[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und einem
Zylinderkopf, in den je Zylinder zumindest ein Abgaskanal mit einem Abgaskanalflansch
und ein Frischgaskanal mit einem Frischgaskanalflansch eingelassen sind, an denen
jeweils eine Abgassammelleitung und eine Frischgasleitung befestigt sind, die zusammen
Teil eines Abgassystems und eines Frischgassystems sind, wobei ein Abgasrückführsystem
mit einer Entnahmeleitung, einem ein Steuerventil aufweisenden Steuerventilgehäuse
und einer Einspeiseleitung vorgesehen ist, wobei der Zylinderkopf zumindest einen
von dem Abgaskanal abzweigenden Entnahmekanal mit einer von dem Abgaskanalflansch
separaten Entnahmekanalmündung aufweist, die in eine Zylinderkopfwand mündet und mit
der Entnahmeleitung verbunden ist, sowie zumindest einen in den Frischgaskanal einmündenden
Einspeisekanal mit einer von dem Frischgaskanalflansch separaten Einspeisekanalmündung,
die in eine Zylinderkopfwand mündet und mit der Einspeiseleitung verbunden ist.
[0002] Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der
DE 296 23 498 U1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine weist ein Abgasrückführsystem auf, das eine Entnahmeleitung
und eine Einspeiseleitung aufweist, die auf gegenüberliegenden Zylinderkopflängsseiten
in die Auflagefläche des Zylinderkopfs auf dem Kurbelgehäuse eingelassen sind. Verbunden
sind die Entnahmeleitung und die Einspeiseleitung über einen an einer Zylinderkopfstirnseite
angeordneten Querkanal unter Einschaltung eines Steuerventils. Dieses Abgasrückführsystem
benötigt zwar wenige externe Leitungen, die Entnahmeleitung und die Einspeiseleitung
sind aber in thermisch hoch belasteten Bereichen der Brennkraftmaschine angeordnet
und belasten somit einerseits die beispielsweise hier angeordnete Zylinderkopfdichtung
und verschlechtern andererseits die Wärmeabfuhr in diesem Bereich, da durch diese
Leitungen die Kühlmittelfläche genau in dem thermisch hoch belasteten Bereich verringert
wird.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem
bereitzustellen, das einerseits platzsparend an der Brennkraftmaschine montierbar
ist, andererseits aber das Kühlsystem der Brennkraftmaschine nicht nachteilig beeinflusst.
[0004] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Abgaskanal und der Frischgaskanal auf
einer gemeinsamen Zylinderkopflängsseite münden und die Entnahmeleitung und die Einspeiseleitung
entlang der Zylinderkopflängsseite übereinanderliegend angeordnet sind. Diese Ausbildung
hat den Vorteil, dass einerseits die thermisch hoch belastete Auflagefläche zwischen
dem Kurbelgehäuse und dem Zylinderkopf entlastet wird und andererseits die Entnahmeleitung
und die Einspeiseleitung einfach und unkompliziert aufgebaut sind und durch die übereinanderliegende
Anordnung keine komplizierte bauraumvergrößernde Verbindung notwendig ist. Hinzu kommt,
dass durch die Herausnahme der Entnahmeleitung und der Einspeiseleitung aus der Auflagefläche
eine Kühlung des zurückgeführten Abgases möglich ist. Dadurch, dass die Entnahmeleitung
und die Einspeiseleitung nicht mit der Abgassammelleitung und der Frischgasleitung
verbunden sind, sondern direkt mit in den Zylinderkopf eingelassenen Kanälen strömungsverbunden
sind, brauchen die Abgassammelleitung und die Frischgasleitung nicht geändert zu werden.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Vielzahl von unterschiedlich ausgebildeten
Abgassammelleitungen und Frischgasleitungen für eine Motorenbaureihe angeboten werden,
die sich beispielsweise hinsichtlich der Anschlüsse für weiterführende Abgasleitungen
oder Ansaugleitungen oder der Anordnung von einem Abgasturbolader unterscheiden.
[0005] In Weiterbildung der Erfindung weist der Zylinderkopf je Zylinder eine Entnahmekanalmündung
und eine Einspeisekanalmündung auf. Grundsätzlich ist es im Rahmen der vorliegenden
Erfindung möglich, bei einer Ausbildung der Brennkraftmaschine als 4-zylindrige Brennkraftmaschine
eine einzige Entnahmekanalmündung an einem Abgaskanal vorzusehen, aus der Abgas für
die Abgasrückführung entnommen wird, und auch nur an einen Zylinder eine Einspeisekanalmündung
vorzusehen. Um aber eine möglichst unter allen Betriebsbedingungen gleichmäßige Druckverteilung
in dem Abgasrückführsystem zu gewährleisten, sind vorteilhaft zumindest jedem Zylinder
eine Einspeisekanalmündung und mehreren (zwei, drei oder vier) Zylindern eine Entnahmekanalmündung
zugeordnet.
