DE102005059060A1

DE102005059060A1 - Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005059060A1
Application number: DE102005059060A
Authority: DE
Inventors: Lothar Bauer; Werner Lemme; Dirk Sanders
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-07-05
Also published as: EP1795731B1; EP1795731A3; EP1795731A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf, in den je Zylinder zumindest ein Abgaskanal mit einem Abgaskanalflansch und ein Frischgaskanal mit einem Frischgaskanalflansch eingelassen sind, an denen jeweils eine Abgassammelleitung und eine Frischgasleitung befestigt sind und ein Abgasrückführsystem mit einer Entnahmeleitung, einem ein Steuerventil aufweisenden Steuerventilgehäuse und einer Einspeiseleitung vorgesehen ist, wobei ein von dem Abgaskanal abzweigender Entnahmekanal mit einer von dem Abgaskanalflansch separaten Entnahmekanalmündung sowie zumindest ein in den Frischgaskanal einmündender Einspeisekanal mit einer von dem Frischgaskanalflansch separaten Einspeisekanalmündung vorgesehen sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem bereitgestellt, das einerseits platzsparend an der Brennkraftmaschine montierbar ist, andererseits aber das Kühlsystem der Brennkraftmaschine nicht nachteilig beeinflusst. Dies wird dadurch erreicht, dass der Abgaskanal 9 und der Frischgaskanal 8 auf einer gemeinsamen Zylinderkopflängsseite 21 münden und die Entnahmeleitung 15a, 15b und die Einspeiseleitung 17 entlang der Zylinderkopflängsseite 21 übereinanderliegend angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf, in den je Zylinder zumindest ein Abgaskanal mit einem Abgaskanalflansch und ein Frischgaskanal mit einem Frischgaskanalflansch eingelassen sind, an denen jeweils eine Abgassammelleitung und eine Frischgasleitung befestigt sind, die zusammen Teil eines Abgassystems und eines Frischgassystems sind, wobei ein Abgasrückführsystem mit einer Entnahmeleitung, einem ein Steuerventil aufweisenden Steuerventilgehäuse und einer Einspeiseleitung vorgesehen ist, wobei der Zylinderkopf zumindest einen von dem Abgaskanal abzweigenden Entnahmekanal mit einer von dem Abgaskanalflansch separaten Entnahmekanalmündung aufweist, die in eine Zylinderkopfwand mündet und mit der Entnahmeleitung verbunden ist, sowie zumindest einen in den Frischgaskanal einmündenden Einspeisekanal mit einer von dem Frischgaskanalflansch separaten Einspeisekanalmündung, die in eine Zylinderkopfwand mündet und mit der Einspeiseleitung verbunden ist.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 296 23 498 U1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine weist ein Abgasrückführsystem auf, das eine Entnahmeleitung und eine Einspeiseleitung aufweist, die auf gegenüberliegenden Zylinderkopflängsseiten in die Auflagefläche des Zylinderkopfs auf dem Kurbelgehäuse eingelassen sind. Verbunden sind die Entnahmeleitung und die Einspeiseleitung über einen an einer Zylinderkopfstirnseite angeordneten Querkanal unter Einschaltung eines Steuerventils. Dieses Abgasrückführsystem benötigt zwar wenige externe Leitungen, die Entnahmeleitung und die Einspeiseleitung sind aber in thermisch hoch belasteten Bereichen der Brennkraftmaschine angeordnet und belasten somit einerseits die beispielsweise hier angeordnete Zylinderkopfdichtung und verschlechtern andererseits die Wärmeabfuhr in diesem Bereich, da durch diese Leitungen die Kühlmittelfläche genau in dem thermisch hoch belasteten Bereich verringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem bereitzustellen, das einerseits platzsparend an der Brennkraftmaschine montierbar ist, andererseits aber das Kühlsystem der Brennkraftmaschine nicht nachteilig beeinflusst.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Abgaskanal und der Frischgaskanal auf einer gemeinsamen Zylinderkopflängsseite münden und die Entnahmeleitung und die Einspeiseleitung entlang der Zylinderkopflängsseite übereinanderliegend angeordnet sind. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass einerseits die thermisch hoch belastete Auflagefläche zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Zylinderkopf entlastet wird und andererseits die Entnahmeleitung und die Einspeiseleitung einfach und unkompliziert aufgebaut sind und durch die übereinanderliegende Anordnung keine komplizierte bauraumvergrößernde Verbindung notwendig ist. Hinzu kommt, dass durch die Herausnahme der Entnahmeleitung und der Einspeiseleitung aus der Auflagefläche eine Kühlung des zurückgeführten Abgases möglich ist. Dadurch, dass die Entnahmeleitung und die Einspeiseleitung nicht mit der Abgassammelleitung und der Frischgasleitung verbunden sind, sondern direkt mit in den Zylinderkopf eingelassenen Kanälen strömungsverbunden sind, brauchen die Abgassammelleitung und die Frischgasleitung nicht geändert zu werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Vielzahl von unterschiedlich ausgebildeten Abgassammelleitungen und Frischgasleitungen für eine Motorenbaureihe angeboten werden, die sich beispielsweise hinsichtlich der Anschlüsse für weiterführende Abgasleitungen oder Ansaugleitungen oder der Anordnung von einem Abgasturbolader unterscheiden.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Zylinderkopf je Zylinder eine Entnahmekanalmündung und eine Einspeisekanalmündung auf. Grundsätzlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, bei einer Ausbildung der Brennkraftmaschine als 4-zylindrige Brennkraftmaschine eine einzige Entnahmekanalmündung an einem Abgaskanal vorzusehen, aus der Abgas für die Abgasrückführung entnommen wird, und auch nur an einen Zylinder eine Einspeisekanalmündung vorzusehen. Um aber eine möglichst unter allen Betriebsbedingungen gleichmäßige Druckverteilung in dem Abgasrückführsystem zu gewährleisten, sind vorteilhaft zumindest jedem Zylinder eine Einspeisekanalmündung und mehreren (zwei, drei oder vier) Zylindern eine Entnahmekanalmündung zugeordnet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Einspeiseleitung aus einem Gusswerkstoff, insbesondere Grauguss, hergestellt. Dabei kann die Einspeiseleitung zusätzlich mit Kühlrippen versehen sein und/oder Befestigungsvorrichtungen für andere Bauteile tragen.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Einspeiseleitung an beiden Stirnseiten einen Flansch zum wahlweisen Anschluss eines separaten Steuerventilgehäuses auf. Durch diese Ausbildung ist es möglich, das Ventilgehäuse je nach Platzangebot bei unterschiedlichen Einbaufällen der Brennkraftmaschine wahlweise anzuordnen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Entnahmeleitung an dem Kurbelgehäuse bevorzugt direkt unter der Abgassammelleitung angeordnet. Dabei ist das aus den Abgaskanälen abgezweigte Abgas entweder strömungs- oder wegoptimiert der Entnahmeleitung zuzuführen. Dabei kann die Entnahmeleitung auch einstückig mit dem Kurbelgehäuse gefertigt werden.

