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Title:
INTERNAL COMBUSTION ENGINE HAVING EXHAUST GAS RECIRCULATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/114027
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an exhaust gas routing system for an internal combustion engine having exhaust gas recirculation, wherein the internal combustion engine has at least one second cylinder group having at least one cylinder, which is connected on the exhaust side to an exhaust gas recirculation device via a collection line, wherein the exhaust gas recirculation device has an exhaust cooler, characterized in that a first exhaust flap for controlling the exhaust gas recirculation rate is arranged downstream of the exhaust gas cooler in the exhaust gas recirculation device and a first exhaust line for non-recirculated exhaust is arranged having a second exhaust flap downstream of the exhaust cooler between the exhaust cooler and a turbine.

Inventors:
PFEIFER ROLF (DE)
SCHMIDT GÜNTHER (DE)
SPEETZEN RALF (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/001343
Publication Date:
June 28, 2018
Filing Date:
November 16, 2017
Export Citation:
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Assignee:
MTU FRIEDRICHSHAFEN GMBH (DE)
International Classes:
F02M26/05; F02M26/23; F02M26/33; F02M26/43
Foreign References:
US20150013651A12015-01-15
US4249382A1981-02-10
DE102011080694A12013-02-14
DE102014118813A12016-06-23
DE102004015108A12005-10-20
DE102007011680A12008-09-11
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Claims:
ANSPRÜCHE

1. Abgasführungssystem (210) für eine Brennkraftmaschine (200) mit einer Abgasrückführung, wobei die Brennkraftmaschine (200) eine erste Zylindergruppe (120) aufweisend mindestens einen Zylinder (A1-A6) und eine zweite Zylindergruppe (130) aufweisend mindestens einen Zylinder (B1-B6) aufweist und mindestens die zweite Zylindergruppe (130) abgasseitig über eine Sammelleitung (313) mit einer Abgasrückführungseinrichtung verbunden ist, wobei die Abgasrückführungseinrichtung einen Abgaskühler (AGR-WT) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

in der Abgasrückführungseinrichtung eine erste Abgasklappe ( ) zur Regelung der Abgasrückführungsrate stromabwärts vom Abgaskühler (AGR-WT) angeordnet ist und dass eine erste Abgasleitung (211) für nicht-rückgeführtes Abgas mit einer zweiten Abgasklappe (2') stromabwärts vom Abgaskühler (AGR-WT) angeordnet ist.

2. Abgasführungssystem (210) für eine Brennkraftmaschine (200) nach Anspruch 1, wobei die erste Abgasleitung (21 1) für nicht-rückgeführtes Abgas mit der zweiten Abgasklappe (2') stromabwärts vom Abgaskühler (AGR-WT) zwischen dem Abgaskühler (AGR-WT) und einer Turbine angeordnet ist.

3. Abgasführungssystem (210) für eine Brennkraftmaschine (200) nach Anspruch 1, wobei die Abgasrückführung eine Spenderzylinderabgasrückführung ist und nur die zweite Zylindergruppe (130) abgasseitig über die Sammelleitung (313) mit der Abgasrückführungseinrichtung verbunden ist.

4. Abgasführungssystem (210) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem zusätzlich zur ersten Abgasleitung (211) eine zweite Abgasleitung (312) mit einer dritten Abgasklappe (5) angeordnet ist, die über die Sammelleitung (313) mit der zweiten Zylindergruppe (130) verbunden ist und diese direkt mit der Turbine verbindet.

5. Abgasführungssystem (210) nach einerm der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abgaskühler (AGR-WT) einen Kühlmittelkreislauf (320) mit einem Bypass (321) um den Abgaskühler (AGR-WT) aufweist, in dem eine Bypassklappe (6) angeordnet ist.

6. Steuergerät (ECU) für eine Brennkraftmaschine (200) mit einem Abgasführungssystem (210) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ausgebildet ist, auf einen erfassten momentanen Betriebszustand hin, eine benötigte Abgasrückführungsrate und eine Menge an zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Temperaturbereichs im Abgaskühler (AGR-WT) benötigtem zu kühlendem nicht-rückgeführten Abgases zu bestimmen, und eine der benötigten Abgasrückführungsrate und der benötigten Menge entsprechende abgestimmte Öffnung der ersten Abgasklappe ( ) und der zweiten (2') und/oder der dritten Abgasklappe (5) zu veranlassen.