[0006] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Einspeiseleitung aus einem Gusswerkstoff,
insbesondere Grauguss, hergestellt. Dabei kann die Einspeiseleitung zusätzlich mit
Kühlrippen versehen sein und/oder Befestigungsvorrichtungen für andere Bauteile tragen.
[0007] In Weiterbildung der Erfindung weist die Einspeiseleitung an beiden Stirnseiten einen
Flansch zum wahlweisen Anschluss eines separaten Steuerventilgehäuses auf. Durch diese
Ausbildung ist es möglich, das Ventilgehäuse je nach Platzangebot bei unterschiedlichen
Einbaufällen der Brennkraftmaschine wahlweise anzuordnen.
[0008] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Entnahmeleitung an dem Kurbelgehäuse
bevorzugt direkt unter der Abgassammelleitung angeordnet. Dabei ist das aus den Abgaskanälen
abgezweigte Abgas entweder strömungs- oder wegoptimiert der Entnahmeleitung zuzuführen.
Dabei kann die Entnahmeleitung auch einstückig mit dem Kurbelgehäuse gefertigt werden.
[0009] Im Übrigen ist die Einspeiseleitung einstückig mit dem Steuerventilgehäuse fertigbar.
[0010] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung verbindet eine Bypassbohrung einen Abgaskanal
mit der Einspeiseleitung. Dadurch wird in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine,
also auch bei Volllast, eine geringe Abgasmenge zurückgeführt.
[0011] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung
zu entnehmen, in der in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher beschrieben sind.
[0012] Es zeigen:
- Fig. 1:
- eine perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem,
das aus einem einzigen Entnahmekanal Abgas entnimmt und
- Fig. 2:
- eine Brennkraftmaschine, bei der aus mehreren Entnahmekanälen Abgas zur Rückführung
entnommen wird,
- Fig. 3:
- eine Brennkraftmaschine, bei der ebenfalls aus mehreren Entnahmekanälen Abgas zur
Rückführung entnommen wird,
- Fig. 4:
- ein Diagramm mit verschiedenen Abgasrückführformen.
[0013] Die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 weist ein Kurbelgehäuse auf, das bodenseits von
einer Ölwanne 2 verschlossen ist und auf der gegenüberliegenden Seite zu der Ölwanne
2 von einem Zylinderkopf 3 abgedeckt ist. In dem Kurbelgehäuse 1 ist eine Kurbelwelle
gelagert, an der Pleuel angelenkt sind, die wiederum mit Kolben verbunden sind, die
in Zylindern des Kurbelgehäuses 1 bei einer Verbrennung von Luft und Kraftstoff in
den von den Kolben, Zylindern und dem jeweiligen Zylinderkopfabschnitt gebildeten
Brennräumen auf und ab bewegt werden und die Kurbelwelle in Drehung versetzen. An
der Kurbelwelle ist auf einer Brennkraftmaschinenstirnseite ein Schwungrad 4 befestigt,
das in einem SAE-Gehäuse 5 angeordnet ist. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite zu
dem Schwungrad 4 ist an der Kurbelwelle ein von einem Zahnriemengehäuse 6 umschlossener
Zahnriemen zum Antrieb einer Nockenwelle angeordnet, wobei die Nockenwelle Nocken
zur Betätigung der Gaswechselventile in dem Zylinderkopf 3 und Nocken zur Betätigung
von direkt in das Kurbelgehäuse 1 eingesetzten Einspritzpumpenelementen aufweist.
Vor dem Zahnriemengehäuse 6 ist auf der Kurbelwelle ein Riemenrad 7 befestigt, das
über einen nicht dargestellten Riemen beispielsweise ein Gebläse, ein Lüfterrad oder
einen Generator, antreibt.
