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EP2151569B1 - Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms und Brennkraftmaschine mit dieser Vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms und Brennkraftmaschine mit dieser Vorrichtung Download PDF

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EP2151569B1
EP2151569B1 EP08161916A EP08161916A EP2151569B1 EP 2151569 B1 EP2151569 B1 EP 2151569B1 EP 08161916 A EP08161916 A EP 08161916A EP 08161916 A EP08161916 A EP 08161916A EP 2151569 B1 EP2151569 B1 EP 2151569B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
exhaust
combustion engine
internal combustion
exhaust line
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP08161916A
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English (en)
French (fr)
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EP2151569A1 (de
Inventor
Reiner Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wartsila Switzerland Ltd
Original Assignee
Wartsila Switzerland Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wartsila Switzerland Ltd filed Critical Wartsila Switzerland Ltd
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Priority to DK08161916.5T priority patent/DK2151569T3/da
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Priority to JP2009179136A priority patent/JP5570773B2/ja
Priority to CN200910162433.6A priority patent/CN101644213B/zh
Publication of EP2151569A1 publication Critical patent/EP2151569A1/de
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    • F01L2001/0537—Double overhead camshafts [DOHC]
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    • F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers

Definitions

  • the present invention relates to a device for taking a partial exhaust gas stream according to the preamble of claim 1 and an internal combustion engine with this device.
  • the present invention relates to a device for taking a partial exhaust gas stream from an exhaust pipe of an internal combustion engine and to an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation system.
  • exhaust gas recirculation is used to reduce the amount of nitrogen oxide (NOx) emissions.
  • the exhaust gas recirculation includes a removal of a partial exhaust gas flow from an exhaust pipe of the internal combustion engine and a return of this partial flow in the intake passage of the internal combustion engine.
  • the introduced into the inlet of the internal combustion engine exhaust gas acts as an inert gas, which reduces the oxidation of nitrogen to nitrogen oxides.
  • a basic condition is that the pressure of the exhaust gas substream at the position of the inlet is at least as great as the pressure of the air flowing in the inlet passage.
  • the pressure of the exhaust gas partial stream to be a degree higher than that in the inlet passage.
  • the pressure in the inlet passage is reduced from the ambient pressure. Further, the pressure of the exhaust gas at the outlet passage is increased from the ambient pressure.
  • the suction engines mentioned by establishing a connection and controlling a valve in this connection, the partial exhaust gas flow may be introduced into the intake passage.
  • a device for removing an exhaust gas partial stream from an exhaust line of an internal combustion engine having a partial exhaust gas line opening into the exhaust gas line, the input area of which is arranged substantially opposite to the exhaust gas flow, so that the partial exhaust gas flow is utilized by utilizing the dynamic pressure of the exhaust gas Exhaust gas stream may enter the opening of the partial exhaust gas line, the device having the features of claim 1.
  • the input region is arranged in a partial cross-sectional region of the exhaust gas line, in which at least in a predetermined operating range of the internal combustion engine over the partial cross-section averaged flow velocity of the exhaust gas flow is higher than a over the total cross section averaged flow velocity of the total exhaust gas flow is.
  • the input portion of the partial exhaust gas passage is arranged in the flow direction immediately after a flow control member.
  • the input region is arranged in a region of the exhaust pipe in which flow velocity peaks occur in the course of an opening operation of the flow control member, at least in a predetermined operating region of the internal combustion engine.
  • the pressure in the partial exhaust gas line is at least in a predetermined operating range of the internal combustion engine higher than the pressure in the exhaust gas line without removal of the partial exhaust gas flow at removal of the partial exhaust gas stream.
  • the flow control member is an exhaust valve of the internal combustion engine.
  • the flow control member is designed as a poppet valve with a valve disk and a valve stem, wherein the valve stem is encompassed by the input region of the partial exhaust gas line.
  • the partial exhaust gas line and / or the Entrance of the partial exhaust gas line arranged coaxially in the exhaust pipe.
  • an inner contour of the partial exhaust gas line forms a diffuser in the region of the input area.
  • the partial exhaust gas line is formed in the region of the input region as a pitot tube.
  • the partial exhaust gas passage is provided with a flow control means for controlling the flow in the partial exhaust gas passage.
  • the flow in the partial exhaust gas line is controlled by the flow control device in dependence on the flow characteristic in the exhaust gas line and / or on the operating state of the internal combustion engine.
  • the flow control device is a valve provided in the partial exhaust gas line which is actuated to allow and inhibit the flow between the partial exhaust gas line and the exhaust gas line.
  • the flow control device is a poppet valve.
  • the flow control means is constructed of a valve seat provided at the input portion of the partial exhaust gas line and a valve body slidable coaxially with the valve stem of the flow control member, the valve body being engageable against and lifted off the valve seat around the input portion of the partial exhaust gas line to close or open.
  • valve body is located downstream of the inlet region of the partial exhaust gas line in the flow direction of the partial exhaust gas flow.
  • the flow control means is operable in synchronism with the operation of the exhaust valve.
  • a throttle valve adjustable by a throttle valve actuator is provided in the exhaust pipe, with which a back pressure in the exhaust pipe is adjustable.
  • the throttle valve actuator is formed as a cam mechanism.
  • the throttle valve actuator and an actuator provided for the flow control device are kinematically coupled together.
  • the flow control device is kept closed in predetermined operating states of the internal combustion engine, in particular when a minimum speed of the internal combustion engine is undershot.
  • a check valve is provided in the partial exhaust gas line, which prevents a backflow to the input region of the partial exhaust gas line.
  • an internal combustion engine having an apparatus according to the first aspect of the present invention, the partial exhaust gas passage of which is an exhaust gas recirculation line directly or indirectly connected to at least one combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is a two-stroke diesel engine with purging air blower and / or turbocharging.
  • the internal combustion engine is a turbocharged four-stroke internal combustion engine.
  • an internal combustion engine having an apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the partial exhaust gas passage is connected to a turbine of a turbocharger and / or an auxiliary device so that the turbocharger and / or the auxiliary device at least partially operated with the partial exhaust stream.
  • the auxiliary device may optionally supply the power of the internal combustion engine generated by the turbine.
  • the turbine over the power over to supply a gearbox to the crankshaft of the internal combustion engine.
  • an internal combustion engine with an apparatus according to the first aspect of the present invention, further provided with a pressure-operated actuator operable with the partial exhaust gas flow taken by the exhaust partial exhaust apparatus.
  • Fig. 1 shows an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine, to which the device for taking a partial exhaust gas flow according to the invention is applicable.
  • Fig. 2 illustrates an exhaust valve in slightly open position with directly coupled annular slide according to a first comparative example, which refers to the exhaust gas recirculation system of Fig. 1 is applicable.
  • Fig. 3 illustrates the exhaust valve in fully open position with directly coupled annular slide according to the first comparative example, which refers to the exhaust gas recirculation system of Fig. 1 is applicable.
  • Fig. 4 Fig. 10 shows a development of the ring valve used in the first comparative example.
  • Fig. 5 shows an exhaust valve with a coupling of the exhaust valve drive with a throttle device in the exhaust passage and a controlled exhaust valve for exhaust gas recirculation valve according to a second comparative example, which refers to the exhaust gas recirculation system of Fig. 1 is applicable.
  • Fig. 6 shows an exhaust valve with coaxial arrangement of the bleed valve in the exhaust passage according to a first embodiment of the invention, which relates to the exhaust gas recirculation system of Fig. 1 is applicable.
  • Fig. 7 shows one opposite to that of Fig. 1 modified internal combustion engine system, in which the device according to the invention is used to operate a low-pressure turbine.
  • Fig. 8 shows one opposite to that of Fig. 1 modified internal combustion engine system, in which the device according to the invention is used to operate an auxiliary device.
  • Fig. 9 shows one opposite to that of Fig. 1 modified internal combustion engine system in which the device according to the invention is used for driving a crankshaft of the internal combustion engine.
  • Fig. 10 shows one opposite to that of Fig. 1 modified internal combustion engine system, in which the device according to the invention is used to operate a pressure-actuated actuator.
  • Fig. 1 schematically represents an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine.
  • the exhaust gas recirculation system of Fig. 1 is exemplary applied to a two-stroke diesel engine with turbocharging.
  • the internal combustion engine shown here has a cylinder 2 and a piston 5, through which a combustion chamber 3 is limited.
  • a combustion chamber 3 By the movement of the piston 5 within the cylinder 2, the working volume of the combustion chamber 3 is variable.
  • the piston 5 is connected to a crankshaft, not shown, via a piston rod, not shown.
  • the movement of the piston 5 within the cylinder 2 is converted in known manner into a rotational movement of the crankshaft.
  • Mechanical power generated by combustion of an air-fuel mixture is extracted via the crankshaft.
  • air inlet slots 4 are provided, which are swept over by the piston 5 during operation of the internal combustion engine.
  • the Air inlet slots 4 of the cylinder 2 controlled as intake valves. Namely, once the piston 5 has reached a predetermined lower position, the air intake slots are opened so that air or an air-exhaust mixture can be introduced into the cylinder.
  • An injector not shown, is arranged on the cylinder that can be introduced into the combustion chamber 3 by this fuel. Alternatively, several injectors with the same or different properties or controls can be provided.
  • an exhaust valve 1 is provided at the top of the cylinder.
  • This outlet valve 1 is designed as a poppet valve and in the FIGS. 2 to 5 shown in more detail.
  • an exhaust valve is shown in the exemplary embodiments, it is also possible to provide a plurality of exhaust valves having the structure according to the invention. Alternatively, one or more conventional exhaust valves may be provided in addition to the one or more exhaust valves of the present invention.
  • the internal combustion engine further includes an intake manifold in the form of an intake manifold 8 and an exhaust manifold in the form of an exhaust manifold 9.
  • the intake manifold 8 is connected to the air intake slots 4 via an intake passage 6.
  • the exhaust manifold 9 is connected to the exhaust valve 1 via an exhaust passage 7 so that the combustion chamber 3 communicates with the exhaust manifold 9 through the exhaust passage 7 when the exhaust valve 1 is opened.
  • Exhaust gas in the exhaust manifold 9 is in the example shown here via an exhaust pipe element 24 a turbocharger 20 supplied.
  • the turbocharger 20 operates in a known manner, so that the pressure at the inlet of the engine can be increased by means of the exhaust gas energy.
  • the turbocharger 20 includes a turbine 21, a compressor 22, and a turbocharger shaft 23 connecting the turbine 21 and the compressor 22.
  • Exhaust gas at a certain pressure which is above the ambient pressure, is supplied via the exhaust pipe member 24 of the turbine 21.
  • the exhaust gas is expanded, so that the energy contained is transmitted to the turbocharger shaft 23.
  • the expanded exhaust gas is exhausted via an exhaust pipe member 27.
  • the power applied to the turbocharger shaft 23 is used to operate the compressor 22. This compresses intake air introduced via the intake pipe member 26 and discharges the compressed intake air via an intake pipe member 25.
  • a charge air cooler 28 is provided to cool the pressurized intake air whose temperature has been raised by the compression operation. As a result, an improvement of the degree of filling of the internal combustion engine is achieved.
  • the cooled intake air is supplied to the intake manifold 8 through an inlet conduit member 29 and an inlet conduit member 17.
  • the pressure at the inlet of the internal combustion engine is increased by the turbocharger 20.
