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WO2004090297A2 - Internal combustion engine comprising an exhaust gas aftertreatment device in the exhaust tract - Google Patents

Internal combustion engine comprising an exhaust gas aftertreatment device in the exhaust tract Download PDF

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WO2004090297A2
WO2004090297A2 PCT/AT2004/000115 AT2004000115W WO2004090297A2 WO 2004090297 A2 WO2004090297 A2 WO 2004090297A2 AT 2004000115 W AT2004000115 W AT 2004000115W WO 2004090297 A2 WO2004090297 A2 WO 2004090297A2
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
internal combustion
exhaust gas
combustion engine
particular according
exhaust
Prior art date
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PCT/AT2004/000115
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German (de)
French (fr)
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WO2004090297A3 (en
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Thomas Cartus
Axel Braun
Hans Felix Seitz
Frank Berghof
Johann Wagner
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AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
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Publication date
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Publication of WO2004090297A2 publication Critical patent/WO2004090297A2/en
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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with an exhaust system with at least one exhaust line, which is connected to the internal combustion engine via an exhaust manifold.
  • exhaust gas aftertreatment devices such as catalytic converters or the like
  • the function of such exhaust gas aftertreatment devices is generally dependent on the operating temperature. There is a lower limit from which the pollutant reduction begins (e.g. in the catalytic converter the "light off") and an upper limit from which secondary emissions are formed (the diesel oxidation catalytic converter forms sulfates from approx. 400 ° C) or from which the Exhaust gas treatment device would be damaged (an Otto three-way catalytic converter is damaged approximately above 950 ° C).
  • the rapid reaching of this temperature range or staying within it can generally be largely ensured by manipulating the mixture composition, ignition and position of the components within the exhaust system, although this ultimately has a disadvantageous effect on fuel consumption.
  • US 3,747,346 A describes a temperature control system for a catalyst of an internal combustion engine. Upstream of a catalytic converter, an exhaust pipe is surrounded by a housing structure, an air gap for a cooling channel being formed between the housing structure and the exhaust pipe.
  • the cooling channel has an air inlet in the start area of the housing structure and an air outlet in the end area of the housing structure.
  • the housing structure and the cooling channel end upstream of the catalytic converter.
  • Control flaps which are mechanically connected to one another are arranged in the region of the air inlet and the air outlet. The control flaps are actuated via a solenoid valve depending on the catalyst temperature. Air inlet and outlet are directly connected to the environment. Since a separate housing structure is required for cooling the exhaust pipe, the temperature control device is relatively complex.
  • a similar exhaust system is known from DE 22 40 681 A.
  • EP 0 928 885 A2 shows an exhaust device with an exhaust manifold encased in a housing.
  • US 3,820,327 A describes a temperature control device for a catalyst. Part of the exhaust pipe and the catalytic converter are surrounded by a separate cooling housing, the cooling air inlet of which is connected to the radiator fan chamber. By means of a changeover flap, the cooling air can optionally be conducted into the cooling housing for cooling the catalytic converter or around the cooling housing.
  • This cooling device is also relatively complex, since a separate cooling housing is required.
  • an air-gap-insulated cup manifold for an exhaust gas system of an internal combustion engine which has an inner tube carrying the exhaust gas and an outer shell.
  • An air gap is formed between the inner tube and the outer shell.
  • the outer shell has a plurality of openings through which an external air flow is blown into the air gap due to the wind.
  • the cooling air leaves the air gap in the end area of the manifold. Control of the cooling is not provided.
  • An exhaust manifold formed by a double pipe construction is also known from EP 0 622 531 AI.
  • Cylinder heads are known from US Pat. No. 6,513,506 and US Pat. No. 4,329,843 A, in which the exhaust ports are connected to the flow within the cylinder head and the exhaust manifold is thus integrated into the cylinder head.
  • cylinder heads require a relatively high level of production expenditure and also have a disadvantageous effect on the size of the cylinder head.
  • Exhaust gas recirculation systems in certain classes of commercial vehicle and industrial engines should be as simple, robust and cost-effective as possible and should therefore be able to operate without complex actuation mechanisms (e.g. without variable valve train or electronic map control or the like).
  • these exhaust gas recirculation systems should keep the exhaust gas recirculation rate as low as possible at a low engine speed in order not to deteriorate the response behavior and the starting torque of the engine.
  • the exhaust gas recirculation rates in the relevant operating points of the emission cycle e.g. at medium and high engine speed / high load
  • a diesel internal combustion engine with a cam-controlled internal exhaust gas recirculation is known from WO 03/040540 AI.
  • Cam-controlled internal exhaust gas recirculation systems deliver relatively constant exhaust gas recirculation rates in the entire map area, but cannot be switched off due to their simple, inexpensive design.
  • the course of the exhaust gas recirculation quantity over the speed can be influenced favorably by a suitable shape and position of the pre-lift cam, however, the influence on the exhaust gas recirculation rates is limited and compromises have to be made.
  • Simple, external exhaust gas recirculation systems in turn, can only recirculate exhaust gas if the exhaust gas back pressure in front of the exhaust gas turbine is higher than the boost pressure in the intake manifold of the internal combustion engine.
  • the problem arises that no exhaust gas can be recirculated due to the prevailing pressure conditions.
  • a diesel internal combustion engine with an internal and an external exhaust gas recirculation system is known.
  • a shut-off flap is provided in the exhaust tract as well as in the intake tract to carry out the internal exhaust gas recirculation, so that the internal exhaust gas recirculation can take place by contraction of the intake air or the exhaust gases.
  • the flaps and the exhaust gas recirculation valve in the exhaust gas recirculation line are controlled such that internal exhaust gas recirculation at low speed and low load and external exhaust gas recirculation in the other operating areas of the internal combustion engine leads.
  • this type of control of the exhaust gas recirculation requires a considerable amount of control engineering.
  • Regeneration of exhaust gas aftertreatment systems in high-speed, direct-injection diesel engines is initiated by increasing the exhaust gas temperature using internal engine measures, such as by intake air throttling, if necessary by lowering the boost pressure, and in particular by one or more so-called post-injections of the fuel, that is to say by adding fuel after the actual main injection. This post-injection of the fuel usually takes place after the top dead center of the ignition has been exceeded.
  • US Pat. No. 6,412,276 B1 discloses a system for regenerating a particle filter of a diesel internal combustion engine, which provides that fuel is injected into at least one cylinder during an expansion stroke in order to achieve an increase in the exhaust gas temperature.
  • US 2003/0056498 AI also describes a method for the regeneration of a particle filter of a diesel internal combustion engine, in which the temperature increase of the exhaust line is achieved by post-injection of fuel.
  • An additional post-injection to increase the temperature of the exhaust gas for the initiation of the regeneration of a particle filter of a diesel engine is also known from WO 96/03571 AI.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to enable the exhaust gas temperature to be controlled in the simplest possible manner in order to improve the emissions with the lowest possible fuel consumption.
  • Another object of the invention is to reduce the manufacturing outlay for an outlet duct arrangement. Another object of the invention is to increase the heating power.
  • At least one exhaust gas aftertreatment device is arranged downstream of the exhaust manifold, the exhaust gas aftertreatment device and / or the exhaust gas line upstream of the exhaust gas aftertreatment device being at least partially double-walled, at least one gap forming a channel being formed between an exhaust gas-carrying inner wall and an outer wall a heat-transferring medium can be flowed through, and the channel preferably has an inlet in an initial region of the exhaust manifold and an outlet preferably in the end region of the exhaust gas aftertreatment device.
  • the channel can be heated by a heat source preferably formed by an additional heating device, it being particularly advantageous if the additional heating device is a calorific heating device and has an exhaust gas line for the burner exhaust gas, which can be connected to the entry of the channel.
  • Additional heating devices for example based on a burner, are widely used today for comfort reasons for vehicle interior heating. In the case of efficient diesel vehicles in particular, short-term interior heating can only be achieved by means of additional heating devices.
  • the fact that the hot burner exhaust gas from the additional heating device is used to heat the exhaust line upstream of the catalytic converter means that no additional energy resources of the vehicle are consumed. The design effort is extremely low if an additional heating device already provided in the vehicle area is used.
  • the inlet can be functionally connected to the heat source or a heat sink by a switching element.
  • the design effort can be kept very low if the heat sink is formed by a cooling device working with air as the cooling medium, preferably having a blower.
  • the heat sink is formed by a secondary air blower. Secondary air blowers are usually used for exhaust gas dilution during the start-up and warm-up phase of an internal combustion engine operated here in rich grease. As an additional function, the secondary air blower can act as a heat sink.
  • the heat sink and the heat source are formed by the same component.
  • the burner of an additional heating device can be used as a heat sink in the deactivated state, that is to say when the fuel supply is switched off.
  • At least one outlet channel per cylinder which is at least partially surrounded by a cooling space, is arranged, at least one group of outlet channels being connected to one another in the area of the cylinder head are and leads to a common exhaust pipe work connected to a flange face of the cylinder head, and wherein the flow connection between the exhaust ports is formed by at least one connection channel molded into the cylinder head in the area of the flange face and having a cross section open to the flange face.
  • the connecting channel runs essentially parallel to the flange surface, it preferably being provided that the outlet channels open into the connecting channel transversely, preferably approximately at a right angle. This enables the cylinder head to be molded in easily.
  • the connecting duct is partially formed in the cylinder head, the exhaust pipe work can be designed very simply and without a core. It can be provided that the connecting duct is partially formed by the exhaust pipe work, preferably at least half the cross section of the connecting duct being formed in the cylinder head.
  • the outlet tube mill therefore only has to accommodate a part of the connecting channel and can be designed to be open.
  • the heating power can be increased in that the wall of the connecting duct borders a cooling space at least on the side of the cylinder head.
  • the contact area between the exhaust system and the engine coolant can thus be significantly increased and thus the performance of the vehicle heating can be improved.
  • At least two connecting channels with a cross section open to the flange surface are at least partially molded into the cylinder head, a group of outlet channels opening into each of the connecting channels.
  • the exhaust ports can be grouped depending on the ignition sequence, so that mutual interference between the cylinders can be excluded.
  • the connecting channels in the exhaust pipe work are arranged separately, preferably one above the other - in the cylinder axis direction. Cost-effective, accurate and reliable production is possible if the outlet tube works are free of undercuts and can be manufactured using the permanent mold casting process.
  • the internal combustion engine has an internal exhaust gas recirculation system that is controlled in particular independently of the load, preferably by means of a pre-lift cam, and that an external exhaust gas recirculation system is additionally provided with at least one exhaust gas recirculation valve that can be controlled via at least one control line is, preferably at least one delay element being arranged in the control line.
  • the internal and external exhaust gas recirculation system uses the simplest control means.
  • the purely mechanical internal exhaust gas recirculation system can be designed moderately, so that sufficiently high exhaust gas recirculation rates result in the medium speed range and almost no exhaust gas is recirculated at low speed.
  • the desired increasing exhaust gas recirculation rate at high engine speed results from a suitable selection of the exhaust pipe diameter of the external exhaust gas recirculation system in a wide operating range of the internal combustion engine due to the prevailing pressure conditions. Active control of the external exhaust gas recirculation rate is only required in low partial load operation and in transient operation.
  • the time delay element can be mechanical in nature, wherein it is preferably provided that the control line is a pneumatic control pressure line and the mechanical delay element has a pressure container. An orifice is provided at the inlet of the control pressure line.
  • the control pressure line is either connected to the inlet manifold or to a vacuum pump.
  • the tank is only slowly filled or slowly emptied through the orifice, which means that the switching pressure for the exhaust gas recirculation valve is only built up or reduced with a time delay. Smoke emissions in acceleration mode due to excessive exhaust gas recirculation quantities are thus effectively avoided.
  • the vacuum pump can be driven mechanically by the internal combustion engine or also electrically. In a particularly simple embodiment of the invention it is provided that the vacuum pump can be switched depending on the position of the injection pump. A mechanical switch on the injection pump switches vacuum to the control line of the exhaust gas recirculation valve depending on the injection pump position. The vacuum opens the exhaust gas recirculation valve. In order to delay the switching time of the exhaust gas recirculation system in the transient acceleration process, a pressure vessel is again provided as a mechanical delay element, the pressure vessel being brought to negative pressure by the vacuum pump.
  • the exhaust gas recirculation valve is connected to an electronic control unit via an electrical control line and can be switched directly and electrically via this depending on the load.
  • the time delay element is also of an electrical type and can be integrated directly into the electronic control unit.
  • the regeneration is initiated by at least one internal measure depending on the temperatures of the exhaust gas aftertreatment system, preferably for initiating and carrying out the regeneration
  • the internal engine load is increased if the temperature of the exhaust gas aftertreatment system is lower than a defined regeneration temperature
  • the injection timing and / or the control time of at least one gas exchange valve of at least one cylinder is adjusted such that ignition of the injected fuel is not possible, so that the unburned fuel is stored upstream of the exhaust gas aftertreatment system,
  • the fuel injection is switched off in at least one cylinder and the cylinder is operated as an air delivery device for the exhaust gas aftertreatment system.
  • the control of the gas exchange valves can be carried out in such a way that maximum compression work is generated. This can be achieved, for example, by temporarily not opening the exhaust valve or valves. It is preferably provided that the fuel injection is suspended in the cylinder performing the maximum compression work. This avoids increased fuel consumption. To increase To prevent the entry of fuel into the engine oil, it is particularly advantageous if one or more cylinders are operated alternately with normal and increased internal engine load.
  • the internal engine load is increased, especially at low loads and in the low speed range.
  • the number of injections per cylinder is applied such that e.g. With a 4-cylinder four-stroke engine, not every 720 ° crank angle is injected, but depending on the map in even or odd multiples of 720 °.
  • the injection mass required by the suspension of an injection is compensated.
  • the correction injection masses are calculated using freely applicable maps.
  • the control time of the gas exchange valves is modified in such a cylinder in which no injection takes place in such a way that maximum compression work is generated.
  • the indicated mean pressure is increased at the same effective mean pressure, whereby the exhaust gas temperature can be increased even without post-injection.
  • fuel is injected into individual cylinders and / or individual cycles under such conditions that self-ignition can be ruled out.
  • This can be achieved by appropriate selection of the control times or the injection timing, for example by injecting a small fuel mass below the auto-ignition conditions and at the same time opening at least one exhaust valve shortly after the top dead center of the ignition. This ensures that the injected fuel mass does not ignite and is available as an unburned hydrocarbon to the exhaust gas aftertreatment system to initiate an exothermic reaction. Due to the pressure drop, the fuel mass injected for hydrocarbon generation is discharged directly on the outlet side. The entry of fuel into the engine oil is significantly reduced with the same level of hydrocarbon availability compared to the conventional method by means of post-injection.
  • step c) At least one cylinder is operated temporarily as an air delivery device.
  • the fuel injection and the control times are switched off in this cylinder adjusted at the same time so that after the hydrocarbon has been deposited after process step b), the oxygen required for the exothermic reaction is provided exactly. This is achieved in particular by optimizing the outlet opening times for air delivery. There is therefore no combustion in this cylinder, which means that the oxygen content in the cylinder filling is completely retained. Even in map areas with a conventionally low residual oxygen content, the amount of oxygen required to provide an optimal exothermic reaction can be measured.
  • the exhaust gas temperature after the exhaust gas aftertreatment system is raised significantly, emission breakthroughs after the exhaust gas aftertreatment system are significantly minimized.
  • the method according to the invention is suitable for exhaust gas aftertreatment systems with catalysts and particle filters.
  • FIG. 1 shows an outlet duct arrangement of an internal combustion engine according to the invention in a first embodiment variant
  • FIG. 3 shows the outlet duct arrangement in a section along the line III-III in FIG. 1,
  • FIG. 6 shows this outlet duct arrangement in a section along the line VI-VI in FIG. 4,
  • 10 shows the pressure conditions in the intake manifold and in front of the turbine
  • 11 shows the exhaust gas recirculation rates of the combined exhaust gas recirculation system according to the invention in comparison to internal exhaust gas recirculation systems and
  • Fig. 12 shows a compressor map with engine operating lines.
  • the exhaust port arrangement 1 has a plurality of exhaust ports 3a, 3b, 3c, 3d arranged in the cylinder head 2.
  • a connecting channel 6 is arranged, which is formed partly by the cylinder head 2 and partly by the exhaust pipe work 5.
  • the connecting channel 6 has an open cross section both in the cylinder head 2 and in the exhaust pipe work 5 and is arranged approximately parallel to the flange surface 4.
  • the outlet channels 3a, 3b, 3c, 3d open into the connecting channel 6 transversely, advantageously approximately at a right angle. Due to the position of the connecting channel 6, the outlet tube 5 can be produced without a core, that is to say, for example, using the mold casting process.
  • the outlet channels 3a, 3b, 3c, 3d all open into a single connecting channel 6, from which a single outlet tube 7 extends.
  • each group A ', B' of outlet channels 3a, 3d or 3b, 3c opens into a connecting channel 6a or 6b.
  • Each of the connecting channels 6a, 6b opens into an outlet tube 7a, 7b of the outlet tube assembly 5, wherein connecting channels 6a, 6b and outlet tubes 7a, 7b are - at least partially - arranged one above the other.
  • the walls 6 ', 6a', 6b 'of the connecting channels 6, 6a, 6b border on cooling rooms through which coolant flows. This significantly increases the contact area between the exhaust system and engine coolant and thus decisively improves the performance of the vehicle heating.
  • the internal combustion engine 101 shown in FIGS. 7 and 8 has an exhaust system 102 with an exhaust manifold 103, which is arranged upstream of an exhaust gas aftertreatment device 104 formed by a catalytic converter in the exhaust line 105.
  • a silencer 106 is located in the exhaust line downstream of the exhaust gas aftertreatment device 104.
  • the exhaust line 105 is configured between the exhaust manifold 103 and the exhaust gas aftertreatment device 104, wherein an air gap forming a channel 109 is formed between the inner wall 107 carrying the exhaust gas and the outer wall 108.
  • the annular channel 109 has an inlet 110 at the beginning of the exhaust manifold 103 and an outlet 111 at the end of the exhaust gas aftertreatment device 104.
  • the channel 109 can open into the exhaust line 105 via a connecting line 112 at a point 113 downstream of the muffler 106.
  • the inlet 110 can be connected to a heat source 115 via a switching element 114.
  • the heat source 115 is formed by a calorific additional heater 116, the exhaust pipe 117 of which can be brought into flow connection with the channel 109 by the switching element 114.
  • the additional heating device 116 can heat air and to supply it to the channel 109 instead of the burner exhaust gas.
  • the additional heating device 116 either heats up air or uses the hot burner exhaust gas directly and conducts it via line 117 into the channel 109, as a result of which the exhaust system 105 between the internal combustion engine 101 and the exhaust gas aftertreatment system 104 is heated.
  • the inlet 110 can optionally be connected to a heat source 115 or a heat sink 118.
  • the heat source 115 is advantageously formed by a cooling device 119 with a fan 120 that works with air as the cooling medium.
  • the inlet 110 can optionally be flow-connected to the exhaust gas line 117, the additional heating device 116 or to the air line 121 of the air cooling system 119.
  • the exhaust gas aftertreatment device 104 is heated by connecting the inlet 110 to the exhaust gas line 117.
  • the connection to the inlet 110 can be disconnected via the switching element 114, so that there is neither additional heating nor cooling of the exhaust line 105.
  • the exhaust gas system 102 is connected to the heat sink 118 by establishing a flow connection between the inlet 110 and the air line 121 via the switching element 114.
  • the fan 120 conveys cool ambient air through the channel 109 and cools the exhaust system 102 accordingly.
  • the diesel internal combustion engine 201 has at least one cylinder 202, an intake system 203, an exhaust system 204, an internal exhaust gas recirculation system 205 and an external exhaust gas recirculation system 206.
  • the diesel internal combustion engine 201 has at least one cylinder 202, an intake system 203, an exhaust system 204, an internal exhaust gas recirculation system 205 and an external exhaust gas recirculation system 206.
  • Switzerland 207 denotes an exhaust gas turbocharger with a compressor 208 in the intake line 209 and a turbine 210 in the exhaust line 211.
  • the turbine 210 can be bypassed via a bypass line 212.
  • the inlet air enters the inlet line 209 via the air filter 213, is compressed by the compressor 208 and is fed to an intercooler 214, via which the compressed inlet air flows into the inlet header 215. From the intake manifold 215, the charge air enters the cylinders 202 via intake channels 216 and intake valves (not shown).
  • the exhaust gas flows from the cylinders 202 into the exhaust line 211 via exhaust valves and exhaust channels 217, which are not shown.
  • the exhaust gas recirculation line 218 of the external exhaust gas recirculation system 206 branches upstream of the turbine 210, wherein an exhaust gas recirculation cooler 219 can be arranged in the exhaust gas recirculation line 218.
  • an exhaust gas recirculation valve 220 is arranged in the exhaust gas recirculation line 218.
  • the exhaust gas recirculation valve 220 is advantageously actuated pneumatically via a control line 222 designed as a control pressure line 221.
  • the control pressure line 221 is connected in terms of flow to the inlet header 215 and is therefore controlled by the boost pressure downstream of the compressor 208, specifically by the pressure in the inlet header 215.
  • a mechanical delay element 223 is provided in the control pressure line 221, which is simply provided by a pressure container 224 of sufficient size and a throttle 225 designed as an orifice at the entry of the control pressure line 221 into the container 224 consists.
  • the pressure vessel 224 is slowly filled by this throttle 225 and the switching pressure for the exhaust gas recirculation valve 220 is built up only with a time delay. This prevents smoke emissions during acceleration due to excessive exhaust gas recirculation quantities.
  • the exhaust gas recirculation valve 220 can also be switched by negative pressure, which is generated by a vacuum pump 226, as is arranged by dotted lines in FIG. 9.
  • the vacuum pump 226 is switched either by an electronic control unit or - particularly simply - by a mechanical switch on the injection pump, which, depending on the injection pump position, switches vacuum to the control line of the exhaust gas recirculation valve.
  • the negative pressure opens the exhaust gas recirculation valve 220.
  • the vacuum pump 226 can either be driven by the internal combustion engine or electrically.
  • a Mechanical delay element 223 is provided between the vacuum pump 226 and the exhaust gas recirculation valve 220, the pressure vessel 223 being used by the vacuum pump 226 for negative pressure.
  • an electrically switched exhaust gas recirculation valve can also be used.
  • the switching process and the time delay take place electrically via an electronic control unit.
  • the internal exhaust gas recirculation system 205 is cam-controlled, the course of the exhaust gas recirculation quantity over the rotational speed being optimized by a suitable shape and position of a pre-lift cam of the intake cam. Inlet cams and pre-lift cams are rigidly connected to the camshaft. In order to make the diesel engine as simple and robust as possible, no camshaft adjusting device is provided. Thus, during the exhaust stroke, regardless of the load and speed, at least one intake valve is opened by a constant value by the pre-lift cam.
  • the internal exhaust gas recirculation system 205 can be designed to be moderate, so that sufficiently high exhaust gas recirculation rates result in the middle speed range and almost no exhaust gas is recirculated at low speed.
  • additional exhaust gas is supplied by the external exhaust gas recirculation system 206 from a predefined engine speed, which is essentially defined by the pressure conditions in the intake manifold 215 and in front of the turbine 210.
  • the desired increasing exhaust gas recirculation rate at high engine speed n results from the suitable selection of the diameter of the exhaust gas recirculation line 218 of the external exhaust gas recirculation system 206 in a wide operating range of the internal combustion engine 201 by the prevailing pressure conditions, as indicated in FIGS. 10 and 11.
  • EGRext denotes the area of the external exhaust gas recirculation from the exhaust line 211 to the intake manifold 215.
  • compressed charge air can be conveyed via the activated external exhaust gas recirculation system 206 from the intake manifold 215 in front of the turbine 210 if the pressure p A in front of the turbine 210 is lower than the pressure p E in the intake manifold 215 (low and medium engine speed n depending on engine size). This area is represented by R in FIG. 10.
  • the rapidly increasing exhaust gas recirculation quantity EGR over the speed n facilitates the use of uncontrolled turbines 210, since the mass flow through the turbine 210 is reduced by the exhaust gas recirculation quantity EGR.
  • FIG. 11 shows the exhaust gas recirculation rates EGR over the engine speed n for differently designed internal exhaust gas recirculation systems, which are indicated by the lines C, D, E, F, and for combined internal and external exhaust gas recirculation G. Due to the position and the shape of the pre-lift cam, the intake cam, the course of the internal exhaust gas recirculation quantity can be shaped favorably over the speed n, but there are limits to the influence of the exhaust gas recirculation rates, especially at high speed. Even higher exhaust gas recirculation rates at high engine speeds can only be achieved with the combined internal and external exhaust gas recirculation indicated by curve G.
  • references used in the subclaims indicate the further development of the subject matter of the skin claim through the features of the respective subclaim; they are not to be understood as a waiver of the achievement of independent, objective protection for the characteristics of the related subclaims.

