AT514792B1 - Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

In einem Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs ist eine Kompression und Speicherung von angesaugter Frischluft während einer ersten Betriebsphase des Fahrzeugs vorgesehen. Während einer zweiten Betriebsphase des Fahrzeugs ist eine Nutzung der gespeicherten Frischluft zum Betrieb des Fahrzeugs, insbesondere des Verbrennungsmotors, vorgesehen.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Verbren¬nungsmotor, insbesondere des Zugwagens eines Schienenfahrzeugs, folgende Schritte aufwei¬send: [0002] a) Kompression und Speicherung von angesaugter Frischluft während einer ersten

Betriebsphase des Fahrzeugs; [0003] b) Nutzung der gespeicherten Frischluft zum Betrieb des Fahrzeugs (FZ), insbesonde¬ re zum Betrieb des Verbrennungsmotors, während einer zweiten Betriebsphase desFahrzeugs.

[0004] Verbrennungsmotoren verbrauchen normalerweise Frischluft aus ihrer Betriebsumge¬bung und emittieren Verbrennungsabgase in diese Betriebsumgebung. Besonders in städti¬schen Ballungsräumen, aber nicht nur hier, ist der Betrieb von Verbrennungsmotoren daher miterheblichen Umweltbelastungen verbunden. Auf der anderen Seite steht die benötigte Frischluftnicht in allen Betriebsumgebungen von Verbrennungsmotoren, nicht jederzeit, nicht immer inder benötigten Qualität, insbesondere nicht mit dem benötigten Sauerstoffgehalt und/oder inausreichender Menge zur Verfügung.

[0005] Die Druckschriften GB 2 402 169 A, DE 30 41 674 A und US 6,223,846 B1 offenbarenVerfahren zum Betreiben von Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen, wobei während einerersten Betriebsphase angesaugte Frischluft komprimiert und gespeichert, und in einer zweitenBetriebsphase die gespeicherte Frischluft zum Betrieb des Verbrennungsmotors genutzt wird.

[0006] Die vorliegende Erfindung strebt nach einer Verbesserung der Frischluftversorgung vonVerbrennungsmotoren bei gleichzeitiger Berücksichtigung von Umweltaspekten wie etwa derErhaltung oder Verbesserung der Luftqualität in der Betriebsumgebung von Verbrennungsmoto¬ren, insbesondere bei der Durchfahrt durch Tunnel.

[0007] Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens bzw. mittels einer Vorrichtung nach einemder unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen dieses Verfahrens und dieserVorrichtungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0008] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Be¬triebsphasen [0009] · auf der Grundlage einer Auswertung von Signalen gesteuert wird, die von wenigstens einer Signalquelle, vorzugsweise durch eine Mehrzahl von Signalquellen (SQ) er¬zeugt werden, die in einer Umgebung einer Fahrstrecke des Fahrzeugs angeordnetsind, und/oder [0010] · auf der Grundlage einer Auswertung von Signalen (205) gesteuert wird, die eine

Information über die geographische Position, vorzugsweise geographische Koordina¬ten, des Fahrzeugs enthalten, und/oder [0011] · auf der Grundlage einer Auswertung wenigstens einer Stoffkonzentration in der Um¬ gebungsluft des Fahrzeugs gesteuert wird.

[0012] Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einer Betriebsphase des Fahrzeugs oderdes Verbrennungsmotors ein Zeitabschnitt im zeitlichen Verlauf des Betriebs des Fahrzeugsoder des Verbrennungsmotors zu verstehen, dessen Dauer vorzugsweise zwischen ca. einerMinute und einigen Stunden liegt und besonders vorzugsweise einige Minuten beträgt.