  • the pressure may be increased without a turbocharger 20 by using a blower, not shown, which is driven by an electric motor or the power applied to the crankshaft.
  • the pressure at the inlet, in particular at the air inlet slots 4 increases relative to the ambient pressure, so that there is a good rinse efficiency, so that the burned mixture can be sufficiently replaced by fresh air / fresh gas.
  • the exhaust gas recirculation system for the internal combustion engine has an exhaust gas recirculation line, which consists of exhaust partial flow line elements 12, 13, 14 and 16.
  • an exhaust partial flow is withdrawn and introduced into the exhaust partial flow line element 12.
  • a recirculation gas collecting pipe 10 is provided downstream of the exhaust partial flow line member 12, a recirculation gas collecting pipe 10 is provided.
  • the exhaust partial flow conduit member 13 leads to a recirculation gas cooler 11, which cools the recirculated exhaust gas.
  • the recirculation gas is passed through the exhaust partial flow conduit member 14 to a check valve 15 which prevents the recirculation gas from flowing back in the direction of the exhaust valve.
  • the check valve 15 is not mandatory and can be omitted.
  • the recirculation gas is guided via the exhaust partial flow passage member 16 to a connection point between the inlet passage members 17 and 29, which guide the compressed intake gas to the intake manifold 8.
  • a check valve 15a may be provided in the exhaust partial flow line element 12 in front of the recirculation gas collection tube 10.
  • This check valve 15a is preferably used in an internal combustion engine having a plurality of cylinders to reverse flow the exhausted in a cylinder Prevent exhaust gas flow through the recirculation manifold 10 into another cylinder. It should be noted that the check valve 15a is also not mandatory and may be omitted especially in an internal combustion engine with only one cylinder.
  • both the check valve 15 and the check valve 15a can be replaced by an actively controlled valve, which can be actuated for example by a mechanical or electromagnetic actuator with an optimized timing.
  • the pressure of the exhaust gas introduced into the exhaust gas partial flow passage member 16 at the aforementioned connection point between the inlet conduit members 17 and 29 is higher than the pressure of the inlet gas conducted in the inlet conduit member 29 to the connection point.
  • the partial exhaust stream taken at the exhaust valve 1 can be introduced into the intake manifold 8 of the internal combustion engine.
  • the exhaust valve 1 has a device for taking a partial exhaust gas stream out of the exhaust pipe of the internal combustion engine.
  • the special embodiment of this device removal of the partial exhaust gas flow allows the introduction of the partial exhaust gas flow into the intake manifold 8 of the in Fig. 1 illustrated system, as explained above.
  • this device for removing the partial exhaust gas stream in the in the Figures 7-10 illustrated internal combustion engine systems applicable.
  • Fig. 2 shows the exhaust valve in a slightly open position with directly coupled annular slide according to the first comparative example, which refers to the exhaust gas recirculation system of Fig. 1 is applicable.
  • the exhaust valve 1 is a so-called poppet valve which has a valve disk 101 and a valve stem 102.
  • the valve stem 102 is mounted translationally and rotatably movable in a bearing bush 103.
  • the bushing 103 is inserted into a bore in a cylinder head 111, for example by pressing.
  • the circular valve disk 101 cooperates with a valve seat 104 so that upon contact of the valve disk 101 with the valve seat 104, flow through the exhaust valve 1, in particular through a radial gap between the valve disk 101 and the valve seat 104, is prevented and the exhaust valve 1 is closed.
  • the valve stem 102 is actuated axially with an actuating mechanism, not shown, such as a camshaft with bucket tappets, rocker arms or a hydraulic device, so that the valve plate 101 from the valve seat 104 against the bias by a valve spring, not shown, such as a Air spring takes off.
  • actuating mechanism such as a camshaft with bucket tappets, rocker arms or a hydraulic device
  • the actuation of the exhaust valve 1 can be done in any way, as long as the actual function of the exhaust valve 1 is ensured. Exhaust gas in the combustion chamber 3 can thus flow through the resulting annular gap between the valve disk 101 and the valve seat 104. In this position, the exhaust valve is open.
  • an outlet chamber 105 is provided adjacent to the valve seat 104.
  • This discharge chamber 105 provides a space through which the exhaust gas flowing through the opened exhaust valve 1 can pass.
  • the outlet chamber 105 is provided with a in Fig. 1 illustrated outlet passage 7 connected. Thus, with the exhaust valve 1 open, the exhaust gas can enter the exhaust passage 7 through the exhaust chamber 105.
  • an exhaust gas removal passage 106 Coaxially disposed about the valve stem 102, an exhaust gas removal passage 106 is provided.
  • This exhaust gas removal passage 106 has an annular gap 120 formed between an outer coaxial element 112 and an inner coaxial element 113 of the cylinder head 111.
  • the inner coaxial element 113 is simultaneously provided for supporting the bearing bush 103 for the valve stem 102.
  • the annular gap 120 formed between the elements 112 and 113 continues into the exhaust gas removal passage 106.
  • a tube 107 is provided at the lower end, in particular the end of the elements 112 and 113, which face the valve disk 101.
  • This tube 107 is attached to the outer coaxial element 112 so that the tube 107 forms an axial extension of the coaxial element 112 and at the same time the entrance region of the flue-withdrawal passage 106.
  • a rotary valve 130 is formed, which can open and close a gap between the tube 107 and the outer periphery of the valve stem 102. This rotary valve 130 will be described in more detail below.
  • an inner annular gap sleeve 110 is attached to the valve stem 102 in the region of the lower end of the tube 107 .
  • an outer annular gap sleeve 109 is provided, which is attached to the inner coaxial element 113.
  • the inner annular gap sleeve 110 can be rotated with the valve stem 102 relative to the outer annular gap sleeve 110.
  • Fig. 4 shows a development of the outer annular gap sleeve 109 and the inner annular gap sleeve 110 in plan view and sectional view.
  • the construction of the sleeves with superimposed and relative to each other slidable slots can be seen, the function of which will be explained in more detail below.
  • the rotation, and in particular the targeted rotation of the valve stem 102 is used by a mechanism provided for this purpose, which is already provided in such internal combustion engines to reduce shrinkage of the valve seats and to improve the lubrication of the valve stems.
  • the annular gap sleeves 110 and 109 have complementary slots or openings, which allow a passage of exhaust gas when the slots or openings of both annular gap sleeves 110 and 109 are superimposed. Upon rotation of the annular gap sleeves 110 and 109, the passage is interrupted.
  • a rotary slide valve 130 is formed in the annular gap between the tube 107 and the valve stem 102, which can be opened and closed with the rotation of the valve stem 102.
  • the exhaust valve 1 is opened in a known manner, so that the exhaust gas can be discharged from the combustion chamber 3 via the exhaust chamber 105 and the exhaust passage 7. This position is in Fig. 1 shown. Shortly before opening the exhaust valve 1, the combustion chamber 3 is still at a relatively high pressure, so that by the slight opening of the exhaust valve 1 by lifting the valve disk 101 from the valve seat 104 exhaust flows at high speed through the resulting narrow annular gap.
  • Fig. 2 the flow through the annular gap of the valve 1 is shown schematically shortly after the lifting of the valve disk 101 from the valve seat 104. It can be seen here that the flow of the exhaust gas through the annular gap of the valve 1 extends radially inwards in the direction of the valve stem 102.
  • the concentration of the streamlines taking into account the continuity equation, means an increased flow velocity, whereas in the radially outer region the flow velocity is low.
  • the input area of the exhaust gas removal passage 106 is opened only in the time interval in which an increase in the total pressure using the dynamic pressure is even possible. It has been found that when the outlet valve 1 is slightly open, ie when the outflow of exhaust gas begins from the annular gap between the valve disk 101 and the valve seat 104, the afore-indicated averaged pressure ratios in the cross-sectional areas in the outlet chamber 105 increase the total pressure in the exhaust gas removal passage 106 enable. Therefore, only in this time interval, the annular slide 130 is opened and otherwise kept closed, as will be discussed below.
  • Fig. 3 the exhaust valve 1 is shown in the open position.
  • the annular gap between the valve disk 101 and the valve seat 104 is increased, so that the flow velocity is reduced on the one hand due to the large cross-section of the annular gap, on the other hand due to the previously occurred relaxation of the exhaust gas in the combustion chamber, as is clear by the flow lines shown schematically.
  • the dynamic pressure of the exhaust gas can not increase the total pressure in the exhaust gas exhaust passage. Therefore, in this position, by turning the valve stem, the sleeve valve is closed and the main part of the exhaust gas exits through the outlet passage 7.
  • the total pressure in the exhaust gas removal passage 106 is increased so that the introduction of the exhaust gas partial flow into the intake manifold passage 8 is possible because the sufficient pressure difference with respect to the Pressure is present in the inlet manifold 8.
  • Fig. 5 is a schematic representation of an exhaust valve 1 with coupling of the valve drive with a throttle device in the exhaust passage 7 and a controlled exhaust valve for exhaust gas recirculation according to the second comparative example.
  • the exhaust valve 1 according to the present second comparative example has a valve disk 201 and a valve stem 202. Likewise, in the exhaust valve 1 of the second comparative example, a tube 207 is provided, which in Fig. 5 is shown only schematically. The bearing of the valve shaft 202 and the coaxial arrangement of inner and outer coaxial elements of the cylinder head 211 are performed similarly as in the first comparative example.
  • the difference from the first comparative example lies in the control of the exhaust gas flow through the exhaust gas removal passage 206.
  • a poppet valve 230 Downstream of the annular gap between the valve stem 202 and tube 207, through which the partial exhaust gas stream enters the tube 207, a poppet valve 230 is provided, which has a valve plate 209 and a valve seat 210 which is provided at the Abgasentnahendurchurchgang 206.
  • the valve disk 209 can be pressed against the valve seat 210 by means of a spring 208b, so that the exhaust gas removal passage 206 is closed.
  • a rocker arm 208a is provided which is associated with a valve stem 209a of the bleed valve 230.
  • the valve disk 209 can be lifted off the valve seat 210, so that the connection between the exhaust gas removal passage 206 and the in Fig. 1 shown return gas line element 12 is produced.
  • the rocker arm 208a is actuated with a cam 208c which is connected via a power transmission element, such. B. a chain 208 d is driven.
  • This power transmission element is connected to the camshaft 208e of the internal combustion engine that actuates the exhaust valve 1, either directly or via another gear mechanism so that the exhaust sampling valve 230 is opened and closed in accordance with the operation of the camshaft 208e.
  • the operation of the exhaust valve 1 of the second comparative example is similar to that of the first comparative example.
  • the exhaust valve 230 is opened by operation coupled to the camshaft 208e .
  • the exhaust valve 230 is closed again, so that the increased dynamic pressure at slight opening of the exhaust valve 1 in the exhaust stroke of the internal combustion engine can be used to increase the total pressure in the exhaust exhaust passage 206.
  • the exhaust gas removal valve 230 by closing the exhaust gas removal valve 230, a back flow of the exhaust gas partial flow is prevented.
  • throttle valve 215 is provided.
  • This throttle valve 215 is formed in this development as a flapper valve, which is rotatably disposed within the outlet passage 7 or alternatively at another location in the outlet.
  • a transmission element 216 such as. As a chain or a belt is connected to the camshaft 208e directly or via another transmission mechanism.
  • the exhaust gas flow enters the tube 207 and the outlet chamber 205.
  • the throttle valve 215 is closed, so that the passage between the exhaust chamber 205 and the exhaust passage 7 is throttled.
