabzapföffnungsbereich geöffnet ist, so dass dann der Auslasskanal verschlossen oder zumindest die Einströmung in den Auslasskanal gedrosselt ist. Der Brenngasabzapfkanal zweigt dabei in einem radial außerhalb der Stufe gelegenen Abzweigungsbereich ab (also im Bereich des Tellersitzes des Ventiltellers), welcher bei geschlossenem Auslassventil von der der Brennkammer abgewandten Seite des Ventiltellers bedeckt ist. Der Brenngasabzapfkanal ist somit von der Brennkammer getrennt, wenn das Auslassventil geschlossen ist. Just as in the development with a throttle projection which is located in the outlet channel in the exhaust gas discharge opening region open exhaust valve, which then there is a diameter extension is provided to allow flow around the throttle projection, can throttle in the advantageous development with the slide or sliding sleeve. or closable outlet / Brenngasabzapfleitung the throttle device, namely, the throttle projection or the slider or the sliding sleeve be relatively far away from the combustion chamber arranged in the outlet channel. The throttle device is then not exposed to high thermal load and can therefore be relatively cheap, in the case of the throttle projection, for example, hollow. The branch of the Brenngasabzapfkanals is located in this case relatively far from the combustion chamber, so that no thermally highly loaded, thin material web between the branch of Brenngasabzapfkanals and the combustion chamber inner wall exists. On the other hand, it must be provided a certain size for the exhaust cylinder, within which the branch of Brenngasabzapfkanals and the displacement of the throttle device are housed. Therefore, the development may also be advantageous with a throttle projection located in the exhaust gas removal region in the combustion chamber and a fuel gas drainage channel branching off in the vicinity of the combustion chamber outlet or plate seat. In addition, thus a more direct and thus lossless inflow of the fuel gas can be achieved in the Brenngasabzapfkanal. Even further in this direction is a third advantageous development of the invention, in which the outlet channel also identifies a fuel gas outlet downstream, preferably circular cylindrical outlet cylinder, which, however, may be much shorter than in the previously discussed developments with such an outlet cylinder. Because the exhaust cylinder has here only on the side facing away from the combustion chamber of the valve disk in the axial direction of the valve stem record in the form of the cross section of the exhaust cylinder, if the exhaust valve is closed or opened in Brenngasabzapföffnungsbereich, then closed the outlet or at least the inflow the outlet channel is throttled. The Brenngasabzapfkanal branches off in a branching region located radially outside the stage (ie in the region of the plate seat of the valve disk), which is covered by the side of the valve disk facing away from the combustion chamber when the outlet valve is closed. The fuel gas bleed passage is thus disconnected from the combustion chamber when the exhaust valve is closed.
Vorzugsweise befindet sich der Abzweigungsbereich jedoch im radial außen an die Stufe angrenzenden Bereich oder zumindest in der Nähe des Außenumfangs der Stufe, so dass der Tellersitz, an dem die der Brennkammer abgewandten Seite des Ventiltellers bei geschlossenem Auslassventil aufsitzt, sich radial weiter nach außen erstreckt als der Abzweigungsbereich und somit ein zuverlässiges Verschließen des Brennkammer-Auslasses bei geschlossenem Auslassventil
gewährleistet ist. Preferably, however, the branching region is located in the region radially adjoining the step or at least in the vicinity of the outer circumference of the step, so that the plate seat, on which the side of the valve disk facing away from the combustion chamber is seated with the outlet valve closed, extends radially further outward than the branch area and thus a reliable closing of the combustion chamber outlet with the outlet valve closed is guaranteed.
Vorteilhaft an dieser Weiterausbildung ist insbesondere, dass der bauliche Aufwand für die Drosseleinrichtung besonders gering ist. Lediglich die Rückseite des Ventiltellers muss durch die Stufe etwas verlängert werden und, falls eine Anlage der Stufe am Außenumfang des Auslasszylinders vorgesehen ist, die Innenumfangsoberfläche des Auslasszylinders entsprechend fein bearbeitet und gut fluchtend zur Ventilschaftachse ausgeführt sein. Auch die Vor- bzw. Nebenordnung des Einlaufs bzw. des Abzweigs der Rezirkulationsleitung gegenüber dem Abzweig bzw. des Einlaufs des Auslasskanals, wobei sich der Abzweig des Brenngasabzapfkanals direkt zur Brennkammer hin öffnet, erweist sich unter dem Gesichtspunkt einer optimierten Brenngaseinströmung in den Brenngasabzapfkanal als vorteilhaft. Andererseits tritt im Bereich des Abzweigs des Brenngasabzapfkanals hier eine hohe Wärmebelastung auf, insbesondere in einem dünnen Materialsteg der Brennkammerwand zwischen der Brennkammer und dem Brenngasabzapfkanal. Um hier eine ausreichende Kühlung sicher zu stellen, ist daher im Bereich des Brenngas-Auslasses eine im Material der Brennkammerwand, insbesondere im Material zwischen dem Tellersitz und dem Brenngasabzapfkanal vorgesehene Kühlmittelleitung vorteilhaft. An advantage of this development is in particular that the structural complexity of the throttle device is particularly low. Only the rear side of the valve disk has to be slightly extended by the step and, if a plant of the stage is provided on the outer circumference of the exhaust cylinder, the inner peripheral surface of the exhaust cylinder must be correspondingly finely machined and be well aligned with the valve stem axis. The pre- or secondary order of the inlet or the branch of the recirculation line with respect to the branch or the inlet of the outlet channel, wherein the branch of Brenngasabzapfkanal opens directly to the combustion chamber, proves to be advantageous from the viewpoint of an optimized fuel gas inflow into the Brenngasabzapfkanal , On the other hand, occurs in the region of the branch of Brenngasabzapfkanals here a high heat load, in particular in a thin material web of the combustion chamber wall between the combustion chamber and the Brenngasabzapfkanal. In order to ensure adequate cooling here, a coolant line provided in the material of the combustion chamber wall, in particular in the material between the plate seat and the fuel gas discharge channel, is therefore advantageous in the region of the fuel gas outlet.
Weitet sich der Brenngasabzapfkanal dabei ringförmig zur Brennkammer hin auf bzw. zweigt er über einen sich ringförmig zu dem Auslasszylinder hin öffnenden Abzweig vom Brenngas-Auslass ab, so ist die Kühlmittelleitung bevorzugt zumindest abschnittsweise umlaufend. Der ringförmig sich öffnende Abzweig ist dabei zum Sammeln des in den Brenngasabzapfkanal zu befördernden Brenngases vorteilhaft, wozu sich der Abzweig bevorzugt wulstartig in das Material der Brennkammerwand hinein öffnen kann. If the fuel gas tapping channel expands annularly toward the combustion chamber or branches off from the fuel gas outlet via a branch opening in an annular manner towards the outlet cylinder, then the coolant line is preferably circumferential at least in sections. The ring-opening branch is advantageous for collecting the fuel gas to be conveyed into the fuel gas evacuation channel, for which purpose the branch can preferably open into the material of the combustion chamber wall in a bead-like manner.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Advantageous embodiments of the invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 ein schematisches Schaubild eines Verbrennungsmotors gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine according to a first embodiment of the invention;
Fig. 2 eine Teilschnittansicht des Brennkammerauslasses des in Fig. 1 gezeigten Verbrennungsmotors bei geschlossenem Auslassventil; FIG. 2 is a partial sectional view of the combustion chamber outlet of the internal combustion engine shown in FIG. 1 with the exhaust valve closed; FIG.
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht bei im Fig. 3 is a view corresponding to FIG. 2 in the
Brenngasabzapföffnungsbereich geöffneten Auslassventil; Fuel gas scavenging port area open exhaust valve;
Fig. 4 eine skizzierte Ansicht des Bereichs des Brennkammer-Auslasses gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bei im Brenngasabzapföffnungsbereich geöffnetem Auslassventil; 4 is a sketched view of the area of the combustion chamber outlet according to another embodiment of the invention with the exhaust valve opened in the fuel gas scavenging port area;
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht bei im Abgasabfuhröffnungsbereich geöffneten Auslassventil; FIG. 5 shows a view corresponding to FIG. 4 with the outlet valve open in the exhaust gas discharge opening region; FIG.