[0013] Unter einer ersten Betriebsphase ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Betriebs¬phase zu verstehen, während deren Dauer eine Kompression und Speicherung von angesaug¬ter Frischluft erfolgt. Der Beginn dieser ersten Betriebsphase wird vorzugsweise so gelegt, dassab diesem Zeitpunkt bis zum Ende dieser ersten Betriebsphase voraussichtlich Frischluft inausreichender Menge und Qualität zur Verfügung steht, insbesondere weil das Fahrzeug wäh¬rend dieser ersten Betriebsphase in einer Betriebsumgebung betrieben wird, in denen diese

Bedingungen gegeben sind. Beispiele für solche Betriebsumgebungen, in denen für die ersteBetriebsphase vorteilhafte Bedingungen herrschen, sind Verkehrswege mit wenigstens ausrei¬chender Frischluftzufuhr, vorzugsweise fernab von Industrieanlagen oder von menschlichenSiedlungen wie insbesondere großen Städten und vorzugsweise fernab von Hindernissen füreine ungehinderte Frischluftzufuhr wie insbesondere Straßentunnel, Eisenbahntunnel oderParkgaragen. Eine derartige Wahl der zeitlichen Lage der ersten Betriebsphasen führt zu einerSchonung knapper Frischluftressourcen in den genannten Bereichen, wodurch die Umweltquali¬tät in diesen Bereichen erheblich verbessert werden kann.

[0014] An eine erste Betriebsphase schließt sich vorzugsweise eine zweite Betriebsphase an,in der eine Nutzung der gespeicherten Frischluft zum Betrieb des Fahrzeugs, insbesondere desVerbrennungsmotors, erfolgt. Dabei kann auch eine erste Betriebsphase durch eine Anzahlzweiter Betriebsphasen unterbrochen werden, oder es können sich erste und zweite Betriebs¬phasen zeitlich überlappen. Beginn, Ende und Dauer einer zweiten Betriebsphase werdenvorzugsweise durch die speziellen Anforderungen oder Randbedingungen der Art einer Nut¬zung der gespeicherten Frischluft bestimmt, aber auch durch technische Randbedingungen derzur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Vorrichtungen, beispiels¬weise durch die Kapazität der verwendeten Frischluftspeicher.

[0015] I m Sinne der Erfindung ist unter einem Verbrennungsmotor eine Verbrennungskraftma¬schine, also eine Wärmekraftmaschine mit innerer oder äußerer Verbrennung zu verstehen, diechemische Energie eines Kraftstoffs durch Verbrennung dieses Kraftstoffs in mechanischeArbeit umwandelt. Die Verbrennung findet dabei vorzugsweise in einem Brennraum statt, indem ein Gemisch aus Kraftstoff und Frischluft gezündet und unter Freisetzung von Verbren¬nungsabgasen verbrannt wird. Bei inneren bzw. äußeren Verbrennungskraftmaschinen wird dieWärmeausdehnung der Verbrennungsabgase bzw. eines Arbeitsmediums, beispielsweiseWasserdampf bei der Dampfmaschine oder Heißluft beim Stirlingmotor genutzt, um Arbeit zuleisten, beispielsweise um einen Kolben zu bewegen.

[0016] Im Sinne der Erfindung ist unter einer Brennkammer oder einem Brennraum ein Volu¬men, vorzugsweise ein veränderbares Volumen, zu verstehen, innerhalb welchem die Verbren¬nung und bei inneren Verbrennungsmotoren auch der Arbeitsvorgang, insbesondere die Um¬wandlung von chemisch gebundener Energie in thermische und/oder mechanische Energievollzogen wird. Vorzugsweise ist unter einer solchen Brennkammer ein Brennraum einer Ver¬brennungskraftmaschine in Hubkolbenbauweise zu verstehen.

[0017] Vorzugsweise ist eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welche nach dem Die¬sel- oder Ottoprinzip arbeitet, besonders bevorzugt eine Verbrennungskraftmaschine in Hubkol¬benbauweise, welche nach dem Viertaktprinzip arbeitet. Weiter vorzugsweise ist diese Ver¬brennungskraftmaschine zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, besonders vorzugsweise zummittelbaren oder unmittelbaren Antrieb dieses Kraftfahrzeugs eingerichtet und weist bevorzugteine Zylinderzahl zwischen 1 und 20, besonders bevorzugt zwischen 2 und 8 auf, wobei vor¬zugsweise jeder einzelne dieser Zylinder ein Brennraumvolumen zwischen 5 I und 20 I aufweist.

[0018] Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahr¬zeug, das besonders vorzugsweise durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird, insbeson¬dere um einen Zugwagen eines Schienenfahrzeugs, z. B. eine Lokomotive.