Im Übrigen ist die Einspeiseleitung einstückig mit dem Steuerventilgehäuse fertigbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.

Es zeigen:

1: eine perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem, das aus einem einzigen Entnahmekanal Abgas entnimmt und

2: eine Brennkraftmaschine, bei der aus mehreren Entnahmekanälen Abgas zur Rückführung entnommen wird.

Die Brennkraftmaschine gemäß 1 weist ein Kurbelgehäuse auf, das bodenseits von einer Ölwanne 2 verschlossen ist und auf der gegenüberliegenden Seite zu der Ölwanne 2 von einem Zylinderkopf 3 abgedeckt ist. In dem Kurbelgehäuse 1 ist eine Kurbelwelle gelagert, an der Pleuel angelenkt sind, die wiederum mit Kolben verbunden sind, die in Zylindern des Kurbelgehäuses 1 bei einer Verbrennung von Luft und Kraftstoff in den von den Kolben, Zylindern und dem jeweiligen Zylinderkopfabschnitt gebildeten Brennräumen auf und ab bewegt werden und die Kurbelwelle in Drehung versetzen. An der Kurbelwelle ist auf einer Brennkraftmaschinenstirnseite ein Schwungrad 4 befestigt, das in einem SAE-Gehäuse 5 angeordnet ist. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite zu dem Schwungrad 4 ist an der Kurbelwelle ein von einem Zahnriemengehäuse 6 umschlossener Zahnriemen zum Antrieb einer Nockenwelle angeordnet, wobei die Nockenwelle Nocken zur Betätigung der Gaswechselventile in dem Zylinderkopf 3 und Nocken zur Betätigung von direkt in das Kurbelge häuse 1 eingesetzten Einspritzpumpenelementen aufweist. Vor dem Zahnriemengehäuse 6 ist auf der Kurbelwelle ein Riemenrad 7 befestigt, das über einen nicht dargestellten Riemen beispielsweise ein Gebläse, ein Lüfterrad oder einen Generator, antreibt.
Die in dem Zylinderkopf 3 eingesetzten Gaswechselventile steuern den Gaswechsel mit den Brennräumen, wobei die entsprechenden Gaswechselkanäle je Zylinder ein Frischgaskanal 8 und ein Abgaskanal 9 sind, die auf einer Zylinderkopflängsseite 22 mit jeweils einem Frischgaskanalflansch 10 und einem Abgaskanalflansch 11 münden. An den Frischgaskanalflanschen 10 ist eine Frischgasleitung 12 und an den Abgaskanalflanschen 11 ist eine Abgassammelleitung 13 befestigt. Sowohl die Frischgasleitung 12 als auch die Abgassammelleitung 13 sind für unterschiedliche Anwendungen der Brennkraftmaschine speziell angepasst und weisen beispielsweise verschiedenartig ausgebildete und angeordnete Anschlüsse für weiterführende Abgasleitungen oder Ansaugleitungen oder den Einsatz eines Abgasturboladers auf. Ebenso kann als Ausführungsvariante an den Abgaskanalflanschen 11 ein Abgassammeldämpfer direkt angeflanscht werden.
Das Abgasrückführsystem weist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 einen von dem SAE-gehäuseseitigen Abgaskanal 9 abzweigenden Entnahmekanal auf, der eine Entnahmekanalmündung 14a neben dem Abgaskanalflansch 11 aufweist. An diese Entnahmekanalmündung 14a ist eine Entnahmeleitung 15a befestigt, die zur Erreichung einer gewünschten Rückkühlung des zurückgeführten Abgases eine vorgegebene Länge aufweist, die durch einen U-bogenförmigen Verlauf der Entnahmeleitung 15a realisiert ist. Die Entnahmeleitung 15a mündet in ein Steuerventilgehäuse 16, das auf der SAE-gehäuseseitigen Stirnseite des Zylinderkopfs 3 an diesem befestigt ist. In dem Steuerventilgehäuse 16 ist das Steuerventil eingebaut, das elektrisch, hydraulisch oder mechanisch betätigt wird und die Menge des rückge führten Abgases stufenlos oder in Form einer "Auf-Zu"-Steuerung festlegt. Dazu wird beispielsweise die Stellung einer Regelstange, die die von den Einzeleinspritzpumpenelementen geförderte Kraftstoffmenge bestimmt, herangezogen und deren Stellung zur Steuerung des Steuerventils ausgewertet. Diese Auswertung kann beispielsweise über die Stellung der Regelstange kontaktlos aufnehmende Sensoren erfolgen, die dann eine elektrische Verstellvorrichtung ansteuern. Eine solche Ausbildung hat den Vorteil, das die Brennkraftmaschine, sofern diese als mechanisch gesteuerte Brennkraftmaschine ausgebildet ist, auch weiterhin ohne eine elektronische Steuereinrichtung auskommt.