Fig. 6 eine schematisierte Ansicht des Bereichs des Brennkammer-Auslasses gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bei geschlossenem Auslassventil; 6 shows a schematic view of the region of the combustion-chamber outlet according to a further embodiment of the invention with the outlet valve closed;
Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Ansicht bei im Fig. 7 is a view corresponding to FIG. 6 in the
Brenngasabzapföffnungsbereich geöffnetem Auslassventil; Fuel gas bleed port area open exhaust valve;
Fig. 8 eine den Fig. 6 und 7 entsprechende Ansicht bei im Fig. 8 is a Figs. 6 and 7 corresponding view at in
Abgasabfuhröffnungsbereich geöffnetem Auslassventil; Exhaust gas discharge port region of opened exhaust valve;
Fig. 9 eine schematisierte Ansicht eines gegenüber der in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform geringfügig abgewandelten Brennkammerauslassbereichs; Fig. 10 ein Diagramm mit über dem Kurbelwinkel aufgetragenen Druckverläufen; FIG. 9 shows a schematic view of a combustion chamber outlet region slightly modified in comparison with the embodiment shown in FIGS. 6 to 8; FIG. 10 is a graph with plotted over the crank angle pressure curves.
und
Fig. 11 ein Diagramm mit über dem Kurbelwinkel aufgetragenen Strömungsquerschnitten. and Fig. 11 is a diagram with applied over the crank angle flow cross sections.
Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sind Zweitakt- Großdieselmotoren, wie sie beispielsweise als Schiffsantriebe Verwendung finden. Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Anordnungen sind an sich bekannt. Häufig soll dabei ein Teil des Abgases zur Reduzierung des NOx -Ausstoßes in den Arbeitsraum 2 zurückgeführt, d.h. rezirkuliert werden. Bei diesem sog. Rezirkulationsgas soll es sich zur Vereinfachung der Steuerung und Gewährleistung einer exakten Dosierung um möglichst reines Brenngas, d.h. nicht durch Spülgas verdünntes Abgas handeln. Main field of application of the present invention are two-stroke large diesel engines, as used for example as marine propulsion. The basic structure and the mode of action of such arrangements are known per se. Frequently, a portion of the exhaust gas is to be returned to the reduction of NO x emissions in the working space 2, ie recirculated. In this so-called recirculation gas, it is intended to simplify the control and ensure exact metering as pure as possible fuel gas, ie not diluted by purge gas exhaust gas.
Der Figur 1 ist beispielhaft ein Verbrennungsmotor mit Brenngas-Rezirkulation zu entnehmen, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weitergebildet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den in Figur 1 rein beispielhaft dargestellten Aufbau der Rezirkulationseinrichtung beschränkt. Auch können unterschiedliche, gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltete Auslassventile und Zylinderköpfe eingesetzt werden, wie aus den weiteren Figuren 2 bis 9 beispielhaft hervorgeht. Die Erfindung ist ferner auch nicht auf Motoren mit Brenngas-Rezirkulation beschränkt, sondern kann auch eingesetzt werden, um Brenngas für andere Zwecke abzuzapfen. Wenn daher im folgenden von einem „Rezirkulationsöffnungsbereich" des Auslassventils die Rede ist, so ist damit zwar der „Brenngasabzapföffnungsbereich" bei einem Verbrennungsmotor mit Brenngasrezirkulation gemeint und die Angabe„Rezirkulationsleitung" ersetzt die allgemeinere Angabe „Brenngasabzapfkanal". Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können jedoch ebenso eingesetzt werden, wenn das Brenngas zu anderen Zwecken als zur Brenngasrezirkulation abgezapft, bzw. entnommen werden soll. 1 shows an example of an internal combustion engine with fuel gas recirculation, which is developed according to an embodiment of the invention. However, the invention is not limited to the construction of the recirculation device shown purely by way of example in FIG. Also, different, designed according to the present invention exhaust valves and cylinder heads can be used, as is apparent from the further figures 2 to 9 by way of example. The invention is also not limited to engines with fuel gas recirculation, but can also be used to tap fuel gas for other purposes. Therefore, in the following, when referring to a "recirculation port area" of the exhaust valve, it means the "fuel gas exhaust port area" in an internal combustion engine with fuel gas recirculation and the indication "recirculation line" replaces the more general specification "fuel gas exhaust port". However, the described embodiments of the invention can also be used if the fuel gas for other purposes than for fuel gas recirculation tapped, or should be removed.
In der Figur 1 ist ein Zylinder 1 eines Verbrennungsmotors angedeutet, der mehrere in Reihe angeordnete Zylinder haben kann. Jeder Zylinder 1 enthält eine
Brennkammer 2, die nach unten durch einen in nicht näher dargestellter Weise über eine Kolbenstange, einen Kreuzkopf und eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle zusammenwirkenden, auf- und abbewegbaren Kolben 3 begrenzt wird. Im unteren Bereich des Zylinders 1 sind Lufteinlassschlitze 4 vorgesehen, die vom Kolben 3 überfahren und auf diese Weise auf- und abgesteuert werden. Die Lufteinlassschlitze 4 jedes Zylinders 1 kommunizieren mit einem zugeordneten Versorgungskanal 5, der an ein über alle Zylinder durchgehendes, mit Ladeluft beaufschlagbares Verteilerrohr 6 angeschlossen ist. Die Einlassschlitze 4 fungieren dementsprechend als Lufteinlässe, über welche die Brennkammer 2 mit Verbrennungsluft beaufschlagbar ist. In the figure 1, a cylinder 1 of an internal combustion engine is indicated, which may have a plurality of cylinders arranged in series. Each cylinder 1 contains one Combustion chamber 2, the downwardly by a manner not shown via a piston rod, a crosshead and a connecting rod with a crankshaft cooperating, reciprocally movable piston 3 is limited. In the lower part of the cylinder 1 air inlet slots 4 are provided, which are run over by the piston 3 and in this way up and down. The air inlet slots 4 of each cylinder 1 communicate with an associated supply channel 5, which is connected to a continuous through all cylinders, can be acted upon with charge air manifold 6. The inlet slots 4 accordingly act as air inlets, via which the combustion chamber 2 can be acted upon with combustion air.
Im Bereich des die Brennkammer 2 nach oben begrenzenden Zylinderdeckels ist ein Auslassventil 9 vorgesehen, über welches ein Brenngasauslass 20 geöffnet und geschlossen werden kann. Dort kann ferner eine nicht näher dargestellte Brennstoffeinspritzeinrichtung vorgesehen sein. In the area of the cylinder cover which delimits the combustion chamber 2 upwards, an outlet valve 9 is provided, via which a fuel gas outlet 20 can be opened and closed. There may also be provided a non-illustrated fuel injection device.
