Bezeichnung : Fremdgezündete Kolbenbrennkraftmaschine mit Abgasrüczkführung Beschreibung Eine wirkungsvolle Absenkung der Stickoxid-Emission einer fremdgezündeten Kolbenbrennkraftmaschine, die mit Otto- Kraftstoffen betrieben wird, ist bereits durch eine Beein- flussung der Rohemission zu minimieren. Ein Mittel zur Absen- kung der Stickoxid-Emission ist hierbei die externe Abgas- rückführung. Hierbei wird aus dem Abgaskanal über eine Bypaß- leitung in den entsprechenden Betriebszuständen (Teillast) Abgas zusammen mit dem Frischgas in die Zylinder zurückge- führt, wie dies beispielsweise in EP-B-0 764 773 dargestellt ist. Die maximale Abgasrückführmenge wird hierbei u. a. durch die Verbrennungstabilität und die mit zunehmender Abgasrück- führmenge einsetzenden Verbrennungsaussetzer begrenzt, die dadurch bedingt sind, daß durch die Vermischung von Abgas und Frischgas die Zündfähigkeit und/oder die Brenngeschwindigkeit der Zylinderfüllung herabgesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einer fremdge- zündeten Kolbenbrennkraftmaschine die Abgasrückführung so zu verbessern, daß auch bei hohen Rückführraten eine einwand- freie Zündung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine fremdgezündete Kolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens einem Abgasauslaß je Zylinder und Abgasrückführung, deren Zylinder jeweils mit wenigstens einem Gaseinlaßventil versehen sind, das einen Gaseinlaßkanal gegenüber dem Zylinderraum ab- schließt, wobei in den Gaseinlaßkanal mit Abstand vor dem Ga- seinlaßventil wenigstens eine Abgasrückführkanal einmündet, wobei die Einmündung des Abgasrückführkanals an einem in etwa parallel zur Zylinderachse ausgerichteten Bereich der Seiten- wand des Gaseinlaßkanals in Strömungsrichtung einmündet.

Durch diese besondere Anordnung der Einmündung des Abgasrück-

führkanals ist es möglich, ohne zusätzliche Einbauten im Ga- seinlaßkanal eine Trennung der Stoffströme, d. h. eine Tren- nung von Frischgemisch bzw. Frischluft und zurückgeführtem Abgas zu bewirken. Das zurückgeführte Abgas wird im Gasein- laßkanal randseitig als"Strähne"geführt und gelangt somit seitlich versetzt zu der im Bereich der Zylinderachse ange- ordneten Zündkerze in den Zylinderraum. Das bedeutet aber auch, daß die Frischluft (bei Kraftstoffdirekteinspritzung) bzw. das Frischgemisch im wesentlichen ohne Vermischung mit Abgas im nachfolgenden Kompressionshub in den Bereich der Zündkerze gelangt, während die in den Zylinderraum eingeführ- te Abgassträhne im wesentlichen im Wandbereich des Zylinder- raums verbleibt. Dies gilt sowohl bei einer Gaseinlaßführung, die im Zylinderinnenraum einen um die Zylinderachse rotieren- den Wirbel erzeugt, als auch bei einer Gaseinlaßführung, die beispielsweise über entsprechende, quer zur Zylinderachse im Gaseinlaßkanal ausgerichtete Leitelemente im Zylinderraum ei- nen sogenannten Tumble erzeugt, d. h. eine Walzenströmung, die um eine quer zur Zylinderachse ausgerichtete Achse ro- tiert. Im letzteren Falle ist es bei nur einem Gaseinlaßkanal mit nur einem Gaseinlaßventil zweckmäßig, wenn zu beiden Sei- ten des Gaseinlaßkanals eine Einmündung eines Abgasrückführ- kanals vorgersehen ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist für eine Kolben- brennkraftmaschine mit zwei Gaseinlaßkanälen je Zylinder, die jeweils durch ein Gaseinlaßventil gegenüber dem Zylinderraum abschließbar sind, vorgesehen, daß jeder Gaseinlaßkanal an wenigstens einem in etwa parallel zur Zylinderachse ausge- richteten Bereich seiner Seitenwand mit einer Einmündung ei- nes Abgasrückführkanals versehen ist. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn jeweils eine Einmündung auf einem außen- liegenden Seitenwandbereich eines jeden Gaseinlaßkanals ange- ordnet ist. Hierdurch ist es möglich, in den Zylinderraum Frischgas bzw. Frischluft und Abgas so einzuführen, daß die Frischgasmenge weitgehend unvermischt im Bereich der Zylin-

