AT527091A1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Einlasssystem (3) mit zumindest einem Einlasspfad (4), einem Auslasssystem (6) mit zumindest einem Auslasspfad (7) und einem Auslasssammler (8) sowie mit einem Abgasrückführsystem (9) zur Rückführung von Abgas aus dem Auslasssystem (6) in das Einlasssystem (3), wobei das Abgasrückführsystem (9) einen kalten Abgasrückführpfad (10) mit zumindest einem Abgasrückführkühler (19) und einen ungekühlten heißen Abgasrückführpfad (11) aufweist. Um auf einfache Weise eine effektive Abgasrückführung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass das Abgasrückführsystem (9) eine Messeinrichtung (23) zur Messung der Menge an rückgeführtem Abgas aufweist, wobei der kalte Abgasrückführpfad (10) und der heiße Abgasrückführpfad (11) gemeinsam durch die Messeinrichtung (23) geführt sind.The invention relates to an internal combustion engine (1) with an intake system (3) with at least one intake path (4), an exhaust system (6) with at least one exhaust path (7) and an exhaust manifold (8), and with an exhaust gas recirculation system (9) for recirculating exhaust gas from the exhaust system (6) into the intake system (3), wherein the exhaust gas recirculation system (9) has a cold exhaust gas recirculation path (10) with at least one exhaust gas recirculation cooler (19) and an uncooled hot exhaust gas recirculation path (11). In order to enable effective exhaust gas recirculation in a simple manner, it is provided that the exhaust gas recirculation system (9) has a measuring device (23) for measuring the amount of recirculated exhaust gas, wherein the cold exhaust gas recirculation path (10) and the hot exhaust gas recirculation path (11) are guided together through the measuring device (23).
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Einlasssystem mit zumindest einem Einlasspfad, einem Auslasssystem mit zumindest einem Auslasspfad und einem Auslasssammler sowie mit einem Abgasrückführsystem zur Rückführung von Abgas aus dem Auslasssystem in das Einlasssystem, wobei das Abgasrückführsystem einen kalten Abgasrückführpfad mit zumindest einem The invention relates to an internal combustion engine with an intake system with at least one intake path, an exhaust system with at least one exhaust path and an exhaust manifold, and with an exhaust gas recirculation system for recirculating exhaust gas from the exhaust system into the intake system, wherein the exhaust gas recirculation system comprises a cold exhaust gas recirculation path with at least one
Abgasrückführkühler und einen ungekühlten heißen Abgasrückführpfad aufweist. Exhaust gas recirculation cooler and an uncooled hot exhaust gas recirculation path.
Abgasrückführung wird standardmäßig zur Reduzierung der NOx-Emissionen eingesetzt. Dabei ist es wichtig, dass die Abgasrückführrate innerhalb eines optimalen Bereichs bleibt. Ist die Abgasrückführrate zu gering, führt dies zu einem Anstieg der NOx-Emissionen. Ist die Abgasrückführrate zu hoch, kann dies die Rußemissionen erhöhen. Zusätzlich zum Emissionsverhalten hat die Abgasrückführrate auch einen wesentlichen Einfluss auf andere Motorgrößen wie Verbrauch, mechanische Belastung, oder dergleichen und muss deshalb innerhalb Exhaust gas recirculation is used as standard to reduce NOx emissions. It is important that the exhaust gas recirculation rate remains within an optimal range. If the exhaust gas recirculation rate is too low, this leads to an increase in NOx emissions. If the exhaust gas recirculation rate is too high, this can increase soot emissions. In addition to emissions behavior, the exhaust gas recirculation rate also has a significant influence on other engine variables such as consumption, mechanical load, or the like and must therefore be within
eines optimalen Bereichs bleiben. remain within an optimal range.
Es ist bekannt, eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Abgasrückführrate und/oder Abgasrückführmasse, wie beispielsweise ein Abgasdurchflussmessgerät, im Abgasrückführpfad einzusetzen, um die Menge des rückgeführten Abgases zu bestimmen bzw. zu kontrollieren. Bei der EP 2 843 225 A1 beispielsweise ist ein Abgasdurchflussmessgerät stromabwärts eines Abgasrückführkühlers in der Abgasrückführleitung angeordnet. Bei der DE 10 2015 203 251 A1 wird ein sogenannter DPOV-Sensor (differential pressure over valve sensor) stromabwärts eines Abgasrückführkühlers eingesetzt, um den Durchfluss des rückgeführten It is known to use a measuring device for determining the exhaust gas recirculation rate and/or exhaust gas recirculation mass, such as an exhaust gas flow meter, in the exhaust gas recirculation path in order to determine or control the amount of recirculated exhaust gas. In EP 2 843 225 A1, for example, an exhaust gas flow meter is arranged downstream of an exhaust gas recirculation cooler in the exhaust gas recirculation line. In DE 10 2015 203 251 A1, a so-called DPOV sensor (differential pressure over valve sensor) is used downstream of an exhaust gas recirculation cooler in order to measure the flow of the recirculated exhaust gas.
