AT507481B1 - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Einlasssystem (2) mit einem vorzugsweise durch eine Abgasturbine (4) angetriebenen Verdichter (5) und einem Auslasssystem (3), mit einem Abgasrückführsystem (13) mit zumindest einer Abgasrückführleitung (13a), zur Rückführung von Abgas aus dem Auslasssystem (3) in das Einlasssystem (2), wobei Abgas mit Unterstützung eines einen Druckluftbehälter (10) aufweisenden Druckluftsystems (14) über eine Venturi-Einrichtung (12) rückführbar ist. Um auf möglichst einfache und energiesparende Weise Stickoxidemissionen reduzieren zu können und Bremsenergieverluste zu vermindern, ist vorgesehen, dass der Druckluftbehälter (10) über zumindest ein separates Entnahmeventil (26) mit zumindest einem Arbeitsraum (23) eines Zylinders (21) strömungsverbindbar ist, wobei vorzugsweise das Entnahmeventil (26) ein in den Arbeitsraum (23) öffnendes, zusätzlich zu Ein- und Auslassventilen (24, 25) angeordnetes Hubventil ist.The invention relates to an internal combustion engine (1) having an intake system (2) with a compressor (5) and an exhaust system (3), preferably driven by an exhaust gas turbine (4), having an exhaust gas recirculation system (13) with at least one exhaust gas recirculation line (13a) Returning exhaust gas from the exhaust system (3) to the intake system (2), wherein exhaust gas is traceable via a venturi device (12) with the assistance of a compressed air system (14) having a compressed air tank (10). In order to be able to reduce nitrogen oxide emissions in the simplest and energy-saving manner and to reduce brake energy losses, it is provided that the compressed air tank (10) can be fluidly connected to at least one working space (23) of a cylinder (21) via at least one separate removal valve (26) the removal valve (26) is a lifting valve which opens into the working space (23) and is arranged in addition to intake and exhaust valves (24, 25).
Description
österreichisches Patentamt AT 507 481 B1 2011-07-15Austrian Patent Office AT 507 481 B1 2011-07-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Einlasssystem mit einem vorzugsweise durch eine Abgasturbine angetriebenen Verdichter und einem Auslasssystem, mit einem Abgasrückführsystem mit zumindest einer Abgasrückführleitung, zur Rückführung von Abgas aus dem Auslasssystem in das Einlasssystem, wobei Abgas mit Unterstützung eines einen Druckluftbehälter aufweisenden Druckluftsystems über eine Venturi-Einrichtung rückführ-bar ist, wobei der Druckluftbehälter über zumindest ein separates Entnahmeventil mit zumindest einem Arbeitsraum eines Zylinders strömungsverbindbar ist, wobei vorzugsweise das Entnahmeventil ein in den Arbeitsraum öffnendes, zusätzlich zu Ein- und Auslassventilen angeordnetes Hubventil ist, wobei zwischen dem Entnahmeventil und dem Druckluftbehälter eine Entnahmeleitung und in der Entnahmeleitung ein erstes Ventil, vorzugsweise ein Rückschlagventil, angeordnet ist, und wobei die Entnahmeleitung über eine Verbindungsleitung mit dem Einlasssystem, vorzugsweise stromaufwärts des Verdichters, verbunden ist.Description: The invention relates to an internal combustion engine having an intake system with a compressor preferably driven by an exhaust gas turbine and an exhaust system, with an exhaust gas recirculation system having at least one exhaust gas recirculation line for recirculating exhaust gas from the exhaust system into the intake system, wherein exhaust gas with the assistance of a compressed air reservoir having compressed air system via a venturi device is rückführ-bar, wherein the compressed air tank via at least one separate bleed valve with at least one working space of a cylinder is strömungsverbindbar, wherein preferably the bleed valve is an opening into the working space, in addition to inlet and outlet valves arranged lifting valve, wherein between the removal valve and the compressed air tank, a removal line and in the withdrawal line, a first valve, preferably a check valve, is arranged, and wherein the extraction line via a connection line is connected to the inlet system, preferably upstream of the compressor.