derachse geführt wird, während die Abgasmenge zu beiden Sei- ten der Frischgasfüllung im Zylinderraum gehalten wird.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorge- sehen, daß die Kolbenbrennkraftmaschine jeweils mit einem im Zylinder geführten Kolben versehen ist, der auf seiner Ober- seite zwei mit Abstand zueinander angeordnete parallele und in Richtung der Zylinderachse ausgerichtete Leitflächen auf- weist, die sich jeweils zwischen Gaseinlaßventil und Gasaus- laß erstrecken. Durch eine derartige Ausbildung des sogenann- ten Kolbenbodens kann sowohl bei der Abwärtsbewegung des Kol- bens während des Saughubes als auch bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens während des Kompressionshubes die Führung der in den Zylinderraum eingeführten Abgassträhnen im Wandbereich noch gestützt werden.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Zylinder einer Kolbenbrenn- kraftmaschine mit 4-Ventil-Technik, Fig. 2 perspektivisch die Darstellung einer Tumble- Strömung während des Saughubes, Fig. 3 schematisch einen Vertikalschnitt gem. der Linie III-III in Fig. 1.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist ein Zylinder 1 einer Kolben- brennkraftmaschine mit zwei Gaseinlaßventilen 2 und 3 verse- hen, die einen sich gabelförmig verzweigenden Gaseinlaßkanal 4 gegenüber dem Zylinderraum abschließen. Auf der den Gasein- laßventilen 2 und 3 gegenüberliegenden Seite sind zwei Gas- auslaßventile 5 und 6 vorgesehen, die den Zylinderraum gegen- über einem Gasauslaßkanal 7 abschließen. Im Bereich der Zy- linderachse 8 ist in dem dem Zylinderraum auf der Oberseite abschließenden Brennraumdach eine hier durch ein Blitzsymbol

dargestellte Ziindeinrichtung 9 angeordnet. Die Kraftstoffzu- <BR> <BR> <BR> fuhr kann durch Einspritzung in den Gaseinla#kanal 4 oder durch Direkteinspritzung in den Brennraum erfolgen.

Midi. Abstand vor dem Beginn der Verzweignung 10 des Gaseinla#- kanals 4 ist auf den beiden in etwa parallel zür Zylinderach- se 8 ausegerichteten Bereich der Seitenwandungen des Gasein- la#kanals 4 jeweils eine Einmündung 11.1 und 11. 2 eines Ab- gasrückführkanals 12.1 und 12.2 angeordnet, die als Zweigka- näle mit einer zentralen Abgasrückführleitung 13 verbunden sind, die die Abgasrückführkanäle 11 zu den einzelnen Zylin- dern aus der Abgasleitung 7 mit Abgas versorgt. In der Abgas- leitung 13 ist ein über die Motorsteuerung ansteuerbares Ven- til angeordnet, so da# in den entsprechenden Lastbereichen der Kolbenbrennkraftmaschine über die hier nicht näher darge- stellte Motorsteuerung durch Öffnung des Ventils 14 die Ab- gasrückführmenqe einqestellt werden kann. Die Abgasrückführ- kanille 12.1 und 12.2 münden unter einem flachen Winkel in den Gaseinlaßkanal 4 ein, um das Abgas mogXichst in Wandnähe «-u halteR. Durch eine jeweils die stromaufligegende Kante der Einmündung 11. 1 bzw. 11.2 zumindest teilweise überdeckende "Hutze" können durch einen Venturi-Effekt insbesondere bei <BR> <BR> <BR> <BR> drosselfreien KolbenBrennkraftmaschinen die Zuströmbedingun-<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> gen für das Abgas günstig beeinflu#t werden.