Der Brenngasauslass 20 ist mit einem Auslasskanal 11 verbunden. Die Auslasskanäle 11 aller Zylinder sind normalerweise an ein gemeinsames Abgassammeirohr 12 für alle Zylinder angeschlossen. Von diesem geht eine Abgasleitung 13 ab, welche die Turbine 14 eines Abgasturboladers 14, 15 mit Abgas versorgt. Die Turbine 14 treibt einen Kompressor 15 an, der über eine Spülluftleitung 16 verdichtete Spülluft in das Ladeluftverteilerrohr 6 einspeist. In der Spülluftleitung 16 kann ein Spülluftkühler 17 angeordnet sein. Das die Turbine 14 verlassende Abgas wird in die Umgebung ausgestoßen. Um den NOx-Gehalt dieses Abgases möglichst gering zu halten, wird ein Teil des bei der Verbrennung in den Brennkammern 2 entstehenden Gases direkt oder indirekt wieder zu den Brennkammern 2 zurückgeführt (rezirkuliert). Hierzu ist eine Rezirkulationsleitung 18 vorgesehen, die im Bereich des Brenngasauslasses 20 abzweigt und in einen über alle Zylinder 1 durchgehenden Rezirkulationsgas- Sammelraum 19 mündet, welcher wiederum über ein optionales Behandlungsaggregat 21 zur Kühlung und/oder Reinigung und/oder Filterung des
entnommenen Rezirkulationsgases mit einem Leitungsabschnitt der Rezirkulationsleitung 18 an dem Ladeluftverteilerrohr 6 angeschlossen ist. Die Rezirkulationsleitung 18 ist letztlich also mit den als Ladeluft-Einlässe fungierenden Einlassschlitzen 4 verbunden. The fuel gas outlet 20 is connected to an outlet channel 11. The exhaust ports 11 of all cylinders are normally connected to a common exhaust manifold 12 for all cylinders. From this goes from an exhaust pipe 13, which supplies the turbine 14 of an exhaust gas turbocharger 14, 15 with exhaust gas. The turbine 14 drives a compressor 15, which feeds compressed air via a scavenging air line 16 into the charge air distributor pipe 6. In the scavenging air line 16, a scavenging air cooler 17 may be arranged. The exhaust gas leaving the turbine 14 is discharged into the environment. In order to keep the NOx content of this exhaust gas as low as possible, a portion of the resulting in the combustion in the combustion chambers 2 gas directly or indirectly returned to the combustion chambers 2 (recirculated). For this purpose, a recirculation line 18 is provided, which branches off in the region of the fuel gas outlet 20 and opens into a recirculation gas collecting chamber 19 which extends through all cylinders 1 and which in turn is cooled by an optional treatment unit 21 for cooling and / or cleaning and / or filtering taken recirculation gas is connected to a line section of the recirculation line 18 to the charge air manifold 6. The recirculation line 18 is thus ultimately connected to the inlet slots 4 acting as charge air inlets.
Bei der der Figur 1 zugrunde liegenden Anordnung wird das Rezirkulationsgas der Spülluft bzw. dem Spülgas beigemischt und den Brennkammern 2 als Ladeluft, d.h. indirekt zugeführt. Hierzu mündet die Rezirkulationsleitung 18 in das Ladeluftverteilerrohr 6. Die Einmündung der Rezirkulationsleitung 18 könnte auch dem Kühler 17 vorgeordnet sein, wie in Figur 1 durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist. In einem derartigen Fall könnte eine eigene Kühlung des Rezirkulationsgases entfallen. In the arrangement on which FIG. 1 is based, the recirculation gas is admixed with the purging air or the purging gas and supplied to the combustion chambers 2 as charge air, i. supplied indirectly. For this purpose, the recirculation line 18 opens into the charge air manifold 6. The confluence of the recirculation line 18 could also be upstream of the radiator 17, as indicated in Figure 1 by a broken line. In such a case, a separate cooling of the recirculation gas could be omitted.
Der Druck des aus den Brennkammern 2 entnommenen und in die Rezirkulationsleitung 18 hineingespeisten Rezirkulationsgases ist höher als der Spülluftdruck in der Spülluftleitung 16, so dass eine selbsttätige Strömung vorliegt und ein zusätzliches Aggregat zur Druckerhöhung in der Rezirkulationsleitung 18 nicht erforderlich ist. Um im Falle kurzzeitiger Druckspitzen in der Ladeluft einen Rückschlag in die Rezirkulationsleitung 18 zuverlässig zu verhindern, kann beispielsweise im Bereich zwischen dem Ladeluftverteilerrohr 6 und dem Rezirkulationsgas-Sammelraum 19 jeweils ein Rückschlagventil in der Rezirkulationsleitung 18 vorgesehen sein, das zur Brennkammer-Einlassseite hin öffnet. Ferner kann beispielsweise im Bereich zwischen dem Rezirkulationsgas- Sammelraum 19 und der jeweiligen Brennkammer 2 jeweils ein Rückschlagventil 23 in der Rezirkulationsleitung 18 vorgesehen sein, das zur Brennkammer- Einlassseite hin öffnet. Dadurch kann gleichzeitig sichergestellt werden, dass nur dann Brenngas durch die Rezirkulationsleitung 18 strömen kann, wenn der Druck auf Seiten des Brenngas-Auslasses 20 höher ist als auf Seiten des Rezirkulationsgas-Sammelraums 19 und dass kein dort als Rezirkulationsgas gesammeltes Brenngas zurückströmt, wenn der Druck auf Seiten des Brenngas-
Auslasses 20 niedriger ist als auf Seiten des Rezirkulationsgas-Sammelraums 19. The pressure of the withdrawn from the combustion chambers 2 and fed into the recirculation line 18 recirculation gas is higher than the scavenging air pressure in the scavenging air line 16 so that there is an automatic flow and an additional unit for increasing the pressure in the recirculation line 18 is not required. In order to reliably prevent a backlash into the recirculation line 18 in the event of short-term pressure peaks in the charge air, a check valve in the recirculation line 18 can be provided, for example, in the region between the charge air manifold 6 and the recirculation gas collecting space 19, which opens to the combustion chamber inlet side. Furthermore, in the region between the recirculation gas collecting space 19 and the respective combustion chamber 2, in each case a check valve 23 may be provided in the recirculation line 18, which opens to the combustion chamber inlet side. As a result, it can be ensured at the same time that fuel gas can flow through the recirculation line 18 only if the pressure on the side of the fuel gas outlet 20 is higher than on the side of the recirculation gas collecting space 19 and no fuel gas collected there as recirculation gas flows back when the pressure on the part of the fuel gas Outlet 20 is lower than on the side of the recirculation gas collecting space 19th
Wie bereits angesprochen ist der Druck des aus den Brennkammern 2 entnommenen und rezirkulierten Brenngases höher als der Ladeluftdruck, so dass ein zusätzliches Aggregat, wie z.B. eine Pumpe oder ein Kompressor nicht erforderlich ist. Dazu trägt die erfindungsgemäß vorgesehene Drosseleinrichtung wesentlich bei. As already mentioned, the pressure of the fuel gas withdrawn and recirculated from the combustion chambers 2 is higher than the charge air pressure, so that an additional unit, such as e.g. a pump or a compressor is not required. The inventively provided throttle device contributes significantly to this.
Es sind verschiedene Varianten von Brenngasrezirkulationssystemen bekannt, wobei das in Figur 1 gezeigte Brenngasrezirkulationssystem hier nur rein beispielhaft aufgeführt ist. Beispielsweise können einige mit den erwähnten Elementen vergleichbare Elemente mehrfach vorhanden sein, um einen Parallelbetrieb zu gewährleisten. Auch können einige der gezeigten Elemente in funktional getrennte, in Serie angeordnete Einheiten aufgeteilt sein, um die gewünschte Funktionalität beim Betrieb des in Rede stehenden Motors zu erzielen. Ferner kann ein solches System den Kern eines ausgedehnten Systems bilden, welches beispielsweise weitere Elemente stromab oder stromauf der Turbine 14 aufweist, um in dem Abgas enthaltene Energie noch weiter auszunutzen oder um das Abgas vor seinem endgültigen Austritt in die Umwelt zu reinigen. Auch der Luftstrom stromauf/stromab eines Elements wie dem Kompressor 15 kann einer weiteren Behandlung durch in Figur 1 nicht dargestellte Vorrichtungen unterzogen werden. Diesem Luftstrom kann auch ein Inhaltsstoff beigemischt werden, der sich von reiner Umgebungsluft unterscheidet, so dass anstatt reiner Spülluft ein Spülgas mit einem weiteren gasförmigen, brennbaren oder nicht brennbaren Inhaltsstoff vorliegt, bevor das rezirkulierte Brenngas dem zum Spülen des Zylinders vorgesehenen Gasstrom ebenfalls beigesetzt wird. Das am Ende vorliegende, zum Spülen des Zylinders vorgesehene Gasgemisch kann ein sehr breites Spektrum an Zusammensetzungen aufweisen und wird als „Ladeluft" bezeichnet. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung bei allen derartigen Brenngasrezirkulationssystemen eingesetzt werden. There are various variants of fuel gas recirculation systems known, wherein the fuel gas recirculation system shown in Figure 1 is listed here purely by way of example. For example, some elements comparable to the mentioned elements may be present multiple times in order to ensure parallel operation. Also, some of the elements shown may be divided into functionally separate, series-arranged units to achieve the desired functionality in the operation of the subject engine. Further, such a system may form the core of an extended system having, for example, further elements downstream or upstream of the turbine 14 to further utilize energy contained in the exhaust gas or to purify the exhaust gas prior to its ultimate discharge into the environment. Also, the air flow upstream / downstream of an element such as the compressor 15 may be subjected to further treatment by devices not shown in FIG. This airflow can also be admixed with an ingredient that differs from pure ambient air, so that instead of pure purge air, a purge gas with another gaseous, flammable or non-combustible ingredient is present before the recirculated fuel gas is also buried in the gas stream provided for rinsing the cylinder. The final gas mixture intended for rinsing the cylinder may have a very wide range of compositions and is referred to as "charge air." Of course, the present invention may be applied to all such fuel gas recirculation systems.