[0002] Aus der DE 43 19 380 C2 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader bekannt, welche eine Abgasrückführleitung aufweist, die im Bereich einer Venturi-Einrichtung in das Einlasssystem einmündet. Durch die Venturi-Einrichtung lassen sich auch bei positiver Druckdifferenz zwischen Einlass- und Auslasssystem ausreichende Abgasrückführmengen erzielen.From DE 43 19 380 C2, an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger is known, which has an exhaust gas recirculation line, which opens into the inlet system in the region of a Venturi device. Due to the venturi device, sufficient exhaust gas recirculation quantities can be achieved even if the pressure difference between the inlet and outlet system is positive.
[0003] Aus der WO 08/022769 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Einlasssystem und einem Auslasssystem sowie einer Abgasrückführleitung zur Rückführung von Abgasen bekannt. In das Einlasssystem mündet eine Druckluftleitung ein, welche mit einer Mengenregelvorrichtung versehen ist. Stromaufwärts der Einmündung der Druckluftleitung ist im Einlasssystem eine Drosselklappe und ein Verdichter angeordnet. Die Drosselklappe wird dabei synchron mit einer Mengenregelvorrichtung in der Druckluftleitung betätigt. Durch Einblasen von komprimierter Luft in das Einlasssystem bei geschlossener Drosselklappe kann die Drehzahl des Verdichterlaufrades sehr rasch erhöht werden und dadurch ein schneller Drehmomentaufbau realisiert werden. Nachteilig ist, dass es kurzfristig zu einer positiven Druckdifferenz zwischen dem Einlasssystem und dem Auslasssystem kommt, während welcher keine Abgasrückführung stattfindet. Dies hat den Nachteil, dass ein Spitzenwert an Stickoxidemissionen auftritt.[0003] WO 08/022769 A1 discloses an internal combustion engine with an intake system and an exhaust system and an exhaust gas recirculation line for recirculating exhaust gases. In the inlet system opens a compressed air line, which is provided with a flow control device. Upstream of the mouth of the compressed air line, a throttle and a compressor are arranged in the intake system. The throttle valve is actuated synchronously with a flow control device in the compressed air line. By injecting compressed air into the intake system with the throttle valve closed, the speed of the compressor impeller can be increased very quickly, thereby realizing a faster torque build-up. The disadvantage is that there is a short-term positive pressure difference between the intake system and the exhaust system, during which no exhaust gas recirculation takes place. This has the disadvantage that a peak level of nitrogen oxide emissions occurs.
[0004] Die WO 98/32964 A1 beschreibt ein Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer den Coanda-Effekt ausnützende Luftstrahlpumpe, wobei vor einer Venturi-Einrichtung Druckluft dem Abgasströmungsweg zugeführt wird. Der Abgasströmungsweg mündet über einen EGR/Luft-Mischer in das Einlasssystem ein. Die Venturi-Einrichtung ist dabei stromaufwärts eines EGR-Kühlers angeordnet. Nachteilig ist, dass ein großer Teil der Zylinderladung während der Drucklufteinblasung den EGR-Kühler und den Abgas/Luft-Mischer passieren muss. Der Durchflussquerschnitt des EGR-Kühlers, der EGR-Leitung und des Abgas/Luft-Mischers muss relativ groß dimensioniert werden, was sich nachteilig auf die EGR/Luft-Mischung, auf die EGR-Kühlleistung und die Abmessungen des Abgasrückführsystems auswirken. Für die Bereitstellung der Druckluft ist eine eigene Druckluftversorgungseinrichtung, wie z. B. ein mechanisch oder elektrisch angetriebener Kompressor erforderlich.WO 98/32964 A1 describes an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine with a Coanda effect ausnützende air jet pump, wherein compressed air is supplied to the exhaust gas flow path in front of a Venturi device. The exhaust flowpath enters the intake system via an EGR / air mixer. The Venturi device is arranged upstream of an EGR cooler. The disadvantage is that a large part of the cylinder charge must pass through the EGR cooler and the exhaust gas / air mixer during the compressed air injection. The flow area of the EGR cooler, the EGR line and the exhaust gas / air mixer must be relatively large, which has a negative effect on the EGR / air mixture, the EGR cooling capacity and the dimensions of the exhaust gas recirculation system. For the provision of compressed air is its own compressed air supply device such. B. a mechanically or electrically driven compressor required.