[0019] Die Kompression der Frischluft kann mithilfe eines Kompressors erfolgen, der durch denVerbrennungsmotor angetrieben wird. Diese Lösung ist technisch relativ einfach zu realisieren,erhöht jedoch den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors entsprechend dem Energiever¬brauch des Kompressors. Eine andere Möglichkeit, den Kompressor mit Energie zu versorgenbesteht in der Verwendung von im Betrieb des Fahrzeugs anfallender überschüssiger Energie,beispielsweise der beim Bremsen des Fahrzeugs frei werdenden Energie. Vorzugsweise ge¬schieht dies, indem beim Bremsen des Fahrzeugs diesem Fahrzeug kinetische Energie durchwenigstens einen ersten elektrischen Generator entzogen wird, dessen erzeugte Leistung direktzum Antrieb des Kompressors verwendet und/oder in einen Energiespeicher, vorzugsweise ineinen elektrochemischen Energiespeicher eingespeist wird. Der erste Generator kann dabei auch ein erster Elektromotor sein, der das Fahrzeug, sofern es nicht gebremst wird, antreibt undwährend dieser Antriebsphasen vorzugsweise über einen zweiten Generator, der von demVerbrennungsmotor angetrieben wird, mit Energie versorgt wird. Dieser zweite Generator arbei¬tet während der Bremsung des Fahrzeugs vorzugsweise als zweiter Elektromotor, welcher denKompressor antreibt. Während der Bremsphasen wird der Verbrennungsmotor vorzugsweiseals Kompressor betrieben, indem er nicht ein Gemisch aus Frischluft und Kraftstoff ansaugt undVerbrennungsabgase ausstößt, sondern indem er Frischluft ansaugt und komprimierte Frischluftausstößt, somit also als Luftpumpe betrieben wird.

[0020] Vorzugsweise werden die Kolben eines entsprechend ausgestalteten Verbrennungsmo¬tors in Betriebsphasen, in denen dieser Verbrennungsmotor nicht zur Energieerzeugung benö¬tigt wird, als Luftpumpen eingesetzt, um Frischluft zu komprimieren. Andere bevorzugte Ausfüh¬rungsformen der Erfindung sehen vor, dass eine Kompression von Frischluft mit Hilfe elektrischangetriebener Luftpumpen geschieht, welche während eines dynamischen Bremsvorgangsvorzugsweise von einem Generator angetrieben werden, der dem Fahrzeug kinetische Energieentzieht.

[0021] Die Speicherung der komprimierten Frischluft erfolgt dabei vorzugsweise in Form vonDruckluft in einem hierfür vorgesehenen Drucklufttank, der mit dem Fahrzeug mitgeführt wird.Bei Schienenfahrzeugen ist hierfür vorzugsweise ein Wagon vorgesehen, auf dem der Druck¬lufttank befördert wird.

[0022] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass diezur Kompression und/oder Speicherung von angesaugter Frischluft benötigte Energie wenigs¬tens teilweise der kinetischen Energie des Fahrzeugs entnommen wird. Vorzugsweise ge¬schieht dies, indem beim Bremsen des Fahrzeugs diesem Fahrzeug kinetische Energie durchwenigstens einen ersten elektrischen Generator entzogen wird, dessen erzeugte Leistung direktzum Antrieb des Kompressors verwendet und/oder in einen Energiespeicher, vorzugsweise ineinen elektrochemischen Energiespeicher eingespeist wird. Der erste Generator kann dabeiauch ein erster Elektromotor sein, der das Fahrzeug, sofern es nicht gebremst wird, antreibt undwährend dieser Antriebsphasen vorzugsweise über einen zweiten Generator, der von demVerbrennungsmotor angetrieben wird, mit Energie versorgt wird. Dieser zweite Generator arbei¬tet während der Bremsung des Fahrzeugs vorzugsweise als zweiter Elektromotor, welcher denKompressor antreibt. Während der Bremsphasen wird der Verbrennungsmotor vorzugsweiseals Kompressor betrieben, indem er nicht ein Gemisch aus Frischluft und Kraftstoff ansaugt undVerbrennungsabgase ausstößt, sondern indem der Frischluft ansaugt und komprimierte Frisch¬luft ausstößt. Andere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, bei denen der Verbren¬nungsmotor das Fahrzeug unmittelbar, also nicht über einen Generator mit nachgeschaltetemElektromotor, antreibt sehen vor, dass der Verbrennungsmotor als Kompressor genutzt wird,der direkt durch das zu bremsende Fahrzeug angetrieben wird. Diese Lösung ist konstruktivweniger aufwendig als die elektrodynamische Koppelung von Verbrennungsmotor und Fahr¬zeug; diese ist jedoch mit dem Vorteil verbunden, dass überschüssige Bremsenergie, die nichtzur Kompression benötigt wird, in einem vorzugsweise elektrochemischen Energiespeichergespeichert werden kann.