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Abstract

Disclosed is an internal combustion engine comprising an exhaust system (102) with at least one exhaust tract (105) which is connected to the internal combustion engine (101) via an exhaust manifold (103). At least one exhaust gas aftertreatment device (104) is disposed downstream of the exhaust manifold (103). The exhaust gas aftertreatment device (104) and/or the exhaust tract (105) located upstream of the exhaust gas aftertreatment device (104) is/are embodied at least in part with a double wall.

Description

BrennkraftmaschineInternal combustion engine

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem mit zumindest einem Abgasstrang, welcher über einen Abgaskrümmer an die Brennkraftmaschine angeschlossen ist.The invention relates to an internal combustion engine with an exhaust system with at least one exhaust line, which is connected to the internal combustion engine via an exhaust manifold.

Zur Erfüllung von gesetzlich geforderten Emissionsniveaus am Auspuffende einer Brennkraftmaschine sind verschiedene Abgasnachbehandlungseinrichtungen, wie etwa Katalysatoren oder dergleichen, Stand der Technik. Die Funktion solcher Abgasnachbehandlungseinrichtungen ist im Allgemeinen abhängig von der Betriebstemperatur. Dabei gibt es eine untere Grenze, ab der die Schadstoffreduktion einsetzt (z.B. im Katalysator das "Light Off") und eine obere Grenze, ab der Sekundäremissionen gebildet werden (der Dieseloxidationskatalysator bildet z.B. ab ca. 400°C Sulfate) bzw. ab der die Abgasnachbehandlungseinrichtung geschädigt werden würde (ein Otto-Dreiweg-Katalysator wird etwa oberhalb 950°C geschädigt). Das schnelle Erreichen dieses Temperaturbereiches bzw. das Verweilen innerhalb dieses, kann im Allgemeinen durch Manipulation von Gemischzusammensetzung, Zündung und Position der Komponenten innerhalb des Abgassystems weitgehend sichergestellt werden, was sich allerdings letztlich nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.Various exhaust gas aftertreatment devices, such as catalytic converters or the like, are state of the art for meeting the legally required emission levels at the exhaust end of an internal combustion engine. The function of such exhaust gas aftertreatment devices is generally dependent on the operating temperature. There is a lower limit from which the pollutant reduction begins (e.g. in the catalytic converter the "light off") and an upper limit from which secondary emissions are formed (the diesel oxidation catalytic converter forms sulfates from approx. 400 ° C) or from which the Exhaust gas treatment device would be damaged (an Otto three-way catalytic converter is damaged approximately above 950 ° C). The rapid reaching of this temperature range or staying within it can generally be largely ensured by manipulating the mixture composition, ignition and position of the components within the exhaust system, although this ultimately has a disadvantageous effect on fuel consumption.