[0005] Aus den Veröffentlichungen EP 1 836 381 A1, DE 101 444 71 A1 und DE 10 333 480 A1 sind Brennkraftmaschinen mit jeweils einem separaten Bremsventil pro Zylinder bekannt, wobei vom in den Zylinder mündenden Bremsventil Leitungen zu einem für alle Zylinder gemeinsamen Sammelbehälter führen, welcher über ein Steuerventil mit dem Auslassstrang stromaufwärts einer Abgasturbine verbindbar ist.From the publications EP 1 836 381 A1, DE 101 444 71 A1 and DE 10 333 480 A1 internal combustion engines are known, each with a separate brake valve per cylinder, leading from the opening into the cylinder brake valve lines to a common for all cylinder sump , which is connectable via a control valve to the exhaust pipe upstream of an exhaust gas turbine.
[0006] Aus der FR 2 836 181 A1 ist ein mit einer Brennkraftmaschine betriebenes Fahrzeug gekannt, wobei während des Motorbremsbetriebes zumindest ein Zylinder als Verdichter, betrieben wird. Dabei wird ein Auslassventil während des Verdichtungstaktes geöffnet und der Auslasskanal über ein Steuerventil mit einem Druckluftbehälter verbunden. Die gespeicherte Druckluft wird in den Einlassstrang geführt, um das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine zu verbessern. österreichisches Patentamt AT 507 481 B1 2011-07-15 [0007] Die DE 198 49 914 C1 beschreibt eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Einlasssystem, einem Auslasssystem und einem Abgasrückführsystem zur druckluftgestützten Rückführung von Abgas vom Auslasssystem in das Einlasssystem. Der Druckluftbehälter des Druckluftsystem ist dabei über ein als Hubventil ausgeführtes Entnahmeventil mit einem Arbeitsraum eines Zylinders strömungsverbindbar, wobei sich in der Entnahmeleitung zwischen dem Entnahmeventil und dem Druckbehälter ein Umschaltventil befindet. Die Entnahmeleitung ist über eine Verbindungsleitung mit dem Einlasssystem verbunden.From FR 2 836 181 A1 a vehicle operated by an internal combustion engine is known, wherein during the engine braking operation at least one cylinder is operated as a compressor. In this case, an outlet valve is opened during the compression stroke and the outlet channel is connected via a control valve with a compressed air tank. The stored compressed air is fed into the intake manifold to improve the performance of the internal combustion engine. Austrian Patent Office AT 507 481 B1 2011-07-15 DE 198 49 914 C1 describes a multi-cylinder internal combustion engine with an intake system, an exhaust system and an exhaust gas recirculation system for compressed air-based recirculation of exhaust gas from the exhaust system into the intake system. The compressed air tank of the compressed air system is connected via a discharge valve designed as a lift valve with a working space of a cylinder, wherein there is a switching valve in the extraction line between the sampling valve and the pressure vessel. The extraction line is connected via a connecting line to the inlet system.
[0008] Die WO 98/32964 ist bereits in der Anmeldungsbeschreibung erläutert.WO 98/32964 is already explained in the application description.
[0009] Die DE 31 25 647 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei ein Speicherbehälter über ein separates Entnahmeventil mit zumindest einem Arbeitsraum eines Zylinders Strömungsverbindbar ist. Das Entnahmeventil ist als Hubventil ausgebildet.DE 31 25 647 A1 discloses an internal combustion engine having a plurality of cylinders, wherein a storage container via a separate removal valve with at least one working space of a cylinder is Strömungsverbindbar. The removal valve is designed as a lift valve.
[0010] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abgasrückführsystem zu entwickeln, mit welchem auf möglichst einfache und energiesparende Weise Stickoxidemissionen reduziert werden können.The object of the invention is to develop an exhaust gas recirculation system with which in the simplest and most energy-efficient way nitrogen oxide emissions can be reduced.
[0011] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass in der Verbindungsleitung ein vorzugsweise durch ein Rückschlagventil gebildetes zweites Ventil angeordnet ist.According to the invention this is achieved in that a preferably formed by a check valve second valve is arranged in the connecting line.
[0012] Dadurch, dass im Motorbremsbetrieb die Brennkraftmaschine als Verdichter genutzt wird, kann Druckluft auf einfache Weise gespeichert werden, ohne dass ein zusätzlicher elektrisch oder mechanisch betriebener Kompressor erforderlich wäre.Characterized in that the engine is used as a compressor in the engine braking operation, compressed air can be stored in a simple manner, without an additional electrically or mechanically operated compressor would be required.