  • an increased back pressure is formed in the outlet chamber 205, so that with an optimized timing, a further increased pressure in the tube 207 can be provided.
  • the throttle valve 215 Upon further opening of the exhaust valve 1, the throttle valve 215 is re-opened in conjunction with the actuation via the transmission element 216 and the camshaft 208e, so that a reduced, d. H. gives normal flow resistance in the outlet channel, so that a sufficient fresh gas purging can be made.
  • FIG. 6 shows an exhaust valve 1 with coaxial arrangement of the exhaust gas recirculation valve 330 in the annular gap according to the first embodiment of the invention.
  • the exhaust valve 1 has a valve disk 301, a valve seat 304 and a valve stem 302.
  • An annular gap between an outer coaxial element 312 and an inner coaxial element 313 is also provided in this embodiment.
  • the tube 307 is open as in the other examples down and has at the Inside a valve seat 309 which is closable with the valve element 308.
  • Valve member 308 is slidably mounted longitudinally on valve stem 302 and may be moved axially by an unillustrated actuating mechanism, regardless of movement of valve stem 302, such that a valve face 310 may be brought into abutment with valve seat 309 to close valve 330 ,
  • valve surface 310 of the valve member 308 is lifted by the actuating mechanism of the valve seat 309.
  • the valve element 308 is approximated to the valve seat 309.
  • the valve face 310 is brought into abutment against the valve seat 309 when a predetermined opening degree of the exhaust valve is exceeded.
  • the exhaust valve including the exhaust partial exhaust flow device is illustrated with a two-stroke diesel exhaust gas recirculation engine and turbocharger supercharging.
  • the application of the device according to the invention for the removal of a partial exhaust gas stream is particularly effective in this application.
  • the exhaust partial exhaust flow device may also be effectively applied to other constructions as described below with reference to FIGS Figures 7-10 being represented.
  • Fig. 7 represents an internal combustion engine, which is designed as a two-stroke diesel internal combustion engine.
  • the construction of the internal combustion engine is opposite to that of Fig. 1 unchanged.
  • the internal combustion engine has a piston 5, air inlet slots 4, a cylinder 2 and a combustion chamber 3 located in the cylinder 2.
  • an exhaust valve 1 is provided, which is formed according to the embodiments discussed above.
  • the internal combustion engine also has a turbocharger 20, which consists of a compressor 22 and a turbocharger shaft 23 and in contrast to the system of Fig. 1 a low pressure turbine 21a and a high pressure turbine 21b.
  • the line element is still with the exhaust gas removal passage 106, 206, 306th connected, however, the exhaust partial flow is used in addition to the exhaust gas recirculation or exclusively to operate the high pressure turbine 21 b of the turbocharger 20.
  • the in Fig. 1 shown exhaust gas cooler 11 omitted meaningful way.
  • the turbine it is possible to design the turbine as a two- or multi-flow turbine in which different inlet pressures are provided.
  • the main exhaust gas flow passing through the exhaust passage 7 may be introduced into a low pressure portion of the turbine 21, and the exhaust gas partial flow taken by the exhaust partial exhaust flow device having a higher pressure than the main exhaust gas flow may be supplied to the high pressure portion of the turbine 21.
  • a turbogenerator 50 is provided as an auxiliary device which can use the partial exhaust gas flow to generate electrical energy.
  • internal combustion engine corresponds to in Fig. 1 illustrated internal combustion engine.
  • a main exhaust gas flow is discharged through an outlet passage 7 and a partial exhaust gas flow via the line member 13, 14 of a turbine 51 without passage through the in Fig. 1 shown exhaust gas cooler 11 supplied.
  • the partial exhaust gas stream is expanded in the turbine 51 and discharged via the passage 54.
  • an electric generator 52 is connected via a shaft 53 in this embodiment.
  • the partial exhaust gas flow which is guided to the turbine 51, are controlled, so that the corresponding electrical power can be tapped on the generator 52.
  • any means may be provided which can be operated with the mechanical power of the turbine 51.
  • FIG. 9 Another application of the device for taking a partial exhaust gas stream is in Fig. 9 shown.
  • the structure of this alternative application of the device for the removal of the exhaust gas partial stream is similar to that of the previous application.
  • an auxiliary device is driven by the turbine 51
  • the power generated by the turbine 51 in this further application is used to assist the operation of the internal combustion engine.
  • the output shaft 53 of the turbine 51 is connected via a transmission 55 to the crankshaft of the internal combustion engine and thus able to transmit the power to the crankshaft.
  • this application may also be provided a way to either transfer the power to the crankshaft or supply the turbo-generator, which in Fig. 8 is shown.
  • a switching device is required, which can switch between the power transmission to the crankshaft and the power transmission to the generator 52.
  • the partial exhaust stream taken from the exhaust removal passage may be used to actuate a gas pressure actuated actuator 60.
  • an actuator 60 may For example, represent an actuator for actuating a valve or an adjusting mechanism of the turbocharger.
  • the actuator 60 may be provided with a control valve for actuating a piston, not shown, which is driven for example by the central control for the internal combustion engine.
  • an accumulator 70 can be switched in the flow direction in front of the actuator 60, so that on the one hand the pressure is constantly available and on the other hand pressure pulsations are reduced.
  • the internal combustion engine system can be improved so that, for example, a previously required compressed air generation or vacuum generation to actuate certain actuators is unnecessary. Overall, this improves the overall efficiency of the internal combustion engine system.
  • the present invention has been described with reference to the comparative examples and embodiments shown in the figures. While the return valve 1 is shown in the first comparative example with the annular gap sleeves 109 and 110, which are rotated by a rotational movement of the valve stem, this system can be supplemented by an actuating mechanism which is exemplified in Fig. 5 is shown.
  • the kinematic coupling of the rotational movement of the valve stem 102 of the exhaust valve 1 of the first comparative example can be provided as shown in FIG Fig. 5 is applied to the exhaust gas removal valve 230.
  • the throttle valve may be provided in the exhaust passage 7, which is kinematically coupled to the camshaft, as in FIG Fig. 5 already shown, or is actuated by a separate actuating mechanism.
  • the present invention relates to a device on an exhaust valve 1, which is described in application to a two-stroke diesel internal combustion engine.
  • the exhaust valve 1 of the present invention is applicable to any internal combustion engine having an exhaust valve.
  • this exhaust valve may be used in a four-stroke internal combustion engine.
  • the advantages of applying the exhaust valve 1 to a four-stroke internal combustion engine are particularly excellent when using a turbocharger 20 or a compressor for pressure charging the intake air.
  • exhaust valve 1 may be applied to a two-stroke internal combustion engine which is not operated with diesel fuel but with gas, gasoline or other fuel.
  • a pressure sensor may be provided which controls the respective valves 130, 230, 330 so that the pressure of the exhaust gas partial stream is maintained at an optimally high value can.
  • a variable control of the valve 130, 230, 330 is advantageous, which is then actuated on the basis of the pressure measured by the sensor.
  • the exhaust valve 1 is shown mounted on the cylinder head of the internal combustion engine. In this case, a single outlet valve 1 is shown on the internal combustion engine for the combustion chamber 3.
  • a plurality of exhaust valves may be provided for each combustion chamber having the construction of the above-described embodiments and comparative examples.
  • the further exhaust valves may then have an ordinary construction without the exhaust gas extraction device.
  • the operation of the exhaust valve 1, in particular in Fig. 5 is shown via a camshaft 208e
  • the operation of the exhaust valve 1 can be done in any way.
  • an electromagnetic, hydraulic, pneumatic or other type of operation is possible.
  • the kinematic links between the throttle valve 215 and the exhaust gas removal valve 230 shown via a mechanical coupling.
  • This mechanical coupling can be replaced by actuators actuated by the central control of the engine control system.
  • the actuators may be electromagnetic, hydraulic, pneumatic or other type elements.
  • the entrance area in the embodiments and the comparative examples is shown coaxially disposed around the valve stem of the exhaust valve, the entrance area may also be disposed adjacent to the valve stem. Decisive here are the actual flow conditions behind the opening exhaust valve. It is conceivable, for example, that a strongly curved channel is arranged around the valve stem, so that the flow velocity of the exhaust gas radially at a distance from the valve stem shows peaks or has high averaged values.
  • Essential to the invention is the arrangement of the entrance area in the area with particularly high flow rates independent of the arrangement with respect to the other elements of the outlet valve.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Brennkraftmaschine mit dieser Vorrichtung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms aus einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine sowie auf eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem.
  • Bei Verbrennungsmotoren wird zur Verringerung der Menge an Stickoxidemissionen (NOx-Emissionen) eine Abgasrezirkulation verwendet. Die Abgasrezirkulation beinhaltet eine Entnahme eines Abgasteilstroms aus einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine und eine Rückführung dieses Teilstroms in den Einlassdurchgang der Brennkraftmaschine. Das in den Einlass der Brennkraftmaschine eingeleitete Abgas wirkt als inertes Gas, welches die Oxidation von Stickstoff zu Stickoxiden vermindert.
  • Zum Erzielen einer Strömung des Abgasteilstroms müssen bestimmte Druckverhältnisse vorliegen. Insbesondere ist eine grundlegende Bedingung, dass der Druck des Abgasteilstroms an der Position des Einlasses zumindest genauso groß wie der Druck der im Einlassdurchgang strömenden Luft ist. Zur Überwindung von Strömungswiderständen und zur Verbesserung des Ansprechverhaltens der Regelung der Abgasrückführung sollte der Druck des Abgasteilstroms jedoch um ein gewisses Ausmaß höher als derjenige im Einlassdurchgang sein.
  • Bei Brennkraftmaschinen, die als Saugmotoren bezeichnet werden, ist der Druck im Einlassdurchgang gegenüber dem Umgebungsdruck verringert. Ferner ist der Druck des Abgases am Auslassdurchgang gegenüber dem Umgebungsdruck erhöht. Somit kann bei den genannten Saugmotoren durch Herstellen einer Verbindung und Steuern eines Ventils in dieser Verbindung der Abgasteilstrom in den Einlassdurchgang eingeleitet werden.
  • Es sind jedoch Brennkraftmaschinensysteme bekannt, bei denen der Druck im Einlassdurchgang gegenüber dem Umgebungsdruck erhöht wird. Diese Brennkraftmaschinen umfassen beispielsweise Zweitaktbrennkraftmaschinen, insbesondere Zweitaktdieselbrennkraftmaschinen sowie alle mit Hilfe eines Turboladers oder Kompressors aufgeladenen Brennkraftmaschinen. Bei solchen Brennkraftmaschinen ergibt sich ein Druckverhältnis zwischen dem Druck am Einlassdurchgang und dem Druck am Auslassdurchgang, das eine auf der Druckdifferenz basierende Strömung vom Auslassdurchgang zum Einlassdurchgang unmöglich macht. Hierzu sind nach dem Stand der Technik verschiedene Technologien zum Einleiten des Abgasteilstroms in den Einlassdurchgang bekannt. Insbesondere werden Gebläse bzw. Verdichter eingesetzt, um den Druck des Abgasteilstroms über denjenigen im Einlassdurchgang zu erhöhen.