Abgases zu ermitteln. exhaust gas.
Aus jeder der Veröffentlichungen US 2022/0403803 A1, WO 2014/093030 A1, From each of the publications US 2022/0403803 A1, WO 2014/093030 A1,
DE 10 2008 031 944 A1 und DE 10 2011 080 291 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem zur Rückführung von Abgas aus einem Abgassystem in ein Einlasssystem bekannt, wobei das Abgasrückführsystem einen kalten Abgasrückführpfad mit zumindest einem Abgasrückführkühler und einen ungekühlten heißen Abgasrückführpfad aufweist. Dies ermöglicht es DE 10 2008 031 944 A1 and DE 10 2011 080 291 A1 disclose an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation system for recirculating exhaust gas from an exhaust system into an intake system, wherein the exhaust gas recirculation system has a cold exhaust gas recirculation path with at least one exhaust gas recirculation cooler and an uncooled hot exhaust gas recirculation path. This makes it possible
betriebspunktabhängig wahlweise gekühltes oder ungekühltes Abgas rückzuführen. Depending on the operating point, either cooled or uncooled exhaust gas can be recirculated.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art auf einfache Weise eine optimale und effektive Abgasrückführung zu The object of the invention is to achieve an optimal and effective exhaust gas recirculation in an internal combustion engine of the type mentioned at the beginning in a simple manner.
ermöglichen. make possible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch erreicht, dass das Abgasrückführsystem eine - vorzugsweise durch ein Abgasdurchflussmessgerät gebildete - Messeinrichtung zur Messung der Menge an rückgeführtem Abgas aufweist, wobei der kalte Abgasrückführpfad und der heiße Abgasrückführpfad According to the invention, this object is achieved in that the exhaust gas recirculation system has a measuring device - preferably formed by an exhaust gas flow meter - for measuring the amount of recirculated exhaust gas, wherein the cold exhaust gas recirculation path and the hot exhaust gas recirculation path
gemeinsam durch die Messeinrichtung geführt sind. are passed through the measuring device together.
Mittels des Abgasdurchflussmessgeräts können sowohl einzeln oder in Kombination die Abgasmengen des kalten Abgasrückführpfades als auch des heißen The exhaust gas flow meter can be used to measure the exhaust gas quantities of the cold exhaust gas recirculation path as well as the hot
Abgasrückführpfades genau gemessen werden. Exhaust gas recirculation path can be precisely measured.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante sieht vor, dass sich der kalte Abgasrückführpfad und der heiße Abgasrückführpfad stromaufwärts der Messeinrichtung vereinigen. Auf diese Weise können die Abgasmengen des kalten Abgasrückführpfades und des heißen Abgasrückführpfades mit einer einzigen Messeinrichtung exakt erfasst werden. An embodiment variant according to the invention provides that the cold exhaust gas recirculation path and the hot exhaust gas recirculation path combine upstream of the measuring device. In this way, the exhaust gas quantities of the cold exhaust gas recirculation path and the hot exhaust gas recirculation path can be precisely recorded with a single measuring device.
Um eine homogene Zumischung des rückgeführten Abgases in den Einlasspfad zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn im Einlasspfad mindestens eine Mischeinrichtung angeordnet ist, wobei der kalte Abgasrückführpfad und der heiße In order to enable a homogeneous admixture of the recirculated exhaust gas into the intake path, it is advantageous if at least one mixing device is arranged in the intake path, wherein the cold exhaust gas recirculation path and the hot
Abgasrückführpfad gemeinsam in die Mischeinrichtung einmünden. Exhaust gas recirculation path flows together into the mixing device.