Die Rückströmung des Abgases aus der Abgasleitung 7 in die Gaseinla3kanäle 4 erfolgt bei gedrosseIten Motoren über das durch den überdruck in der Abgasleitung 7 einerseits und den Unterdruck in den Gaseinla#kanälen 4 andererseits bestehende Druckgefälle.

Bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit drosselfreier Laststeuerung sind jeweils Einrichtung vorzusehen, die bei Teillast in je- weils einem Teilkanal eines Gaseinlasses den Aufbau eines Un- terdrucks bewirken.

Wird im Teillastbetrieb das Ventil 14 entsprechend geöffnet, dann wird über die Einmündungen 11. 1 und 11. 2 in den Gasein- laßkanal 4 jeweils zu beiden Seiten Abgas eingesaugt, das aufgrund der Strömungsverhältnisse in zwei Teilsträhnen zu beiden Seiten des angesaugten Frischgasgemischs in den Zylin- derraum geführt wird.

In Fig. 2 ist schematisch für eine Führung der Brennraumfül- lung in Form einer Tumble-Strömung dieser Strömungsverlauf dargestellt. Der vollausgezogene Pfeil 15 versinnbildlicht hierbei den Strömungsweg der Frischgasmenge, während die bei- den nur durch eine Umrandung dargestellten Pfeile 16 den Strömungsweg der beiden Abgassträhnen symbolisieren.

Der in Fig. 3 dargestellte schematische Schnitt, der eine An- sicht gegen die Gaseinlaßventile 2 und 3 zeigt, läßt auch ei- ne besondere Kolbenausbildung erkennen. Der Kolben 17 ist hierbei auf seiner Oberseite mit zwei sich in Richtung der Zylinderachse 8 erstreckenden parallelen Leitflächen 18 ver- sehen, die bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zur Außenseite hin eine auf dem Kolbenboden erhöht angeordnete Mulde 19 begrenzen. Durch diese beiden Leitflächen 18 kann die durch die seitlichen Einmündungen der Abgasrückführkanäle in den Gaseinlaßkanal bewirkte Teilung der Stoffströme in ei- nen im wesentlichen zentralen Frischgasstrom einerseits und zwei seitliche strähnenartige Abgasströme andererseits wäh- rend der Abwärtsbewegung des Kolbens und während der Auf- wärtsbewegung des Kolben so weit aufrechtzuerhalten, daß im unmittelbaren Nahbereich der Zündkerze 9 im wesentlichen un- verdünntes Frischgas vorhanden ist, wenn der Kolben 17 sich der oberen Totpunktstellung zum Zündzeitpunkt nähert.

Will man statt der in Fig. 2 dargestellten Tumble-Strömung im Zylinderraum, d. h. der Ausbildung einer Gasströmung, die um eine quer zur Zylinderachse 8 ausgerichtete Achse rotiert, einen sogenannten Wirbel oder Drall im Zylinderraum erzeugen, d. h. eine Gasströmung, die um die Zylinderachse 8 rotiert,

dann wird nur eine seitliche Einmündung in einen Gaseinlaßka- nal vorgesehen, um eine Führung der"Abgassträhne"an der Zy- linderwandung sicherzustellen. auch bei dieser Ausgestaltung ist ein entsprechend Fig. 3 ausgestalteter Kolbenboden mit Leitflächen 18 hilfreich, die koaxial zur Zylinderachse ge- krümmt sein können, um eine Führung der wandnahen Strömung als Drallströmung zu unterstützen.