  • Im Stand der Technik nach US-A 3 579 981 ist ein Auslassventil einer Brennkraftmaschine offenbart, bei dem der Abgasstrom in Abhängigkeit von Strömungsverhältnissen hinter einem Ventilteller aufgeteilt werden kann. Mit dieser Vorrichtung sollen Ruß beladene Abgasanteile von weniger beladenen Anteilen getrennt werden.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms aus einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der der Abgasteilstrom mit einfachen Mitteln in den Einlassdurchgang einer Brennkraftmaschine eingeleitet werden kann. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem zu schaffen, die mit einfachen Mitteln die Problematik der vorstehend angegebenen ungünstigen Druckverhältnisse von Auslassdurchgang und Einlassdurchgang überwinden kann. Außerdem ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die die Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms vorteilhaft nutzt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms aus einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms aus einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit einer in die Abgasleitung mündenden Teilabgasleitung zur Verfügung gestellt, deren Eingangsbereich im Wesentlichen entgegengesetzt zum Abgasstrom angeordnet ist, so dass der Abgasteilstrom unter Ausnutzung des dynamischen Drucks des Abgasstroms in die Öffnung der Teilabgasleitung eintreten kann, wobei die Vorrichtung die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Eingangsbereich in einem Teilquerschnittsbereich der Abgasleitung angeordnet, in dem zumindest in einem vorbestimmten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine eine über den Teilquerschnitt gemittelte Strömungsgeschwindigkeit des Abgasstroms höher als eine über den Gesamtquerschnitt gemittelte Strömungsgeschwindigkeit des gesamten Abgasstroms ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Eingangsbereich der Teilabgasleitung in Strömungsrichtung unmittelbar nach einem Strömungssteuerorgan angeordnet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Eingangsbereich in einem Bereich der Abgasleitung angeordnet, in dem bezogen auf den Gesamtquerschnitt der Abgasleitung zumindest in einem vorbestimmten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine Strömungsgeschwindigkeitsspitzen im Verlauf eines Öffnungsvorgangs des Strömungssteuerorgans auftreten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Druck in der Teilabgasleitung bei Entnahme des Teilabgasstroms zumindest in einem vorbestimmten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine höher als der Druck in der Abgasleitung ohne Entnahme des Teilabgasstroms.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Strömungssteuerorgan ein Auslassventil der Brennkraftmaschine.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Strömungssteuerorgan als Tellerventil mit einem Ventilteller und einem Ventilschaft ausgebildet, wobei der Ventilschaft von dem Eingangsbereich der Teilabgasleitung umgriffen ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Teilabgasleitung und/oder der Eingangsbereich der Teilabgasleitung koaxial in der Abgasleitung angeordnet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung bildet eine innere Kontur der Teilabgasleitung im Bereich des Eingangsbereichs einen Diffusor.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Teilabgasleitung im Bereich des Eingangsbereichs als Staurohr ausgebildet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Teilabgasleitung mit einer Strömungssteuereinrichtung versehen, mit der die Strömung in der Teilabgasleitung gesteuert wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Strömung in der Teilabgasleitung durch die Strömungssteuereinrichtung in Abhängigkeit von der Strömungscharakteristik in der Abgasleitung und/oder von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine gesteuert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Strömungssteuereinrichtung ein in der Teilabgasleitung vorgesehenes Ventil, das betätigt wird, um die Strömung zwischen der Teilabgasleitung und der Abgasleitung zuzulassen und zu unterbinden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Strömungssteuereinrichtung ein Tellerventil.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Strömungssteuereinrichtung aus einem am Eingangsbereich der Teilabgasleitung vorgesehenen Ventilsitz und einem koaxial zum Ventilschaft des Strömungssteuerorgans verschiebbaren Ventilkörper aufgebaut, wobei der Ventilkörper in Anlage an den Ventilsitz gebracht und von diesem abgehoben werden kann, um den Eingangsbereich der Teilabgasleitung zu schließen bzw. zu öffnen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Ventilkörper in Strömungsrichtung des Teilabgasstroms hinter dem Eingangsbereich der Teilabgasleitung gelegen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Strömungssteuereinrichtung synchron mit der Betätigung des Auslassventils betätigbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der Abgasleitung ein durch ein Drosselventilstellglied verstellbares Drosselventil vorgesehen, mit dem ein Gegendruck in der Abgasleitung einstellbar ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Drosselventilstellglied als Nockenmechanismus ausgebildet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das Drosselventilstellglied und ein für die Strömungssteuereinrichtung vorgesehenes Stellglied kinematisch miteinander gekoppelt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Strömungssteuereinrichtung in vorbestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, insbesondere bei Unterschreiten einer Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine, geschlossen gehalten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der Teilabgasleitung ein Rückschlagventil vorgesehen, das eine Rückströmung zum Eingangsbereich der Teilabgasleitung verhindert.
  • Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung nach dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt, deren Teilabgasleitung eine direkt oder indirekt mit mindestens einem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine verbundene Abgasrezirkulationsleitung darstellt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Brennkraftmaschine eine Zweitakt-DieselBrennkraftmaschine mit Spülluftgebläse und/oder Turboaufladung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Brennkraftmaschine eine Viertaktbrennkraftmaschine mit Turboaufladung.
  • Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung nach dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt, wobei die Teilabgasleitung mit einer Turbine eines Turboladers und/oder einer Hilfseinrichtung verbunden ist, so dass der Turbolader und/oder die Hilfseinrichtung zumindest teilweise mit dem Teilabgasstrom betrieben werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bei der Brennkraftmaschine gemäß dem dritten Gesichtpunkt der Erfindung die Hilfseinrichtung wahlweise die durch die Turbine erzeugte Leistung der Brennkraftmaschine zuführen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bei der Brennkraftmaschine gemäß dem dritten Gesichtpunkt der Erfindung die Turbine die Leistung über ein Getriebe der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zuführen.
  • Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung nach dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt, die ferner mit einem druckbetätigten Stellglied versehen ist, das mit dem durch die Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms entnommenen Teilabgasstrom betreibbar ist.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen auf der Grundlage der folgenden Zeichnungen näher erläutert, die verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen.
  • Fig. 1 zeigt ein Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine, auf das die Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms gemäß der Erfindung anwendbar ist.
  • Fig. 2 stellt ein Auslassventil in leicht geöffneter Stellung mit direkt gekoppeltem Ringschieber gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel dar, das auf das Abgasrückführsystem von Fig. 1 anwendbar ist.
  • Fig. 3 stellt das Auslassventil in vollständig geöffneter Stellung mit direkt gekoppeltem Ringschieber gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel dar, das auf das Abgasrückführsystem von Fig. 1 anwendbar ist.
  • Fig. 4 zeigt eine Abwicklung des Ringschiebers dar, der in dem ersten Vergleichsbeispiel verwendet wird.
  • Fig. 5 zeigt ein Auslassventil mit einer Kopplung des Auslassventilantriebs mit einer Drosselvorrichtung im Auslasskanal und einem gesteuerten Entnahmeventil zur Abgasrückführung gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel, das auf das Abgasrückführsystem von Fig. 1 anwendbar ist.
  • Fig. 6 zeigt ein Auslassventil mit koaxialer Anordnung des Entnahmeventils im Auslasskanal gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das auf das Abgasrückführsystem von Fig. 1 anwendbar ist.
  • Fig. 7 zeigt ein gegenüber demjenigen von Fig. 1 abgewandeltes Brennkraftmaschinensystem, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Niederdruckturbine eingesetzt wird.
  • Fig. 8 zeigt ein gegenüber demjenigen von Fig. 1 abgewandeltes Brennkraftmaschinensystem, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Hilfseinrichtung eingesetzt wird.
  • Fig. 9 zeigt ein gegenüber demjenigen von Fig. 1 abgewandeltes Brennkraftmaschinensystem, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antrieben einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eingesetzt wird.
  • Fig. 10 zeigt ein gegenüber demjenigen von Fig. 1 abgewandeltes Brennkraftmaschinensystem, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben eines druckbetätigten Stellglieds eingesetzt wird.
    • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiele, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind, unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Beschreibung der Ausführungsbeispiele dazu dienen soll, konkrete Ausführungsformen der in den Ansprüchen definierten Erfindung näher zu beschreiben. Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können sinnvoll miteinander kombiniert werden, so dass weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für den Fachmann offensichtlich sind, die innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche liegen.
    • ERLÄUTERUNG DES ABGASRÜCKFÜHRSYSTEMS
  • Fig. 1 stellt schematisch ein Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine dar. Das Abgasrückführsystem von Fig. 1 ist beispielhaft auf einen Zweitaktdieselverbrennungsmotor mit Turboaufladung angewendet.
  • Die hier dargestellte Brennkraftmaschine weist einen Zylinder 2 und einen Kolben 5 auf, durch den eine Brennkammer 3 begrenzt wird. Durch die Bewegung des Kolbens 5 innerhalb des Zylinders 2 ist das Arbeitsvolumen der Brennkammer 3 variabel.
  • Der Kolben 5 ist mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle über eine nicht dargestellte Kolbenstange verbunden. Die Bewegung des Kolbens 5 innerhalb des Zylinders 2 wird in bekannter Weise in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt. Durch Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs entstehende mechanische Leistung wird über die Kurbelwelle entnommen.
  • Im unteren Bereich des Zylinders 2 sind Lufteinlassschlitze 4 vorgesehen, die im Betrieb der Brennkraftmaschine vom Kolben 5 überstrichen werden. Auf diese Weise werden die Lufteinlassschlitze 4 des Zylinders 2 als Einlassventile gesteuert. Sobald der Kolben 5 eine vorbestimmte untere Stellung erreicht hat, werden die Lufteinlassschlitze nämlich geöffnet, so dass Luft bzw. ein Luft-Abgas-Gemisch in den Zylinder eingeführt werden kann.
  • Ein nicht dargestelltes Einspritzventil ist so am Zylinder angeordnet, dass durch dieses Kraftstoff in die Brennkammer 3 eingeleitet werden kann. Alternativ können auch mehrere Einspritzventile mit gleichen oder unterschiedlichen Eigenschaften oder Ansteuerungen vorgesehen werden.
  • An der Oberseite des Zylinders ist ein Auslassventil 1 vorgesehen. Dieses Auslassventil 1 ist als Tellerventil ausgebildet und in den Figuren 2 - 5 genauer dargestellt. Obwohl in den Ausführungsbeispielen ein Auslassventil dargestellt ist, können auch mehrere Auslassventile mit dem erfindungsgemäßen Aufbau vorgesehen werden. Alternativ kann auch ein oder mehrere herkömmliche Auslassventile zusätzlich zu dem einen oder den mehreren erfindungsgemäßen Auslassventilen vorgesehen werden.
  • Die Brennkraftmaschine weist ferner eine Einlasssammeleinrichtung in der Gestalt eines Einlasssammelrohrs 8 und eine Auslasssammeleinrichtung in der Gestalt eines Auslasssammelrohrs 9 auf. Das Einlasssammelrohr 8 ist über einen Einlassdurchgang 6 mit den Lufteinlassschlitzen 4 verbunden. Das Auslasssammelrohr 9 ist über einen Auslassdurchgang 7 mit dem Auslassventil 1 verbunden, so dass die Brennkammer 3 bei geöffnetem Auslassventil 1 über den Auslassdurchgang 7 mit dem Auslasssammelrohr 9 in Verbindung steht.