Den Figuren 2 und 3 ist dabei eine erste Ausführungsform eines
Brenngasauslasses mit einer Drosseleinrichtung 10 der vorstehend beschriebenen Art zu entnehmen. Figur 2 zeigt die Brennkammer 2 in einem durch das geschlossene Auslassventil 9 von dem Auslasskanal 11 getrennten Zustand. Mit gestrichelter Linie ist dagegen eine voll geöffnete Stellung des Auslassventils 9 angedeutet. Das Auslassventil 9 bewegt sich also mit auf die Bewegung des Kolbens 3 getakteten Steuerzeiten auf und ab, wie durch den dicken Pfeil mit Doppelspitze angedeutet ist. Figures 2 and 3 is a first embodiment of a Fuel gas outlet with a throttle device 10 of the type described above can be seen. FIG. 2 shows the combustion chamber 2 in a state separated from the outlet channel 11 by the closed outlet valve 9. By dashed line, however, a fully open position of the exhaust valve 9 is indicated. The outlet valve 9 thus moves with clocked on the movement of the piston 3 timing up and down, as indicated by the thick arrow with double point.
Das Auslassventil 9 hat dabei einen Ventilteller 8, welcher in der geschlossenen Stellung auf einem Tellersitz aufliegt und somit den Brenngasauslass 20 verschließt und bei Abwärtsbewegung des Ventils 9 den Brenngasauslass 20 freigibt. Der Ventilteller 8 ist dabei an einem Ventilschaft 7 befestigt, welcher wiederum im Zylinderkopf auf bekannte Weise gelagert ist und üblicherweise über eine - hier nicht dargestellte - Nockenwelle angetrieben wird, wobei auch andere Ventilbetätigungseinrichtungen denkbar wären, insbesondere nach dem sogenannten elektronischen Ventilsteurungsprinzip ohne mechanische Kupplung zwischen Kurbelwelle und Ventilschaft, wie zB. die in letzter Zeit aufkommende, elektronische Ventildirektsteuerung mit einer Ventilbetätigung per Elektromagneten oder dergleichen. The outlet valve 9 in this case has a valve disk 8, which rests in the closed position on a plate seat and thus the fuel gas outlet 20 closes and 9 releases the fuel gas outlet 20 during downward movement of the valve. The valve plate 8 is attached to a valve stem 7, which in turn is mounted in the cylinder head in a known manner and usually via a - not shown - camshaft is driven, with other valve actuators would be conceivable, especially after the so-called electronic Ventilsteurungsprinzip without mechanical coupling between Crankshaft and valve stem, such as. the recent emergence, electronic valve direct control with a valve actuation by electromagnet or the like.
An dem Ventilschaft 7 ist dabei ein drehsymmetrisch aufgebauter Drosselvorsprung 10 vorgesehen, und zwar an einer Stelle, an der der Drosselvorsprung 10 bei geschlossenem Auslassventil 9 (Figur 2) und bis zu einem gewissen gewünschten Öffnungsgrad (Figur 3) in einem einem Abzweig der Rezirkulationsleitung 18 vom Auslasskanal 11 strömungsmäßig nachgeordneten Bereich angeordnet ist. In diesem Bereich zwischen der in der Figur 2 und in der Figur 3 gezeigten Stellung des Auslassventils 9, welcher dem Rezirkulationsöffnungsbereich des Auslassventils 9 entspricht, liegt der Drosselvorsprung 10 mit seinem Außenumfang an einem Innenumfang eines kreiszylindrischen Abschnitts des Auslasskanals 1 1 an und verschließt den Auslasskanal 11 dadurch zumindest im wesentlich für das aus der Brennkammer 2 ausströmende Brenngas, wobei dieser Verschluss nicht zwingend absolut sein
muss, solange die für die Erfindung wesentliche Drosselwirkung erzielt wird. At the valve stem 7, a rotationally symmetrical throttle projection 10 is provided, specifically at a position at which the throttle projection 10 with the exhaust valve 9 closed (FIG. 2) and up to a certain desired degree of opening (FIG. 3) in a branch of the recirculation line 18 from the outlet channel 11 downstream arranged region is arranged. In this area, between the position of the exhaust valve 9 shown in FIG. 2 and FIG. 3, which corresponds to the recirculation opening area of the exhaust valve 9, the throttle projection 10 rests with its outer circumference on an inner circumference of a circular cylindrical portion of the exhaust duct 1 1 and closes the exhaust duct 11 thereby at least substantially for the effluent from the combustion chamber 2 fuel gas, said closure is not necessarily absolute must, as long as the essential for the invention throttle effect is achieved.
Das aus der Brennkammer 2 in dieser Phase ausströmende Brenngas wird daher, wie in Figur 3 durch die Pfeile angedeutet, in Richtung zur Rezirkulationsleitung 18 hin gelenkt, wozu auch die hyperbelförmige bzw. abgerundete Oberfläche auf der der Brennkammer 2 zugewandten Seite des Drosselvorsprungs 10 und eine kreisringförmige um den Auslasskanal 11 im Bereich des Abzweigs der Rezirkulationsleitung 18 umlaufende Durchmesseraufweitung 22 mit ebenfalls abgerundeten Flanken beitragen. The fuel gas flowing out of the combustion chamber 2 in this phase is therefore, as indicated by the arrows in FIG. 3, directed in the direction of the recirculation line 18, including the hyperbolic or rounded surface on the side of the throttle projection 10 facing the combustion chamber 2 circular-shaped around the outlet channel 11 in the region of the branch of the recirculation line 18 circumferential diameter widening 22 also contribute with rounded edges.
Wandert das Auslassventil 9 dann aus der in Figur 3 gezeigten Stellung des gewünschten Öffnungsgrads, welcher die Obergrenze des Rezirkulationsöffnungsbereichs definiert, weiter nach unten in seine vollständig geöffnete Stellung (in Figur 2 mit unterbrochener Linie angedeutet), so gelangt der Drosselvorsprung 10 in den Bereich des Abzweigs der Rezirkulationsleitung 18 und damit der Durchmesseraufweitung 22 und kann dort von dem aus der Brennkammer 2 durch den dann vollständig geöffneten Brenngasauslass 20 ausströmenden Gas umströmt werden, welches somit durch den Auslasskanal 11 abgeführt werden kann. If the outlet valve 9 then moves from the position of the desired opening degree shown in FIG. 3, which defines the upper limit of the recirculation opening area, further downwards into its fully open position (indicated by a dashed line in FIG. 2), the throttle projection 10 comes within the range of Branch of the recirculation line 18 and thus the diameter widening 22 and there can be flowed around by the gas flowing out of the combustion chamber 2 through the then completely open fuel gas outlet 20, which can thus be discharged through the outlet channel 11.