[0013] Eine energetisch günstige Aufladung des Druckluftsystems kann erreicht werden, wenn zumindest ein Zylinder in zumindest einen Motorbetriebsbereich deaktiviert wird und der Druckluftbehälter über zumindest ein Entnahmeventil mit dem Arbeitsraum des deaktivierten Zylinders strömungsverbunden wird, wobei vorzugsweise die Aufladung des Druckluftbehälters während eines Motorbremsbetriebes erfolgt.An energetically favorable charging of the compressed air system can be achieved if at least one cylinder is deactivated in at least one engine operating range and the compressed air tank via at least one bleed valve with the working space of the deactivated cylinder is fluidly connected, wherein preferably the charging of the compressed air tank takes place during an engine braking operation.
[0014] Anstelle des ersten Rückschlagventils kann auch ein synchron mit dem Entnahmeventil betätigtes Steuerventil vorgesehen sein.Instead of the first check valve and a synchronously actuated with the removal valve control valve may be provided.
[0015] Die Erfindung wird im Folgenden Anhand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
[0016] Es zeigen schematisch Fig. 1 ein Abgasrückführsystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante in einer ersten Schaltstellung des Abgasventils, Fig. 2 das Rückführsystem aus Fig. 1 in einer zweiten Schaltstellung, Fig. 3 ein Abgasrückführsystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer anderen Ausbildung, Fig. 4 eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Druckluftsystem in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 5 das Ventilbild eines Zylinders dieser Brennkraftmaschine, Fig. 6 bis 9 das Druckluftsystem aus Fig. 4 mit verschiedenen Arbeitstakten, Fig. 10 ein Druckluftsystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante, Fig. 11 bis 14 ein Druckluftsystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer dritten Ausführungsvariante mit verschiedenen Arbeitstakten und Fig. 15 bis 18 ein Druckluftsystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer vierten Ausführungsvariante mit verschiedenen Arbeitstakten.1 shows an exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine according to the invention in a first embodiment in a first switching position of the exhaust valve, Fig. 2, the feedback system of Fig. 1 in a second switching position, Fig. 3, an exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine according to the invention in another 4 shows an internal combustion engine with a compressed air system according to the invention in a first embodiment, FIG. 5 shows the valve image of a cylinder of this internal combustion engine, FIGS. 6 to 9 show the compressed air system from FIG. 4 with different power strokes, FIG. 10 shows a compressed air system of an internal combustion engine according to the invention 11 to 14 a compressed air system of an internal combustion engine according to the invention in a third embodiment variant with different work cycles and FIGS. 15 to 18 a compressed air system of an internal combustion engine according to the invention in a fourth embodiment ungsvariante with different power strokes.
[0017] Die Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Einlasssystem 2 und einem Auslasssystem 3. Im Auslasssystem 3 ist die Abgasturbine 4 und im Einlasssystem 2 der Verdichter 5 eines Abgasturboladers angeordnet. Zur Rückführung von Abgas aus dem Auslasssystem 3 in das Einlasssystem 2 ist in der Abgasrückführleitung 13a des Abgasrückführsystem 13 ein Abgasrückführventil 6 und ein Abgasrückführkühler 7 angeordnet. Stromabwärts des Verdichters 5 befindet sich ein Ladeluftkühler 8 und eine Drosselklappe 9.1 shows an internal combustion engine 1 with an intake system 2 and an exhaust system 3. In the exhaust system 3, the exhaust gas turbine 4 and in the intake system 2 of the compressor 5 of an exhaust gas turbocharger is arranged. To recirculate exhaust gas from the exhaust system 3 into the intake system 2, an exhaust gas recirculation valve 6 and an exhaust gas recirculation cooler 7 are arranged in the exhaust gas recirculation line 13a of the exhaust gas recirculation system 13. Downstream of the compressor 5 is a charge air cooler 8 and a throttle valve. 9
[0018] Um ein rasches Ansprechverhalten des Verdichter 5 des Abgasturboladers zu erreichen, ist ein Druckluftsystem 14 mit einer in das Einlasssystem mündenden Druckluftleitung 15 vorgesehen, wobei das Druckluftsystem 14 weiters einen Druckluftbehälter 10 und ein Druckluftventil 11 aufweist.In order to achieve a rapid response of the compressor 5 of the exhaust gas turbocharger, a compressed air system 14 is provided with an opening into the inlet system compressed air line 15, wherein the compressed air system 14 further comprises a compressed air tank 10 and a compressed air valve 11.