Günstigerweise ist im kalten Abgasrückführpfad zumindest ein erstes Abgasventil und im heißen Abgasrückführpfad zumindest ein zweites Abgasventil angeordnet, wobei vorzugsweise das erste Abgasventil und das zweite Abgasventil unabhängig voneinander betätigbar sind. Dies ermöglicht eine genaue Dosierung der kalten und/oder heißen Abgasmengen. Dadurch, dass das erste Abgasventil und das zweite Abgasventil unabhängig voneinander durch eine elektronische Steuereinheit betätigbar sind, kann sowohl die rückgeführte Abgasmenge als auch die Temperatur des rückgeführten Abgases genau eingestellt werden. Vorteilhafterweise ist im Abgasrückpfad stromabwärts des Vereinigungsbereichs des kalten Abgasrückführpfads und des heißen Abgasrückführpfads und/oder im Advantageously, at least one first exhaust valve is arranged in the cold exhaust gas recirculation path and at least one second exhaust valve is arranged in the hot exhaust gas recirculation path, wherein preferably the first exhaust valve and the second exhaust valve can be operated independently of one another. This enables precise dosing of the cold and/or hot exhaust gas quantities. Because the first exhaust valve and the second exhaust valve can be operated independently of one another by an electronic control unit, both the recirculated exhaust gas quantity and the temperature of the recirculated exhaust gas can be set precisely. Advantageously, in the exhaust gas recirculation path downstream of the merging region of the cold exhaust gas recirculation path and the hot exhaust gas recirculation path and/or in the
Einlasspfad stromabwärts der Mischeinrichtung zumindest ein Temperatursensor Inlet path downstream of the mixing device at least one temperature sensor
zur Ermittlung der Temperatur des rückgeführten Abgases oder des to determine the temperature of the recirculated exhaust gas or the
Luft/Abgasgemisches im Einlasspfad angeordnet. Air/exhaust gas mixture in the intake path.
In Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Auslasspfad zumindest eine erste Abgasturbine, vorzugsweise eines Abgasturboladers, angeordnet ist, wobei vorzugsweise der kalte Abgasrückführpfad und/oder der heiße Abgasrückführpfad In a further development of the invention, it is provided that at least one first exhaust gas turbine, preferably of an exhaust gas turbocharger, is arranged in the outlet path, wherein preferably the cold exhaust gas recirculation path and/or the hot exhaust gas recirculation path
stromaufwärts der Abgasturbine vom Auslasspfad abzweigt/abzweigen. branches off from the exhaust path upstream of the exhaust turbine.
Der kalte Abgasrückführpfad zweigt dabei günstigerweise stromabwärts des Auslasssammlers vom Auslasspfad ab. Alternativ dazu kann der kalte Abgasrückführpfad im Bereich des Auslasssammlers vom Auslasspfad abzweigen und der heiße Abgasrückführpfad zweigt vorzugsweise im Bereich des The cold exhaust gas recirculation path advantageously branches off from the exhaust path downstream of the exhaust manifold. Alternatively, the cold exhaust gas recirculation path can branch off from the exhaust path in the area of the exhaust manifold and the hot exhaust gas recirculation path preferably branches off in the area of the
Auslasssammlers vom Auslasspfads ab. exhaust manifold from the exhaust path.
In weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung können der kalte Abgasrückführpfad und/oder der heiße Abgasrückführpfad zweiflutig ausgebildet In further embodiments of the invention, the cold exhaust gas recirculation path and/or the hot exhaust gas recirculation path can be designed as a double-flow path
sein. be.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, das in der Fig. gezeigt ist, näher erläutert. The invention is explained in more detail below using a non-limiting embodiment shown in the figure.
Die Fig. zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern 2. Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Einlasssystem 3 mit einem Einlasspfad 4 und einem Einlasssammler 5, ein Auslasssystem 6 mit einem Auslasspfad 7 und einem Auslasssammler 8, und ein Abgasrückführsystem 9 mit einem kalten Abgasrückführpfad 10 und einem heißen Abgasrückführpfad 11 auf. The figure shows schematically an internal combustion engine 1 with several cylinders 2 arranged in series. The internal combustion engine 1 has an intake system 3 with an intake path 4 and an intake manifold 5, an exhaust system 6 with an exhaust path 7 and an exhaust manifold 8, and an exhaust gas recirculation system 9 with a cold exhaust gas recirculation path 10 and a hot exhaust gas recirculation path 11.
Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Abgasturbolader 12 mit einer im Auslasspfad 7 angeordneten ersten Abgasturbine 13 und einem im Einlasspfad 4 angeordneten Verdichter 14 auf. Weiters ist im Auslasspfad 7 stromabwärts der ersten Abgasturbine 13 eine beispielsweise als Nutzturbine ausgebildete - etwa der Stromerzeugung dienende - zweite Abgasturbine 15 angeordnet. Die zweite Abgasturbine 15 kann auch Teil eines zweiten Abgasturboladers sein, um eine The internal combustion engine 1 has an exhaust gas turbocharger 12 with a first exhaust gas turbine 13 arranged in the outlet path 7 and a compressor 14 arranged in the inlet path 4. Furthermore, a second exhaust gas turbine 15, designed for example as a power turbine - for example serving to generate electricity - is arranged in the outlet path 7 downstream of the first exhaust gas turbine 13. The second exhaust gas turbine 15 can also be part of a second exhaust gas turbocharger in order to
zweistufige Aufladung zu realisieren. to realize two-stage charging.