Es sind verschiedene Maßnahmen zur Kühlung des Abgasstranges und der Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt, um ein Überschreiten der maximal zulässigen Temperatur zu vermeiden.Various measures for cooling the exhaust line and the exhaust gas aftertreatment device are known in order to avoid exceeding the maximum permissible temperature.

Die US 3,747,346 A beschreibt ein Temperaturregelsystem für einen Katalysator einer Brennkraftmaschine. Stromaufwärts eines Katalysators ist dabei ein Ab- gasrohr von einer Gehäusestruktur umgeben, wobei zwischen der Gehäusestruktur und dem Abgasrohr ein Luftspalt für einen Kühlkanal ausgebildet ist. Der Kühlkanal weist einen Lufteintritt im Anfangsbereich der Gehäusestruktur und einen Luftaustritt im Endbereich der Gehäusestruktur auf. Die Gehäusestruktur und der Kühlkanal enden dabei noch stromaufwärts des Katalysators. Im Bereich des Lufteintrittes und des Luftaustrittes sind jeweils miteinander mechanisch verbundene Steuerklappen angeordnet. Die Steuerklappen werden in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur über ein Magnetventil betätigt. Lufteintritt und Luftaustritt sind unmittelbar mit der Umgebung verbunden. Da eine separate Gehäusestruktur zur Kühlung des Abgasrohres erforderlich ist, ist die Temperaturregeleinrichtung relativ aufwendig. Eine ähnliche Auspuffanlage ist aus der DE 22 40 681 A bekannt.US 3,747,346 A describes a temperature control system for a catalyst of an internal combustion engine. Upstream of a catalytic converter, an exhaust pipe is surrounded by a housing structure, an air gap for a cooling channel being formed between the housing structure and the exhaust pipe. The cooling channel has an air inlet in the start area of the housing structure and an air outlet in the end area of the housing structure. The housing structure and the cooling channel end upstream of the catalytic converter. Control flaps which are mechanically connected to one another are arranged in the region of the air inlet and the air outlet. The control flaps are actuated via a solenoid valve depending on the catalyst temperature. Air inlet and outlet are directly connected to the environment. Since a separate housing structure is required for cooling the exhaust pipe, the temperature control device is relatively complex. A similar exhaust system is known from DE 22 40 681 A.

Die EP 0 928 885 A2 zeigt eine Abgasvorrichtung mit einem durch ein Gehäuse ummantelten Abgaskrümmer. Die US 3,820,327 A beschreibt eine Temperaturregeleinrichtung für einen Katalysator. Ein Teil der Abgasleitung sowie der Katalysator sind dabei von einem separaten Kühlgehäuse umgeben, dessen Kühllufteintritt mit dem Kühlerventilatorraum verbunden ist. Mittels einer Umschaltklappe kann die Kühlluft wahlweise in das Kühlgehäuse zur Kühlung des Katalysators oder um das Kühlgehäuse herum geleitet werden. Auch diese Kühleinrichtung ist relativ aufwendig, da ein separates Kühlgehäuse erforderlich ist.EP 0 928 885 A2 shows an exhaust device with an exhaust manifold encased in a housing. US 3,820,327 A describes a temperature control device for a catalyst. Part of the exhaust pipe and the catalytic converter are surrounded by a separate cooling housing, the cooling air inlet of which is connected to the radiator fan chamber. By means of a changeover flap, the cooling air can optionally be conducted into the cooling housing for cooling the catalytic converter or around the cooling housing. This cooling device is also relatively complex, since a separate cooling housing is required.

Aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 09-133 019 A ist ein luftspaltisolierter Schalenkrümmer für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine bekannt, welcher ein das Abgas führendes Innenrohr und eine Außenschale aufweist. Zwischen dem Innenrohr und der Außenschale ist ein Luftspalt ausgebildet. Die Außenschale weist eine Mehrzahl von Öffnungen auf, durch welche ein äußerer Luftstrom zufolge des Fahrtwindes in den Luftspalt geblasen wird. Die Kühlluft verlässt den Luftspalt im Endbereich des Krümmers. Eine Steuerung der Kühlung ist nicht vorgesehen. Ein durch eine Doppelrohrkonstruktion gebildeter Abgaskrümmer ist auch aus der EP 0 622 531 AI bekannt.From Japanese published patent application JP 09-133 019 A, an air-gap-insulated cup manifold for an exhaust gas system of an internal combustion engine is known, which has an inner tube carrying the exhaust gas and an outer shell. An air gap is formed between the inner tube and the outer shell. The outer shell has a plurality of openings through which an external air flow is blown into the air gap due to the wind. The cooling air leaves the air gap in the end area of the manifold. Control of the cooling is not provided. An exhaust manifold formed by a double pipe construction is also known from EP 0 622 531 AI.

Die Veröffentlichungen US 5,983,628 A und US 5,987,885 A zeigen Abgassysteme für Brennkraftmaschinen mit einem Katalysator im Abgasstrang, wobei stromaufwärts des Katalysators ein Wärmetauscher im Abgasstrang angeordnet ist, bei welchem Kühlluft über ein Gebläse quer zum Abgasstrom zur Kühlung des heißen Abgases kalt geblasen wird. Weiters ist im Bereich des Wärmetauschers im Abgasstrang eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen, um die Anspringzeit des Katalysators bei Kaltstart zu vermindern. Sowohl Kühlung als auch Beheizung des Abgases sind hier allerdings mit einem sehr hohen konstruktiven und herstellungstechnischen Aufwand verbunden. Für die Beheizung des Abgases werden elektrische Ressourcen verbraucht, was die Fahrzeugbatterie während des Start- und Warmlaufbetriebes der Brennkraftmaschine zusätzlich belastet.The publications US 5,983,628 A and US 5,987,885 A show exhaust systems for internal combustion engines with a catalytic converter in the exhaust line, a heat exchanger being arranged upstream of the catalytic converter, in which cooling air is blown cold via a blower across the exhaust stream to cool the hot exhaust gas. In addition, an electrical heating device is provided in the area of the heat exchanger in the exhaust line in order to reduce the light-off time of the catalytic converter on cold start. Both cooling and heating of the exhaust gas are, however, associated with a very high level of design and manufacturing complexity. Electrical resources are used to heat the exhaust gas, which places an additional load on the vehicle battery during start-up and warm-up operation of the internal combustion engine.

Insbesondere bei flüssigkeitsgekühlten Diesel-Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung ergibt sich das Problem einer nicht zufriedenstellenden Heizleistung, da nicht genug Wärme in das Kühlmittel eingebracht wird. Üblicherweise sind Auslasskanäle bis zu einer Anschlussflanschfläche für ein Auslassröhrenwerk getrennt ausgeführt, wobei die Vereinigung der Auslasskanäle oft erst im als Abgassammler ausgebildeten Abgasröhrenwerk erfolgt. Derartige Konstruktionen ermöglichen zwar einen kompakten Zylinderkopf, haben aber den nachteiligen Effekt, dass die vom Kühlmittel benetzten Oberflächen der Auslasskanäle relativ klein ist.In particular with liquid-cooled diesel internal combustion engines with direct injection, there is the problem of an unsatisfactory heating output since not enough heat is introduced into the coolant. Exhaust ducts up to a connection flange surface for an exhaust pipe work are usually designed separately, the union of the exhaust ducts often only taking place in the exhaust pipe work designed as an exhaust manifold. Although such constructions enable a compact cylinder head, they have the disadvantageous effect that the surfaces of the exhaust ports wetted by the coolant are relatively small.

Aus der US 6,513,506 Bl und der US 4,329,843 A sind Zylinderköpfe bekannt, bei denen die Auslasskanäle innerhalb des Zylinderkopfes strömungsverbunden sind und somit der Auslasssammler in den Zylinderkopf integriert ist. Derartige Zylinderköpfe erfordern allerdings einen relativ hohen Herstellungsaufwand und wirken sich auch nachteilig auf die Baugröße des Zylinderkopfes aus.Cylinder heads are known from US Pat. No. 6,513,506 and US Pat. No. 4,329,843 A, in which the exhaust ports are connected to the flow within the cylinder head and the exhaust manifold is thus integrated into the cylinder head. such However, cylinder heads require a relatively high level of production expenditure and also have a disadvantageous effect on the size of the cylinder head.

Bekannte interne und externe Auslasssammler weisen eine geschlossene Bauweise auf und erfordern einen erheblichen gusstechnischen Aufwand.Known internal and external outlet collectors have a closed design and require a considerable amount of casting technology.

Abgasrückführsysteme in bestimmten Klassen von Nutzfahrzeug- und Industriemotoren sollten möglichst einfach, robust und kostengünstig aufgebaut sein und daher ohne aufwendige Betätigungsmechanismen (z.B. ohne variablen Ventiltrieb oder elektronischer Kennfeldsteuerung oder dergleichen) auskommen. Auf der einen Seite sollten diese Abgasrückführsysteme die Abgasrückführrate bei niedriger Motordrehzahl möglichst klein halten, um das Ansprechverhalten und das Anfahrdrehmoment des Motors nicht zu verschlechtern. Auf der anderen Seite sollen die Abgasrückführraten in den relevanten Betriebspunkten des Emissions- zykluses (z.B. bei mittlerer und höherer Motordrehzahl/hoher Last) möglichst groß gehalten werden, um die geforderte NOx-Reduktion im Emissionszyklus zu erreichen.Exhaust gas recirculation systems in certain classes of commercial vehicle and industrial engines should be as simple, robust and cost-effective as possible and should therefore be able to operate without complex actuation mechanisms (e.g. without variable valve train or electronic map control or the like). On the one hand, these exhaust gas recirculation systems should keep the exhaust gas recirculation rate as low as possible at a low engine speed in order not to deteriorate the response behavior and the starting torque of the engine. On the other hand, the exhaust gas recirculation rates in the relevant operating points of the emission cycle (e.g. at medium and high engine speed / high load) should be kept as large as possible in order to achieve the required NOx reduction in the emission cycle.

Aus der WO 03/040540 AI ist eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einer nockengesteuerten internen Abgasrückführung bekannt. Nockengesteuerte interne Abgasrückführsysteme liefern im gesamten Kennfeldbereich relativ konstante Abgasrückführraten, können aber wegen ihrer einfachen, kostengünstigen Bauweise nicht abgeschaltet werden. Der Verlauf der Abgasrückführmenge über der Drehzahl kann durch geeignete Form und Lage des Vorhubnockens günstig beeinflusst werden, allerdings sind der Beeinflussung der Abgasrückführraten Grenzen gesetzt, und es müssen Kompromisse eingegangen werden.A diesel internal combustion engine with a cam-controlled internal exhaust gas recirculation is known from WO 03/040540 AI. Cam-controlled internal exhaust gas recirculation systems deliver relatively constant exhaust gas recirculation rates in the entire map area, but cannot be switched off due to their simple, inexpensive design. The course of the exhaust gas recirculation quantity over the speed can be influenced favorably by a suitable shape and position of the pre-lift cam, however, the influence on the exhaust gas recirculation rates is limited and compromises have to be made.

Einfache, externe Abgasrückführsysteme wiederum können nur dann Abgas rückführen, wenn der Abgasgegendruck vor der Abgasturbine höher ist als der Ladedruck im Einlasssammler der Brennkraftmaschine. Für Nutzfahrzeuge ergibt sich hier allerdings bei mittlerer Motordrehzahl und hoher Motorlast das Problem, dass aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse kein Abgas rückgeführt werden kann.Simple, external exhaust gas recirculation systems, in turn, can only recirculate exhaust gas if the exhaust gas back pressure in front of the exhaust gas turbine is higher than the boost pressure in the intake manifold of the internal combustion engine. For commercial vehicles, however, with medium engine speed and high engine load, the problem arises that no exhaust gas can be recirculated due to the prevailing pressure conditions.

Aus der JP 03-085362 A ist eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einem internen und einem externen Abgasrückführsystem bekannt. Zur Durchführung der internen Abgasrückführung ist sowohl im Auslasstrakt, als auch im Einlasstrakt eine Absperrklappe vorgesehen, so dass die interne Abgasrückführung durch Kontraktion der Einlassluft bzw. der Abgase erfolgen kann. Die Klappen und das Ab- gasrückführventil in der Abgasrückführleitung werden so gesteuert, dass interne Abgasrückführung bei niedriger Drehzahl und niedriger Last und externe Abgasrückführung in den übrigen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine durchge- führt wird. Diese Art der Steuerung der Abgasrückführung erfordert allerdings einen erheblichen steuerungstechnischen Aufwand.From JP 03-085362 A a diesel internal combustion engine with an internal and an external exhaust gas recirculation system is known. A shut-off flap is provided in the exhaust tract as well as in the intake tract to carry out the internal exhaust gas recirculation, so that the internal exhaust gas recirculation can take place by contraction of the intake air or the exhaust gases. The flaps and the exhaust gas recirculation valve in the exhaust gas recirculation line are controlled such that internal exhaust gas recirculation at low speed and low load and external exhaust gas recirculation in the other operating areas of the internal combustion engine leads. However, this type of control of the exhaust gas recirculation requires a considerable amount of control engineering.