[0014] Die in dem Zylinderkopf 3 eingesetzten Gaswechselventile steuern den Gaswechsel mit
den Brennräumen, wobei die entsprechenden Gaswechselkanäle je Zylinder ein Frischgaskanal
8 und ein Abgaskanal 9 sind, die auf einer Zylinderkopflängsseite 21 mit jeweils einem
Frischgaskanalflansch 10 und einem Abgaskanalflansch 11 münden. An den Frischgaskanalflanschen
10 ist eine Frischgasleitung 12 und an den Abgaskanalflanschen 11 ist eine Abgassammelleitung
13 befestigt. Sowohl die Frischgasleitung 12 als auch die Abgassammelleitung 13 sind
für unterschiedliche Anwendungen der Brennkraftmaschine speziell angepasst und weisen
beispielsweise verschiedenartig ausgebildete und angeordnete Anschlüsse für weiterführende
Abgasleitungen oder Ansaugleitungen oder den Einsatz eines Abgasturboladers auf. Ebenso
kann als Ausführungsvariante an den Abgaskanalflanschen 11 ein Abgassammeldämpfer
direkt angeflanscht werden.
[0015] Das Abgasrückführsystem weist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 einen von
dem SAE-gehäuseseitigen Abgaskanal 9 abzweigenden Entnahmekanal auf, der eine Entnahmekanalmündung
14a neben dem Abgaskanalflansch 11 aufweist. An diese Entnahmekanalmündung 14a ist
eine Entnahmeleitung 15a befestigt, die zur Erreichung einer gewünschten Rückkühlung
des zurückgeführten Abgases eine vorgegebene Länge aufweist, die durch einen U-bogenförmigen
Verlauf der Entnahmeleitung 15a realisiert ist. Die Entnahmeleitung 15a mündet in
ein Steuerventilgehäuse 16, das auf der SAE-gehäuseseitigen Stirnseite des Zylinderkopfs
3 angeordnet ist. In dem Steuerventilgehäuse 16 ist das Steuerventil eingebaut, das
elektrisch, hydraulisch oder mechanisch betätigt wird und die Menge des rückgeführten
Abgases stufenlos oder in Form einer "Auf - Zu" -Steuerung festlegt. Dazu wird beispielsweise
die Stellung einer Regelstange, die die von den Einzeleinspritzpumpenelementen geförderte
Kraftstoffmenge bestimmt, herangezogen und deren Stellung zur Steuerung des Steuerventils
ausgewertet. Diese Auswertung kann beispielsweise über die Stellung der Regelstange
kontaktlos aufnehmende Sensoren erfolgen, die dann eine elektrische Verstellvorrichtung
ansteuern. Eine solche Ausbildung hat den Vorteil, das die Brennkraftmaschine, sofern
diese als mechanisch gesteuerte Brennkraftmaschine ausgebildet ist, auch weiterhin
ohne eine elektronische Steuereinrichtung auskommt.
[0016] Von dem Steuerventilgehäuse 16 ausgehend ist eine Einspeiseleitung 17, die zwischen
der Frischgasleitung 12 und einer Ventildeckelhaube 18 angeordnet ist, entlang des
Zylinderkopfs 3 geführt. Diese Einspeiseleitung 17 ist mit Einspeisekanalmündungen
19 verbunden, die separat von dem zugehörigen Frischgaskanalflansch 10 in die Zylinderkopfwand
münden und über einen Einspeisekanal mit dem Frischgaskanal 8 strömungsverbunden sind.
[0017] Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist bei der Brennkraftmaschine
gemäß Fig. 2 die Entnahme des zurückzuführenden Abgases aus den Abgaskanälen 9 konstruktiv
anders ausgebildet. Hier ist oberhalb zumindest eines Abgaskanalflansches 11 eine
Entnahmekanalmündung 14b angeordnet, an der in geeigneter Weise ein kurzer Entnahmeleitungsabschnitt
20 befestigt ist. Der Entnahmeleitungsabschnitt 20 mündet in eine Entnahmeleitung
15b, die sich unterhalb der Abgassammelleitung 13 über zumindest eine Teillänge der
Abgassammelleitung 13 parallel zu dieser erstreckt. In die Entnahmeleitung 15b können
Kompensatoren 22 zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern und Wärmespannungen eingesetzt
sein. Der Entnahmeleitungsabschnitt 20 ist jeweils zwischen dem Frischgaskanalflansch
10 und dem Abgaskanalflansch 11 einer Zylindereinheit angeordnet. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind drei Entnahmekanalmündungen 14b vorgesehen, wobei an der
riemenseitigen Zylindereinheit keine Entnahmekanalmündung 14b vorgesehen ist.
[0018] Die Entnahme des zurückzuführenden Abgases im Bereich oberhalb der Abgaskanalflansche
11 hat den Vorteil, dass durch die Ausgestaltung der Abgaskanäle 9 in diesem Bereich
ein hoher Staudruck herrscht und demzufolge größere Abgasmengen entnommen werden können.