Stromabwärts der zweiten Abgasturbine 15 kann eine Abgasbremsklappe 16 angeordnet sein. An exhaust brake flap 16 can be arranged downstream of the second exhaust turbine 15.
Im Einlasspfad 4 ist stromabwärts des Verdichters 14 des Abgasturboladers 12 ein In the inlet path 4 downstream of the compressor 14 of the exhaust gas turbocharger 12, a
Ladeluftkühler 17 angeordnet. Intercooler 17 is arranged.
Der kalte Abgasrückführpfad 10 zweigt vom Abgasstrang 6 zwischen dem Abgassammler 8 und der ersten Abgasturbine 13 ab. Im kalten Abgasrückführpfad 10 ist ein erstes Abgasrückführventil 18 und stromabwärts dieses ein The cold exhaust gas recirculation path 10 branches off from the exhaust line 6 between the exhaust manifold 8 and the first exhaust gas turbine 13. In the cold exhaust gas recirculation path 10 there is a first exhaust gas recirculation valve 18 and downstream of this a
Abgasrückführkühler 19 angeordnet. Exhaust gas recirculation cooler 19 is arranged.
Der beispielsweise direkt vom Abgassammler 8 ausgehende heiße Abgasstrang 11 ist ungekühlt, also kühlerlos ausgeführt und weist ein zweites Abgasrückführventil 20 auf. The hot exhaust gas line 11, for example, which emerges directly from the exhaust manifold 8, is uncooled, i.e. has no cooler, and has a second exhaust gas recirculation valve 20.
Das erste Abgasrückführventil 18 und das zweite Abgasrückführventil 20 sind unabhängig voneinander betätigbar, sodass die rückgeführte Abgasmenge, und/oder die Temperatur des rückgeführten Abgases genau eingestellt werden The first exhaust gas recirculation valve 18 and the second exhaust gas recirculation valve 20 can be operated independently of one another so that the recirculated exhaust gas quantity and/or the temperature of the recirculated exhaust gas can be precisely adjusted
kann. Dabei ist auch ein Mischbetrieb möglich. Mixed operation is also possible.
Der kalte Abgasstrang 10 und der heiße Abgasstrang 11 sind stromabwärts des Abgasrückführkühlers 19 in einem Vereinigungsbereich 21 zu einem gemeinsamen Abgasrückführstrang 22 zusammengeführt. In dem gemeinsamen Abgasrückführstrang 22 ist eine beispielsweise durch ein Abgasdurchflussmessgerät gebildete Messeinrichtung 23 zur Messung des rückgeführten Abgasstromes angeordnet. Der Vereinigungsbereich 21 kann - in Strömungsrichtung des The cold exhaust gas line 10 and the hot exhaust gas line 11 are combined downstream of the exhaust gas recirculation cooler 19 in a merging area 21 to form a common exhaust gas recirculation line 22. A measuring device 23, formed for example by an exhaust gas flow meter, is arranged in the common exhaust gas recirculation line 22 for measuring the recirculated exhaust gas flow. The merging area 21 can - in the flow direction of the
rückgeführten Abgases gesehen - vor oder in der Messeinrichtung 23 liegen. recirculated exhaust gas - in front of or in the measuring device 23.
Der gemeinsame Abgasrückführstrang 22 mündet in den Einlassstrang 4 ein, wobei im Bereich der Einmündung eine Mischeinrichtung 24 im Einlassstrang 4 angeordnet ist. The common exhaust gas recirculation line 22 opens into the inlet line 4, wherein a mixing device 24 is arranged in the inlet line 4 in the region of the opening.
Im gemeinsamen Abgasrückführstrang 22 stromabwärts des Vereinigungsbereichs 21 und/oder im Einlasspfad 4 im Bereich oder stromabwärts der Mischeinrichtung In the common exhaust gas recirculation line 22 downstream of the merging region 21 and/or in the inlet path 4 in the region or downstream of the mixing device
24 kann zumindest ein Temperatursensor 25, 26 angeordnet sein. 24, at least one temperature sensor 25, 26 can be arranged.
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