[0023] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht eine wenigs¬tens teilweise Kompression und Speicherung von Verbrennungsabgasen des Verbrennungsmo¬tors während einer dritten Betriebsphase des Fahrzeugs vor. Der Beginn, die Dauer und dasEnde einer solchen dritten Betriebsphase wird vorzugsweise so gewählt, dass Emissionen vonVerbrennungsabgasen durch das Fahrzeug bzw. durch dessen Verbrennungsmotor nach Mög¬lichkeit vermieden oder vermindert werden, wenn oder während das Fahrzeug eine Umgebungpassiert, in der Emissionen von Verbrennungsabgasen unerwünscht, verboten oder nachteiligsind. Solche Situationen treten insbesondere bei der Durchfahrt durch ein Tunnelbauwerk auf.

[0024] Unter dem Begriff Tunnelbauwerk sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung künstlicheoder natürliche Unterquerungen von Verkehrshindernissen aller Art verstanden werden, insbe¬sondere Straßentunnelbauwerke oder Schienentunnelbauwerke.

[0025] Die Luft in Tunnelbauwerken ist häufig durch Verbrennungsabgase zahlreicher Fahr¬zeuge erheblich belastet. In der Folge dieser Belastung ist der Sauerstoffgehalt der Luft inTunnelbauwerken im Vergleich zum Sauerstoffgehalt der Frischluft außerhalb dieser Tunnel¬bauwerke häufig erheblich vermindert. Außerdem ist die Konzentration von in Verbrennungsab¬gasen enthaltenen Schadstoffen, insbesondere von Säuren oder sauren Gasen wie beispiels¬weise Schwefelsäure, schwefeliger Säure, Schwefeldioxid, Salpetersäure oder Stickoxiden inder Atmosphäre innerhalb von Tunnelbauwerken häufig im Vergleich zur Atmosphäre außer¬halb solcher Tunnelbauwerke erheblich erhöht. Hierdurch werden nicht nur Baumaterialienbeschädigt und Pflanzen, Tiere oder Menschen belästigt oder gesundheitlich beeinträchtigt. Derverminderte Sauerstoffgehalt der Luft in Tunnelbauwerken führt häufig zu einer Verminderungder Leistung von Verbrennungsmotoren, die in diesen Tunnelbauwerken betrieben werden.Erfindungsgemäß werden nun vorzugsweise Beginn, Ende und Dauer einer dritten Betriebs¬phase so gewählt, dass die durch das Fahrzeug verursachten Emissionen von Verbrennungs¬abgasen in die Atmosphäre des Tunnelbauwerks nach Möglichkeit vermieden oder vermindertwerden. Vorzugsweise wird dazu der Beginn bzw. das Ende einer dritten Betriebsphase zeitlichvor die Einfahrt in ein Tunnelbauwerk bzw. hinter die Ausfahrt aus dem Tunnelbauwerk gelegt.

[0026] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht das Ablas¬sen gespeicherter Verbrennungsabgase während einer vierten Betriebsphase des Fahrzeugsvor. Vorzugsweise werden der Beginn, das Ende und die Dauer einer solchen vierten Betriebs¬phase so gewählt, dass Emissionen von Verbrennungsabgasen durch das Fahrzeug bzw. durchdessen Verbrennungsmotor nach Möglichkeit vermieden oder vermindert werden, wenn oderwährend das Fahrzeug eine Umgebung passiert, in der Emissionen von Verbrennungsabgasenunerwünscht, verboten oder nachteilig sind. Solche Situationen treten insbesondere bei derDurchfahrt durch ein Tunnelbauwerk auf. Erfindungsgemäß werden daher vorzugsweise Be¬ginn, Ende und Dauer einer vierten Betriebsphase so gewählt, dass die durch das Fahrzeugverursachten Emissionen von Verbrennungsabgasen in die Atmosphäre des Tunnelbauwerksnach Möglichkeit vermieden oder vermindert werden. Vorzugsweise wird dazu der Beginn bzw.das Ende einer vierten Betriebsphase zeitlich hinter die Ausfahrt aus einem Tunnelbauwerkbzw. vor die Einfahrt in ein nachfolgendes Tunnelbauwerk gelegt.