7. Steuergerät (ECU) nach Anspruch 6, das zusätzlich ausgebildet ist, entsprechend der benötigten Abgasrückführungsrate und der benötigten Menge an zu kühlendem nicht- rückgeführten Abgas die Einstellung einer vorbestimmten Kühlmittelrate im Abgaskühler (AGR- WT) über eine entsprechende Öffnung des Bypassventiles zu veranlassen.

8. Brennkraftmaschine (200) mit einem Abgasführungssystem ( 210) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

9. Brennkraftmaschine (200) nach Anspruch 8 zusätzlich umfassend ein Steuergerät (ECU) nach einem der Ansprüche 6 oder 7.

Description:
BESCH REI BU NG Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung

Die Erfindung betrifft ein Abgasführungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung sowie ein Steuergerät und eine Brennkraftmaschine. Derartige Brennkraftmaschinen und Abgasrührungssysteme sind aus dem Stand der Technik wie beispielsweise der DE 10 2004 015 108 AI oder der DE 10 2007 01 1 680 AI bekannt.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konzepten wird der Abgaskühler bei Änderung des Betriebszustandes, insbesondere zwischen Betriebspunkten mit und ohne Abgasrückführung, thermischen Lastwechseln ausgesetzt, was zur Lebensdauerverkürzung des Abgaskühlers führt. Wünschenwert ist daher eine Verlängerung der Lebensdauer.

Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, die Lebensdauer von Abgaskühlern insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einer Abgasrückführung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Abgasführungssystem nach Anspruch 1. Dies ist insbesondere ein Abgasführungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung, wobei die Brennkraftmaschine eine erste Zylindergruppe aufweisend mindestens einen Zylinder und eine zweite Zylindergruppe aufweisend mindestens einen Zylinder aufweist und mindestens die zweite Zylindergruppe abgasseitig über eine Sammelleitung mit einer Abgasrückführungseinrichtung verbunden ist, wobei die Abgasrückführungseinrichtung einen Abgaskühler aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführungseinrichtung eine erste Abgasklappe zur Regelung der Abgasrückführungsrate stromabwärts vom Abgaskühler angeordnet ist und dass eine erste Abgasleitung für nicht- rückgeführtes Abgas mit einer zweiten Abgasklappe stromabwärts vom Abgaskühler angeordnet ist.

Die erste und zweite Abgasklappe dienen der Einstellung einer für den jeweiligen Betriebszustand gewünschten AGR-Rate. Die gewünschte AGR-Rate wird über die Einstellung von vorteilhaft aufeinander abgestimmten Öffnungszustände der ersten und zweiten Abgasklappe eingestellt. Die Öffnungszustände können Voll-Öffnungszustände oder Teil- Öff ungszustände der ersten und/oder zweiten Abgasklappe umfassen, die vorteilhaft aufeinander abgestimmt sind. Über die erste und zweite Abgasklappewird insbesondere der benötigte Staudruck für das Druckgefälle zwischen einer Abgasseite und einer Ladeluftseite der Brennkraftmaschine eingestellt. Des Weiteren kann über die Abgasklappen die Menge an gekühltem Abgaseingestellt werden. Die Abgasklappen können beispielsweise als Ventile oder Festblenden ausgeführt sein. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Lebensdauer der Abgaskühler maßgeblich durch die Anzahl der thermischen Lastwechsel bestimmt wird. Jede Änderung der Abgastemperatur und/oder des Abgasmassenstromes führt zu inneren Spannungen des Abgaskühlers und damit zu einem Lebensdauerverbrauch. Insbesondere beim Spenderzylinderkonzept gemäß dem Stand der Technik, wie in Fig. 1 zeigt, aber auch bei Hochdruckabgasrückführungen und in geringerem Ausmaß bei Niederdruckabgasrückführungen wird durch die Steuerung der Abgasklappen eine zusätzliche thermische Wechsellast verursacht, wenn sich der Betriebszustand des Motors beispielsweise einem Kennfeldpunkt ohne Abgasrückführung zu einem Kennfeldpunkt mit Abgasrückführung ändert. Im Betriebspunkt ohne Abgasrückführung wird der Abgaskühler nahezu auf Kühlmitteltemperatur (80°C bis 95 °C) abgekühlt, bei anderen Kennfeldpunkten kann die Eintrittstemperatur des Abgases je nach Konzept bis auf 700°C ansteigen. Aus diesem Grund können auch kleine Änderungen des Betriebspunktes im Kennfeld dazu führen, dass im Abgaskühler eine hohe thermische (und mechanische) Wechsellast verursacht wird, was zu einem erhöhten Lebensdauerverbrauch führt. Zur Lösung der Problematik geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass eine geringe thermische Belastung durch thermische Lastwechsel im Abgaskühler erreicht werden kann, wenn die Abgasmenge, die über den Abgaskühler geleitet wird, unabhängig von der AGR-Rate eingestellt werden kann. Dies wird realisiert über die Anordnung der ersten Abgasleitung stromabwärts vom Abgaskühler.