  • Abgas im Auslasssammelrohr 9 wird in dem hier dargestellten Beispiel über ein Abgasleitungselement 24 einem Turbolader 20 zugeführt. Der Turbolader 20 funktioniert in bekannter Weise, so dass mit Hilfe der Abgasenergie der Druck am Einlass der Kraftmaschine erhöht werden kann. Der Turbolader 20 weist eine Turbine 21, einen Verdichter 22 sowie eine Turboladerwelle 23 auf, die die Turbine 21 und den Verdichter 22 verbindet. Abgas mit einem bestimmten Druck, der über dem Umgebungsdruck liegt, wird über das Abgasleitungselement 24 der Turbine 21 zugeführt. In der Turbine 21 wird das Abgas entspannt, so dass die enthaltene Energie auf die Turboladerwelle 23 übertragen wird. Das entspannte Abgas wird über ein Abgasleitungselement 27 ausgestoßen.
  • Die an der Turboladerwelle 23 anstehende Leistung wird verwendet, um den Verdichter 22 zu betreiben. Dieser verdichtet über das Einlassleitungselement 26 eingeführte Einlassluft und stößt die verdichtete Einlassluft über ein Einlassleitungselement 25 aus.
  • Ein Ladeluftkühler 28 ist vorgesehen, um die mit Druck beaufschlagte Einlassluft zu kühlen, deren Temperatur durch den Kompressionsvorgang erhöht wurde. Dadurch wird eine Verbesserung des Füllgrads der Brennkraftmaschine erzielt. Die abgekühlte Einlassluft wird durch ein Einlassleitungselement 29 und ein Einlassleitungselement 17 dem Einlasssammelrohr 8 zugeführt.
  • Wie vorstehend angegeben ist, wird der Druck am Einlass der Brennkraftmaschine durch den Turbolader 20 erhöht. Der Druck kann jedoch auch ohne einen Turbolader 20 durch Verwendung eines nicht dargestellten Gebläses erhöht werden, welches durch einen Elektromotor oder die an der Kurbelwelle anliegende Leistung angetrieben wird. In jedem Fall ist bei diesem Zweitaktdieselverbrennungsmotor der Druck am Einlass, insbesondere an den Lufteinlassschlitzen 4 gegenüber dem Umgebungsdruck erhöht, so dass sich ein guter Spülwirkungsgrad ergibt, so dass das verbrannte Gemisch ausreichend durch Frischluft/Frischgas ersetzt werden kann.
  • Das Abgasrückführsystem für die Brennkraftmaschine weist eine Abgasrückführleitung auf, die aus Abgasteilstromleitungselementen 12, 13, 14 und 16 besteht. Im Bereich des Auslassventils 1 wird ein Abgasteilstrom entnommen und in das Abgasteilstromleitungselement 12 eingeleitet. Stromabwärts des Abgasteilstromleitungselements 12 ist ein Rezirkulationsgassammelrohr 10 vorgesehen. Von diesem Sammelrohr führt das Abgasteilstromleitungselement 13 zu einem Rückführgaskühler 11, der das rückgeführte Abgas kühlt. Das Rückführgas wird durch das Abgasteilstromleitungselement 14 zu einem Rückschlagventil 15 geführt, welches verhindert, dass das Rückführgas in die Richtung des Auslassventils zurückströmt. Es ist anzumerken, dass das Rückschlagventil 15 nicht zwingend erforderlich ist und weggelassen werden kann.
  • Von dem Rückschlagventil 15 wird das Rückführgas über das Abgasteilstromleitungselement 16 zu einem Verbindungspunkt zwischen den Einlassleitungselementen 17 und 29 geführt, die das verdichtete Einlassgas zu dem Einlasssammelrohr 8 führen.
  • Zusätzlich oder alternativ zu dem Rückschlagventil 15 kann ein Rückschlagventil 15a in dem Abgasteilstromleitungselement 12 vor dem Rezirkulationsgassammelrohr 10 vorgesehen werden. Dieses Rückschlagventil 15a wird vorzugsweise bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern verwendet, um ein Rückströmen des in einem Zylinder entnommenen Abgasteilstroms durch das Rezirkulationssammelrohr 10 in einen anderen Zylinder zu verhindern. Es ist anzumerken, dass das Rückschlagventil 15a ebenfalls nicht zwingend erforderlich ist und insbesondere bei einer Brennkraftmaschine mit nur einem Zylinder weggelassen werden kann.
  • Außerdem kann sowohl das Rückschlagventil 15 als auch das Rückschlagventil 15a durch ein aktiv angesteuertes Ventil ersetzt werden, das beispielsweise durch ein mechanisches oder elektromagnetisches Stellglied mit einer optimierten Zeitabstimmung betätigt werden kann.
  • Unter Verwendung der nachstehend näher erläuterten erfindungsgemäßen Abgasentnahmevorrichtung ist der Druck des Abgases, das in dem Abgasteilstromleitungselement 16 an dem vorstehend genannten Verbindungspunkt zwischen den Einlassleitungselementen 17 und 29 eingeleitet wird, höher als der Druck des Einlassgases, das in dem Einlassleitungselement 29 zum Verbindungspunkt geleitet wird. Somit kann der am Auslassventil 1 entnommene Abgasteilstrom in das Einlasssammelrohr 8 der Brennkraftmaschine eingeleitet werden.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele des Auslassventils 1 dargestellt, das eine Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms aus der Abgasleitung der Brennkraftmaschine aufweist. Die spezielle Ausgestaltung dieser Vorrichtung Entnahme des Abgasteilstroms ermöglicht die Einleitung des Abgasteilstroms in das Einlasssammelrohr 8 des in Fig. 1 dargestellten Systems, wie vorstehend erläutert ist.
  • Ferner ist diese Vorrichtung zur Entnahme des Abgasteilstroms auf die in den Figuren 7-10 dargestellten Brennkraftmaschinensysteme anwendbar.
    • ERSTES VERGLEICHSBEISPIEL
  • Fig. 2 zeigt das Auslassventil in leicht geöffneter Stellung mit direkt gekoppeltem Ringschieber gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel, das auf das Abgasrückführsystem von Fig. 1 anwendbar ist.
  • Das Auslassventil 1 ist ein sogenanntes Tellerventil, das einen Ventilteller 101 und einen Ventilschaft 102 aufweist. Der Ventilschaft 102 ist in einer Lagerbuchse 103 translatorisch und rotatorisch bewegbar gelagert. Die Lagerbuchse 103 ist in eine Bohrung in einen Zylinderkopf 111 beispielsweise durch Einpressen eingebracht.
  • Der kreisförmige Ventilteller 101 wirkt mit einem Ventilsitz 104 so zusammen, dass bei Anlage des Ventiltellers 101 am Ventilsitz 104 eine Strömung durch das Auslassventil 1, insbesondere durch einen radialen Spalt zwischen dem Ventilteller 101 und dem Ventilsitz 104 unterbunden wird und das Auslassventil 1 geschlossen ist.
  • Zum Öffnen des Auslassventils 1 wird der Ventilschaft 102 mit einem nicht dargestellten Betätigungsmechanismus, wie z.B. einer Nockenwelle mit Tassenstößeln, Kipphebeln oder einer Hydraulikeinrichtung axial betätigt, so dass der Ventilteller 101 sich vom Ventilsitz 104 gegen die Vorspannung durch eine nicht dargestellte Ventilfeder, wie z.B. eine Luftfeder abhebt. Die Betätigung des Auslassventils 1 kann jedoch auf jede beliebige Art erfolgen, solange die eigentliche Funktion des Auslassventils 1 gewährleistet ist. Abgas in der Brennkammer 3 kann so durch den sich ergebenden Ringspalt zwischen dem Ventilteller 101 und dem Ventilsitz 104 strömen. In dieser Stellung ist das Auslassventil geöffnet.
  • Im Zylinderkopf 111 ist angrenzend an den Ventilsitz 104 eine Auslasskammer 105 vorgesehen. Diese Auslasskammer 105 stellt einen Raum zur Verfügung, durch den das durch das geöffnete Auslassventil 1 strömende Abgas hindurch treten kann. Die Auslasskammer 105 ist mit einem in Fig. 1 dargestellten Auslassdurchgang 7 verbunden. Somit kann bei geöffnetem Auslassventil 1 das Abgas durch die Auslasskammer 105 in den Auslassdurchgang 7 eintreten.
  • Im Folgenden wird die besondere Ausgestaltung des Auslassventils 1 beschrieben, die die Entnahme des Abgasteilstroms ermöglicht. Koaxial um den Ventilschaft 102 angeordnet ist ein Abgasentnahmedurchgang 106 vorgesehen. Dieser Abgasentnahmedurchgang 106 weist einen Ringspalt 120 auf, der zwischen einem äußeren koaxialen Element 112 und einem inneren koaxialen Element 113 des Zylinderkopfs 111 gebildet wird. Das innere koaxiale Element 113 ist gleichzeitig zum Stützen der Lagerbuchse 103 für den Ventilschaft 102 vorgesehen. Der zwischen den Elementen 112 und 113 gebildete Ringspalt 120 setzt sich in den Abgasentnahmedurchgang 106 fort. Am unteren Ende, insbesondere dem Ende der Elemente 112 und 113, die zu dem Ventilteller 101 weisen, ist ein Tubus 107 vorgesehen. Dieser Tubus 107 ist an dem äußeren koaxialen Element 112 angebracht, so dass der Tubus 107 eine axiale Verlängerung des koaxialen Elements 112 und gleichzeitig den Eingangsbereich des Abgasentnahmedurchgangs 106 bildet. Am unteren Ende des Tubus 107 ist ein Drehschieberventil 130 gebildet, welches einen Spalt zwischen dem Tubus 107 und dem äußeren Umfang des Ventilschafts 102 öffnen und schließen kann. Dieses Drehschieberventil 130 wird im Folgenden genauer beschrieben.
  • An dem Ventilschaft 102 ist in dem Bereich des unteren Endes des Tubus 107 ein Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser vorgesehen, der im Folgenden als Betätigungsabschnitt 108 bezeichnet wird. An diesem Betätigungsabschnitt 108 ist eine innere Ringspalthülse 110 befestigt. Axial außerhalb des Betätigungsabschnitts 108 ist eine äußere Ringspalthülse 109 vorgesehen, die an dem inneren koaxialen Element 113 angebracht ist. Die innere Ringspalthülse 110 kann mit dem Ventilschaft 102 gegenüber der äußeren Ringspalthülse 110 verdreht werden.
  • Fig. 4 zeigt eine Abwicklung der äußeren Ringspalthülse 109 und der inneren Ringspalthülse 110 in Draufsicht und Schnittansicht. Hierbei wird die Konstruktion der Hülsen mit übereinander liegenden und relativ zueinander verschiebbaren Schlitzen erkennbar, deren Funktion im Folgenden näher erläutert wird.
  • Dabei wird die Drehbarkeit, und insbesondere die gezielte Verdrehung des Ventilschafts 102 durch einen hierfür vorgesehenen Mechanismus genutzt, der bei solchen Brennkraftmaschinen schon vorgesehen ist, um ein Einlaufen der Ventilsitze zu vermindern und die Schmierung der Ventilschäfte zu verbessern.
  • Die Ringspalthülsen 110 und 109 weisen komplementäre Schlitze bzw. Öffnungen auf, die einen Durchgang von Abgas ermöglichen, wenn die Schlitze bzw. Öffnungen beider Ringspalthülsen 110 und 109 übereinander liegen. Bei Verdrehung der Ringspalthülsen 110 und 109 wird der Durchgang unterbrochen.