[0019] Stromabwärts des Abgasrückführkühlers 7 verzweigt sich die Abgasrückführlei-tung 13a 2/9 österreichisches Patentamt AT 507 481 B1 2011-07-15 in einen ersten und einen zweiten Abgasströmungsweg 16, 17. Die Verzweigung ist mit Bezugszeichen 13b bezeichnet.Downstream of the exhaust gas recirculation cooler 7 branches the Abgasrückführlei-device 13a 2/9 Austrian Patent Office AT 507 481 B1 2011-07-15 in a first and a second Abgasströmungsweg 16, 17. The branch is denoted by reference numeral 13b.
[0020] Im ersten Abgasströmungsweg 16 ist eine Venturi-Einrichtung 12 angeordnet, wobei die Druckluftleitung 15 stromaufwärts der Venturi-Einrichtung 12 in den ersten Abgasströmungsweg 16 einmündet. Dadurch kann auch bei ungünstiger Druckdifferenz zwischen Einlasssystem 2 und Auslasssystem 3 ausreichend Abgas vom Auslasssystem 3 in das Einlasssystem 2 rückgeführt werden.In the first exhaust gas flow path 16, a venturi device 12 is arranged, wherein the compressed air line 15 opens into the first exhaust gas flow path 16 upstream of the venturi device 12. As a result, sufficient exhaust gas can be recirculated from the exhaust system 3 into the intake system 2 even if the pressure difference between the intake system 2 and the exhaust system 3 is unfavorable.
[0021] Um eine effektive Abgasrückführung zu erreichen, ist im ersten und/oder zweiten Abgasströmungsweg 16, 17 stromabwärts der Venturieinrichtung 12 ein Abgasventil 18 angeordnet, mit welchem der Strömungsquerschnitt des ersten bzw. zweiten Abgasströmungsweges 16, 17 vermindert oder geschlossen werden kann. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses Abgasventil 18 als Umschaltventil 18a zum Umschalten zwischen erstem und dem zweitem Strömungsweg 16, 17 ausgebildet. Das Umschaltventil 18a weist dabei zumindest zwei Schaltstellung auf, wobei in einer ersten Schaltstellung, wie in Fig. 1 ersichtlich, der erste Strömungsweg 16 gesperrt und der zweite Strömungsweg 17 geöffnet und in der in Fig. 2 dargestellten zweiten Schaltstellung der erste Strömungsweg 16 geöffnet und der zweite Strömungsweg 17 gesperrt ist. Das Umschaltventil kann selbsttätig durch die Druckdifferenz zwischen erstem und zweiten Strömungsweg 16, 17 oder gesteuert durch einen Aktuator betätigt werden.In order to achieve effective exhaust gas recirculation, an exhaust valve 18 is disposed in the first and / or second Abgasströmungsweg 16, 17 downstream of the Venturieinrichtung 12, with which the flow cross-section of the first and second exhaust gas flow path 16, 17 can be reduced or closed. In the embodiment shown in Fig. 1, this exhaust valve 18 is designed as a changeover valve 18a for switching between the first and the second flow path 16, 17. The switching valve 18a has at least two switching position, wherein in a first switching position, as shown in Fig. 1, the first flow path 16 is blocked and the second flow path 17 is opened and opened in the second switching position shown in FIG. 2, the first flow path 16 and the second flow path 17 is blocked. The switching valve can be actuated automatically by the pressure difference between the first and second flow paths 16, 17 or controlled by an actuator.