[0027] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass diezur Kompression und oder Speicherung von Verbrennungsabgasen benötigte Energie wenigs¬tens teilweise der kinetischen Energie des Fahrzeugs entnommen wird. Vorzugsweise ge¬schieht dies, indem beim Bremsen des Fahrzeugs diesem Fahrzeug kinetische Energie durchwenigstens einen ersten elektrischen Generator entzogen wird, dessen erzeugte Leistung direktzum Antrieb des Kompressors verwendet und/oder in einen Energiespeicher, vorzugsweise ineinen elektrochemischen Energiespeicher eingespeist wird. Der erste Generator kann dabeiauch ein erster Elektromotor sein, der das Fahrzeug, sofern es nicht gebremst wird, antreibt undwährend dieser Antriebsphasen vorzugsweise über einen zweiten Generator, der von demVerbrennungsmotor angetrieben wird, mit Energie versorgt wird. Dieser zweite Generator arbei¬tet während der Bremsung des Fahrzeugs vorzugsweise als zweiter Elektromotor, welcher denKompressor antreibt. Während der Bremsphasen wird der Verbrennungsmotor vorzugsweiseals Kompressor betrieben, indem die durch den Verbrennungsmotor erzeugten Verbrennungs¬abgase nicht in die umgebende Atmosphäre sondern in einen Drucktank geleitet werden. DieseLösung ist mit dem Vorteil verbunden, dass überschüssige Bremsenergie, die nicht zur Kom¬pression benötigt wird, in einem vorzugsweise elektrochemischen Energiespeicher gespeichertwerden kann.

[0028] Die erfindungsgemäße Kompression von Verbrennungsabgasen während einer Tunnel¬durchfahrt des Fahrzeugs ist insbesondere dann vor Vorteil, wenn auf oder in dem Fahrzeugzwei, drei oder mehr Verbrennungsmotoren in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet sind,wobei die Verbrennungsabgase wenigstens eines ersten Verbrennungsmotors so ausgestoßenwerden, dass wenigstens ein in Fahrtrichtung nachfolgender zweiter Verbrennungsmotor einGasgemisch ansaugt, in welchem die Konzentration der durch den ersten Verbrennungsmotorausgestoßenen Verbrennungsabgase stark erhöht ist, beispielsweise weil diese Verbrennungs¬ abgase durch den Lufteinlass des nachfolgenden Verbrennungsmotors angesogen werden.Ähnliche Vorteile ergeben sich in Fällen, in denen eine Mehrzahl von erfindungsgemäß ausge¬stalteten Fahrzeugen dicht hintereinander ein Tunnelbauwerk durchfährt.