Es wird somit erreicht, dass zumindest ein Teil des nicht-rückgeführten Abgases über den Abgaskühler geführt wird. Dies hat zur Folge, dass auch bei niedrigen AGR-Raten oder bei abgeschalteter Abgasrückführung eine bestimmte Menge an Abgas über den Abgaskühler geleitet werden. Da nun immer, auch bei abgeschalteter Abgasrückführung, Abgas über den Abgaskühler geleitet wird, wird vermieden, dass die Temperatur des Abgaskühlers auf Kühlmitteltemperatur absenkt wird. Die niedrigste Temperatur im Abgaskühler entspricht damit der minimalen Abgastemperatur im Kennfeld der jeweiligen Brennkraftmaschine. Beispielsweise kann damit erreicht werden, dass die minimale Temperatur im Abgaskühler von ca. 85-90 °C auf 200 °C erhöht wird, was die maximale Temperaturdifferenz zwischen zwei Betriebspunkten der Brennkraftmaschine im Abgaskühler von 620 K auf ca. 500 K senkt. Durch den geringen thermischen Lastwechsel wird so eine Verlängerung der Lebensdauer des Abgaskühlers erreicht.

Abgasrückführung kann eine Niederdruckabgasrückführung, eine Hochdruckabgasrückfuhrung oder eine Abgasrückführung nach dem Spenderzylinderkonzept sein.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Abgaskühler mit einem Bypass in einen Abgasstrom oder eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine integriert und über die erste und zweite Abgasklappe stromabwärts des Abgaskühlers wird die AGR-Rate und das Druckgefälle gesteuert oder geregelt.

Vorteilhaft ist die erste Abgasleitung (211) für nicht-rückgeführtes Abgas mit der zweiten Abgasklappe stromabwärts vom Abgaskühler zwischen dem Abgaskühler (AGR-WT) und einer Turbine angeordnet ist. In dieser Ausführungsform kann über die erste und zweite Abgasklappe die Menge an gekühltem Abgas, die einer Turbine zugeführt wird, eingestellt werden.

Dies ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Hochdruckabgasrückführung oder Abgasrückführung nach dem Spenderzylinderkonzept vorteilhaft. Insbesondere ist eine Abgasrückführung in Form einer Spenderzylinderabgasrückführung vorteilhaft, wobei nur die zweite Zylindergruppe abgasseitig über eine Sammelleitung mit einer Abgasräckführungseinrichtung verbunden ist.

Ein System mit Spenderzylinderkonzept aus dem Stand der Technik ist in Fig. 1 gezeigt. Das System nimmt nur einen Teil der Zylinder des Motors als Spender zur Abgasrückführung. Eine Abgasklappe (Spenderzylinderklappe) staut den Abgasstrom nach den Spenderzylindern auf und sorgt damit für das notwendige Druckgefälle zwischen Abgas- und Ladeluftseite. Dadurch kann die Aufladung auf sehr gute Wirkungsgrade optimiert werden, von den Ladungswechselverlusten sind nur die Spenderzylinder betroffen. Im Vergleich zu einer konventionellen Hochdruck-Abgasrückfuhrung sorgt das an sich bekannte Spenderzylinder-Konzept für weniger Verbrauch, denn es verringert die motorischen Ladungswechselverluste und erlaubt höhere Turboladerwirkungsgrade. Dafür ist eine zusätzliche Spenderzylinder-Abgasklappe im Vergleich zur Hochdruck-Abgasrückführung erforderlich. Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine werden unterschiedliche Abgasrückführungsraten (AGR-Raten) eingestellt oder auch die Abgasrückführung vollständig abgeschaltet.