Die gezeigte Ausführungsform ist dabei gleich in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft. So ist während der initialen Öffnungsphase zwischen der in Figur 2 und der in Figur 3 dargestellten Stellung des Auslassventils 9, also im Rezirkulations- bzw. Brenngasabzapföffnungsbereich, in der Brennkammer 2 reines oder nahezu reines Brenngas vorhanden, da in dieser Phase die Lufteinlassschlitze 4 nicht oder zumindest noch nicht weit überfahren worden sind, wobei dieses Brenngas zudem einen hohen Druck aufweist. Das in die Rezirkulationsleitung 18 einströmende Brenngas weist somit die zur Rezirkulation gewünschten Eigenschaften auf, nämlich einen Überdruck gegenüber dem Druck des im Spülsystem befindlichen Gases, nämlich des Spülgases bzw. der Spülluft, der das in die Rezirkulationsleitung 18 einströmende Brenngas beigemischt werden soll, so dass das Rückschlagventil 23 in der Rezirkulationsleitung 18 öffnet, wie in
Figur 3 angedeutet. Zum anderen weist das Brenngas auch die gewünschte niedrige Sauerstoffkonzentration auf, die erst nach Öffnung der Lufteinlassschlitze 4 und der Ladeluft erhöht wird. In der anschließenden Abgasabfuhröffnungsphase, also bei weiter geöffnetem Auslassventil 9, wie in Figur 2 durch gestrichelte Linie angedeutet, hat der Kolben 3 dagegen die Ladelufteinlassschlitze 4 bereits überfahren, so dass in der Brennkammer 2 ein Gasgemisch mit einem für die Rezirkulation ungünstigen, niedrigen Druck vorliegt. Dieses Gasgemisch gelangt nun durch den weit geöffneten Brenngasauslass 20 in den Eingangsbereich des Auslasskanals 11 und dort in den Bereich der Durchmesseraufweitung 22, in dem sich dann auch der Drosselvorsprung 10 befindet. Eine Umströmung des Drosselvorsprungs 10 ist somit möglich, ohne dass dabei ein wesentlicher Staudruck auf das aus der Brennkammer 2 ausströmende Gas ausgeübt wird. Das Gas strömt überhaupt erst aus der Brennkammer aus, weil der Druck im Abgassammeirohr 12 prinzipiell niedriger ist als der Ladeluftdruck. Das Gasgemisch kann somit während der Abgasabfuhröffnungsphase nicht in die Rezirkulationsleitung 18 eintreten bzw. das Rückschlagventil 23 nicht öffnen, sondern umströmt den Drosselvorsprung bzw. -körper 10 in Richtung zum Abgassammeirohr 12 hin und wird somit von der Rezirkulation ausgeschlossen. The embodiment shown here is advantageous in several respects. Thus, during the initial opening phase between the position shown in Figure 2 and Figure 3 in Figure 3, ie in the recirculation or Brenngasabzapföffnungsbereich in the combustion chamber 2 pure or nearly pure fuel gas, since in this phase, the air inlet slots 4 or not at least not far have been run over, this fuel gas also has a high pressure. The fuel gas flowing into the recirculation line 18 thus has the desired properties for recirculation, namely an overpressure relative to the pressure of the gas present in the purge system, namely the purge gas or the purge air to which the fuel gas flowing into the recirculation line 18 is to be admixed, so that the check valve 23 in the recirculation line 18 opens, as in FIG Figure 3 indicated. On the other hand, the fuel gas also has the desired low oxygen concentration, which is increased only after opening of the air inlet slots 4 and the charge air. In the subsequent Abgasabfuhröffnungsphase, ie at more open exhaust valve 9, as indicated in Figure 2 by dashed line, the piston 3, however, the Charging air inlet slots 4 has already run over, so that in the combustion chamber 2 is a gas mixture with an unfavorable for the recirculation, low pressure , This gas mixture now passes through the wide open fuel gas outlet 20 into the inlet region of the outlet channel 11 and there into the region of the diameter widening 22, in which the throttle projection 10 is located. A flow around the throttle projection 10 is thus possible, without causing a significant dynamic pressure is exerted on the gas flowing out of the combustion chamber 2. The gas flows out of the combustion chamber at all because the pressure in the exhaust gas collecting pipe 12 is, in principle, lower than the charge air pressure. The gas mixture can thus not enter the recirculation line 18 during the Abgasabfuhröffnungsphase or the check valve 23 does not open, but flows around the throttle projection or body 10 in the direction of the Abgassammeirohr 12 out and is thus excluded from the recirculation.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein etwas modifiziertes Auslassventil 109 und ein veränderter Abzweigungsbereich von Rezirkulationsleitungen 118a, 118b aus dem Auslasskanal 11 zum Einsatz kommen, die Brennkammer 2 jedoch an sich gegenüber der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform unverändert sein kann, was im Übrigen auch für die weiteren, in Figur 1 dargestellten Motorkomponenten gilt. Hierbei ist an dem Ventilschaft 107 ebenfalls ein umlaufender Drosselvorsprung 110 vorgesehen. Dieser ist jedoch direkt dem Ventilteller 108 nachgeordnet. Gleichzeitig befindet sich die Abzweigung der Rezirkulationsleitung bzw. im Fall
der vorliegenden Ausführungsform die Abzweigungen der Rezirkulationsleitungen 1 18a, 118b direkt im Anschlussbereich an den Brenngasauslass 120. Der Brenngasauslass 120 wird dabei in der in Figur 4 gezeigten Rezirkulationsöffnungsstellung des Auslassventils 109 durch die Rückseite des Ventiltellers 108 und den Ventiltellersitz an der Brennkammerwand gebildet, wohingegen der Brenngasauslass 120 in der in Figur 5 gezeigten Abgasabfuhröffnungsstellung des Auslassventils 109 zwischen der Rück- und radialen Außenseite des Drosselvorsprungs bzw. der Drosselscheibe 110 und dem Ventiltellersitz gebildet ist. FIGS. 4 and 5 show a further embodiment of the invention in which a somewhat modified outlet valve 109 and a modified branch region of recirculation lines 118a, 118b are used from the outlet channel 11, but the combustion chamber 2 itself is opposite that in FIGS. 1 to 3 can be unchanged, which incidentally also applies to the other, shown in Figure 1 engine components. Here, a circumferential throttle projection 110 is also provided on the valve stem 107. However, this is directly downstream of the valve disk 108. At the same time there is the branch of the recirculation line or in the case The fuel gas outlet 120 is thereby formed in the Rezirkulationsöffnungsstellung shown in Figure 4 of the exhaust valve 109 through the back of the valve disk 108 and the valve disk seat on the combustion chamber wall, whereas the Fuel gas outlet 120 is formed in the exhaust gas discharge opening position of the exhaust valve 109 shown in Figure 5 between the rear and radial outer side of the throttle projection 110 and the valve disk seat.
Wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung verschließt auch hier der Drosselvorsprung 110 bei im Rezirkulationsöffnungsbereich befindlichem Auslassventil 109 einen den Abzweigungen 118a, 1 18b der Rezirkulationsleitung strömungsmäßig nachgeordneten Bereich des Auslasskanals 11 zumindest weitgehend, so dass das aus der Brennkammer 2 ausströmende Brenngas im Rezirkulationsöffnungsbereich des Auslassventils in die Rezirkulationsleitungen 118a, 118b geleitet wird, wie in Figur 4 durch Pfeile angedeutet. In den einzelnen Rezirkulationsleitungen oder in einem Rezirkulationsleitungsabschnitt, in den die einzelnen Rezirkulationsleitungen 118a, 118b münden, kann dabei jeweils ein Rückschlagventil vorgesehen sein, wie in den Figuren 4 und 5 eingezeichnet, wobei dieses Rückschlagventil in Fig. 4 in der Rezirkulationsleitung 118b lediglich aus Platzgründen nicht dargestellt ist. Die Rückschlagventile lassen nur dann eine Einströmung von Rezirkulationsgas bzw. Brenngas in den Rezirkulationssammelbehälter 19 zu, wenn dieses Brenngas einen höheren Druck als das im Sammelbehälter 19 gesammelte Rezirkulationsgas aufweist. As in the case of the first embodiment of the invention, the throttle projection 110 closes at least substantially in the region of the outlet channel 11 downstream of the branches 118a, 118b of the recirculation line, so that the fuel gas flowing out of the combustion chamber 2 is in the recirculation opening region of the outlet valve is passed into the recirculation lines 118a, 118b, as indicated in Figure 4 by arrows. In the individual recirculation lines or in a recirculation line section into which the individual recirculation lines 118a, 118b open, a check valve can be provided in each case, as shown in FIGS. 4 and 5, this check valve in FIG. 4 in the recirculation line 118b merely for reasons of space not shown. The check valves only allow an inflow of recirculation gas or fuel gas into the recirculation collection container 19 if this fuel gas has a higher pressure than the recirculation gas collected in the collection container 19.