Von dem Steuerventilgehäuse 16 ausgehend ist eine Einspeiseleitung 17, die zwischen der Frischgasleitung 12 und einer Ventildeckelhaube 18 angeordnet ist, entlang des Zylinderkopfs 3 geführt. Diese Einspeiseleitung 17 ist mit Einspeisekanalmündungen 19 verbunden, die separat von dem zugehörigen Frischgaskanalflansch 10 in die Zylinderkopfwand münden und über einen Einspeisekanal mit dem Frischgaskanal 8 strömungsverbunden sind.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist bei der Brennkraftmaschine gemäß 2 die Entnahme des zurückzuführenden Abgases aus den Abgaskanälen 9 konstruktiv anders ausgebildet. Hier ist oberhalb zumindest eines Abgaskanalflansches 11 eine Entnahmekanalmündung 14b angeordnet, an der in geeigneter Weise ein kurzer Entnahmeleitungsabschnitt 20 befestigt ist. Der Entnahmeleitungsabschnitt 20 mündet in eine Entnahmeleitung 15b, die sich unterhalb der Abgassammelleitung 13 über zumindest eine Teillänge der Abgassammelleitung 13 parallel zu dieser erstreckt. In die Entnahmeleitung 15b können Kompensatoren 22 zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern und Wärmespannungen eingesetzt sein. Der Entnahmeleitungsabschnitt 20 ist jeweils zwischen dem Frischgaskanalflansch 10 und dem Abgaskanalflansch 11 einer Zylindereinheit ange ordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Entnahmekanalmündungen 14b vorgesehen, wobei an der riemenseitigen Zylindereinheit keine Entnahmekanalmündung 14b vorgesehen ist.
Die Entnahme des zurückzuführenden Abgases im Bereich oberhalb der Abgaskanalflansche 11 hat den Vorteil, dass durch die Ausgestaltung der Abgaskanäle 9 in diesem Bereich ein hoher Staudruck herrscht und demzufolge größere Abgasmengen entnommen werden können.
Es ist im Rahmen der Erfindung ausdrücklich auch vorgesehen und möglich, die Ausführungsbeispiele der 1 und 2 miteinander zu kombinieren. Das heißt also konkret bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 kann zusätzlich auch eine Entnahmekanalmündung 14a gemäß 1 vorgesehen sein und diese mit der Entnahmeleitung 15b verbunden sein.
Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen und möglich, insbesondere die Entnahmeleitung 15b einstückig an das Kurbelgehäuse anzugießen und den Entnahmekanal beziehungsweise den Entnahmeleitungsabschnitt 20 in das Kurbelgehäuse 1 beziehungsweise den Zylinderkopf 3 zu integrieren, wobei dann der Entnahmekanal beziehungsweise der Entnahmeleitungsabschnitt 20 auf der kurbelgehäuseseitigen Seite in den Abgaskanal 9 einmündet. In einer Abwandlung von dieser Ausführungsform ist es weiterhin vorgesehen, die Entnahmeleitung 15b an dem Kurbelgehäuse 1 lösbar zu befestigen und die Entnahmekanäle beziehungsweise die Entnahmeleitungsabschnitte 20 – wie zuvor ausgeführt – in das Kurbelgehäuse 1 beziehungsweise den Zylinderkopf 3 zu integrieren.
Schließlich ist es auch vorgesehen, die Einspeiseleitung 17 gegebenenfalls zusammen mit dem Steuerventilgehäuse 16 einstückig mit der Ventildeckelhaube 18 zu fertigen.