Bei Hochdruckabgasrückführung oder Abgasrückführung nach dem Spenderzylinderkonzept wird nun gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die erste Abgasklappe aus dem Bereich des ungekühlten Abgases mit Temperaturen von bis zu 700°C (wie im Stand der Technik bekannt) erfindungsgemäß in den Bereich des gekühlten Abgases verlegt, wo die maximale Abgastemperatur nur noch 140°C beträgt. Die thermischen Anforderungen an die erste Abgasklappe werden damit signifikant verringert. Dies trägt zu einer längeren Lebensdauer der ersten Abgasklappe und somit geringeren Kosten bei. Durch die Zumischung des gekühlten Abgases der Spenderzylinder beim Spenderzylinderkonzept zum Abgas der restlichen Zylinder wird die Abgastemperatur reduziert. Durch die reduzierte Abgastemperatur wird die Turbine des Abgasturboladers thermisch insgesamt weniger beansprucht. Dies hat auch eine längere Lebensdauer der Turbine zur Folge Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn zur Ableitung des Abgases der zweiten Zylindergruppe zur Turbine nur die erste Abgasleitung zur Verfügung steht. Mit dieser Weiterbildung wird sichergestellt, dass jeweils die vollständige Abgasmenge über den Abgaskühler geführt wird und so die Temperaturschwankungen im Abgaskühler minimiert werden. In dieser Weiterbildung ist mit der zweiten Abgasklappe in der ersten Abgasleitung nur noch eine Abgasklappe für das nicht-rückgeführtes Abgas und zwar im Bereich des gekühlten Abgases vorhanden, so dass beim Spenderzylinderkonzept auch diese thermisch deutlich weniger belastet wird, als die übliche Spenderzylinder- Abgasklappe im Bereich des heißen Abgases.

In einer weiteren Weiterbildung des Abgasführungssystems ist zusätzlich zur ersten Abgasleitung eine zweite Abgasleitung mit einer dritten Abgasklappe angeordnet, die über die Sammelleitung mit der zweiten Zylindergruppe verbunden ist und diese direkt mit der Turbine verbindet. In dieser Weiterbildung kann zusätzlich die dritte Abgasklappe zur Einstellung des benötigten Staudrucks für das Druckgefälle zwischen Abgasseite und Ladeluftseite der Brennkraftmaschine genutzt werden. Darüber hinaus wird über die zweite und die dritte Abgasklappe die Menge an zu kühlendem nicht-rückgeführten Abgas eingestellt, die über den Abgaskühler geführt wird. Diese Abgasmenge wird entsprechend nicht über die zweite Abgasleitung zur Turbine geführt, sondern über die erste Abgasleitung. In dieser Weiterbildung wird bei deaktivierter Abgasrückführung nur so viel Abgas durch den Abgaskühler geleitet, wie notwendig ist, um den Abgaskühler auf einer bestimmten Abgastemperatur zu halten. Die Enthalpie zum Antrieb der Turbine ist damit größer und die abzuführende Wärmemenge geringer.