Hat das Auslassventil 108 dagegen einen größeren Öffnungsgrad bzw. befindet es sich in dem Abgasabfuhröffnungsbereich, so verschließt der umlaufende Drosselvorsprung 1 10 den Auslasskanal 11 nicht mehr, so dass das dann vorliegende Gas in den Auslasskanal 11 und von dort weiter in das Abgassammeirohr 12 strömt, wie in Figur 5 durch Pfeile angedeutet. Es sei bemerkt, dass im Sinne einer verbesserten Einströmung des Brenngases in die
Rezirkulationsseite nicht nur zwei Rezirkulationsleitungen 118a, 118b vorgesehen sein können, sondern vielmehr auch mehrere, über den Umfang des an dieser Stelle kreiszylindrischen Auslasskanals 1 1 verteilte Rezirkulationsleitungen. Daher kann auch eine umlaufende, innenwandige Umfangsaussparung vorgesehen sein, von der diese Rezirkulationsleitungen 118 abgehen. On the other hand, if the exhaust valve 108 has a larger opening degree or is located in the exhaust gas discharge opening region, then the circumferential throttle projection 110 no longer seals the exhaust duct 11, so that the then present gas flows into the exhaust duct 11 and from there into the exhaust gas collecting pipe 12, as indicated in Figure 5 by arrows. It should be noted that in terms of improved flow of the fuel gas into the Recirculation not only two recirculation lines 118a, 118b may be provided, but also several, over the circumference of the circular cylindrical outlet channel 1 1 distributed recirculation lines. Therefore, it is also possible to provide a circumferential, inner-walled peripheral recess from which these recirculation lines 118 exit.
Die Figuren 6 bis 8 zeigen schließlich eine weitere Ausführungsform der Erfindung bei geschlossenem Auslassventil 308 (Figur 6), bei im Rezirkulationsbereich geöffnetem Auslassventil (Figur 7), sowie bei im Abgasabfuhrbereich geöffnetem Auslassventil (Figur 8). Finally, FIGS. 6 to 8 show a further embodiment of the invention when the outlet valve 308 is closed (FIG. 6), when the outlet valve (FIG. 7) is open in the recirculation area, and when the outlet valve (FIG. 8) is open in the exhaust gas removal area.
In dieser Ausführungsform besteht die Drosseleinrichtung aus einer von der Rückseite des Ventiltellers 308 vorspringenden Stufe 310, welche im von der in Figur 6 gezeigten, geschlossenen Stellung des Auslassventils 309 bis zur in Figur 7 gezeigten Stellung des Auslassventils mit dem gewünschten Öffnungsgrad reichenden Rezirkulationsöffnungsbereich den Auslasskanal 11 verschließt, jedoch die Rezirkulationsleitung 318, bzw. deren ringförmig um den Auslasskanal 1 1 umlaufende Abzweigung 318a bzw. deren ringförmig um den Auslasskanal 11 umlaufenden Einlauf 318a für die Einströmung von aus der Brennkammer 2 durch den Brenngasauslass 320 ausströmenden Brenngas freigibt. Im in Figur 8 dargestellten Abgasabfuhrbereich ist das Auslassventil 307 dagegen soweit in die Brennkammer hinein verschoben, dass die Stufe 310 nicht mehr an der an der dem Rezirkulationsöffnungsbereich entsprechenden Stelle zylindrischen Wand des Auslasskanals 11 anliegt, sondern den Auslasskanal 11 freigibt. Wie vorstehend erläutert kann auch hier ein Rückschlagventil in der Rezirkulationsleitung 318 vorgesehen sein. In this embodiment, the throttling device consists of a step 310 projecting from the rear side of the valve disk 308, which in the recirculation opening region extending from the closed position of the outlet valve 309 shown in FIG. 6 to the position of the outlet valve with the desired degree of opening shown in FIG. 7, the outlet channel 11 closes, however, the recirculation line 318, or their annular around the outlet channel 1 1 circumferential branch 318a or its annular circulating around the outlet channel 11 inlet 318a releases for the inflow of combustion gas flowing out of the combustion chamber 2 through the fuel gas outlet 320 fuel gas. In contrast, in the exhaust gas removal region shown in FIG. 8, the outlet valve 307 is displaced into the combustion chamber so far that the step 310 no longer abuts against the wall of the outlet channel 11 corresponding to the recirculation opening region, but releases the outlet channel 11. As explained above, a check valve may also be provided in the recirculation line 318 here.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform der Einlauf bzw. der Abzweig 318a in die Rezirkulationsleitung 318 direkt am Auslass 320 der Brennkammer 2 angeordnet ist, ist das zwischen der Brennkammerwand und der Rezirkulationsleitung 318 bzw. dem Abzweig 318a befindliche Material einer großen Hitzebelastung ausgesetzt, wobei hier gleichzeitig ein recht dünner
Materialsteg steht. Um diesen Nachteil zu vermindern, kann die in den Figuren 6 bis 8 gezeigte Ausführungsform der Erfindung etwas modifiziert werden, wie Figur 9 zeigt. Hierbei ist in dem zwischen der brennkammerseitigen Oberfläche und dem Einlauf 418a der Rezirkulationsleitung 418 stehenden Materialsteg ein Kühlmittelkanal 24 vorgesehen, welcher ebenfalls um den Auslasskanal 1 1 herumführt. Gleichzeitig ist das sich ins Material hinein öffnende Sammelvolumen des Rezirkulations- einlaufs 418a und auch der Eingangsbereich der Rezirkulationsleitung 418 etwas weiter nach hinten von der Brennkammer weg ins Material hinein verlegt, so dass hier ein breiterer Materialsteg der hohen Hitzebelastung besser standhält als bei der in den Figuren 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform der Erfindung. Zusätzlich ist hier am Ventilschaft 307 ein fachnotorisch bekannter Drehschaufelkranz mit 25 bezeichnet, welcher über die vorbei strömenden Gase zu einer Ventildrehbewegung führt, welche einen vorzeitigen Verschleiß des Auslassventils 309 und des Tellersitzes verhindern soll. In the present embodiment, since the gate 318a is disposed in the recirculation passage 318 directly at the outlet 320 of the combustion chamber 2, the material located between the combustion chamber wall and the recirculation passage 318 and the branch 318a, respectively, is subjected to a great heat load a little thinner Material web stands. In order to reduce this disadvantage, the embodiment of the invention shown in FIGS. 6 to 8 can be somewhat modified, as FIG. 9 shows. Here, a coolant channel 24 is provided in the standing between the combustion chamber side surface and the inlet 418a of the recirculation line 418 material web, which also leads around the outlet channel 1 1. At the same time, the collecting volume of the recirculation inlet 418a opening into the material and also the inlet area of the recirculation line 418 are moved a little further back from the combustion chamber into the material, so that a wider material web better withstands the high heat load than with the one in FIG Figures 6 to 8 shown embodiment of the invention. In addition, here at the valve stem 307 a known professional rotary vane ring 25 is designated, which leads over the passing gases to a valve rotation, which is intended to prevent premature wear of the exhaust valve 309 and the plate seat.