1: Kurbelgehäuse
2: Ölwanne
3: Zylinderkopf
4: Schwungrad
5: SAE-Gehäuse
6: Zahnriemengehäuse
7: Riemenrad
8: Frischgaskanal
9: Abgaskanal
10: Frischgaskanalflansch
11: Abgaskanalflansch
12: Frischgasleitung
13: Abgassammelleitung
14a, 14b: Entnahmekanalmündung
15a, 15b: Entnahmeleitung
16: Steuerventilgehäuse
17: Einspeiseleitung
18: Ventildeckelhaube
19: Einspeisekanalmündung
20: Entnahmeleitungsabschnitt
21: Zylinderkopflängsseite
22: Kompensator

Claims

Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf, in den je Zylinder zumindest ein Abgaskanal mit einem Abgaskanalflansch und ein Frischgaskanal mit einem Frischgaskanalflansch eingelassen sind, an denen jeweils eine Abgassammelleitung und eine Frischgasleitung befestigt sind, die zusammen Teil eines Abgassystems und eines Frischgassystems sind, wobei ein Abgasrückführsystem mit einer Entnahmeleitung, einem ein Steuerventil aufweisenden Steuerventilgehäuse und einer Einspeiseleitung vorgesehen ist, wobei der Zylinderkopf zumindest einen von dem Abgaskanal abzweigenden Entnahmekanal mit einer von dem Abgaskanalflansch separaten Entnahmekanalmündung aufweist, die in eine Zylinderkopfwand mündet und mit der Entnahmeleitung verbunden ist, sowie zumindest einen in den Frischgaskanal einmündenden Einspeisekanal mit einer von dem Frischgaskanalflansch separaten Einspeisekanalmündung, die in eine Zylinderkopfwand mündet und mit der Einspeiseleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (9) und der Frischgaskanal (8) auf einer Zylinderkopflängsseite (21) münden und die Entnahmeleitung (15a, 15b) und die Einspeiseleitung (17) entlang der Zylinderkopflängsseite (21) übereinanderliegend angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (3) je Zylinder eine Entnahmekanalmündung (14a, 14b) und eine Einspeisekanalmündung (19) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (17) aus Gusswerkstoff, insbesondere Grauguss, hergestellt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (17) an beiden Stirnseiten einen Flansch zum wahlweisen Anschluss des Steuerventilgehäuses (16) aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeleitung (15a, 15b) an dem Kurbelgehäuse (1) befestigt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeleitung (15a, 15b) einstückig mit dem Kurbelgehäuse (1) gefertigt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (17) einstückig mit dem Steuerventilgehäuse (16) gefertigt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (17) einstückig mit der Ventildeckelhaube (18) gefertigt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (17) und das Steuerventilgehäuse (16) einstückig mit der Ventildeckelhaube (18) gefertigt sind.