[0019] Es ist im Rahmen der Erfindung ausdrücklich auch vorgesehen und möglich, die Ausführungsbeispiele
der Fig. 1 und 2 miteinander zu kombinieren. Das heißt also konkret bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2 kann zusätzlich auch eine Entnahmekanalmündung 14a gemäß Fig. 1 vorgesehen
sein und diese mit der Entnahmeleitung 15b verbunden sein.
[0020] Eine solche Ausgestaltung ist in der Fig. 3 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist dem SAE-gehäuseseitigen Zylinder 1 eine Entnahmekanalmündung 14a angeordnet, die
über einen kurzen, geschnitten dargestellten Entnahmeleitungsabschnitt 20a mit der
Entnahmeleitung 15c verbunden ist. Die weiteren Zylinder 2 und 3 sind - wie bei der
Fig. 2 dargestellt - über Entnahmeleitungsabschnitte 20 mit der Entnahmeleitung 15b
verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Entnahmeleitung 15a als durchgehende
Leitung ausgebildet und der kurze Entnahmeleitungsabschnitt 20a ist über eine Muffenverbindung
mit der Entnahmeleitung 15b verbunden. Da die Entnahmeleitung 15c mit den Entnahmeleitungsabschnitten
20, 20a eine relativ steife Baueinheit bildet, muss dieses Leitungsgebilde passgenau
für eine problemlose Montage an der Brennkraftmaschine gefertigt sein. Selbstverständlich
können aber bei dieser Ausgestaltung an geeigneter Stelle ein oder mehrere Kompensatoren
vorgesehen sein.
[0021] Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Abgaskanal 9 des Zylinders 1 direkt
über eine Bypassbohrung 23 mit der Einspeiseleitung 17 verbunden. Über diese Bypassbohrung
wird in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eine geringe Abgasmenge, die
unter anderem von dem Bohrungsdurchmesser der Bypassbohrung 23 abhängt, zurückgeführt.
Dieser Ausgestaltung liegen die folgenden Überlegungen zugrunde. Um künftige Emissionsanforderungen
zu erfüllen, ist im Teillastbereich generell eine hohe Abgasrückführrate notwendig.
Dagegen soll im Volllastbereich nur eine geringe Menge Abgas zurückgeführt werden,
um die Thermik der Brennkraftmaschine und das Rußniveau in diesem Betriebszustand
nicht zu verschlechtern.
[0022] Die Einstellung der notwendigen Abgasrückführraten ist folglich abhängig von der
Leistungseinstellung der Brennkraftmaschine. Insbesondere niedrige Nennleistungseinstellungen
erfordern eine hohe Abgasrückführrate zur Erfüllung der spezifischen Emissionswerte.
Gleichzeitig ist bei geringer Leistungseinstellung im Volllastbereich das Temperatur-
und Rußniveau der Brennkraftmaschine weniger kritisch, die Abgasrückführ-Verträglichkeit
also höher. Dieser Umstand erlaubt es, auch bei Volllast eine geringe Abgasmenge zurückzuführen.
Dies wird durch die Bypassbohrung 23 erreicht. Alternativ kann die Bypassbohrung auch
in das Steuerventilgehäuse 16 in der Form eingebracht sein, dass die Bypassbohrung
bei geschlossenem Ventilteller des Steuerventils (wobei der Ventilteller bei Volllast
geschlossen ist) dennoch einen bestimmten Querschnitt freigibt. Die Bypassbohrung
23 bewirkt, dass auch im Teillastbereich eine höhere Abgasmenge zurückgeführt wird,
weil der Querschnitt der Bypassbohrung 23 als zusätzliche Fläche zur Rückführung von
Abgas zur Verfügung steht. Die zuvor erläuterten Zusammenhänge sind im Übrigen in
dem Diagramm gemäß Fig. 4 dargestellt. Im Ausgangszustand, also bei nicht vorhandener
Bypassbohrung 23, wird im Volllastbereich bis zu dem Zeitpunkt des Öffnens des Ventiltellers
in dem Steuerventilgehäuse 16 kein Abgas zurückgeführt. Es ergibt sich angenähert
eine Rückführung von Abgas gemäß der strichliniierten Kurve ①. Wird die Bypassbohrung
in dem Steuerventilgehäuse 16 angebracht, ergibt sich eine Abgasrückführcharakteristik
gemäß der strichpunktliniierten Kurve ②. Wird die Bypassbohrung 23 schließlich in
der in Fig. 3 dargestellten Weise angebracht, ergibt sich die Kurve ③, die im Unterschied
zu der Kurve 2 darstellt, dass im Teillastbereich eine höhere Abgasmenge zurückgeführt
wird.