[0029] Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht die Nutzung dervorzugsweise als Druckluft gespeicherten Frischluft und/oder des Verbrennungsabgases durchInjektion der gespeicherten Frischluft in den Verbrennungsmotor während einer zweiten Be¬triebsphase des Fahrzeugs vor. Vorzugsweise wird diese Druckluft in den Verbrennungsmotor,vorzugsweise vor dem Turbolader-Kompressor, injiziert, wodurch eine erhebliche Leistungsstei¬gerung des Verbrennungsmotors erreicht werden kann. Bevorzugt kann der Verbrennungsmo¬tor unter entsprechender Modifikation der Ventilsteuerung auch ausschließlich mit der Energieder gespeicherten Druckluft betrieben werden. Eine andere bevorzugte alternative oder zusätz¬liche Nutzung der als Druckluft gespeicherten Frischluft und/oder des Verbrennungsabgasessieht die Bremsung des Fahrzeugs mit Hilfe von Druckluftbremsen vor. Eine weitere bevorzugteAusführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass ein Wechsel zwischen unterschied¬lichen Betriebsphasen durch eine Auswertung von Signalen gesteuert wird, die von wenigstenseiner Signalquelle, vorzugsweise durch eine Mehrzahl von Signalquellen erzeugt werden, die ineiner Umgebung einer Fahrstrecke des Fahrzeugs angeordnet sind. Vorzugsweise sind solcheSignalquellen an Stellen entlang der Fahrstrecke eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs ange¬ordnet, die in der Nähe von Punkten der Fahrstrecke liegen, bei deren passieren durch daserfindungsgemäße Fahrzeug ein Wechsel einer Betriebsphase vorgenommen werden soll, oderbei deren passieren durch das erfindungsgemäße Fahrzeug eine oder mehrere der Betriebs¬phasen beginnen oder enden sollen. Vorzugsweise sind solche Signalquellen vor einer Einfahrtin ein Tunnelbauwerk oder hinter einer Ausfahrt aus einem Tunnelbauwerk angeordnet. DieÜbertragung von Signalen von einer Signalquelle zum Fahrzeug erfolgt dabei vorzugsweisedrahtlos, besonders vorzugsweise funktechnisch, d.h. über Radiowellen, oder optisch, d.h. überLichtwellen einschließlich infraroter Lichtwellen. Vorzugsweise sind solche Signalquellen alsFunkbaken oder elektro-optische Signalquellen ausgestaltet. Vorzugsweise sind diese Signal¬quellen so angeordnet, dass bei gegebener, von der jeweils verwendeten Technik abhängigenReichweite der Signalübertragung gewährleistet ist, dass das zu übertragende Signal das Fahr¬zeug erreicht, bevor ein Wechsel einer Betriebsphase vorgenommen werden soll, oder bevoreine Betriebsphase begonnen oder beendet werden soll.

[0030] Die von solchen in einer Umgebung einer Fahrstrecke des Fahrzeugs angeordnetenSignalquellen ausgesendeten Signale werden vorzugsweise von wenigstens einem an, auf oderin dem Fahrzeug angeordneten Signalempfänger empfangen, der diese Signale einer Steuer¬einrichtung zur weiteren Verarbeitung, insbesondere zur Einleitung, zur Beendigung oder zumWechsel von Betriebsphasen, zuführt.

[0031] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass einWechsel zwischen unterschiedlichen Betriebsphasen durch eine Auswertung von Signalengesteuert wird, die eine Information über die geographische Position, vorzugsweise über geo¬graphische Koordinaten des Fahrzeugs enthalten. Solche Signale werden vorzugsweise voneinem geographischen Positionsbestimmungssystems wie beispielsweise dem Globalen Positi¬onierungssystem „GPS" empfangen oder aus solchen empfangenen Signalen abgeleitet. Ineiner Verarbeitungseinheit des Fahrzeugs sind vorzugsweise Daten über die Position von geo¬graphischen Orten verfügbar, an denen eine Einleitung, eine Beendigung oder ein Wechsel vonBetriebsphasen wünschenswert oder vorgeschrieben ist.

[0032] Diese Daten umfassen neben Positionsdaten vorzugsweise auch Informationen über dieBedeutung dieser Orte für die Steuerung der Betriebsphasen, also beispielsweise Informationenübe die Position von Einfahrten oder Ausfahrten von Fahrstreckenabschnitten, Tunnelbauwer¬ken, oder ähnliche Informationen.

[0033] Bei einer Annäherung des Fahrzeugs an einen solchen Ort, die durch eine vorzugsweiselaufende Auswertung von empfangenen Informationen über die geographische Position desFahrzeugs festgestellt werden kann, wird eine entsprechende Einleitung, eine Beendigung oder ein Wechsel wenigstes einer Betriebsphase vorgenommen. Bevorzugte Beispiele für Orte, andenen eine Einleitung, eine Beendigung oder ein Wechsel von Betriebsphasen im Sinne dervorliegenden Erfindung wünschenswert oder vorgeschrieben ist, sind Einfahrten oder Ausfahr¬ten von Tunnelbauwerken, Zufahrten zu oder Ausfahrten aus geschlossenen Ortschaften,Wohnvierteln oder Naturschutzgebieten.