Vorteilhaft weist der Abgaskühler einen Kühlmittelkreislauf mit einem Bypass um den Abgaskühler auf, in dem eine Bypassklappe angeordnet ist. Über diesen Bypass und eine entsprechende Öffnung der Bypassklappe kann die Menge an Kühlmittel im Abgaskühler reguliert werden, so dass im Falle dass weniger oder auch kälteres Abgas im momentanen Betriebszustand über den Abgaskühler geführt wird. Die Kühlung kann reduziert werden und die Temperatur des Abgaskühler ist trotz reduzierter Abgasmenge oder -temperatur in bestimmten Betriebszuständen geringeren Schwankungen unterworfen.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasführungssystem wie vorstehend beschrieben, wobei das Steuergerät ausgebildet ist, auf einen erfassten momentanen Betriebszustand hin, eine benötigte Abgasrückführungsrate und eine Menge an zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Temperaturbereichs im Abgaskühler benötigtem zu kühlendem nicht-rückgeführten Abgases zu bestimmen und eine der benötigten Abgasrückfuhrungsrate und der benötigten Menge entsprechende abgestimmte Öffnung der ersten Abgasklappe und der zweiten und/oder der dritten Abgasklappe zu veranlassen. Damit wird vorteilhaft erreicht, dass über die entsprechende Einstellung der zweiten und/oder soweit vorhanden dritten Abgasklappe unabhängig von der Abgasrückführungsrate immer eine vorbestimmte Menge an nicht-rückgeführten Abgas über den Abgaskühler geführt wird und ein gewünschter Temperaturbereich im Abgaskühler aufrecht erhalten wird.

Bevorzugt ist das Steuergerät zusätzlich ausgebildet, entsprechend der benötigten Abgasrückführungsrate und der benötigten Menge an zu kühlendem nicht-rückgeführten Abgas die Einstellung einer vorbestimmten Kühlmittelrate im Abgaskühler über eine entsprechende Öffnung des Bypassventiles zu veranlassen. In dieser Weiterbildung wird die Temperatur des Abgaskühlers sowohl über die Abgasmenge als auch über die Kühlmittelmenge beeinflusst. So ist eine Regulierung der Abgaskühlertemperatur dahin gehend möglich, dass bei geringeren Abgasmengen oder geringer Abgastemperatur weniger Kühlmittel zur Kühlung des Abgases eingesetzt wird und so die Temperatur des Abgaskühlers auf einem höheren Niveau gehalten werden kann als bei herkömmlichen Abgasführungssystem und damit die Lebensdauer des Abgaskühlers weiter verlängert werden kann.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem vorstehend beschriebenen Abgasführungssystem gemäß dem ersten Aspekt. Die Brennkraftmaschine teilt die Vorteile des Abgasführungssystems gemäß dem ersten Aspekt. Insbesondere ist eine Brennkraftmaschine vorteilhaft, die zusätzlich ein Steuergerät nach dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung nach dem Spenderzylinder-Konzept gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausfuhrungsform einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasführung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausfuhrungsform einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasfuhrung gemäß der Erfindung; In Fig.l ist eine Brennkraftmaschine 100 mit Abgasrückführung nach dem Spenderzylinderkonzept gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Brennkraftmaschine 100 umfasst einen Motor 101 mit zwei Zylindergruppen 120, 130 sowie ein Steuergerät ECU - hier nur symbolisch - dargestellt. Die Brennkraftmaschine 100 umfasst weiter einen Hochdruckturbolader 121 mit einer Turbine und einem Verdichter sowie zwei Niederdruckturbolader 122, 123, wobei ladeluftseitig stromaufwärts der Verdichter der Niederdruckturbolader jeweils ein Luftfilter LF und stromabwärts jeweils ein Zwischenkühler ZwK angeordnet ist. Die Ladeluft wird anschließend über einen Hochdruck-Turbolader 121 geführt und eine Drosselklappe 4 einem Ladeluftkühler 140 und anschließend den Zylindern Al- A6, Bl - B6 der beiden Zylindergruppen 120, 130 zugeführt. Abgasseitig werden die Abgase der Zylinder der jeweiligen Zylindergruppe 120, 130 gesammelt. Die Abgase der ersten Zylindergruppe 130 werden dann der Turbine des Hochdruck-Turboladers 121 zugeführt. Ein Teil der Abgase der ersten Zylindergruppe 130 wird dabei über einen Bypass des Hochdruck- Turboladers HD-Stufe von der ersten Zylindergruppe 130 direkt zu den Turbinen der Niederdruck-Turbolader ND-Stufe geleitet. Im Bypass ist eine Abgas-Bypassklappe 3 angeordnet.