[0022] Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Abgasventil 18 als durch einen Aktuator 19 betätigtes Steuerventil 18b ausgebildet ist, wobei durch das Steuerventil 18b der Strömungsquerschnitt des zweiten Abgasströmungsweges 17 verändert werden kann. Der zweite Strömungsweg 17 mündet dabei über einen Abgas/Luft-Mischer 20 in das Einlasssystem 2 ein. Der Aktuator 19 kann beispielsweise durch eine Unterdruckdose gebildet sein. Alternativ dazu kann das Abgasventil 18 auch durch ein federbelastetes Einwegventil, beispielsweise eine federbelastete Klappe gebildet sein, welche in Richtung des Einlasssystems 2 öffnet.3 shows a further embodiment in which the exhaust valve 18 is formed as actuated by an actuator 19 control valve 18b, wherein by the control valve 18b, the flow cross-section of the second exhaust gas flow path 17 can be changed. The second flow path 17 opens into the intake system 2 via an exhaust gas / air mixer 20. The actuator 19 may be formed for example by a vacuum box. Alternatively, the exhaust valve 18 may also be formed by a spring-loaded one-way valve, for example a spring-loaded flap, which opens in the direction of the intake system 2.
[0023] Während des stationären Motorbetriebes ist das Druckluftventil 11 geschlossen. Die Brennkraftmaschine 1 kann somit mit konventioneller Abgasrückführung über das Abgasrückführventil 6 und die Drosselklappe 9 gesteuert werden, wobei durch das Abgasventil 18 der zweite Abgasströmungsweg 17 geöffnet wird.During stationary engine operation, the compressed air valve 11 is closed. The internal combustion engine 1 can thus be controlled with conventional exhaust gas recirculation via the exhaust gas recirculation valve 6 and the throttle valve 9, wherein the second exhaust gas flow path 17 is opened by the exhaust valve 18.
[0024] Während eines transienten Motorbetriebes kann das Druckluftventil 11 geöffnet werden, um frische Druckluft über den ersten Abgasströmungsweg 16 dem Einlasssystem 2 zuzuführen, wodurch das transiente Verhalten der Brennkraftmaschine 1 verbessert wird. Zur Verbesserung der Abgasqualität kann in dieser Phase das Abgasrückführventil 6 zur Rückführung von Abgas in den Einlasssystem 2 geöffnet werden, wodurch Abgas über die Venturi-Einrichtung 12 und dem ersten Abgasströmungsweg 16 in das Einlasssystem 2 strömt. Das Abgasventil 18 (18a in Fig. 1 und 2, 18b in Fig. 3) ist dabei geschlossen.During a transient engine operation, the compressed air valve 11 can be opened to supply fresh compressed air via the first Abgasströmungsweg 16 to the intake system 2, whereby the transient behavior of the internal combustion engine 1 is improved. In order to improve the exhaust gas quality, the exhaust gas recirculation valve 6 for recirculating exhaust gas into the intake system 2 can be opened in this phase, whereby exhaust gas flows into the intake system 2 via the Venturi device 12 and the first exhaust gas flow path 16. The exhaust valve 18 (18a in Fig. 1 and 2, 18b in Fig. 3) is closed.
[0025] Weiters kann im transienten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 1 die Drosselklappe 9 geschlossen werden, wenn Druckluft über das Druckluftventil 11 in das Einlasssystem 2 eingeblasen wird, um den Drehmomentaufbau der Brennkraftmaschine 1 zu verbessern. Die zusätzliche Venturi-Einrichtung 12 hat den Vorteil, dass Abgas auch in dieser Phase bei ungünstigen Druckverhältnisses in ausreichender Menge rückgeführt werden kann. Dadurch kann das Auftreten von Stickoxidspitzen zuverlässig verhindert werden.Furthermore, in the transient operating range of the internal combustion engine 1, the throttle valve 9 can be closed when compressed air is injected via the compressed air valve 11 into the intake system 2 in order to improve the torque buildup of the internal combustion engine 1. The additional Venturi device 12 has the advantage that exhaust gas can be recycled in an adequate amount even in this phase at unfavorable pressure ratio. Thereby, the occurrence of nitrogen oxide peaks can be reliably prevented.