Beispielhaft und rein quantitativ für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Figur 11 in Abhängigkeit von der in °KW nach OT (Grad Kurbelwinkel nach oberem Totpunkt) angegebenen Bewegung des Kolbens 3 durch die Kurve b der Verlauf des freien Strömungsquerschnitts im Bereich der die Spülgaseinlässe 4 bildenden Einlassschlitze dargestellt. Die Kurve a gibt dagegen den Verlauf des freien Strömungsquerschnitts im Bereich des Brenngas- Auslasses 20 wieder. Mit durchgezogener Linie ist dabei der Verlauf bei einem nockenwellengetriebenen Auslassventil 9 eingezeichnet, wohingegen mit gestrichelter Linie mögliche Verläufe des freien Strömungsquerschnitts bei einem elektronisch angesteuerten und ohne mechanische Kopplung zwischen Kurbelwelle und Ventilschaft betätigten Auslassventil angedeutet sind. Die Öffnung des nockenwellenbetätigten Auslassventils 9 erfolgt gemäß Kurve a beispielsweise bei ca. 115° KW nach OT, d.h. 65° über dem unteren Totpunkt während des Abwärtshubs. Bei einem elektronisch angesteuerten und betätigten
Auslassventil kann das Öffnen schon etwas früher, z.B. bei ca. 110° KW nach OT beginnen und dann unterbrochen werden, um den Brenngasabzapföffnungsbereich zu verlängern, bevor dann vollständig geöffnet wird und das Auslassventil in den Abgasabfuhrbereich fährt. By way of example and purely quantitatively for an internal combustion engine according to the present invention, in FIG. 11, the course of the free flow cross section in the region of the purge gas inlets is shown in FIG. 11 as a function of the movement of the piston 3 through the curve b in ° CA to TDC (degree crank angle after top dead center) 4 forming inlet slots shown. The curve a, however, gives the course of the free flow cross-section in the region of the fuel gas outlet 20 again. With a solid line while the course is drawn at a camshaft driven exhaust valve 9, whereas with dashed line possible courses of the free flow cross-section in an electronically controlled and without mechanical coupling between the crankshaft and valve stem operated exhaust valve are indicated. The opening of the camshaft actuated exhaust valve 9 takes place according to curve a, for example at about 115 ° CA after TDC, ie 65 ° above the bottom dead center during the downward stroke. In an electronically controlled and actuated Exhaust valve may begin opening a little earlier, eg at about 110 ° CA after TDC, and then be interrupted to extend the fuel gas bleed opening area before then fully opening and driving the exhaust valve into the exhaust gas removal area.
Die Spülgaseinlässe 4 werden gemäß Kurve b bei ca. 135° KW nach OT (d.h. 45° über dem unteren Totpunkt während des Abwärtshubs) geöffnet. Vorausgesetzt dass das aus Kolben 3 und Kurbelwelle gebildete Triebwerk im Wesentlichen symmetrisch ist, werden die Spülgaseinlässe 6 dabei beim Aufwärtshub des Kolbens 3 bei etwa 135° KW vor OT wieder geschlossen. Die Schließung des Auslassventils 9, die oft nicht symmetrisch zum oberen Totpunkt gesteuert ist, erfolgt etwas später im Aufwärtshub, so dass der Arbeitsraum 2 bei geöffnetem Auslassventil 9 zuverlässig gespült wird. Hier wird kein Brenngas mehr entnommen, es gibt also keinen Brenngasabzapföffnungsbereich beim Aufwärtshub des Kolbens, so dass die Ansteuerung des elektronisch gesteuerten und betätigten Auslassventils entsprechend dem normalen, nockenwellenbetätigten Auslassventil erfolgen kann. The purge gas inlets 4 are opened according to curve b at about 135 ° CA after TDC (i.e., 45 ° above bottom dead center during the downstroke). Provided that the engine formed from the piston 3 and crankshaft is substantially symmetrical, the purge gas inlets 6 are closed during the upward stroke of the piston 3 at about 135 ° CA before TDC again. The closure of the outlet valve 9, which is often not controlled symmetrically to the top dead center, takes place somewhat later in the upstroke, so that the working space 2 is reliably purged with the outlet valve 9 open. Here, no fuel gas is removed, so there is no Brenngasabzapföffnungsbereich during the upward stroke of the piston, so that the control of the electronically controlled and actuated exhaust valve can be carried out in accordance with the normal camshaft actuated exhaust valve.
Beim Öffnen des Auslassventils 9 verursacht das entweichende Abgas eine Druckerhöhung im Auslasskanal 11. In Figur 10 ist in der Kurve c der Verlauf des Drucks im Auslasskanal 11 in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung, d.h. über dem Kurbelwinkel, aufgetragen. Hieraus ist ersichtlich, dass sich beim Öffnen des Auslassventils 9 der Druck im Auslasskanal 1 1 schlagartig erhöht. Dies führt zu einem eine oder mehrere Spitzen aufweisenden, bei etwa 1 15° KW nach OT beginnenden Druckstoß e. Der Druckstoß e ist von vergleichsweise kurzer Dauer und erstreckt sich lediglich über etwa 20° KW. Der Druckstoß e ist dementsprechend noch vor dem Öffnen der Einlassschlitze 4 beendet. Die Öffnung der Spülgaseinlässe 4 würde in jedem Fall zu einer endgültigen Beendigung des Druckstoßes e führen. When the outlet valve 9 is opened, the escaping exhaust gas causes a pressure increase in the outlet channel 11. In FIG. 10, in the curve c, the profile of the pressure in the outlet channel 11 is determined as a function of the piston movement, i. over the crank angle, applied. It can be seen that when opening the outlet valve 9, the pressure in the outlet channel 1 1 increases abruptly. This leads to a pressure surge e which has one or more peaks and starts at approximately 1 15 ° CA after TDC. The pressure surge e is of relatively short duration and only extends over about 20 ° CA. The pressure surge e is therefore completed before the opening of the inlet slots 4. The opening of the purge gas inlets 4 would in any case lead to a final termination of the pressure surge e.
In der weiteren in Figur 10 angegebenen Kurve d ist der Druckverlauf in der Brennkammer 2 über dem Kurbelwinkel aufgetragen. Da der Druck in der
Brennkammer 2 relativ hoch wird, gilt hier auf der dem Druck zugeordneten Abzisse für Kurve d ein anderer Maßstab als für Kurve c. In Figur 10 schneiden sich zwar die Kurven c und d. Dies beruht jedoch nur auf dem unterschiedlichen Maßstab. Bei Verwendung gleicher Maßstäbe würden sich die Kurven c und d nicht oder allenfalls im Bereich des Druckstoßes e schneiden. Gemäß Kurve a (Fig. 1 1 ) ist das Auslassventil 9 ab etwa 130°KW nach OT ganz offen. Deshalb ist der Druck in der Brennkammer 2 und im Auslasskanal 11 nach Beendigung des Druckstoßes e von etwa 150°KW nach OT bis 180°KW nach OT ungefähr gleich. Ab etwa 160°KW nach OT sind gemäß Kurve b die Spülgaseinlässe 4 ganz geöffnet. In the further curve d shown in FIG. 10, the pressure profile in the combustion chamber 2 is plotted against the crank angle. As the pressure in the Combustion chamber 2 is relatively high, applies here on the pressure associated with the abscissa for curve d a different scale than for curve c. Although the curves c and d intersect in FIG. However, this is only based on the different scale. If the same scales were used, the curves c and d would not intersect or only in the region of the pressure surge e. According to curve a (FIG. 11), the exhaust valve 9 is completely open from about 130 ° CA to TDC. Therefore, the pressure in the combustion chamber 2 and the outlet channel 11 after completion of the pressure surge e of about 150 ° CA to TDC to 180 ° CA after TDC is about the same. From about 160 ° CA after TDC, the purge gas inlets 4 are completely open according to curve b.