Die Zylinder A1-A6 dienen als Spenderzylinder. Ihr Abgas wird teilweise über eine Abgasrückführungseinrichtung, in der ein Abgaskühler AGR-WT angeordnet ist, der hier als Wärmetauscher ausgeführt ist, mit Ladeluft aus dem Ladeluftkühler vermischt und ladeluftseitig den Zylindern der ersten und zweiten Zylindergruppe wieder zugeführt. Die Abgasrückführungsrate wird über die Abgasklappen 1 und 2 eingestellt. Die Abgasklappen 1 und 2 dienen außerdem dem Rückstau des Abgases, um einen für das Funktionieren des Systems notwendigen Staudruck für das benötigte Druckgefalle zwischen Ladeluft- und Abgasseite zu erzeugen. Die zur Einhaltung der Emissionen notwendige zurückzuführende Abgasmenge wird im hier gezeigten System mit Spenderzylinderabgasrückföhrung über die Abgasklappen 1 und 2 eingestellt und nur diese Abgasmenge wird durch den Abgaskühler geleitet, das restliche Abgas der Spenderzylinder strömt über Abgasklappe 1 am Abgaskühler vorbei zur Turbine. Wie bereits im Hinblick auf die Brennkraftmaschine nach Fig. 1 beschrieben, ist auch die in Fig. 2 dargestellte Brennkraftmaschine nach dem Spenderzylinderkonzept zur Abgasrückführung aufgebaut. Daher werden im Folgenden insbesondere die Unterschiede zwischen der Brennkraftmaschine mit Abgasführungssystem gemäß dem Stand der Technik aus Fig. 1 und derjenigen mit Abgasführungssystem nach Fig. 2 beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen gleiche Bauteile und Ausgestaltungen bezeichnen.

Die Brennkraftmaschine 200 weist ebenso wie die Brennkraftmaschine 100 einen Motor 101 mit zwei Zylinderbänke 120, 130 sowie ein Steuergerät ECU auf. Die Brennkraftmaschine 200 umfasst weiter einen Hochdruckturbolader 121 mit einer Turbine und einem Verdichter sowie zwei Niederdruckturbolader 122, 123, wobei ladeluftseitig stromaufwärts der Verdichter der Niederdruckturbolader jeweils ein Luftfilter LF und stromabwärts jeweils ein Zwischenkühler ZwK angeordnet ist. Die Ladeluft wird auch hier anschließend über einen Hochdruck-Turbolader 121 geführt und eine Drosselklappe 4 einem Ladeluftkühler 140 und anschließend den Zylindern AI- A6, Bl - B6 der beiden Zylindergruppen 120, 130 zugeführt. Abgasseitig werden die Abgase der Zylinder der jeweiligen Zylindergruppe 120, 130 gesammelt. Die Abgase der ersten Zylindergruppe 130 werden dann der Turbine des Hochdruck-Turboladers 121 zugeführt. Ein Teil der Abgase der ersten Zylindergruppe 130 wird dabei über einen Bypass des Hochdruck- Turboladers HD-Stufe von der ersten Zylindergruppe 130 direkt zu den Turbinen der Niederdruck-Turbolader ND-Stufe geleitet. Im Bypass ist eine Abgas-Bypassklappe 3 angeordnet.