Die Einleitung der Regeneration von Abgasnachbehandlungssystemen bei schnell laufenden direkt einspritzenden Dieselmotoren erfolgt durch Erhöhung der Abgastemperatur mit motorinternen Maßnahmen, wie z.B. durch Ansaugluftdrosselung, gegebenenfalls durch Ladedruckabsenkung, und insbesondere durch ein oder mehrere sogenannte Nacheinspritzungen des Kraftstoffes, also durch Kraftstoffzugaben nach der eigentlichen Haupteinspritzung. Diese Nacheinspritzung des Kraftstoffes findet in der Regel nach Überschreiten des oberen Totpunktes der Zündung statt.Regeneration of exhaust gas aftertreatment systems in high-speed, direct-injection diesel engines is initiated by increasing the exhaust gas temperature using internal engine measures, such as by intake air throttling, if necessary by lowering the boost pressure, and in particular by one or more so-called post-injections of the fuel, that is to say by adding fuel after the actual main injection. This post-injection of the fuel usually takes place after the top dead center of the ignition has been exceeded.

Zur Sicherstellung der zur Regeneration notwendigen Abgastemperatur bei niedriger Last und Drehzahl sind hohe Nacheinspritzmengen bei sehr späten Zeitpunkten erforderlich. Dies führt zu drastisch verschlechterten Abgasrohemissionen, starken Kraftstoffverbrauchsnachteilen, sowie zu erheblichen Eintrag von Kraftstoff in das Motoröl. Des weiteren führt starkes Androsseln bzw. Absenkung des Ladedruckes bei Turbomotoren zu schlechtem Ansprechverhalten und verminderter Fahrdynamik.To ensure the exhaust gas temperature required for regeneration at low load and speed, high post-injection quantities are required at very late times. This leads to drastically worsened exhaust emissions, severe fuel consumption disadvantages, as well as considerable entry of fuel into the engine oil. Furthermore, strong throttling or lowering of the boost pressure in turbo engines leads to poor responsiveness and reduced driving dynamics.

Die US 6,412,276 Bl offenbart ein System zur Regeneration eines Partikelfilters einer Dieselbrennkraftmaschine, welches vorsieht, dass in zumindest einen Zylinder während eines Expansionshubes Kraftstoff eingespritzt wird, um ein Ansteigen der Abgastemperatur zu erreichen.US Pat. No. 6,412,276 B1 discloses a system for regenerating a particle filter of a diesel internal combustion engine, which provides that fuel is injected into at least one cylinder during an expansion stroke in order to achieve an increase in the exhaust gas temperature.

Auch die US 2003/0056498 AI beschreibt ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters einer Dieselbrennkraftmaschine, bei dem die Temperaturerhöhung des Abgasstranges durch eine Kraftstoffnacheinspritzung erreicht wird. Eine zusätzliche Nacheinspritzung zur Erhöhung der Temperatur des Abgases für die Einleitung der Regeneration eines Partikelfilters einer Dieselbrennkraftmaschine ist auch aus der WO 96/03571 AI bekannt.US 2003/0056498 AI also describes a method for the regeneration of a particle filter of a diesel internal combustion engine, in which the temperature increase of the exhaust line is achieved by post-injection of fuel. An additional post-injection to increase the temperature of the exhaust gas for the initiation of the regeneration of a particle filter of a diesel engine is also known from WO 96/03571 AI.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise eine Steuerung der Abgastemperatur zu ermöglichen, um bei möglichst geringem Kraftstoffverbrauch die Emissionen zu verbessern.The object of the invention is to avoid these disadvantages and to enable the exhaust gas temperature to be controlled in the simplest possible manner in order to improve the emissions with the lowest possible fuel consumption.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Fertigungsaufwand für eine Auslasskanalanordnung zu vermindern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Heizleistung zu erhöhen.Another object of the invention is to reduce the manufacturing outlay for an outlet duct arrangement. Another object of the invention is to increase the heating power.

Weiters sollen auf möglichst einfache Weise in allen Motorlast- und Drehzahlbereichen ausreichend hohe Abgasrückführraten gewährleistet und insbesondere im Beschleunigungsbetrieb Rauchemissionsspitzen zu vermieden werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Regeneration von Abgasnachbehandlungssystemen vorzuschlagen, mit welchen Kraftstoffverbrauchsnachteile und ein Eintrag von Kraftstoff in das Motoröl weitestgehend vermieden werden kann.Furthermore, sufficiently high exhaust gas recirculation rates should be ensured in all engine load and speed ranges and smoke emission peaks should be avoided in particular in acceleration operation. Furthermore, it is an object of the invention to propose a method for the regeneration of exhaust gas aftertreatment systems with which fuel consumption disadvantages and an entry of fuel into the engine oil can be largely avoided.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass stromabwärts des Abgaskrümmers zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder der Abgasstrang stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung zumindest teilweise doppelwandig ausgeführt ist, wobei zwischen einer abgasführenden Innenwand und einer Außenwand zumindest ein einen Kanal bildender Spalt ausgebildet ist, welcher durch ein wärmeübertragendes Medium durchströmbar ist, und wobei der Kanal vorzugsweise in einem Anfangsbereich des Abgaskrümmers einen Eintritt und vorzugsweise im Endbereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Austritt aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kanal durch eine vorzugsweise durch eine Zusatzheizeinrichtung gebildete Wärmequelle beheizbar ist, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn die Zusatzheizeinrichtung eine kalorische Heizvorrichtung ist und eine Abgasleitung für das Brennerabgas aufweist, welche mit dem Eintritt des Kanals verbindbar ist.According to the invention it is provided that at least one exhaust gas aftertreatment device is arranged downstream of the exhaust manifold, the exhaust gas aftertreatment device and / or the exhaust gas line upstream of the exhaust gas aftertreatment device being at least partially double-walled, at least one gap forming a channel being formed between an exhaust gas-carrying inner wall and an outer wall a heat-transferring medium can be flowed through, and the channel preferably has an inlet in an initial region of the exhaust manifold and an outlet preferably in the end region of the exhaust gas aftertreatment device. It can be provided that the channel can be heated by a heat source preferably formed by an additional heating device, it being particularly advantageous if the additional heating device is a calorific heating device and has an exhaust gas line for the burner exhaust gas, which can be connected to the entry of the channel.

Zusatzheizeinrichtungen, etwa auf der Basis eines Brenners, sind heute aus Komfortgründen für die Fahrzeuginnenraumheizung in weiter Anwendung. Besonders bei effizienten Dieselfahrzeugen lässt sich die kurzfristige Innenraumbe- heizung nur mittels Zusatzheizeinrichtungen verwirklichen. Dadurch, dass das heiße Brennerabgas der Zusatzheizeinrichtung zur Erwärmung des Abgasstranges stromaufwärts des Katalysators verwendet wird, werden keine zusätzlichen Energieressourcen des Fahrzeuges verbraucht. Der konstruktive Aufwand ist äußert gering, wenn eine bereits im Fahrzeugbereich vorgesehene Zusatzheizeinrichtung verwendet wird.Additional heating devices, for example based on a burner, are widely used today for comfort reasons for vehicle interior heating. In the case of efficient diesel vehicles in particular, short-term interior heating can only be achieved by means of additional heating devices. The fact that the hot burner exhaust gas from the additional heating device is used to heat the exhaust line upstream of the catalytic converter means that no additional energy resources of the vehicle are consumed. The design effort is extremely low if an additional heating device already provided in the vehicle area is used.

Um die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung sowohl an der unteren als auch an der oberen Grenze steuern zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Eintritt durch ein Schaltorgan wahlweise mit der Wärmequelle oder einer Wärmesenke funktioneil verbindbar ist. Der konstruktive Aufwand kann dabei sehr gering gehalten werden, wenn die Wärmesenke durch eine mit Luft als Kühlmedium arbeitende, vorzugsweise ein Gebläse aufweisende Kühleinrichtung gebildet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wärmesenke durch ein Sekundärluftgebläse gebildet ist. Sekundärluftgebläse werden üblicherweise zur Abgasverdünnung während der Start- und Warmlaufphase einer hier fett betriebenen Brennkraftmaschine verwendet. Als zusätzliche Funktion kann das Sekundärluftgebläse als Wärmsenke fungieren.In order to be able to control the temperature of the exhaust gas aftertreatment device at both the lower and the upper limit, it is particularly advantageous if the inlet can be functionally connected to the heat source or a heat sink by a switching element. The design effort can be kept very low if the heat sink is formed by a cooling device working with air as the cooling medium, preferably having a blower. It is particularly advantageous if the heat sink is formed by a secondary air blower. Secondary air blowers are usually used for exhaust gas dilution during the start-up and warm-up phase of an internal combustion engine operated here in rich grease. As an additional function, the secondary air blower can act as a heat sink.

In weiterer Ausführung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Wärmesenke und die Wärmequelle durch den selben Bauteil gebildet sind. Beispiels- weise kann der Brenner einer Zusatzheizeinrichtung im deaktivierten Zustand, also bei abgeschalteter Kraftstoffzufuhr, als Wärmesenke verwendet werden.In a further embodiment of the invention it can also be provided that the heat sink and the heat source are formed by the same component. Beispiels- the burner of an additional heating device can be used as a heat sink in the deactivated state, that is to say when the fuel supply is switched off.

Zur Vereinfachung der Fertigung ist weiters erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, insbesondere flüssigkeitsgekühlten Diesel-Brennkraftmaschine, zumindest ein, von einem Kühlraum zumindest teilweise umgebener Auslasskanal pro Zylinder angeordnet ist, wobei zumindest eine Gruppe von Auslasskanälen im Bereich des Zylinderkopfes miteinander strö- mungsverbunden sind und zu einem gemeinsamen, an eine Flanschfläche des Zylinderkopfes anschließendes Auslassröhrenwerk führt, und wobei die Strömungsverbindung zwischen den Auslasskanälen durch zumindest einen im Bereich der Flanschfläche in den Zylinderkopf eingeformten Verbindungskanal mit zur Flanschfläche offenem Querschnitt gebildet ist.To simplify production, it is further provided according to the invention that in the cylinder head of the internal combustion engine, in particular liquid-cooled diesel internal combustion engine, at least one outlet channel per cylinder, which is at least partially surrounded by a cooling space, is arranged, at least one group of outlet channels being connected to one another in the area of the cylinder head are and leads to a common exhaust pipe work connected to a flange face of the cylinder head, and wherein the flow connection between the exhaust ports is formed by at least one connection channel molded into the cylinder head in the area of the flange face and having a cross section open to the flange face.

Eine besonders einfache Fertigung ist möglich, wenn der Verbindungskanal im Wesentlichen parallel zur Flanschfläche verläuft, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Auslasskanäle quer, vorzugsweise etwa im rechten Winkel in den Verbindungskanal einmünden. Dadurch ist ein einfaches Einformen des Zylinderkopfes möglich. Dadurch, dass der Verbindungskanal zum Teil im Zylinderkopf ausgebildet ist, kann das Auslassröhrenwerk sehr einfach und in kernloser Bauweise gestaltet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Verbindungskanal zum Teil durch das Auslassröhrenwerk gebildet ist, wobei vorzugsweise zumindest der halbe Querschnitt des Verbindungskanals im Zylinderkopf eingeformt ist. Das Auslassröhrenwerk muss somit nur mehr einen Teil des Verbindungskanals aufnehmen und kann offen gestaltet werden.A particularly simple manufacture is possible if the connecting channel runs essentially parallel to the flange surface, it preferably being provided that the outlet channels open into the connecting channel transversely, preferably approximately at a right angle. This enables the cylinder head to be molded in easily. Because the connecting duct is partially formed in the cylinder head, the exhaust pipe work can be designed very simply and without a core. It can be provided that the connecting duct is partially formed by the exhaust pipe work, preferably at least half the cross section of the connecting duct being formed in the cylinder head. The outlet tube mill therefore only has to accommodate a part of the connecting channel and can be designed to be open.

Die Heizleistung kann dadurch erhöht werden, dass die Wand der Verbindungskanals zumindest auf der Seite des Zylinderkopfes an einen Kühlraum grenzt. Der Kontaktbereich zwischen dem Abgassystem und dem Motorkühlmittel kann somit wesentlich erhöht und damit die Leistung der Fahrzeugheizung verbessert werden.The heating power can be increased in that the wall of the connecting duct borders a cooling space at least on the side of the cylinder head. The contact area between the exhaust system and the engine coolant can thus be significantly increased and thus the performance of the vehicle heating can be improved.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest zwei Verbindungskanäle mit zur Flanschfläche offenem Querschnitt zumindest teilweise in den Zylinderkopf eingeformt sind, wobei in jeden der Verbindungskanäle jeweils eine Gruppe von Auslasskanälen einmündet. Die Auslasskanäle können dabei zündfolgenabhängig gruppiert werden, so dass eine gegenseitige Störung der Zylinder ausgeschlossen werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Verbindungskanäle im Auslassröhrenwerk getrennt, vorzugsweise - in Zylinderachsrichtung - übereinanderliegend angeordnet sind. Eine kostengünstige, genaue und prozesssichere Fertigung ist möglich, wenn das Auslassröhrenwerk hinterschnittfrei ausgeführt und im Kokillengussverfahren herstellbar ist.In a further embodiment of the invention, it is provided that at least two connecting channels with a cross section open to the flange surface are at least partially molded into the cylinder head, a group of outlet channels opening into each of the connecting channels. The exhaust ports can be grouped depending on the ignition sequence, so that mutual interference between the cylinders can be excluded. It can be provided that the connecting channels in the exhaust pipe work are arranged separately, preferably one above the other - in the cylinder axis direction. Cost-effective, accurate and reliable production is possible if the outlet tube works are free of undercuts and can be manufactured using the permanent mold casting process.