[0026] Fig. 4 zeigt einen Zylinder 21 mit einem Hin- und Hergehenden Kolben 22 einer Brennkraftmaschine 1, wobei in den Arbeitsraum 23 des Zylinders 21 zusätzlich zu Ein- und Auslassventilen 24, 25 ein Entnahmeventil 26 angeordnet ist, welches eine Druckluftleitung 27 steuert. Die Druckluftleitung 27 ist über eine Verbindungsleitung 28 mit dem Druckluftbehälter 10 verbunden, wobei in der Verbindungsleitung 28 ein als Rückschlagventil ausgeführtes erstes Ventil 29 angeordnet ist. Die Druckluftleitung 27 und die Verbindungsleitung 28 sind über ein als Rückschlagventil ausgeführtes zweites Ventil 30 mit der Niederdruckseite des Einlasssystemes 2 verbunden. Mit 2a ist dabei ein Luftfilter angedeutet.Fig. 4 shows a cylinder 21 with a reciprocating piston 22 of an internal combustion engine 1, wherein in the working space 23 of the cylinder 21 in addition to inlet and outlet valves 24, 25, a bleed valve 26 is arranged, which controls a compressed air line 27 , The compressed air line 27 is connected via a connecting line 28 with the compressed air tank 10, wherein in the connecting line 28 designed as a check valve first valve 29 is arranged. The compressed-air line 27 and the connecting line 28 are connected to the low-pressure side of the inlet system 2 via a second valve 30 designed as a check valve. With 2a while an air filter is indicated.
[0027] In Fig. 5 ist Lage der Einlass- und Auslassventile 24, 25, sowie des zusätzlichen Ent- 3/9 österreichisches Patentamt AT 507 481 B1 2011 -07-15 nahmeventils 26 dargestellt. Im Bereich der Zylindermitte ist eine Einspritzeinrichtung 31 angedeutet.FIG. 5 shows the position of the inlet and outlet valves 24, 25 and the additional valve 26 of the intake valve. In the area of the cylinder center, an injection device 31 is indicated.
[0028] Während des normalen Betriebes der Brennkraftmaschine 1 ist das Entnahmeventil 26 geschlossen. Während eines Motorbremsbetriebes oder während einer Niederlast- oder Leerlaufbetriebsphase der Brennkraftmaschine 1 kann bei zumindest einem Zylinder das Entnahmeventil 26 geöffnet werden. Der Hub und die Anordnung des Entnahmeventils 26 sind so gewählt, dass auch bei voller Öffnung des Entnahmeventils 26 keine Kollision mit dem Kolben 22 auftritt. Durch Verändern des Öffnungsquerschnittes des Entnahmeventils 26 kann die Bremsleistung reguliert werden. Die Betätigung des Entnahmeventils 26 kann durch einen nicht weiterdargestellten einfachen hydraulischen- oder mechanischen Aktuator erfolgen.During normal operation of the internal combustion engine 1, the extraction valve 26 is closed. During an engine braking operation or during a low-load or idling operation phase of the internal combustion engine 1, the extraction valve 26 can be opened in at least one cylinder. The stroke and the arrangement of the bleed valve 26 are selected so that no collision with the piston 22 occurs even with full opening of the bleed valve 26. By varying the opening cross section of the bleed valve 26, the braking power can be regulated. The actuation of the extraction valve 26 may be effected by a simple hydraulic or mechanical actuator (not shown).
[0029] Fig. 6 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem deaktivierten Zylinder 21 während der Einlassphase A, wobei Luft über das Einlassventil 24 und das Entnahmeventil 26 in den Arbeitsraum 23 strömt. Fig. 7 zeigt den Zylinder 21 während der Verdichtungsphase B, wobei komprimierte Luft über das Entnahmeventil 26 in die Entnahmeleitung 27 und über das erste Ventil 29 in den Druckluftbehälter 10 befördert wird. Die Drosselverluste durch das Entnahmeventil 26 tragen maßgebend zur Motorbremsleistung bei. Fig. 8 zeigt den Zylinder 21 während der Expansionsphase C, wobei Luft über das Entnahmeventil 26 aus der Verbindungsleitung 28 in den Arbeitsraum 23 gesaugt wird.Fig. 6 shows an internal combustion engine 1 with a deactivated cylinder 21 during the intake phase A, wherein air via the inlet valve 24 and the extraction valve 26 flows into the working space 23. Fig. 7 shows the cylinder 21 during the compression phase B, wherein compressed air is conveyed via the extraction valve 26 in the extraction line 27 and via the first valve 29 in the compressed air tank 10. The throttle losses through the bleed valve 26 contribute significantly to the engine braking performance. Fig. 8 shows the cylinder 21 during the expansion phase C, wherein air is sucked via the extraction valve 26 from the connecting line 28 into the working space 23.