[0023] Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen und möglich, insbesondere
die Entnahmeleitung 15a, 15b, 15c einstückig an das Kurbelgehäuse anzugießen und den
Entnahmekanal beziehungsweise den Entnahmeleitungsabschnitt 20 in das Kurbelgehäuse
1 beziehungsweise den Zylinderkopf 3 zu integrieren, wobei dann der Entnahmekanal
beziehungsweise der Entnahmeleitungsabschnitt 20 auf der kurbelgehäuseseitigen Seite
in den Abgaskanal 9 einmündet. In einer Abwandlung von dieser Ausführungsform ist
es weiterhin vorgesehen, die Entnahmeleitung 15a, 15b, 15c an dem Kurbelgehäuse 1
lösbar zu befestigen und die Entnahmekanäle beziehungsweise die Entnahmeleitungsabschnitte
20 - wie zuvor ausgeführt - in das Kurbelgehäuse 1 beziehungsweise den Zylinderkopf
3 zu integrieren.
[0024] Schließlich ist es auch vorgesehen, die Einspeiseleitung 17 gegebenenfalls zusammen
mit dem Steuerventilgehäuse 16 einstückig mit der Ventildeckelhaube 18 zu fertigen.
Bezugszeichenliste:
[0025]
- 1
- Kurbelgehäuse
- 2
- Ölwanne
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Schwungrad
- 5
- SAE-Gehäuse
- 6
- Zahnriemengehäuse
- 7
- Riemenrad
- 8
- Frischgaskanal
- 9
- Abgaskanal
- 10
- Frischgaskanalflansch
- 11
- Abgaskanalflansch
- 12
- Frischgasleitung
- 13
- Abgassammelleitung
- 14a, 14b
- Entnahmekanalmündung
- 15a, 15b, 15c
- Entnahmeleitung
- 16
- Steuerventilgehäuse
- 17
- Einspeiseleitung
- 18
- Ventildeckelhaube
- 19
- Einspeisekanalmündung
- 20, 20a
- Entnahmeleitungsabschnitt
- 21
- Zylinderkopflängsseite
- 22
- Kompensator
- 23
- Bypassbohrung
1. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf, in den je Zylinder
zumindest ein Abgaskanal mit einem Abgaskanalflansch und ein Frischgaskanal mit einem
Frischgaskanalflansch eingelassen sind, an denen jeweils eine Abgassammelleitung und
eine Frischgasleitung befestigt sind, die zusammen Teil eines Abgassystems und eines
Frischgassystems sind, wobei ein Abgasrückführsystem mit einer Entnahmeleitung, einem
ein Steuerventil aufweisenden Steuerventilgehäuse und einer Einspeiseleitung vorgesehen
ist, wobei der Zylinderkopf zumindest einen von dem Abgaskanal abzweigenden Entnahmekanal
mit einer von dem Abgaskanalflansch separaten Entnahmekanalmündung aufweist, die in
eine Zylinderkopfwand mündet und mit der Entnahmeleitung verbunden ist, sowie zumindest
einen in den Frischgaskanal einmündenden Einspeisekanal mit einer von dem Frischgaskanalflansch
separaten Einspeisekanalmündung, die in eine Zylinderkopfwand mündet und mit der Einspeiseleitung
verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (9) und der Frischgaskanal (8) auf einer Zylinderkopflängsseite (21)
münden und die Entnahmeleitung (15a, 15b) und die Einspeiseleitung (17) entlang der
Zylinderkopflängsseite (21) übereinanderliegend angeordnet sind.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (3) je Zylinder eine Entnahmekanalmündung (14a, 14b) und eine Einspeisekanalmündung
(19) aufweist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (17) aus Gusswerkstoff, insbesondere Grauguss, hergestellt ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (17) an beiden Stirnseiten einen Flansch zum wahlweisen Anschluss
des Steuerventilgehäuses (16) aufweist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeleitung (15a, 15b) an dem Kurbelgehäuse (1) befestigt ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeleitung (15a, 15b) einstückig mit dem Kurbelgehäuse (1) gefertigt ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (17) einstückig mit dem Steuerventilgehäuse (16) gefertigt ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (17) einstückig mit der Ventildeckelhaube (18) gefertigt ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (17) und das Steuerventilgehäuse (16) einstückig mit der Ventildeckelhaube
(18) gefertigt sind.
10. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassbohrung (23) den Abgaskanal (9) mit der Einspeiseleitung (17) verbindet.