Zur Gewährleistung ausreichend hoher Abgasrückführraten in allen Motorlast- und Drehzahlbereichen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine ein insbesondere lastunabhängig, vorzugsweise durch einen Vorhubno- cken, gesteuertes internes Abgasrückführsystem aufweist und dass zusätzlich ein externes Abgasrückführsystem mit zumindest einem lastabhängig über mindestens eine Steuerleitung steuerbaren Abgasrückführventil vorgesehen ist, wobei vorzugsweise in der Steuerleitung zumindest ein Verzögerungsglied angeordnet ist.In order to ensure sufficiently high exhaust gas recirculation rates in all engine load and speed ranges, it is provided according to the invention that the internal combustion engine has an internal exhaust gas recirculation system that is controlled in particular independently of the load, preferably by means of a pre-lift cam, and that an external exhaust gas recirculation system is additionally provided with at least one exhaust gas recirculation valve that can be controlled via at least one control line is, preferably at least one delay element being arranged in the control line.

Wesentlich ist, dass das interne und externe Abgasrückführsystem einfachste Steuerungsmittel verwendet. Das rein mechanische interne Abgasrückführsystem kann moderat ausgelegt werden, so dass sich im mittleren Drehzahlbereich ausreichend hohe Abgasrückführraten ergeben und bei niedriger Drehzahl fast kein Abgas rückgeführt wird.It is essential that the internal and external exhaust gas recirculation system uses the simplest control means. The purely mechanical internal exhaust gas recirculation system can be designed moderately, so that sufficiently high exhaust gas recirculation rates result in the medium speed range and almost no exhaust gas is recirculated at low speed.

Die gewünschte steigende Abgasrückführrate bei hoher Drehzahl ergibt sich durch geeignete Auswahl der Abgasleitungsdurchmesser des externen Abgas- rückführsystems in einem weiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine durch die vorherrschenden Druckverhältnisse von selbst. Eine aktive Steuerung der externen Abgasrückführrate wird nur im niedrigen Teillastbetrieb und im Tran- sientbetrieb benötigt.The desired increasing exhaust gas recirculation rate at high engine speed results from a suitable selection of the exhaust pipe diameter of the external exhaust gas recirculation system in a wide operating range of the internal combustion engine due to the prevailing pressure conditions. Active control of the external exhaust gas recirculation rate is only required in low partial load operation and in transient operation.

Durch das zeitliche Verzögerungsglied in der Steuerleitung werden im transienten Betrieb zu hohe Abgasrückführraten vermieden, welche Ruß-Emissionsspitzen erzeugen würden.Due to the time delay element in the control line, exhaust gas recirculation rates which are too high and which would generate soot emission peaks are avoided in transient operation.

Das zeitliche Verzögerungsglied kann mechanischer Natur sein, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Steuerleitung eine pneumatische Steuerdruckleitung ist und das mechanische Verzögerungsglied einen Druckbehälter aufweist. Am Eintritt der Steuerdruckleitung ist eine Blende vorgesehen. Die Steuerdruckleitung ist entweder mit dem Einlasssammler, oder mit einer Vakuumpumpe verbunden. Durch die Blende wird der Behälter erst langsam gefüllt bzw. langsam entleert, wodurch der Schaltdruck für das Abgasrückführventil erst mit Zeitverzögerung auf- bzw. abgebaut wird. Somit werden Rauchemissionen im Beschleunigungsbetrieb durch zu große Abgasrückführmengen wirksam vermieden.The time delay element can be mechanical in nature, wherein it is preferably provided that the control line is a pneumatic control pressure line and the mechanical delay element has a pressure container. An orifice is provided at the inlet of the control pressure line. The control pressure line is either connected to the inlet manifold or to a vacuum pump. The tank is only slowly filled or slowly emptied through the orifice, which means that the switching pressure for the exhaust gas recirculation valve is only built up or reduced with a time delay. Smoke emissions in acceleration mode due to excessive exhaust gas recirculation quantities are thus effectively avoided.

Die Vakuumpumpe kann mechanisch durch die Brennkraftmaschine oder auch elektrisch angetrieben sein. In einer besonders einfachen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vakuumpumpe in Anhängigkeit der Stellung der Einspritzpumpe schaltbar ist. Ein mechanischer Schalter an der Einspritzpumpe schaltet je nach Einspritzpumpenstellung Unterdruck auf die Steuerleitung des Abgasrückführventils. Der Unterdruck öffnet das Abgasrückführventil. Um die Schaltzeit des Abgas- rückführsy stems im transienten Beschleunigungsvorgang zu verzögern, ist auch hier wieder ein Druckbehälter als mechanisches Verzögerungsglied vorgesehen, wobei der Druckbehälter durch die Vakuumpumpe auf Unterdruck gebracht wird.The vacuum pump can be driven mechanically by the internal combustion engine or also electrically. In a particularly simple embodiment of the invention it is provided that the vacuum pump can be switched depending on the position of the injection pump. A mechanical switch on the injection pump switches vacuum to the control line of the exhaust gas recirculation valve depending on the injection pump position. The vacuum opens the exhaust gas recirculation valve. In order to delay the switching time of the exhaust gas recirculation system in the transient acceleration process, a pressure vessel is again provided as a mechanical delay element, the pressure vessel being brought to negative pressure by the vacuum pump.

Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass das Abgasrückführventil über eine elektrische Steuerleitung mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden und über diese direkt elektrisch in Anhängigkeit der Last schaltbar ist. In diesem Falle ist auch das Zeitverzögerungsglied elektrischer Art und kann direkt in die elektronische Steuereinheit integriert sein.As an alternative to this, it can also be provided that the exhaust gas recirculation valve is connected to an electronic control unit via an electrical control line and can be switched directly and electrically via this depending on the load. In this case, the time delay element is also of an electrical type and can be integrated directly into the electronic control unit.

Zur Regeneration des Abgasnachbehandlungssystems für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, ist ferner erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Regeneration durch zumindest eine motorinterne Maßnahme in Abhängigkeit der Temperaturen des Abgasnachbehandlungssystems eingeleitet wird, wobei vorzugsweise zur Einleitung und Durchführung der RegenerationFor regeneration of the exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine with direct injection, it is further provided according to the invention that the regeneration is initiated by at least one internal measure depending on the temperatures of the exhaust gas aftertreatment system, preferably for initiating and carrying out the regeneration

a) die interne Motorlast erhöht wird, wenn die Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems geringer ist, als eine definierte Regenerationstemperatur,a) the internal engine load is increased if the temperature of the exhaust gas aftertreatment system is lower than a defined regeneration temperature,

b) bei Erreichen der Regenerationstemperatur des Abgasnachbehandlungssystems der Einspritzzeitpunkt und/oder die Steuerzeit zumindest eines Gaswechselventils zumindest eines Zylinders so verstellt wird, dass eine Entzündung des eingespritzten Kraftstoffes nicht möglich ist, so dass der unverbrannte Kraftstoff dem Abgasnachbehandlungssystem vorgelagert wird,b) when the regeneration temperature of the exhaust gas aftertreatment system is reached, the injection timing and / or the control time of at least one gas exchange valve of at least one cylinder is adjusted such that ignition of the injected fuel is not possible, so that the unburned fuel is stored upstream of the exhaust gas aftertreatment system,

c) nach Erreichen der Regenerationstemperatur des Abgasnachbehandlungssystems in zumindest einem Zylinder die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet und der Zylinder als Luftfördereinrichtung für das Abgasnachbehandlungssystem betrieben wird.c) after the regeneration temperature of the exhaust gas aftertreatment system has been reached, the fuel injection is switched off in at least one cylinder and the cylinder is operated as an air delivery device for the exhaust gas aftertreatment system.

Zur Erhöhung der internen Motorlast in Schritt a) kann die Steuerung der Gaswechselventile derart durchgeführt werden, dass maximale Verdichtungsarbeit erzeugt wird. Dies kann beispielsweise durch zeitweises Nichtöffnen des oder der Auslassventile erreicht werden. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass in dem maximale Verdichtungsarbeit leistenden Zylinder die Kraftstoffeinspritzung ausgesetzt wird. Dadurch wird erhöhter Kraftstoffverbrauch vermieden. Um erhöh- ten Eintrag von Kraftstoff in das Motoröl zu verhindern, ist es besonders vorteilhaft, wenn ein oder mehrere Zylinder alternierend mit normaler und erhöhter interner Motorlast betrieben werden.To increase the internal engine load in step a), the control of the gas exchange valves can be carried out in such a way that maximum compression work is generated. This can be achieved, for example, by temporarily not opening the exhaust valve or valves. It is preferably provided that the fuel injection is suspended in the cylinder performing the maximum compression work. This avoids increased fuel consumption. To increase To prevent the entry of fuel into the engine oil, it is particularly advantageous if one or more cylinders are operated alternately with normal and increased internal engine load.

Zur Einleitung der Regeneration wird insbesondere bei niedrigen Lasten und im niedrigen Drehzahlbereich, die interne Motorlast erhöht. Hierzu wird, insbesondere in wenig dynamischen bzw. in stationären Fahrzuständen, einem Algorithmus folgend, die Anzahl der Einspritzungen pro Zylinder derart appliziert, dass z.B. Bei einen 4-Zylinder-Viertaktmotor nicht alle 720° Kurbelwinkel eingespritzt wird, sondern kennfeldabhängig in geraden bzw. ungeraden Vielfachen von 720°. Zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Motorlast-Drehzahlzustandes wird die durch das Aussetzen einer Einspritzung benötigte Einspritzmasse kompensiert. Die Berechnung der Korrektureinspritzmassen erfolgt hierzu mittels frei appli- zierbarer Kennfelder. Gleichzeitig wird bei demjenigen Zylinder, bei dem nicht eingespritzt wird, die Steuerzeit der Gaswechselventile derart modifiziert, dass maximale Verdichtungsarbeit erzeugt wird. Dies geschieht beispielsweise durch zeitweises Nichtöffnen zumindest eines Auslassventils. Durch die Kompensation der Einspritzmasse nach vorangegangener Aussetzung der Einspritzung des Vorläufer-Zylinders und durch die Anhebung der Verdichtungsarbeit wird bei gleichem effektiven Mitteldruck der indizierte Mitteldruck erhöht, wodurch die Abgastemperatur auch ohne Nacheinspritzung angehoben werden kann.To initiate regeneration, the internal engine load is increased, especially at low loads and in the low speed range. For this purpose, especially in less dynamic or stationary driving conditions, following an algorithm, the number of injections per cylinder is applied such that e.g. With a 4-cylinder four-stroke engine, not every 720 ° crank angle is injected, but depending on the map in even or odd multiples of 720 °. In order to maintain a certain engine load speed state, the injection mass required by the suspension of an injection is compensated. For this purpose, the correction injection masses are calculated using freely applicable maps. At the same time, the control time of the gas exchange valves is modified in such a cylinder in which no injection takes place in such a way that maximum compression work is generated. This is done, for example, by temporarily not opening at least one outlet valve. By compensating the injection mass after a previous suspension of the injection of the forerunner cylinder and by increasing the compression work, the indicated mean pressure is increased at the same effective mean pressure, whereby the exhaust gas temperature can be increased even without post-injection.

Weist das Abgasnachbehandlungssystem die gewünschte Regenerationstemperatur auf, so wird in einzelnen Zylindern und/oder einzelnen Zyklen der Zylinder Kraftstoff unter solchen Bedingungen eingespritzt, dass eine Selbstzündung ausgeschlossen werden kann. Dies kann durch entsprechende Wahl der Steuerzeiten oder des Einspritzzeitpunktes erreicht werden, etwa indem eine geringe Kraftstoffmasse unterhalb der Selbstzündungsbedingungen eingespritzt wird und gleichzeitig zumindest ein Auslassventil kurz nach dem oberen Totpunkt der Zündung geöffnet wird. Dadurch wird erreicht, dass die eingespritzte Kraftstoffmasse sich nicht entzündet und als unverbrannter Kohlenwasserstoff dem Abgasnachbehandlungssystem zur Einleitung einer exothermen Reaktion zur Verfügung steht. Durch das Druckgefälle wird die zur Kohlenwasserstoff-Erzeugung eingespritzte Kraftstoffmasse direkt auslassseitig abgeführt. Der Eintrag von Kraftstoff ins Motoröl ist bei gleichem Kohlenwasserstoff-Bereitstellungsgrad gegenüber der konventionellen Methode mittels Nacheinspritzung deutlich verringert.If the exhaust gas aftertreatment system has the desired regeneration temperature, fuel is injected into individual cylinders and / or individual cycles under such conditions that self-ignition can be ruled out. This can be achieved by appropriate selection of the control times or the injection timing, for example by injecting a small fuel mass below the auto-ignition conditions and at the same time opening at least one exhaust valve shortly after the top dead center of the ignition. This ensures that the injected fuel mass does not ignite and is available as an unburned hydrocarbon to the exhaust gas aftertreatment system to initiate an exothermic reaction. Due to the pressure drop, the fuel mass injected for hydrocarbon generation is discharged directly on the outlet side. The entry of fuel into the engine oil is significantly reduced with the same level of hydrocarbon availability compared to the conventional method by means of post-injection.