Die Zylinder A1-A6 dienen als Spenderzylinder. Ihr Abgas wird teilweise wird über eine Abgasführungssystem 210, in der ein Abgaskühler AGR-WT angeordnet ist, der hier als Wärmetauscher ausgeführt ist, mit Ladeluft aus dem Ladeluftkühler 140 vermischt und ladeluftseitig den Zylindern der ersten und zweiten Zylindergruppe wieder zugeführt. Die Abgasrückführungsrate wird über eine erste Abgasklappe 2' und eine zweite Abgasklappe eingestellt. Im Unterschied zum Abgasführungssystem 1 10 der Fig. 1 ist im Abgasführungssystem 210 die erste Abgasklappe 2' stromabwärts vom Abgaskühler AGR-WT angeordnet und eine erste Abgasleitung 21 1 für nicht-rückgeführtes Abgas mit der zweiten Abgasklappe 1 ' ist stromabwärts vom Abgaskühler zwischen dem Abgaskühler AGR-WT und der Turbine des Hochdruckturboladers 121 angeordnet. Somit wird in der gezeigten Ausführungsform das gesamte Abgas der Spenderzylinder der zweiten Zylindergruppe 120 über den Abgaskühler AGR-WT geleitet und so die Minimaltemperatur im Abgaskühler im Vergleich zum System der Fig. 1 erhöht. Die zweite Abgasklappe dient außerdem dem Rückstau des Abgases um einen für das Funktionieren des Systems notwendigen Staudruck für das benötigte Druckgefälle zwischen Ladeluft- und Abgasseite zu erzeugen. Die Klappen werden so gesteuert, dass nur eine Teilmenge des gekühlten Abgases über die erste Abgasklappe 2' der Frischluft zugemischt wird, das restliche gekühlte Abgas wird über die zweite Abgasklappe dem ungekühlten Abgas der anderen Zylinder der ersten Zylindergruppe 130 zugemischt und zur Turbine des Hochdruckturboladers 121 geleitet.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 300 mit einer Spenderzylinderabgasrückführung. Die Abgasführungssystem 310 weist hier ebenso wie diejenige in Fig. 2 eine erste Abgasleitung 31 1 mit einer zweiten Abgasklappe auf, die stromabwärts der Abgaskühlers AGR-WT diesen mit der Turbine verbindet. Zusätzlich weist die Abgasführungssystem 310 eine zweite Abgasleitung 312 auf, die über eine Sammelleitung 313 abgasseitig mit der zweiten Zylindergruppe 120 verbunden ist. In der zweiten Abgasleitung 312 ist eine dritte Abgasklappe 5 angeordnet. Die Abgasmenge, die zur Einhaltung der Emissionen benötigt wird, wird einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, über die erste und dritte Abgasklappe 2', 5 eingestellt. Die zweite Abgasklappe kann in diesem Betriebszustand geschlossen sein. Die für die Rückführung nicht benötigte Abgasmenge strömt dann über die dritte Abgasklappe 5 zur Turbine. Wenn kein Abgas oder nur wenig Abgas zurückgeführt werden soll, wird die erste Abgasklappe 2' vollständig oder teilweise geschlossen und das Abgas strömt über die Abgasklappen 5 und 1 ' zur Turbine. Die zweite Abgasklappe 1 ' wird dabei so eingestellt, dass weiterhin zumindest eine geringe Abgasmenge durch den Abgaskühler fließt. Der Abgaskühler AGR-WT verfügt in dieser Ausführungsform über einen Kühlmittelkreislauf 320 mit einem Bypass 321 um den Abgaskühler AGR-WT. Im Bypass 321 ist eine Bypassklappe 6 angeordnet. Über den Bypass 321 und die Bypassklappe 6 kann in dieser Ausführungsform die Kühlmittelmenge im Abgaskühler AGR-WT reguliert werden. Strömt in einem Betriebszustand wenig Abgas oder Abgas mit einer relativ kalten Eintrittstemperatur in den Abgaskühler wird die Bypassklappe 6, hier als Bypassventil ausgeführt, so weit geöffnet, dass die Kühlmittelmenge durch den Abgaskühler reduziert wird. Durch eine geeignete Steuerung der zweiten Abgasklappe und der Bypassklappe 6 durch das Steuergerät ECU kann der Abgaskühler somit auf Abgastemperatur gehalten werden, eine Abkühlung auf Kühlmitteltemperatur wird damit vermieden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1,1 ' erste Abgasklappe

2, 2' zweite Abgasklappe

3 Abgas-Bypassklappe

4 Drosselklappe

5 dritte Abgasklappe

6 Bypassklappe

100, 200, 300 Brennkraftmaschine 101 Motor

1 10, 210, 310 Abgasführungssystem

120 erste Zylindergruppe

130 zweite Zylindergruppe

140 Ladeluftkühler

121 Hochdruckturbol ader

122, 123 Niederdruckturbolader

211, 311 erste Abgasleitung

312 zweite Abgasleitung

313 Sammelleitung

320 Kühlmittelkreislauf

321 Bypass

A1-A6 Zylinder

AGR-WT Abgaskühler

B1-B6 Zylinder

ECU Steuergerät

LF Luftfilter

ZwK Zwischenkühler




 
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