Dementsprechend ist der Druck in der Brennkammer 2 und im Auslasskanal 11 nur wenig geringer als der Spülgasdruck, was in Fig. 10 durch die Kurve f erläutert wird, welche den Druck im Spülsystem darstellt und im selben Maßstab wie die Kurve c eingezeichnet wurde. Bei e ist dabei klar zu erkennen, dass der Druck im Auslasskanal schon kurz nach dem Öffnen des Auslassventils 9 den Druck f im Spülsystem wesentlich überschreitet, wodurch eine positive Druckdifferenz erzielt wird, die gemäß der Erfindung dazu genutzt wird, das Brenngas in das Brenngasabzapfkanalsystem und weiter in den mit einem Einlass irgendwo im Spülgassystem endenden Brenngasrezirkulationskreis zu drängen. Hierbei sei bemerkt, dass aufgrund eines größeren Volumens, welches direkt stromab des Auslassventils unmittelbar nach der Auslassventilbetätigung verdichtet würde, die Form der Kurve c bei e wesentlich flacher wäre und nur ein geringerer Maximaldruckwert erzielbar wäre, wenn die erfinderische Drosselvorrichtung nicht vorhanden wäre. Accordingly, the pressure in the combustion chamber 2 and in the outlet channel 11 is only slightly less than the purge gas pressure, which is illustrated in Fig. 10 by the curve f, which represents the pressure in the purge system and was drawn on the same scale as the curve c. It can be clearly seen at e that the pressure in the outlet channel already substantially exceeds the pressure f in the flushing system shortly after opening the outlet valve 9, whereby a positive pressure difference is achieved, which is used according to the invention, the fuel gas in the Brenngasabzapfkanalsystem and continue to push into the fuel gas recirculation circuit ending with an inlet somewhere in the purge gas system. It should be noted that due to a larger volume which would be compressed directly downstream of the exhaust valve immediately after the Auslaßventilbetätigung, the shape of the curve c at e substantially flatter and only a lower maximum pressure value would be achieved if the inventive throttle device would not be present.
Bei g ist hier deutlich herausgestellt, dass der Spülgasdruck f für die Spülung über dem Ist-Druck im Auslasskanal und im folgenden Abgasabfuhrsystem liegt. Während dieser Phase, wenn die Spüleinlässe zur Brennkammer hin offen sind, existiert daher eine zwischen dem Spülsystem und dem Abgasabfuhrsystem über das Zylindervolumen übertragene, positive Druckdifferenz, so dass das Spülen zu einem Eintritt von Spülgas in das Zylindervolumen durch die Einlässe führt und zu
einem gleichzeitigen Herausdrängen von Brenngas durch das geöffnete Auslassventil. Here it is clearly shown at g that the purge gas pressure f for the purge is above the actual pressure in the outlet channel and in the following exhaust gas removal system. During this phase, when the scavenging inlets are open to the combustion chamber, therefore, there exists a positive pressure difference transmitted between the scavenging system and the exhaust evacuation system over the cylinder volume, so that the scavenging results in an entry of purge gas into the cylinder volume through the inlets a simultaneous expulsion of fuel gas through the open exhaust valve.
Abwandlungen und Modifikationen der gezeigten Ausführungsformen sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Modifications and modifications of the illustrated embodiments are possible without departing from the scope of the invention.
So ist beispielsweise der Ventilverdrehmechanismus für die Funktion der Rezirkulationssteuerung nicht zwingend, kann jedoch ebenfalls in den in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Ausführungsformen vorgesehen sein. Fehlt hingegen ein solcher Verdrehmechanismus, so kann die Drosseleinrichtung, sei es in Form einer Drosselscheibe, einer Schiebehülse oder der von dem Ventilteller vorspringenden Stufe und der zugeordnete Abschnitt des Auslasskanals auch eine ganz andere Geometrie aufweisen. Bei den dargestellten Ausführungsformen ist die Drosselscheibe, Schiebehülse oder der von dem Ventilteller vorspringende Stufe ebenso wie der zugeordnete Abschnitt des Auslasskanals jedoch in jeder Radialrichtung zur Ventilachse symmetrisch ausgebildet. For example, the valve twisting mechanism is not mandatory for the function of recirculation control, but may also be provided in the embodiments illustrated in FIGS. 1-7. On the other hand, if such a twisting mechanism is missing, then the throttle device, be it in the form of a throttle disk, a sliding sleeve or the step projecting from the valve disk and the associated section of the outlet channel, can also have a completely different geometry. In the illustrated embodiments, however, the throttle plate, sliding sleeve or the projecting from the valve plate stage as well as the associated portion of the outlet channel is symmetrical in each radial direction to the valve axis.
Selbstverständlich können die Auslassventile gemäß der Erfindung aus einem Stück, also einstückig oder aus mehreren Stücken montiert sein, wobei auch weitere Bauteile daran befestigt werden können, wie z.B. der Drehschaufel kränz 25 oder weitere Bauteile. Entscheidend ist, dass das Auslassventil immer als eine Gesamteinheit gesteuert und bewegt wird. Auch der Zylinderkopf kann aus einzelnen Bauteilen zu einer Baugruppe zusammengesetzt sein, wobei die Bauteile speziell darauf angepasst sein können, ihre jeweilige Funktion und/oder Innenräume zu realisieren, beispielsweise die Wasserkühlringleitung 24. Ferner können bei allen Ausführungsformen aktiv gesteuerte oder passive Rückschlagventile in dem Brenngasabzapfkanal bzw. der Rezirkulationsleitung vorgesehen sein.
BEZUGSZEICHENLISTE Of course, the exhaust valves according to the invention in one piece, so in one piece or be mounted from several pieces, with other components can be attached thereto, such as the rotary vane wreath 25 or other components. It is crucial that the exhaust valve is always controlled and moved as a whole unit. Also, the cylinder head may be composed of individual components to form an assembly, wherein the components may be specially adapted to realize their respective function and / or interiors, such as the water cooling loop 24. Further, in all embodiments, actively controlled or passive check valves in the Brenngasabzapfkanal or the recirculation line may be provided. LIST OF REFERENCE NUMBERS
Zylinder (1) Cylinder (1)
Brennkammer (2) Combustion chamber (2)
Kolben (3) Piston (3)
Einlassschlitze (4) Inlet slots (4)
Versorgungskanal (5) Supply channel (5)
Verteilerrohr (6) Distributor pipe (6)
Ventilschaft (7; 107; 307) Valve stem (7; 107; 307)
Ventilteller (8; 108; 308) Valve disc (8; 108; 308)
Auslassventil (9; 109; 309) Exhaust valve (9; 109; 309)
Drosseleinrichtung (10; 110; 310) Throttle device (10; 110; 310)
Drosselvorsprung (10; 110) Throttle projection (10; 110)
Drosselabsatz (310) Throttle heel (310)
Auslasskanal (11) Outlet channel (11)
Abgassammeirohr (12) Exhaust gas collecting pipe (12)
Abgasleitung (13) Exhaust pipe (13)
Turbine (14) Turbine (14)
Kompressor (15) Compressor (15)
Abgasturbolader (14, 15) Exhaust gas turbocharger (14, 15)
Ladeluftleitung (16)
Ladeluftkühler (17) Charge air line (16) Intercooler (17)
Brenngasabzapfkanal (18; 118a, 118b; 318, 318a; 418, 418a) Rezirkulationsgas-Sammelraum (19) Fuel gas bleed passage (18; 118a, 118b; 318, 318a; 418, 418a) recirculation gas collecting space (19)
Brenngas-Auslass (20) Fuel gas outlet (20)
Rezirkulationsgas-Behandlungsaggregat (21 ) Recirculation gas treatment unit (21)
Durchmesseraufweitung (22) Diameter widening (22)
Rückschlagventil (23) Check valve (23)
Wasserkühlringleitung (24) Water cooling pipe (24)
Ventildrehschaufelkranz (25)
Valve vane ring (25)