  • Somit ist im Ringspalt zwischen dem Tubus 107 und der dem Ventilschaft 102 ein Drehschieberventil 130 ausgebildet, das mit der Verdrehung des Ventilschafts 102 geöffnet und geschlossen werden kann.
  • Die Funktion des Auslassventils 1 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 - 4 näher beschrieben.
  • Am Ende des Verbrennungstakts des Zweitaktdieselverbrennungsmotors wird in bekannter Weise das Auslassventil 1 geöffnet, so dass das Abgas aus der Brennkammer 3 über die Auslasskammer 105 und den Auslassdurchgang 7 ausgestoßen werden kann. Diese Stellung ist in Fig. 1 gezeigt. Kurz vor dem Öffnen des Auslassventils 1 befindet sich die Brennkammer 3 noch auf einem relativ hohen Druck, so dass durch das geringfügige Öffnen des Auslassventils 1 durch Abheben des Ventiltellers 101 von dem Ventilsitz 104 Abgas mit hoher Geschwindigkeit durch den sich ergebenden engen Ringspalt strömt.
  • In Fig. 2 ist die Strömung durch den Ringspalt des Ventils 1 kurz nach dem Abheben des Ventiltellers 101 vom Ventilsitz 104 schematisch dargestellt. Hierbei ist erkennbar, dass die Strömung des Abgases durch den Ringspalt des Ventils 1 radial nach innen in Richtung auf den Ventilschaft 102 verläuft. Die Konzentration der Stromlinien bedeutet unter Berücksichtigung der Kontinuitätsgleichung eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit, wohingegen im radial äußeren Bereich die Strömungsgeschwindigkeit gering ist.
  • In dieser Situation, nämlich kurz nach dem Öffnen des Auslassventils 1 bzw. mit noch geringfügiger Öffnungsstellung des Auslassventils 1 strömt das Abgas in die Auslasskammer 105 und trifft auf die untere Öffnung zwischen dem Ventilschaft und dem Tubus 107, nämlich auf den Eingangsbereich des Abgasentnahmedurchgangs 106. Dabei wird in einer optimierten Zeitabstimmung durch Verdrehen des Auslassventils 1 der Ringschieber 130 geöffnet, so dass das Abgas in den Ringspalt zwischen Ventilschaft 102 und Tubus 107 eintreten kann. Durch die hohe Geschwindigkeit bei geringfügiger Öffnung des Auslassventils 1 tritt das Abgas bei geöffnetem Ringschieber 130 ohne Schwierigkeiten in den Ringspalt ein. Dabei wird der dynamische Druck des Abgases verwendet, so dass sich in dem Abgasentnahmedurchgang 106 nach Beruhigung der Strömung ein erhöhter Gesamtdruck des Abgases ergibt.
  • Hierbei ergibt sich die Erhöhung des Gesamtdrucks aus der Nutzung des dynamischen Drucks des Abgases aufgrund seiner hohen Strömungsgeschwindigkeit. Die spezielle Anordnung des Eingangsbereichs des Abgasentnahmedurchgangs 106 in einem Teilquerschnittsbereich der Auslasskammer 105, in dem die über den Teilquerschnitt gemittelte Strömungsgeschwindigkeit des Abgases höher als eine über den Gesamtquerschnitt der Auslasskammer 105 gemittelte Strömungsgeschwindigkeit ist, bewirkt eine Erhöhung des Gesamtdrucks des Abgases, der als Abgasteilstrom entnommen werden kann.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Eingangsbereich des Abgasentnahmedurchgangs 106 nur in dem Zeitintervall geöffnet wird, in dem eine Erhöhung des Gesamtdrucks mithilfe des dynamischen Drucks überhaupt möglich ist. Hierbei hat sich herausgestellt, dass bei geringfügig geöffnetem Auslassventil 1, d.h. bei Beginn der Ausströmung des Abgases aus dem Ringspalt zwischen dem Ventilteller 101 und dem Ventilsitz 104 die oben angegebenen gemittelten Druckverhältnisse in den Querschnittsbereichen in der Auslasskammer 105 eine Erhöhung des Gesamtdrucks im Abgasentnahmedurchgang 106 ermöglichen. Daher wird nur in diesem Zeitintervall der Ringschieber 130 geöffnet und ansonsten geschlossen gehalten, wie im Folgenden diskutiert wird.
  • In Fig. 3 ist das Auslassventil 1 in geöffneter Stellung dargestellt. Dabei ist der Ringspalt zwischen dem Ventilteller 101 und dem Ventilsitz 104 vergrößert, so dass die Strömungsgeschwindigkeit einerseits aufgrund des großen Querschnitts des Ringspalts, andererseits aufgrund der bereits vorher stattgefundenen Entspannung des Abgases in der Brennkammer verringert ist, wie durch die schematisch dargestellten Stromlinien deutlich wird. In dieser Situation kann der dynamische Druck des Abgases den Gesamtdruck in dem Abgasentnahmedurchgang nicht erhöhen. Daher ist in dieser Stellung durch Verdrehen des Ventilschafts der Ringschieber geschlossen und tritt der Hauptteil des Abgases durch den Auslassdurchgang 7 aus.
  • Durch Optimieren der Größenverhältnisse der Ringspalte sowie der Zeitabstimmungen der Ventilöffnung und der Betätigung des Ringspalts durch Verdrehen des Ventilschafts 102 wird somit der Gesamtdruck in dem Abgasentnahmedurchgang 106 soweit erhöht, dass die Einleitung des Abgasteilstroms in den Einlasssammeldurchgang 8 möglich ist, da die ausreichende Druckdifferenz bezüglich des Drucks in dem Einlasssammelrohr 8 vorhanden ist.
    • ZWEITES VERGLEICHSBEISPIEL
  • Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Auslassventils 1 mit Kopplung des Ventilantriebs mit einer Drosselvorrichtung im Auslassdurchgang 7 und einem gesteuerten Entnahmeventil zur Abgasrückführung gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel.
  • Das Auslassventil 1 gemäß dem vorliegenden zweiten Vergleichsbeispiel weist einen Ventilteller 201 und einen Ventilschaft 202 auf. Ebenso ist bei dem Auslassventil 1 des zweiten Vergleichsbeispiel ein Tubus 207 vorgesehen, der in Fig. 5 lediglich schematisch dargestellt ist. Die Lagerung des Ventilschafts 202 sowie die koaxiale Anordnung von inneren und äußeren koaxialen Elementen des Zylinderkopfs 211 sind ähnlich wie im ersten Vergleichsbeispiel ausgeführt.
  • Der Unterschied zum ersten Vergleichsbeispiel liegt in der Steuerung der Abgasströmung durch den Abgasentnahmedurchgang 206.
  • Stromabwärts des Ringspalts zwischen Ventilschaft 202 und Tubus 207, durch den der Abgasteilstrom in den Tubus 207 eintritt, ist ein Tellerventil 230 vorgesehen, das einen Ventilteller 209 und einen Ventilsitz 210 aufweist, der am Abgasentnahmedurchgang 206 vorgesehen ist. Der Ventilteller 209 kann mit Hilfe einer Feder 208b gegen den Ventilsitz 210 gepresst werden, so dass der Abgasentnahmedurchgang 206 verschlossen wird. Ein Kipphebel 208a ist vorgesehen, der mit einem Ventilschaft 209a des Entnahmeventils 230 verknüpft ist.
  • Somit kann durch den Kipphebel 208a der Ventilteller 209 von dem Ventilsitz 210 abgehoben werden, so dass die Verbindung zwischen dem Abgasentnahmedurchgang 206 und dem in Fig. 1 gezeigten Rückführgasleitungselement 12 hergestellt wird. Der Kipphebel 208a wird mit einem Nocken 208c betätigt, der über ein Kraftübertragungselement, wie z. B. eine Kette 208d angetrieben wird. Dieses Kraftübertragungselement ist mit der Nockenwelle 208e der Brennkraftmaschine, die die das Auslassventil 1 betätigt, entweder direkt oder über einen weiteren Getriebemechanismus verbunden, so dass das Abgasentnahmeventil 230 übereinstimmend mit dem Betrieb der Nockenwelle 208e geöffnet und geschlossen wird.
  • Die Betriebsweise des Auslassventils 1 des zweiten Vergleichsbeispiels ist derjenigen des ersten Vergleichsbeispiels ähnlich. Bei geringfügiger Öffnung des Auslassventils 1, wenn ein geringfügiger Ringspalt zwischen dem Ventilteller 201 und dem Ventilsitz 204 vorhanden ist, strömt das Abgas mit hoher Geschwindigkeit in den Tubus 207 ein, wobei in diesem Fall das Abgasentnahmeventil 230 durch mit der Nockenwelle 208e gekoppelte Betätigung geöffnet wird. Bei weitergehender Öffnung des Auslassventils 1 wird das Abgasentnahmeventil 230 wiederum geschlossen, so dass der erhöhte dynamische Druck bei geringfügiger Öffnung des Auslassventils 1 im Auslasstakt der Brennkraftmaschine zur Erhöhung des Gesamtdrucks in dem Abgasentnahmedurchgang 206 verwendet werden kann. Ferner wird durch Schließen des Abgasentnahmeventils 230 eine Rückströmung des Abgasteilstroms verhindert.
  • Im Folgenden wird eine Weiterbildung des zweiten Vergleichsbeispiels beschrieben.
  • Gemäß dieser Weiterbildung ist das in Fig. 5 dargestellte Drosselventil 215 vorgesehen. Dieses Drosselventil 215 ist in dieser Weiterbildung als Klappenventil ausgebildet, das innerhalb des Auslassdurchgangs 7 oder alternativ an einem anderen Ort in der Auslassleitung drehbar angeordnet ist. Ein Übertragungselement 216, wie z. B. eine Kette oder ein Riemen ist mit der Nockenwelle 208e direkt oder über einen weiteren Übertragungsmechanismus verbunden.
  • Die Betriebsweise dieser Abwandlung wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.
  • Beim Öffnen des Auslassventils 1 tritt der Abgasstrom in den Tubus 207 und in die Auslasskammer 205 ein. Kurz nach dem Öffnen des Auslassventils 1 wird in dieser Abwandlung das Drosselventil 215 geschlossen, so dass der Durchgang zwischen der Auslasskammer 205 und dem Auslassdurchgang 7 gedrosselt wird. Somit wird ein erhöhter Gegendruck in der Auslasskammer 205 gebildet, so dass mit einer optimierten Zeitabstimmung ein weitergehend erhöhter Druck in dem Tubus 207 bereitgestellt werden kann.
  • Bei weitergehender Öffnung des Auslassventils 1 wird das Drosselventil 215 in Verbindung mit der Betätigung über das Übertragungselement 216 und die Nockenwelle 208e wieder geöffnet, so dass sich ein verringerter, d. h. normaler Strömungswiderstand in dem Auslasskanal ergibt, so dass eine ausreichende Frischgasspülung vorgenommen werden kann.
    • ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben. Fig. 6 zeigt ein Auslassventil 1 mit koaxialer Anordnung des Abgasrückführventils 330 in dem Ringspalt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Das Auslassventil 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist einen Ventilteller 301, einen Ventilsitz 304 und einen Ventilschaft 302 auf. Ein Ringspalt zwischen einem äußeren koaxialen Element 312 und einem inneren koaxialen Element 313 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen. Das Tubus 307 ist wie in den anderen Beispielen nach unten offen und weist an der Innenseite einen Ventilsitz 309 auf, der mit dem Ventilelement 308 verschließbar ist. Das Ventilelement 308 ist am Ventilschaft 302 in Längsrichtung verschiebbar angebracht und kann unabhängig von der Bewegung des Ventilschafts 302 axial durch einen nicht dargestellten Betätigungsmechanismus bewegt werden, so dass eine Ventilfläche 310 in Anlage an den Ventilsitz 309 gebracht werden kann, um das Ventil 330 zu schließen.