Nach Initiierung der exothermen Reaktion - nach "Zünden" beispielsweise einer Partikelfilterbeladung - ist die Zufuhr von zusätzlichen Kohlenwasserstoffen zur Regenerationsunterstützung nicht mehr notwendig. Um den Abbrennvorgang aufrecht zu erhalten, muss aber ausreichend Sauerstoff für die Regeneration zur Verfügung stehen. Um dies zu erreichen, wird gemäß dem Verfahrensschritt c) zumindest ein Zylinder zeitweise als Luftfördereinrichtung betrieben. Dabei wird in diesem Zylinder die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet und die Steuerzeiten gleichzeitig so angepasst, dass nach der erfolgten Kohlenwasserstoffanlagerung nach Verfahrensschritt b) der zur exothermen Reaktion benötigte Sauerstoff exakt bereitgestellt wird. Dies gelingt insbesondere durch Optimieren der Auslassöffnungszeiten für die Luftförderung. In diesem Zylinder findet also keine Verbrennung statt, wodurch der Sauerstoffgehalt in der Zylinderfüllung vollständig erhalten bleibt. Auch in Kennfeldbereichen mit konventionell geringem Sauerstoffrestgehalt kann die zur Bereitstellung einer optimalen exothermen Reaktion benötigte Sauerstoffmenge zugemessen werden. Die Abgastemperatur nach dem Abgasnachbehandlungssystem wird deutlich angehoben, Emissionsdurchbrüche nach dem Abgasnachbehandlungssystem werden deutlich minimiert.After the initiation of the exothermic reaction - after "ignition", for example, loading a particle filter - the addition of additional hydrocarbons to support regeneration is no longer necessary. To maintain the burning process, sufficient oxygen must be available for regeneration. To achieve this, according to method step c) at least one cylinder is operated temporarily as an air delivery device. The fuel injection and the control times are switched off in this cylinder adjusted at the same time so that after the hydrocarbon has been deposited after process step b), the oxygen required for the exothermic reaction is provided exactly. This is achieved in particular by optimizing the outlet opening times for air delivery. There is therefore no combustion in this cylinder, which means that the oxygen content in the cylinder filling is completely retained. Even in map areas with a conventionally low residual oxygen content, the amount of oxygen required to provide an optimal exothermic reaction can be measured. The exhaust gas temperature after the exhaust gas aftertreatment system is raised significantly, emission breakthroughs after the exhaust gas aftertreatment system are significantly minimized.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für Abgasnachbehandlungssysteme mit Katalysatoren und Partikelfiltern geeignet.The method according to the invention is suitable for exhaust gas aftertreatment systems with catalysts and particle filters.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the figures. Show it:

Fig. 1 eine Auslasskanalanordnung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante,1 shows an outlet duct arrangement of an internal combustion engine according to the invention in a first embodiment variant,

Fig. 2 diese Auslasskanalanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie II- II in Fig. 1,2 shows this outlet duct arrangement in a section along the line II-II in FIG. 1,

Fig. 3 die Auslasskanalanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1,3 shows the outlet duct arrangement in a section along the line III-III in FIG. 1,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Auslasskanalanordnung in einer zweiten Ausführungsvariante,4 shows an outlet duct arrangement according to the invention in a second embodiment variant,

Fig. 5 diese Auslasskanalanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 4,5 shows this outlet duct arrangement in a section along the line V-V in FIG. 4,

Fig. 6 diese Auslasskanalanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie VI- VI in Fig. 4,6 shows this outlet duct arrangement in a section along the line VI-VI in FIG. 4,

Fig. 7 eine Brennkraftmaschine in einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante,7 an internal combustion engine in an embodiment variant according to the invention,

Fig. 8 eine Brennkraftmaschine in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsvariante,8 an internal combustion engine in a further embodiment variant according to the invention,

Fig. 9 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in schematischer Ansicht,9 shows an internal combustion engine according to the invention in a schematic view,

Fig. 10 die Druckverhältnisse im Einlasssammler und vor der Turbine, Fig. 11 die Abgasrückführraten des erfindungsgemäßen kombinierten Ab- gasrückführsystems im Vergleich zu internen Abgasrückführsyste- men und10 shows the pressure conditions in the intake manifold and in front of the turbine, 11 shows the exhaust gas recirculation rates of the combined exhaust gas recirculation system according to the invention in comparison to internal exhaust gas recirculation systems and

Fig. 12 ein Verdichterkennfeld mit Motorbetriebslinien.Fig. 12 shows a compressor map with engine operating lines.

Funktionsgleiche Teile sind in den Figuren zum Teil mit gleichen Bezugszeichen versehen.Parts with the same function are given the same reference numerals in the figures.

Die Auslasskanalanordnung 1 weist mehrere im Zylinderkopf 2 angeordnete Auslasskanäle 3a, 3b, 3c, 3d auf. Im Bereich einer Flanschfläche 4 für ein am Zylinderkopf 2 angeschlossenes Auslassröhrenwerk 5 ist ein Verbindungskanal 6 angeordnet, welcher zum Teil durch den Zylinderkopf 2, zum anderen Teil durch das Auslassröhrenwerk 5 gebildet ist. Der Verbindungskanal 6 weist dabei sowohl im Zylinderkopf 2, als auch im Auslassröhrenwerk 5 jeweils einen offenen Querschnitt auf und ist etwa parallel zur Flanschfläche 4 angeordnet. Die Auslasskanäle 3a, 3b, 3c, 3d münden in den Verbindungskanal 6 quer, vorteilhafterweise etwa im rechten Winkel ein. Durch die Lage des Verbindungskanals 6 kann das Auslassröhrenwerk 5 kernlos, also beispielsweise mit dem Kokillengussverfahren, hergestellt werden.The exhaust port arrangement 1 has a plurality of exhaust ports 3a, 3b, 3c, 3d arranged in the cylinder head 2. In the area of a flange surface 4 for an exhaust pipe work 5 connected to the cylinder head 2, a connecting channel 6 is arranged, which is formed partly by the cylinder head 2 and partly by the exhaust pipe work 5. The connecting channel 6 has an open cross section both in the cylinder head 2 and in the exhaust pipe work 5 and is arranged approximately parallel to the flange surface 4. The outlet channels 3a, 3b, 3c, 3d open into the connecting channel 6 transversely, advantageously approximately at a right angle. Due to the position of the connecting channel 6, the outlet tube 5 can be produced without a core, that is to say, for example, using the mold casting process.

Bei der in Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante dargestellten Ausführungsvariante münden die Auslasskanäle 3a, 3b, 3c, 3d allesamt in einen einzigen Verbindungskanal 6, von welchem eine einzige Auslassröhre 7 ausgeht.In the embodiment variant shown in FIGS. 1 to 3, the outlet channels 3a, 3b, 3c, 3d all open into a single connecting channel 6, from which a single outlet tube 7 extends.

Bei der in den Fig. 4 bis Fig. 6 dargestellten Ausführung dagegen sind jeweils zwei Auslasskanäle 3a, 3d und 3b, 3c zu jeweils einer Gruppe A', B' zusammen- gefasst, wobei jede Gruppe A', B' von Auslasskanälen 3a, 3d bzw. 3b, 3c in jeweils einen Verbindungskanal 6a bzw. 6b mündet. Jeder der Verbindungskanäle 6a, 6b mündet in einer Auslassröhre 7a, 7b des Auslassröhrenwerkes 5, wobei Verbindungskanäle 6a, 6b und Auslassröhren 7a, 7b - zumindest teilweise - übereinander angeordnet sind.In contrast, in the embodiment shown in FIGS. 4 to 6, two outlet channels 3a, 3d and 3b, 3c are combined to form a group A ', B', each group A ', B' of outlet channels 3a, 3d or 3b, 3c opens into a connecting channel 6a or 6b. Each of the connecting channels 6a, 6b opens into an outlet tube 7a, 7b of the outlet tube assembly 5, wherein connecting channels 6a, 6b and outlet tubes 7a, 7b are - at least partially - arranged one above the other.

Um die Heizleistung der Brennkraftmaschine zu erhöhen, grenzen die Wände 6', 6a', 6b' der Verbindungskanäle 6, 6a, 6b an kühlmitteldurchflossene Kühlräume 8. Dadurch wird der Kontaktbereich zwischen Abgassystem und Motorkühlmittel wesentlich erhöht und damit die Leistung der Fahrzeugheizung entscheidend verbessert.In order to increase the heating power of the internal combustion engine, the walls 6 ', 6a', 6b 'of the connecting channels 6, 6a, 6b border on cooling rooms through which coolant flows. This significantly increases the contact area between the exhaust system and engine coolant and thus decisively improves the performance of the vehicle heating.

Die in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigte Brennkraftmaschine 101 weist ein Abgassystem 102 mit einem Abgaskrümmer 103 auf, welcher stromaufwärts einer durch einen Katalysator gebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung 104 im Abgasstrang 105 angeordnet ist. Stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 104 befindet sich ein Schalldämpfer 106 im Abgasstrang. Der Abgasstrang 105 ist zwischen dem Abgaskrümmer 103 und der Abgasnachbehandlungseinrichtung 104 doppelwandig ausgeführt, wobei zwischen der Abgas führenden Innenwand 107 und der Außenwand 108 ein einen Kanal 109 bildender Luftspalt ausgebildet ist. Der ringförmige Kanal 109 weist einen Eintritt 110 am Beginn des Abgaskrümmers 103 und einen Austritt 111 am Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung 104 auf. Im Bereich des Austrittes 111 kann der Kanal 109 über eine Verbindungsleitung 112 an einer Stelle 113 stromabwärts des Schalldämpfers 106 in den Abgasstrang 105 einmünden. Der Eintritt 110 ist über ein Schaltorgan 114 mit einer Wärmequelle 115 verbindbar.The internal combustion engine 101 shown in FIGS. 7 and 8 has an exhaust system 102 with an exhaust manifold 103, which is arranged upstream of an exhaust gas aftertreatment device 104 formed by a catalytic converter in the exhaust line 105. A silencer 106 is located in the exhaust line downstream of the exhaust gas aftertreatment device 104. The exhaust line 105 is configured between the exhaust manifold 103 and the exhaust gas aftertreatment device 104, wherein an air gap forming a channel 109 is formed between the inner wall 107 carrying the exhaust gas and the outer wall 108. The annular channel 109 has an inlet 110 at the beginning of the exhaust manifold 103 and an outlet 111 at the end of the exhaust gas aftertreatment device 104. In the area of the outlet 111, the channel 109 can open into the exhaust line 105 via a connecting line 112 at a point 113 downstream of the muffler 106. The inlet 110 can be connected to a heat source 115 via a switching element 114.

Die Wärmequelle 115 wird durch eine kalorische Zusatzheizung 116 gebildet, deren Abgasleitung 117 durch das Schaltorgan 114 in Strömungsverbindung mit dem Kanal 109 gebracht kann.The heat source 115 is formed by a calorific additional heater 116, the exhaust pipe 117 of which can be brought into flow connection with the channel 109 by the switching element 114.

Es ist auch möglich, dass die Zusatzheizeinrichtung 116 Luft aufheizt und diese anstelle des Brennerabgases dem Kanal 109 zuführt.It is also possible for the additional heating device 116 to heat air and to supply it to the channel 109 instead of the burner exhaust gas.

Ist die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 104 unterhalb des Solltemperaturbereiches, so heizt die Zusatzheizeinrichtung 116 entweder Luft auf oder nützt direkt das heiße Brennerabgas und leitet es über die Leitung 117 in den Kanal 109, wodurch das Auslasssystem 105 zwischen Brennkraftmaschine 101 und Abgasnachbehandlungssystem 104 aufgeheizt wird.If the temperature of the exhaust gas aftertreatment device 104 is below the target temperature range, the additional heating device 116 either heats up air or uses the hot burner exhaust gas directly and conducts it via line 117 into the channel 109, as a result of which the exhaust system 105 between the internal combustion engine 101 and the exhaust gas aftertreatment system 104 is heated.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsvariante ist der Eintritt 110 wahlweise mit einer Wärmequelle 115 oder einer Wärmesenke 118 verbindbar. Die Wärmequelle 115 wird vorteilhafter Weise durch eine mit Luft als Kühlmedium arbeitende Kühleinrichtung 119 mit einem Gebläse 120 gebildet. Über das Schaltorgan 114 ist der Eintritt 110 wahlweise mit der Abgasleitung 117, der Zusatzheizeinrichtung 116 oder mit der Luftleitung 121 des Luftkühlsystems 119 strö- mungsverbindbar. Unterhalb der Solltemperatur wird die Abgasnachbehandlungseinrichtung 104 durch Verbindung des Eintrittes 110 mit der Abgasleitung 117 aufgeheizt. Bei Erreichen der unteren Solltemperatur kann über das Schaltorgan 114 die Verbindung mit dem Eintritt 110 getrennt werden, so dass weder eine zusätzliche Erwärmung noch eine Kühlung des Abgasstranges 105 erfolgt. Wird die obere Temperaturgrenze der Abgasnachbehandlungseinrichtung 104 überschritten, so wird das Abgassystem 102 mit der Wärmesenke 118 verbunden, indem über das Schaltorgan 114 eine Strömungsverbindung zwischen dem Eintritt 110 und der Luftleitung 121 hergestellt wird. Dabei fördert das Gebläse 120 kühle Umgebungsluft durch den Kanal 109 und kühlt das Abgassystem 102 entsprechend ab.In the embodiment variant shown in FIG. 8, the inlet 110 can optionally be connected to a heat source 115 or a heat sink 118. The heat source 115 is advantageously formed by a cooling device 119 with a fan 120 that works with air as the cooling medium. Via the switching element 114, the inlet 110 can optionally be flow-connected to the exhaust gas line 117, the additional heating device 116 or to the air line 121 of the air cooling system 119. Below the target temperature, the exhaust gas aftertreatment device 104 is heated by connecting the inlet 110 to the exhaust gas line 117. When the lower target temperature is reached, the connection to the inlet 110 can be disconnected via the switching element 114, so that there is neither additional heating nor cooling of the exhaust line 105. If the upper temperature limit of the exhaust gas aftertreatment device 104 is exceeded, the exhaust gas system 102 is connected to the heat sink 118 by establishing a flow connection between the inlet 110 and the air line 121 via the switching element 114. The fan 120 conveys cool ambient air through the channel 109 and cools the exhaust system 102 accordingly.