[0030] Fig. 9 zeigt den Zylinder 21 während der Auslassphase D, wobei Luft aus dem Arbeitsraum 23 durch das Auslassventil 25 ausgestoßen wird.Fig. 9 shows the cylinder 21 during the exhaust phase D, wherein air is discharged from the working space 23 through the exhaust valve 25.
[0031] Fig. 10 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit mehreren deaktivierten Zylindern 21, wobei jeder Arbeitsraum 23 über jeweils ein Entnahmeventil 26 und eine Entnahmeleitung 27 mit dem Druckbehälter 10 verbunden ist. Die Arbeitsweise ist analog zu der in den Fig. 6 bis 9 gezeigten Variante.Fig. 10 shows an internal combustion engine 1 with a plurality of deactivated cylinders 21, wherein each working space 23 is connected via a respective take-off valve 26 and a discharge line 27 to the pressure vessel 10. The procedure is analogous to the variant shown in FIGS. 6 to 9.
[0032] Die Fig. 11 bis 14 zeigen eine dritte Ausführungsvariante des Druckluftsystems 14 für verschiedene Arbeitstakte, wobei die mit den Entnahmeventilen 26 verbundene Entnahmeleitung 27 jeweils vom Einlasssystem 2 getrennt ist. Währen der in Fig. 11 dargestellten Einlassphase A wird Luft nur über das Einlassventil 24 angesaugt. Während der in Fig. 12 gezeigten Verdichtungsphase B wird komprimierte Luft nur über das Entnahmeventil 26 in die Entnahmeleitung 27 ausgestoßen. In der Expansionsphase C (Fig. 13) wird Luft durch die geöffneten Einlass- und Auslassventile 24, 25 in den Arbeitsraum 23 angesaugt, wobei die Einlass- und Auslassventile 24, 25 durch den Unterdrück im Zylinder 21 geöffnet werden. Schließlich wird in der Auslassphase D der Inhalt des Arbeitsraumes 23 über das Auslassventil 25 ausgestoßen, wie aus Fig. 14 ersichtlich ist.11 to 14 show a third embodiment of the compressed air system 14 for different work cycles, wherein the extraction line 26 connected to the withdrawal valves 26 is separated from the inlet system 2, respectively. During the intake phase A shown in FIG. 11, air is drawn in only via the intake valve 24. During the compression phase B shown in FIG. 12, compressed air is discharged into the extraction line 27 only via the extraction valve 26. In the expansion phase C (FIG. 13), air is drawn into the working space 23 through the opened intake and exhaust valves 24, 25, and the intake and exhaust valves 24, 25 are opened by the negative pressure in the cylinder 21. Finally, in the exhaust phase D, the contents of the working space 23 are discharged via the exhaust valve 25, as shown in FIG. 14.
[0033] Die Fig. 15 bis 18 zeigen die Arbeitstakte einer vierten Variante des Druckluftsystems 14, welche sich von der in den Fig. 11 bis 14 dargestellten Variante dadurch unterscheidet, dass in der Expansionsphase C (Fig. 17) Luft nur durch das Einlassventil 24 angesaugt und während der in Fig. 18 gezeigten Ausstoßphase D Luft nur durch das Entnahmeventil 26, in die Entnahmeleitung 27 ausgestoßen wird. Diese Variante setzt eine vollvariable Ventilbetätigungseinrichtung voraus.FIGS. 15 to 18 show the working cycles of a fourth variant of the compressed air system 14, which differs from the variant shown in FIGS. 11 to 14 in that in the expansion phase C (FIG. 17), air is only through the inlet valve 24 sucked and ejected during the ejection phase D shown in Fig. 18 air only through the extraction valve 26, in the extraction line 27. This variant requires a fully variable valve actuator.
[0034] Dadurch, dass der Druckluftbehälter 10 während des Bremsbetriebes mit Druckluft über Entnahmeventile 26 aufgeladen wird, können Bremsverluste während des Motorbremsbetriebes verringert bzw. frei werdende Bremsenergie zur Aufladung des Druckluftbehälters 10 genutzt werden. 4/9Characterized in that the compressed air tank 10 is charged during the braking operation with compressed air via bleed valves 26, brake losses during engine braking operation can be reduced or released braking energy used to charge the compressed air tank 10. 9.4
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