  • Bei geringfügiger Öffnung des Auslassventils 1, nämlich bei geringfügigem Abheben des Ventiltellers 302 vom Ventilsitz 304 wird die Ventilfläche 310 des Ventilelements 308 durch den Betätigungsmechanismus vom Ventilsitz 309 abgehoben. Bei weitergehender Öffnung des Auslassventils 1, nämlich bei Vergrößerung des Ringspalts zwischen dem Ventilteller 301 und dem Ventilsitz 304 wird das Ventilelement 308 an den Ventilsitz 309 angenähert. Mit einer vorbestimmten kinematischen Abstimmung wird die Ventilfläche 310 in Anlage an den Ventilsitz 309 gebracht, wenn ein vorbestimmter Öffnungsgrad des Auslassventils überschritten wird. Somit wird bei diesem Ausführungsbeispiel mit einfachen Mitteln ermöglicht, die Abgasströmung durch den Ringspalt zwischen dem Ventilteller 301 und dem Ventilsitz 304 in den Eingangsbereich einzuleiten, wenn eine geringfügige Öffnung des Auslassventils vorliegt. Bei Vergrößerung der Öffnung des Auslassventils wird durch das Ventilelement 308 und den Ventilsitz 309, der an der Innenseite des Tubus 307 vorgesehen ist, das Abgasrückführventil 330 geschlossen, so dass das Abgas ausschließlich durch den Auslassdurchgang 7 strömt.
  • Auch mit dem Auslassventil 1 des ersten Ausführungsbeispiels wird ermöglicht, die dynamische Druckerhöhung des Abgasteilstroms durch zeitabgestimmte Öffnung des Abgasentnahmedurchgangs durch das Abgasentnahmeventil 330 durchzuführen.
    • ABWANDLUNGEN DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE UND VERGLEICHSBEISPIELE
  • In der vorstehend beschriebenen Darstellung ist das Auslassventil mit der Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms auf einen Zweitaktdieselverbrennungsmotor mit Abgasrückführung und Aufladung durch einen Turbolader dargestellt. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms ist besonders wirksam in dieser Anwendung. Jedoch kann die Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms ebenso wirksam auf andere Konstruktionen angewendet werden, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 7-10 dargestellt werden.
  • Fig. 7 stellt eine Brennkraftmaschine dar, die als Zweitaktdieselverbrennungsmotor ausgebildet ist. Die Konstruktion der Brennkraftmaschine ist gegenüber derjenigen von Fig. 1 unverändert. Insbesondere weist die Brennkraftmaschine einen Kolben 5, Lufteinlassschlitze 4, einen Zylinder 2 sowie eine im Zylinder 2 liegende Brennkammer 3 auf. Ferner ist ein Auslassventil 1 vorgesehen, das entsprechend den vorstehend diskutierten Ausführungsbeispielen ausgebildet ist. Die Brennkraftmaschine weist ebenfalls einen Turbolader 20 auf, der aus einem Verdichter 22 sowie einer Turboladerwelle 23 besteht und im Gegensatz zum System von Fig. 1 eine Niederdruckturbine 21a und eine Hochdruckturbine 21b aufweist.
  • Gemäß der vorliegenden Anwendung der Vorrichtung zur Entnahme des Abgasteilstroms ist das Leitungselement zwar nach wie vor mit dem Abgasentnahmedurchgang 106, 206, 306 verbunden, wird jedoch der Abgasteilstrom zusätzlich zur Abgasrückführung oder ausschließlich verwendet, um die Hochdruckturbine 21b des Turboladers 20 zu betreiben. Hierzu wird der in Fig. 1 gezeigte Abgaskühler 11 sinnvoller Weise weggelassen. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Turbine als zwei- oder mehrflutige Turbine auszuführen, bei der unterschiedliche Einlassdrücke vorgesehen sind. Dabei kann der Hauptabgasstrom, der durch den Auslassdurchgang 7 tritt, in einen Niederdruckabschnitt der Turbine 21 eingeleitet werden und kann der durch die Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms entnommene Abgasteilstrom, der einen gegenüber dem Hauptabgasstrom erhöhten Druck aufweist, dem Hochdruckabschnitt der Turbine 21 zugeführt werden. Mit diesem System kann der Wirkungsgrad der Turbine und damit des Gesamtsystems verbessert werden.
  • Eine weitere Anwendung der Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms ist in Fig. 8 dargestellt. Dabei ist ein Turbogenerator 50 als Hilfseinrichtung vorgesehen, die den Teilabgasstrom nutzen kann, um elektrische Energie zu erzeugen. Die in Fig. 8 dargestellte Brennkraftmaschine entspricht der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine. Insbesondere wird ein Hauptabgasstrom durch einen Auslassdurchgang 7 abgeführt und wird ein Abgasteilstrom über das Leitungselement 13, 14 einer Turbine 51 ohne Durchleitung durch den in Fig. 1 gezeigten Abgaskühler 11 zugeführt. Der Teilabgasstrom wird in der Turbine 51 entspannt und über den Durchgang 54 abgeführt. Mit der Turbine 51 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein elektrischer Generator 52 über eine Welle 53 verbunden. Durch eine nicht dargestellte Steuereinrichtung kann der Teilabgasstrom, der zu der Turbine 51 geführt wird, geregelt werden, so dass die entsprechende elektrische Leistung am Generator 52 abgegriffen werden kann.
  • Alternativ kann anstelle des elektrischen Generators 52 eine beliebige Einrichtung vorgesehen werden, die mit der mechanischen Leistung der Turbine 51 betrieben werden kann.
  • Eine weitere Anwendung der Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms ist in Fig. 9 dargestellt. Der Aufbau dieser alternativen Anwendung der Vorrichtung zur Entnahme des Abgasteilstroms ist demjenigen der vorherigen Anwendung ähnlich. Während jedoch in der vorherigen Anwendung eine Hilfseinrichtung durch die Turbine 51 angetrieben wird, wird die durch die Turbine 51 erzeugte Leistung in dieser weiteren Anwendung dazu verwendet, den Betrieb der Brennkraftmaschine zu unterstützen. Insbesondere ist die Ausgangswelle 53 der Turbine 51 über ein Getriebe 55 mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden und somit in der Lage, die Leistung auf die Kurbelwelle zu übertragen. Bei dieser Anwendung kann außerdem eine Möglichkeit vorgesehen werden, die Leistung entweder auf die Kurbelwelle zu übertragen oder dem Turbogenerator zuzuführen, der in Fig. 8 dargestellt ist. Hierzu ist eine Umschalteinrichtung erforderlich, die zwischen der Leistungsübertragung auf die Kurbelwelle und der Leistungsübertragung auf den Generator 52 umschalten kann.
  • Eine weitere Anwendung der Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms gemäß der Erfindung ist in Fig. 10 dargestellt. In dieser alternativen Anwendung der Vorrichtung zur Entnahme des Abgasteilstroms kann der Abgasteilstrom, der dem Abgasentnahmedurchgang entnommen wird, zur Betätigung eines gasdruckbetätigten Stellglieds 60 verwendet werden. Ein solches Stellglied 60 kann beispielsweise ein Stellglied zur Betätigung eines Ventils oder eines Verstellmechanismus des Turboladers darstellen. Dabei kann das Stellglied 60 mit einem Steuerventil zum Betätigen eines nicht dargestellten Kolbens versehen werden, das beispielsweise durch die Zentralsteuerung für die Brennkraftmaschine angesteuert wird. Ferner kann ein Druckspeicher 70 in Strömungsrichtung vor das Stellglied 60 geschaltet werden, so dass einerseits der Druck ständig zur Verfügung steht und andererseits Druckpulsationen verringert werden. Durch diese alternative Anwendung kann das Brennkraftmaschinensystem dahingehend verbessert werden, dass beispielsweise eine bisher erforderliche Drucklufterzeugung oder Vakuumerzeugung zur Betätigung bestimmter Stellglieder überflüssig wird. Insgesamt verbessert sich damit der Gesamtwirkungsgrad des Brennkraftmaschinensystems.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die Vergleichsbeispiele und Ausführungsbeispiele beschrieben, die in den Figuren gezeigt sind. Während das Rückführventil 1 im ersten Vergleichsbeispiel mit den Ringspalthülsen 109 und 110 gezeigt ist, die durch eine Drehbewegung des Ventilschafts verdreht werden, kann dieses System durch einen Betätigungsmechanismus ergänzt werden, der beispielhaft in Fig. 5 gezeigt ist. Insbesondere kann die kinematische Kopplung der Drehbewegung des Ventilschafts 102 des Auslassventils 1 des ersten Vergleichsbeispiel vorgesehen werden, wie sie in Fig. 5 auf das Abgasentnahmeventil 230 angewendet ist. Ferner kann bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen das Drosselventil im Auslassdurchgang 7 vorgesehen werden, das kinematisch mit der Nockenwelle gekoppelt ist, wie in Fig. 5 bereits gezeigt ist, oder durch einen separaten Betätigungsmechanismus betätig wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung an einem Auslassventil 1, das in Anwendung auf einen Zweitaktdieselverbrennungsmotor beschrieben ist. Jedoch ist das Auslassventil 1 der vorliegenden Erfindung auf jede Brennkraftmaschine anwendbar, die ein Auslassventil aufweist. Beispielsweise kann dieses Auslassventil in einer Viertaktbrennkraftmaschine verwendet werden. Die Vorteile der Anwendung des Auslassventils 1 auf eine Viertaktbrennkraftmaschine sind besonders hervorragend bei Verwendung eines Turboladers 20 oder eines Kompressors zur Druckaufladung der Einlassluft.
  • Ferner kann das Auslassventil 1 auf einen Zweitaktverbrennungsmotor angewendet werden, der nicht mit Dieselkraftstoff betrieben wird, sondern mit Gas, Benzin oder einem anderen Brennstoff.
  • An einer geeigneten Position in der Auslasskammer 105, 205, 305 oder im Abgasentnahmedurchgang 106, 206, 306 kann ein Drucksensor vorgesehen werden, der die entsprechenden Ventile 130, 230, 330 so steuert, dass der Druck des Abgasteilstroms auf einem optimal hohen Wert erhalten werden kann. Hierzu ist zumindest eine veränderliche Steuerung des Ventils 130, 230, 330 von Vorteil, die dann auf der Grundlage des vom Sensor gemessenen Druck betätigt wird.
  • In den Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen ist das Auslassventil 1 an dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine montiert dargestellt. Dabei ist an der Brennkraftmaschine für die Brennkammer 3 ein einziges Auslassventil 1 dargestellt. Jedoch können mehrere Auslassventile für jede Brennkammer vorgesehen werden, die die Konstruktion der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele aufweisen. Außerdem besteht auch die Möglichkeit, nur eines von mehreren Auslassventilen, die für eine Brennkammer vorgesehen sind, mit der Konstruktion gemäß den Ausführungsbeispielen oder Vergleichsbeispielen auszustatten. Die weiteren Auslassventile können dann einen gewöhnlichen Aufbau ohne die Abgasentnahmeeinrichtung aufweisen.