Fig. 9 zeigt die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 201 in einem schematischen Blockschaubild. Die Diesel-Brennkraftmaschine 201 weist zumindest einen Zylinder 202, ein Einlasssystem 203, ein Auslasssystem 204, ein internes Abgasrückführsystem 205 und ein externes Abgasrückführsystem 206 auf. Mit Be- zugszeichen 207 ist ein Abgasturbolader mit einem Verdichter 208 im Einlassstrang 209 und einer Turbine 210 im Abgasstrang 211 bezeichnet. Die Turbine 210 kann über eine Bypassleitung 212 umgehbar sein. Die Einlassluft gelangt über den Luftfilter 213 in den Einlassstrang 209, wird durch den Verdichter 208 komprimiert und einem Zwischenkühler 214 zugeführt, über welchen die komprimierte Einlassluft in den Einlasssammler 215 strömt. Vom Einlasssammler 215 gelangt die Ladeluft über Einlasskanäle 216 und nicht weiter dargestellte Einlassventile in die Zylinder 202.9 shows the internal combustion engine 201 according to the invention in a schematic block diagram. The diesel internal combustion engine 201 has at least one cylinder 202, an intake system 203, an exhaust system 204, an internal exhaust gas recirculation system 205 and an external exhaust gas recirculation system 206. With loading Zugszeichen 207 denotes an exhaust gas turbocharger with a compressor 208 in the intake line 209 and a turbine 210 in the exhaust line 211. The turbine 210 can be bypassed via a bypass line 212. The inlet air enters the inlet line 209 via the air filter 213, is compressed by the compressor 208 and is fed to an intercooler 214, via which the compressed inlet air flows into the inlet header 215. From the intake manifold 215, the charge air enters the cylinders 202 via intake channels 216 and intake valves (not shown).

Das Abgas strömt aus den Zylindern 202 über nicht weiter dargestellte Auslassventile und Auslasskanäle 217 in den Auslassstrang 211. vom Auslassstrang 211 zweigt stromaufwärts der Turbine 210 die Abgasrückführleitung 218 des externen Abgasrückführsystems 206 ab, wobei in der Abgasrückrührleitung 218 ein Abgasrückführkühler 219 angeordnet sein kann.The exhaust gas flows from the cylinders 202 into the exhaust line 211 via exhaust valves and exhaust channels 217, which are not shown. From the exhaust line 211, the exhaust gas recirculation line 218 of the external exhaust gas recirculation system 206 branches upstream of the turbine 210, wherein an exhaust gas recirculation cooler 219 can be arranged in the exhaust gas recirculation line 218.

Zur Steuerung der externen Abgasrückführung ist in der Abgasrückführleitung 218 ein Abgasrückführventil 220 angeordnet. Das Abgasrückführventil 220 wird vorteilhafter Weise pneumatisch über eine als Steuerdruckleitung 221 ausgebildete Steuerleitung 222 betätigt. Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuerdruckleitung 221 mit dem Einlasssammler 215 strömungsver- bunden und wird somit durch den Ladedruck nach dem Verdichter 208, und zwar durch den Druck im Einlasssammler 215 gesteuert. Um die Schaltzeit des externen Abgasrückführsystems 206 im transienten Beschleunigungsvorgang zu verzögern, ist in der Steuerdruckleitung 221 ein mechanisches Verzögerungsglied 223 vorgesehen, welches in einfacher Weise durch einen Druckbehälter 224 ausreichender Größe und einer als Blende ausgebildeten Drossel 225 am Eintritt der Steuerdruckleitung 221 in den Behälter 224 besteht. Durch diese Drossel 225 wird der Druckbehälter 224 langsam gefüllt und der Schaltdruck für das Abgasrückführventil 220 erst mit Zeitverzögerung aufgebaut. Somit werden Rauchemissionen im Beschleunigungsbetrieb durch zu große Abgasrückführmengen verhindert.To control the external exhaust gas recirculation, an exhaust gas recirculation valve 220 is arranged in the exhaust gas recirculation line 218. The exhaust gas recirculation valve 220 is advantageously actuated pneumatically via a control line 222 designed as a control pressure line 221. In the exemplary embodiment shown in FIG. 9, the control pressure line 221 is connected in terms of flow to the inlet header 215 and is therefore controlled by the boost pressure downstream of the compressor 208, specifically by the pressure in the inlet header 215. In order to delay the switching time of the external exhaust gas recirculation system 206 in the transient acceleration process, a mechanical delay element 223 is provided in the control pressure line 221, which is simply provided by a pressure container 224 of sufficient size and a throttle 225 designed as an orifice at the entry of the control pressure line 221 into the container 224 consists. The pressure vessel 224 is slowly filled by this throttle 225 and the switching pressure for the exhaust gas recirculation valve 220 is built up only with a time delay. This prevents smoke emissions during acceleration due to excessive exhaust gas recirculation quantities.

Alternativ dazu kann das Abgasrückführventil 220 auch durch Unterdruck geschalten werden, welcher über eine Vakuumpumpe 226 erzeugt wird, wie in Fig. 9 durch punktierte Linien angeordnet ist. Die Vakuumpumpe 226 wird dabei entweder durch eine elektronische Steuereinheit oder - besonders einfach - durch einen mechanischen Schalter an der Einspritzpumpe geschalten, welcher je nach Einspritzpumpenstellung Unterdruck auf die Steuerleitung des Abgasrück- führventils schaltet. Der Unterdruck öffnet das Abgasrückführventil 220. Die Vakuumpumpe 226 kann entweder von der Brennkraftmaschine oder elektrisch angetrieben werden. Um die Schaltzeit des externen Abgasrückführsystems 206 im transienten Beschleunigungsvorgang zu verzögern, ist auch hier wieder ein me- chanisches Verzögerungsglied 223 zwischen Vakuumpumpe 226 und Abgasrückführventil 220 vorgesehen, wobei der Druckbehälter 223 durch die Vakuumpumpe 226 auf Unterdruck gebraucht wird.Alternatively, the exhaust gas recirculation valve 220 can also be switched by negative pressure, which is generated by a vacuum pump 226, as is arranged by dotted lines in FIG. 9. The vacuum pump 226 is switched either by an electronic control unit or - particularly simply - by a mechanical switch on the injection pump, which, depending on the injection pump position, switches vacuum to the control line of the exhaust gas recirculation valve. The negative pressure opens the exhaust gas recirculation valve 220. The vacuum pump 226 can either be driven by the internal combustion engine or electrically. In order to delay the switching time of the external exhaust gas recirculation system 206 in the transient acceleration process, a Mechanical delay element 223 is provided between the vacuum pump 226 and the exhaust gas recirculation valve 220, the pressure vessel 223 being used by the vacuum pump 226 for negative pressure.

Alternativ zu einem pneumatisch betätigten Abgasrückführventil 220 ist auch ein elektrisch geschaltetes Abgasrückführventil einsetzbar. Der Schaltvorgang und die Zeitverzögerung erfolgt dabei elektrisch über eine elektronische Steuereinheit.As an alternative to a pneumatically operated exhaust gas recirculation valve 220, an electrically switched exhaust gas recirculation valve can also be used. The switching process and the time delay take place electrically via an electronic control unit.

Das interne Abgasrückführsystem 205 ist nockengesteuert, wobei der Verlauf der Abgasrückführmenge über der Drehzahl durch geeignete Form und Lage eines Vorhubnockens des Einlassnockens optimiert wird. Einlassnocken und Vorhubno- cken sind starr mit der Nockenwelle verbunden. Um die Diesel-Brennkraftmaschine so einfach und robust wie möglich zu gestalten, ist keine Nockenwellen- verstelleinrichtung vorgesehen. Somit wird während des Auslasstaktes unabhängig von der Last und Drehzahl zumindest ein Einlassventil durch den Vorhubno- cken um einen konstanten Wert geöffnet. Das interne Abgasrückführsystem 205 kann dabei moderat ausgelegt werden, so dass sich im mittleren Drehzahlbereich ausreichend hohe Abgasrückführraten ergeben und bei niedriger Drehzahl fast kein Abgas rückgeführt wird. Um bei mittlerer und hoher Motordrehzahl eine deutliche NOx-Reduktion zu erreichen, wird ab einer vordefinierten Motordrehzahl, welche im Wesentlichen durch die Druckverhältnisse im Einlasssammler 215 und vor der Turbine 210 definiert wird, zusätzliches Abgas durch das externe Abgasrückführsystem 206 zugeführt. Die gewünschte steigende Abgasrückführrate bei hoher Drehzahl n ergibt sich durch die geeignete Auswahl der Durchmesser der Abgasrückführleitung 218 des externen Abgasrückführsystems 206 in einem weiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 201 durch die vorherrschenden Druckverhältnisse von selbst, wie in Fig. 10 und Fig. 11 angedeutet ist.The internal exhaust gas recirculation system 205 is cam-controlled, the course of the exhaust gas recirculation quantity over the rotational speed being optimized by a suitable shape and position of a pre-lift cam of the intake cam. Inlet cams and pre-lift cams are rigidly connected to the camshaft. In order to make the diesel engine as simple and robust as possible, no camshaft adjusting device is provided. Thus, during the exhaust stroke, regardless of the load and speed, at least one intake valve is opened by a constant value by the pre-lift cam. The internal exhaust gas recirculation system 205 can be designed to be moderate, so that sufficiently high exhaust gas recirculation rates result in the middle speed range and almost no exhaust gas is recirculated at low speed. In order to achieve a significant NOx reduction at medium and high engine speeds, additional exhaust gas is supplied by the external exhaust gas recirculation system 206 from a predefined engine speed, which is essentially defined by the pressure conditions in the intake manifold 215 and in front of the turbine 210. The desired increasing exhaust gas recirculation rate at high engine speed n results from the suitable selection of the diameter of the exhaust gas recirculation line 218 of the external exhaust gas recirculation system 206 in a wide operating range of the internal combustion engine 201 by the prevailing pressure conditions, as indicated in FIGS. 10 and 11.

In Fig. 10 ist der Druck pA im Auslassstrang 211 vor der Turbine 210 und der Druck pE im Einlasssammler 215 über der Motordrehzahl n aufgetragen. Mit EGRext ist der Bereich der externen Abgasrückführung vom Abgasstrang 211 zum Einlasssammler 215 bezeichnet. Bei hoher Motorlast kann verdichtete Ladeluft über das aktivierte externe Abgasrückführsystem 206 aus dem Einlasssammler 215 vor der Turbine 210 gefördert werden, wenn der Druck pA vor der Turbine 210 geringer ist als der Druck pE im Einlasssammler 215 (niedrige und mittlere Motordrehzahl n je nach Motorgröße). Dieser Bereich ist mit R in Fig. 10 dargestellt. Dieser Effekt ist durchaus wünschenswert, da dadurch die Betriebspunkte Pi, P2 im in Fig. 12 dargestellten Verdichterkennfeld bei niedriger und mittlerer Motordrehzahl n in Richtung hoher Massenströme M zum Wirkungsgradoptimum des Verdichters 208 verschoben werden. Bei hoher Motordrehzahl n werden durch die stark steigende Abgasrückführmenge die Betriebspunkte P3, P4, P5 im Verdichterkennfeld in Richtung niedriger Massenströme M verschoben und liegen wieder nahe dem Wirkungsgradoptimum OPT des Verdichters 208. Im in Fig. 12 dargestellten Verdichter-Ähnlichkeitskennfeld ist das Druckverhältnis PR über dem korrigierten Förderstrom M aufgetragen. Bezugszeichen S bezeichnet die Pumpgrenze, Bezugszeichen OPT stellt den Bereich mit bestem Wirkungsgrad dar. Im Kennfeld ist mit Linie A der Betrieb ohne externer Abgasrückführung, mit Linie B der Betrieb mit externer Abgasrückführung eingezeichnet. Deutlich ist ersichtlich, dass die Betriebspunkte Pi, P2, P3, P4, Ps im Verdichterkennfeld stets in Richtung des Wirkungsgradoptimums OPT verschoben werden.10, the pressure p A in the exhaust line 211 in front of the turbine 210 and the pressure p E in the intake manifold 215 are plotted against the engine speed n. EGRext denotes the area of the external exhaust gas recirculation from the exhaust line 211 to the intake manifold 215. At high engine loads, compressed charge air can be conveyed via the activated external exhaust gas recirculation system 206 from the intake manifold 215 in front of the turbine 210 if the pressure p A in front of the turbine 210 is lower than the pressure p E in the intake manifold 215 (low and medium engine speed n depending on engine size). This area is represented by R in FIG. 10. This effect is quite desirable, since it shifts the operating points Pi, P 2 in the compressor map shown in FIG. 12 at low and medium engine speed n in the direction of high mass flows M to the efficiency of the compressor 208. At high engine speed n, the operating points P 3 , P 4 , P 5 in the compressor map in the direction of low mass flows M and are again close to the optimum efficiency OPT of the compressor 208. In the compressor similarity map shown in FIG. 12, the pressure ratio PR is plotted over the corrected delivery flow M. Reference symbol S denotes the surge limit, reference symbol OPT represents the area with the best efficiency. In the map, line A shows the operation without external exhaust gas recirculation, line B shows the operation with external exhaust gas recirculation. It can be clearly seen that the operating points Pi, P 2 , P 3 , P 4 , Ps in the compressor map are always shifted in the direction of the optimum efficiency OPT.

Weiters erleichtert die stark steigende Abgasrückführmenge EGR über der Drehzahl n den Einsatz von ungeregelten Turbinen 210, da der Massenstrom durch die Turbine 210 um die Abgasrückführmenge EGR reduziert wird.Furthermore, the rapidly increasing exhaust gas recirculation quantity EGR over the speed n facilitates the use of uncontrolled turbines 210, since the mass flow through the turbine 210 is reduced by the exhaust gas recirculation quantity EGR.