  • Während in den Vergleichsbeispielen die Betätigung des Auslassventils 1 insbesondere in Fig. 5 über eine Nockenwelle 208e dargestellt ist, kann die Betätigung des Auslassventils 1 auf jede Weise erfolgen. Insbesondere ist eine elektromagnetische, hydraulische, pneumatische oder anders geartete Betätigung möglich. Außerdem sind insbesondere in Fig. 5 die kinematischen Verknüpfungen zwischen dem Drosselventil 215 und dem Abgasentnahmeventil 230 über eine mechanische Kopplung dargestellt. Diese mechanische Kopplung kann durch Betätigungselemente ersetzt werden, die durch die zentrale Steuerung des Brennkraftmaschinenregelsystems betätigt werden. Die Betätigungselemente können elektromagnetische, hydraulische, pneumatische oder anders geartete Elemente sein.
  • Obwohl der Eingangsbereich in den Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen koaxial um den Ventilschaft des Auslassventils angeordnet dargestellt ist, kann der Eingangsbereich auch neben dem Ventilschaft angeordnet werden. Entscheidend sind dabei die tatsächlichen Strömungsverhältnisse hinter dem sich öffnenden Auslassventil. Vorstellbar ist beispielsweise, dass ein stark gekrümmter Kanal um den Ventilschaft angeordnet ist, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases radial entfernt von dem Ventilschaft Spitzenwerte zeigt bzw. hohe gemittelte Werte aufweist. Wesentlich für die Erfindung ist die Anordnung des Eingangsbereichs in dem Bereich mit besonders hohen Strömungsgeschwindigkeiten unabhängig von der Anordnung bezüglich der anderen Elemente des Auslassventils.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms aus einer Abgasleitung (305) einer Brennkraftmaschine mit einer in die Abgasleitung (305) mündenden Teilabgasleitung (306), wobei die Brennkraftmaschine ein Auslassventil (1) mit einem Ventilteller (301) und einem Ventilschaft (302) aufweist,
    wobei ein Eingangsbereich (320) der Teilabgasleitung (306) in Strömungsrichtung unmittelbar nach dem Auslassventil (1) der Brennkraftmaschine und im Wesentlichen entgegengesetzt zum Abgasstrom angeordnet ist, so dass der Abgasteilstrom unter Ausnutzung des dynamischen Drucks des Abgasstroms in den Eingangsbereich (320) der Teilabgasleitung (306) eintreten kann,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine innere Kontur der Teilabgasleitung (306) im Eingangsbereich (320) einen Diffusor bildet und die Teilabgasleitung (306) mit einer Strömungssteuereinrichtung (330) versehen ist, die einen in der Teilabgasleitung angeordneten Ventilsitz (309) und ein Ventilelement (308), das am Ventilschaft (302) unabhängig von der Bewegung des Ventilschafts (302) verschiebbar angebracht ist, aufweist und mit der die Teilabgasleitung (306) verschließbar ist, wobei die Vorrichtung so eingerichtet ist, dass durch zeitabgestimmte Öffnung der Teilabgasleitung (306) eine dynamische Druckerhöhung des Abgasteilstroms durchführbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Eingangsbereich (320) in einem Teilquerschnittsbereich der Abgasleitung (305) angeordnet ist, in dem zumindest in einem vorbestimmten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine eine über den Teilquerschnitt gemittelte Strömungsgeschwindigkeit des Abgasstroms höher als eine über den Gesamtquerschnitt gemittelte Strömungsgeschwindigkeit des gesamten Abgasstroms ist, und/oder in dem bezogen auf den Gesamtquerschnitt der Abgasleitung (305) zumindest in einem vorbestimmten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine Strömungsgeschwindigkeitsspitzen im Verlauf eines Öffnungsvorgangs des Auslassventils (1) auftreten.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Auslassventil (1) als Tellerventil mit dem Ventilteller (301) und dem Ventilschaft (302) ausgebildet ist, wobei der Ventilschaft (302) von dem Eingangsbereich (320) der Teilabgasleitung (306) umgriffen ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilabgasleitung (306) oder der Eingangsbereich (320) der Teilabgasleitung (306) koaxial zu der Abgasleitung (305) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Teilabgasleitung (306) im Eingangsbereich (320) als Staurohr ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömung in der Teilabgasleitung (306) durch die Strömungssteuereinrichtung (330) in Abhängigkeit von der Strömungscharakteristik in der Abgasleitung (305) und von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine gesteuert wird.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungssteuereinrichtung (330) synchron mit der Betätigung des Auslassventils (1) betätigbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in der Abgasleitung (7) ein durch ein insbesondere als Nockenmechanismus ausgebildetes Drosselventilstellglied verstellbares Drosselventil (215) vorgesehen ist, mit dem ein Gegendruck in der Abgasleitung (7) einstellbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Drosselventilstellglied und ein für die Strömungssteuereinrichtung (330) vorgesehenes Stellglied kinematisch miteinander gekoppelt sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungssteuereinrichtung (330) in vorbestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, insbesondere bei Unterschreiten einer Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine, geschlossen gehalten wird.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in der Teilabgasleitung (306) ein Rückschlagventil (15) vorgesehen ist, das eine Rückströmung zum Eingangsbereich (320) der Teilabgasleitung verhindert.
  12. Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, deren Teilabgasleitung (306) eine direkt oder indirekt mit mindestens einem Verbrennungsraum (3) der Brennkraftmaschine verbundene Abgasrezirkulationsleitung darstellt.
  13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Brennkraftmaschine eine Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine mit durch einen Turbolader (20) durchgeführter Aufladung ist oder eine Viertaktbrennkraftmaschine mit durch einen Turbolader (20) durchgeführter Aufladung ist.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010054206B4 (de) 2010-12-11 2018-09-06 Man Diesel & Turbo, Filial Af Man Diesel & Turbo Se, Tyskland Zweitakt-Großdieselmotor, Auslassventil und Zylinderkopf dafür, sowie Herstellung, Betrieb und Verwendung eines Verbrennungsmotors
JP5755960B2 (ja) * 2011-07-12 2015-07-29 三井造船株式会社 内燃機関
CN104040140B (zh) * 2011-11-08 2016-07-06 瓦锡兰芬兰有限公司 用于减少内燃活塞式发动机中的逃逸至大气中的燃料材料的装置和改善内燃活塞式发动机的方法
CN102705069B (zh) * 2012-06-07 2014-11-05 阮派烈 一种发动机
JP6465566B2 (ja) * 2013-08-21 2019-02-06 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像方法
GB2536214B (en) * 2015-03-05 2020-05-27 Elogab O Engine system and method of generating electricity from an internal combustion engine
CN106368797A (zh) * 2015-07-24 2017-02-01 苏州金威特工具有限公司 具有废气涡轮增压辅助装置的割草机
AT519009B1 (de) * 2016-07-15 2018-03-15 Forschungsgesellschaft Fuer Verbrennungskraftmaschinen Und Thermodynamik Mbh Abgasrückführung
CN107269387B (zh) * 2017-05-23 2019-08-02 江苏大学 一种单气门四冲程内燃机
EP3569834A1 (de) 2018-05-18 2019-11-20 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Verbrennungsmotor und verfahren zur reduzierung von stickoxidemissionen
EP3754164B1 (de) 2019-06-18 2022-02-09 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Verbrennungsmotor und verfahren zur reduktion von feinstaubemissionen

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE840479C (de) * 1950-10-03 1952-06-03 Hirth Landmaschinen Und Motore Vorrichtung zum Zufuehren von Motorenabgasen zum Kraftstoff-Luftgemisch
US3579981A (en) 1970-05-06 1971-05-25 Chrysler Corp Anti-pollution exhaust valve combination with fluidic control and valve cooling features
DE2214860A1 (de) * 1972-03-27 1973-10-11 Walter Otto Galonska Verfahren und einrichtung zu einer vom unterdruck unabhaengigen kraftstoffluftgemisch-aufbereitung im einlasszustroemungssystem durch verdichtete luftzufuehrung, abgasrueckfuehrung und heissluftschwingungen bei kolben und kreiskolbenbrennkraftmaschinen zur abgasreinigung und zur schadstoffminderung
FR2238055A1 (en) * 1973-07-18 1975-02-14 Willaume Rolland I.C. engine pollution reduction system - injects variable proportion of exhaust gas into fresh air intake
AR207225A1 (es) * 1974-01-23 1976-09-22 Honda Motor Co Ltd Motor de combustion interna del tipo de piston e ignicion a chispa
US3921611A (en) * 1974-02-01 1975-11-25 Brooks Walker Exhaust gas recirculation control by exhaust flow
US4020809A (en) * 1975-06-02 1977-05-03 Caterpillar Tractor Co. Exhaust gas recirculation system for a diesel engine
DE2639536A1 (de) * 1976-09-02 1978-03-16 Benno Kaltenegger Steuerungsvorrichtung fuer brennkraftmaschinen, insbesondere ottomotoren
FR2367195A1 (fr) * 1976-10-09 1978-05-05 Toyo Kogyo Co Dispositif d'admission perfectionne pour moteurs a combustion interne
JPS549325A (en) * 1977-06-24 1979-01-24 Toyota Motor Corp Exhaust valve of internal combustion engine
JPS5523361A (en) * 1978-08-09 1980-02-19 Nissan Motor Co Ltd Exhaust gas cleaner for internal combustion engine
JPS55119348U (de) * 1979-02-19 1980-08-23
CH658884A5 (fr) * 1984-10-01 1986-12-15 Cerac Inst Sa Groupe moteur a combustion interne.
JPH0352366U (de) * 1989-09-29 1991-05-21
AT403616B (de) * 1991-09-02 1998-04-27 Avl Verbrennungskraft Messtech Brennkraftmaschine mit einem einlass- und einem auslasssystem, einem abgasturbolader sowie einem druckspeicher
DE4412280A1 (de) * 1994-04-09 1995-10-12 Opel Adam Ag Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung
JPH1162721A (ja) * 1997-08-07 1999-03-05 Isuzu Motors Ltd 排気ガス再循環装置
US6116223A (en) * 1997-12-12 2000-09-12 Caterpillar Inc. Cam driven exhaust gas recirculation valve assembly
JP2000291495A (ja) * 1999-04-05 2000-10-17 Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd Ｅｇｒ装置を備えたガスエンジン
JP2002097907A (ja) * 2000-09-25 2002-04-05 Honda Motor Co Ltd 内燃機関
US6829892B2 (en) * 2003-02-05 2004-12-14 International Truck Intellectual Property Company, Llc Engine exhaust system pneumatic pump
DE102005057207B4 (de) * 2005-12-01 2011-07-21 Man Diesel & Turbo, Filial Af Man Diesel & Turbo Se, Tyskland Verbrennungsmotor sowie Verfahren zur Reduktion des NOx- Ausstoßes bei einem derartigen Motor
WO2007089771A2 (en) * 2006-01-31 2007-08-09 Borgwarner Inc. Integrated egr valve and throttle valve
US20070214786A1 (en) * 2006-03-20 2007-09-20 Stephan Arndt Internal combustion engine and method of operating the engine
US7322321B2 (en) * 2006-04-24 2008-01-29 Barnett Joel Robinson Engine valve assembly having holding tank with return valve and discharge valve in the valve assembly
DE102006024784B4 (de) * 2006-05-27 2018-12-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine

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