In Fig. 11 sind die Abgasrückführraten EGR über der Motordrehzahl n für verschieden ausgelegte interne Abgasrückführsysteme, welche durch die Linien C, D, E, F angedeutet sind, und für kombinierte interne und externe Abgasrückführung G dargestellt. Durch die Lage und die Form des Vorhubnockens, des Einlassnockens kann zwar der Verlauf der internen Abgasrückführmenge über der Drehzahl n günstig geformt werden, allerdings sind der Beeinflussung der Abgasrückführraten insbesondere bei hoher Drehzahl Grenzen gesetzt. Noch höhere Abgasrückführraten bei hoher Drehzahl lässt sich nur die durch die Kurve G angedeutete kombinierte interne und externe Abgasrückführung erreichen.11 shows the exhaust gas recirculation rates EGR over the engine speed n for differently designed internal exhaust gas recirculation systems, which are indicated by the lines C, D, E, F, and for combined internal and external exhaust gas recirculation G. Due to the position and the shape of the pre-lift cam, the intake cam, the course of the internal exhaust gas recirculation quantity can be shaped favorably over the speed n, but there are limits to the influence of the exhaust gas recirculation rates, especially at high speed. Even higher exhaust gas recirculation rates at high engine speeds can only be achieved with the combined internal and external exhaust gas recirculation indicated by curve G.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.The patent claims submitted with the application are proposals for formulation without prejudice for the achievement of further patent protection. The applicant reserves the right to claim further features previously only disclosed in the description and / or drawings.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hautanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.References used in the subclaims indicate the further development of the subject matter of the skin claim through the features of the respective subclaim; they are not to be understood as a waiver of the achievement of independent, objective protection for the characteristics of the related subclaims.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.However, the subjects of these subclaims also form independent inventions which have a design which is independent of the subjects of the preceding subclaims.

Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel(e) der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen. The invention is also not restricted to the exemplary embodiment (s) of the description. Rather, numerous changes and modifications are possible within the scope of the invention, in particular such variants, elements and Combinations and / or materials that are inventive, for example, by combining or modifying individual elements in conjunction with the features or elements or method steps described in the general description of the embodiments and the claims and contained in the drawings and by combinable features to form a new object or lead to new process steps or process step sequences, also insofar as they relate to manufacturing, testing and working processes.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E0. Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem mit zumindest einem Abgasstrang, welcher über einen Abgaskrümmer an die Brennkraftmaschine angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Abgaskrümmers zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder der Abgasstrang stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung zumindest teilweise doppelwandig ausgeführt ist, wobei zwischen einer abgasführenden Innenwand und einer Außenwand ein zumindest einen Kanal bildender Spalt ausgebildet ist, welcher durch ein wärmeübertragendes Medium durchströmbar ist, und wobei der Kanal vorzugsweise in einem Anfangsbereich des Abgaskrümmers einen Eintritt und vorzugsweise im Endbereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Austritt aufweist. PATENT REQUEST E0. Internal combustion engine with an exhaust gas system with at least one exhaust gas line, which is connected to the internal combustion engine via an exhaust manifold, characterized in that at least one exhaust gas aftertreatment device is arranged downstream of the exhaust gas manifold, the exhaust gas aftertreatment device and / or the exhaust gas line upstream of the exhaust gas aftertreatment device being at least partially double-walled, wherein a gap, which forms at least one channel and through which a heat-transfer medium can flow, is formed between an exhaust-gas-carrying inner wall and an outer wall, and the channel preferably has an inlet in an initial region of the exhaust manifold and preferably an outlet in the end region of the exhaust gas aftertreatment device. 1. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal durch eine vorzugsweise durch eine Zusatzheizeinrichtung gebildete Wärmequelle beheizbar ist.1. Internal combustion engine, in particular according to claim 1, characterized in that the channel can be heated by a heat source preferably formed by an additional heating device. 2. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzheizeinrichtung eine kalorische Heizvorrichtung ist und zumindest eine Abgasleitung für das Brennerabgas aufweist, welche mit dem Eintritt des Kanals verbindbar ist.2. Internal combustion engine, in particular according to claim 1 or 2, characterized in that the additional heating device is a calorific heating device and has at least one exhaust gas line for the burner exhaust gas, which can be connected to the entrance of the channel. 3. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritt durch zumindest ein Schaltorgan wahlweise mit der Wärmequelle oder zumindest einer Wärmesenke funktio- nell verbindbar ist.3. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 1 to 3, characterized in that the entry is at least one functionally connectable by at least one switching element with the heat source or at least one heat sink. 4. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke durch zumindest eine mit Luft als Kühlmedium arbeitende, vorzugsweise ein Gebläse aufweisende Kühleinrichtung gebildet ist.4. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat sink is formed by at least one cooling device working with air as the cooling medium, preferably having a blower. 5. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke durch zumindest ein Sekundärgebläse gebildet ist.5. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heat sink is formed by at least one secondary fan. 6. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke und die Wärmequelle durch den selben Bauteil gebildet sind. 6. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 1 to 6, characterized in that the heat sink and the heat source are formed by the same component. 7. Brennkraftmaschine mit einer Auslasskanalanordnung, insbesondere für eine flüssigkeitsgekühlte Diesel-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf zumindest ein, von einem Kühlraum zumindest teilweise umgebener Auslasskanal pro Zylinder angeordnet ist, wobei zumindest eine Gruppe von Auslasskanälen im Bereich des Zylinderkopfes miteinander strömungsverbunden sind und zu einem gemeinsamen, an eine Flanschfläche des Zylinderkopfes anschließendes Auslassröhrenwerk führt, und wobei die Strömungsverbindung zwischen den Auslasskanälen durch zumindest einen im Bereich der Flanschfläche in den Zylinderkopf eingeformten Verbindungskanal mit zur Flanschfläche offenem Querschnitt gebildet ist.7. Internal combustion engine with an exhaust port arrangement, in particular for a liquid-cooled diesel internal combustion engine with direct injection, characterized in that at least one exhaust port per cylinder, which is at least partially surrounded by a cooling space, is arranged in the cylinder head, with at least one group of exhaust ports in the area of the cylinder head with one another are connected to the flow and leads to a common exhaust pipe work connected to a flange surface of the cylinder head, and wherein the flow connection between the exhaust ports is formed by at least one connecting channel molded into the cylinder head in the region of the flange surface and having a cross section open to the flange surface. 8. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal im Wesentlichen parallel zur Flanschfläche verläuft.8. Internal combustion engine, in particular according to claim 8, characterized in that the connecting channel runs essentially parallel to the flange surface. 9. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasskanäle quer, vorzugsweise etwa im rechten Winkel in den Verbindungskanal einmünden.9. Internal combustion engine, in particular according to claim 8 or 9, characterized in that the outlet channels open transversely, preferably approximately at a right angle into the connecting channel. 10. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Verbindungskanals zumindest auf der Seite des Zylinderkopfes an den Kühlraum grenzt.10. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 8 to 11, characterized in that the wall of the connecting channel borders at least on the side of the cylinder head to the cooling chamber. 11. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal zum Teil durch das Auslassröhrenwerk gebildet ist, wobei vorzugsweise zumindest der halbe Querschnitt des Verbindungskanals im Zylinderkopf eingeformt ist.11. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 8 to 11, characterized in that the connecting channel is partly formed by the exhaust pipe work, preferably at least half the cross section of the connecting channel being formed in the cylinder head. 12. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Verbindungskanäle mit zur Flanschfläche offenem Querschnitt zumindest teilweise in den Zylinderkopf eingeformt sind, wobei in jeden der Verbindungskanäle jeweils eine Gruppe von Auslasskanälen einmündet.12. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 8 to 12, characterized in that at least two connecting channels with a cross-section open to the flange surface are at least partially molded into the cylinder head, a group of outlet channels opening into each of the connecting channels. 13. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle im Auslassröhrenwerk getrennt, vorzugsweise - in Zylinderachsrichtung - übereinanderliegend angeordnet sind.13. Internal combustion engine, in particular according to claim 13, characterized in that the connecting channels in the exhaust pipe work are arranged separately, preferably one above the other - in the cylinder axis direction. 14. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassröhrenwerk hinterschnittfrei ausgeführt und im Kokillengussverfahren herstellbar ist. 14. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 8 to 14, characterized in that the outlet tube works are undercut-free and can be produced in the mold casting process. 15. Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein insbesondere lastunabhängig, vorzugsweise durch einen Vorhubnocken, gesteuertes internes Abgasrückführsystem aufweist und dass zusätzlich ein externes Abgasrückführsystem mit zumindest einem lastabhängig über mindestens eine Steuerleitung steuerbaren Abgasrückführventil vorgesehen ist, wobei vorzugsweise in der Steuerleitung zumindest ein Verzögerungsglied angeordnet ist.15. Internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, characterized in that the internal combustion engine has an internal exhaust gas recirculation system that is controlled in particular independently of the load, preferably by a pre-lift cam, and that an external exhaust gas recirculation system is additionally provided with at least one exhaust gas recirculation valve that can be controlled via at least one control line, preferably in the control line is arranged at least one delay element. 16. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungsglied ein mechanisches Verzögerungsglied ist.16. Internal combustion engine, in particular according to claim 16, characterized in that the delay element is a mechanical delay element. 17. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung eine pneumatische Steuerdruckleitung ist und das mechanische Verzögerungsglied zumindest einen Druckbehälter aufweist.17. Internal combustion engine, in particular according to claim 16 or 17, characterized in that the control line is a pneumatic control pressure line and the mechanical delay element has at least one pressure vessel. 18. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass am Eintritt der Steuerdruckleitung in den Druckbehälter zumindest eine Drossel, vorzugsweise Blende, angeordnet ist.18. Internal combustion engine, in particular according to claim 18, characterized in that at least one throttle, preferably orifice, is arranged at the entry of the control pressure line into the pressure vessel. 19. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdruckleitung mit zumindest einem Einlasssammler strömungsverbunden ist.19. Internal combustion engine, in particular according to claim 18 or 19, characterized in that the control pressure line is fluidly connected to at least one inlet manifold. 20. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdruckleitung mit zumindest einer Vakuumpumpe verbunden ist, welche in Abhängigkeit der Last der Diesel-Brennkraftmaschine schaltbar ist.20. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 18 to 20, characterized in that the control pressure line is connected to at least one vacuum pump which can be switched depending on the load of the diesel internal combustion engine. 21. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe mechanisch durch die Diesel-Brennkraftmaschine antreibbar ist.21. Internal combustion engine, in particular according to claim 21, characterized in that the vacuum pump can be driven mechanically by the diesel internal combustion engine. 22. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe elektrisch antreibbar ist.22. Internal combustion engine, in particular according to claim 21, characterized in that the vacuum pump is electrically driven. 23. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 21 bis 23, mit einer Einspritzpumpe zur Kraftstoffeinspritzung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe in Anhängigkeit der Stellung der Einspritzpumpe schaltbar ist. 23. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 21 to 23, with an injection pump for fuel injection, characterized in that the vacuum pump is switchable depending on the position of the injection pump. 24. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitverzögerungsglied ein elektrisches oder elektronisches Zeitverzögerungsglied ist.24. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 16 to 24, characterized in that the time delay element is an electrical or electronic time delay element. 25. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführventil über zumindest eine elektrische Steuerleitung mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden und über diese direkt elektrisch in Anhängigkeit der Last schaltbar ist.25. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 16 to 25, characterized in that the exhaust gas recirculation valve is connected to an electronic control unit via at least one electrical control line and can be electrically switched directly via this in dependence on the load. 26. Verfahren zur Regeneration eines Abgasnachbehandlungssystems für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration durch zumindest eine motorinterne Maßnahme in Abhängigkeit der Temperaturen des Abgasnachbehandlungssystems eingeleitet wird, wobei vorzugsweise zur Einleitung und Durchführung der Regeneration26. A method for the regeneration of an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine with direct injection, characterized in that the regeneration is initiated by at least one internal measure depending on the temperatures of the exhaust gas aftertreatment system, preferably for initiating and carrying out the regeneration a) die interne Motorlast erhöht wird, wenn die Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems geringer ist, als eine definierte Regenerationstemperatur,a) the internal engine load is increased if the temperature of the exhaust gas aftertreatment system is lower than a defined regeneration temperature, b) bei Erreichen der Regenerationstemperatur des Abgasnachbehandlungssystems der Einspritzzeitpunkt und/oder die Steuerzeit zumindest eines Gaswechselventils zumindest eines Zylinders so verstellt wird, dass eine Entzündung des eingespritzten Kraftstoffes nicht möglich ist, so dass der unverbrannte Kraftstoff dem Abgasnachbehandlungssystem vorgelagert wird,b) when the regeneration temperature of the exhaust gas aftertreatment system is reached, the injection timing and / or the control time of at least one gas exchange valve of at least one cylinder is adjusted such that ignition of the injected fuel is not possible, so that the unburned fuel is stored upstream of the exhaust gas aftertreatment system, c) nach Erreichen der Regenerationstemperatur des Abgasnachbehandlungssystems in zumindest einem Zylinder die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet und der Zylinder als Luftfördereinrichtung für das Abgasnachbehandlungssystem betrieben wird.c) after the regeneration temperature of the exhaust gas aftertreatment system has been reached, the fuel injection is switched off in at least one cylinder and the cylinder is operated as an air delivery device for the exhaust gas aftertreatment system. 27. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) zur Erhöhung der internen Motorlast die Steuerzeit zumindest eines Gaswechselventils mindestens eines Zylinders so verändert wird, dass maximale Verdichtungsarbeit geleistet wird.27. The method, in particular according to claim 27, characterized in that in step a) to increase the internal engine load, the control time of at least one gas exchange valve of at least one cylinder is changed so that maximum compression work is performed. 28. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass in dem maximale Verdichtungsarbeit leistenden Zylinder die Kraftstoffeinspritzung ausgesetzt wird. 28. The method, in particular according to claim 28, characterized in that the fuel injection is suspended in the cylinder performing the maximum compression work. 9. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Zylinder alternierend mit normaler und erhöhter interner Motorlast betrieben werden. 9. The method, in particular according to one of claims 27 to 30, characterized in that one or more cylinders are operated alternately with normal and increased internal engine load.
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