[0034] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dasseine Einleitung, eine Beendigung von oder ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Betriebs¬phasen durch eine Auswertung wenigstens einer Stoffkonzentration in der Umgebungsluft desFahrzeugs gesteuert wird. Bevorzugte Beispiele für Stoffe, deren Konzentration in der Umge¬bungsluft des Fahrzeugs ausgewertet werden, um eine Einleitung, eine Beendigung oder einenWechsel von Betriebsphasen im Sinne der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von denausgewerteten Konzentrationen vorzunehmen, sind in Abhängigkeit von dem zum Betrieb desVerbrennungsmotors verwendeten Kraftstoff solche Stoffe, die den Verbrennungsprozess stö¬ren oder beeinträchtigen könnten, die Beschädigungen an zum Aufbau oder Betrieb des Ver¬brennungsmotors verwendeten Materialien hervorrufen könnten, oder deren Konzentration inder Umgebungsluft durch Ablassen von Verbrennungsabgasen über eine unschädliche odererlaubte Schwelle erhöht werden könnte, wie insbesondere Kohlenwasserstoffe, Stickoxide,Ozon oder Kohlenmonoxid.

[0035] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass dieKonzentration wenigstens eines Stoffes gemessen wird, der in den Abgasen des Verbren¬nungsmotors enthalten oder der ein mögliches Reaktionsprodukt dieser Abgase ist.

[0036] Vorzugsweise wird auch die Intensität des Lichteinfalls mit Hilfe wenigstens eines Pho¬tosensors, optoelektronischen Sensors oder Photodetektors gemessen, besonders vorzugswei¬se auch die Intensität der einfallenden Ultraviolettstrahlung. Die Messung solcher Daten erlaubtVorhersagen über photochemisch induzierte chemische Reaktionen von Bestandteilen derVerbrennungsabgase mit Inhaltsstoffen der Umgebungsluft. Hierdurch können unerwünschteoder schädigende Einflüsse der Reaktionsprodukte solcher Reaktionen auf die Umgebung derFahrstrecke reduziert oder vermieden werden. Solche Photosensoren, optoelektronischenSensoren oder Photodetektoren werden vorzugsweise an der Außenhaut des Fahrzeugs ange¬bracht. Die gemessenen Lichtintensitäten werden vorzugsweise zusammen mit gemessenenStoffkonzentrationen in der Umgebungsluft und/oder in den Verbrennungsabgasen dazu ver¬wendet, die Betriebsphasen in einer Weise zu steuern, dass unerwünschte oder schädigendeEinflüsse der Reaktionsprodukte von Reaktionen von Bestandteilen der Verbrennungsabgasemit Inhaltsstoffen der Umgebungsluft auf die Umgebung der Fahrstrecke reduziert oder vermie¬den werden.

[0037] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Steuerung eines Wech¬sels zwischen den Betriebsphasen auf. Im Sinne der Erfindung ist unter einer Steuereinrichtungeine Einrichtung zu verstehen, welche an der Steuerung eines Fahrzeugs oder einer Verbren¬nungskraftmaschine, insbesondere an der Betätigung von Steuerorganen, beteiligt ist.

[0038] I m Sinne der Erfindung ist unter einem Steuerorgan eine Einrichtung zu verstehen,welche an der Steuerung des Einleitens, des Beendens oder des Wechselns wenigstens einerBetriebsphase beteiligt ist. Vorzugsweise ist eines dieser Steuerorgane an der Steuerung derKompression, am Ablassen und/oder an der Speicherung von Frischluft und/oder Verbren¬nungsabgasen beteiligt. Weiter vorzugsweise wird das Steuerorgan zwischen einer ersten undeiner zweiten Position hin und her bewegt um das Einleiten, das Beenden oder den Wechselwenigstens einer Betriebsphase zu steuern, insbesondere zwischen einer Stellung in welcherdieses Steuerorgan eine Öffnung in einer Verbindung zwischen der Brennkammer des Ver¬brennungsmotors und einem Drucktank verschließt und einer Stellung in welcher es dieseÖffnung freigibt. Vorzugsweise ist ein Steuerorgan als eine Einrichtung mit einem schaftartigenund einem tellerartigen Abschnitt zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist ein Steuerorgan als einEinlass- beziehungsweise Auslassventil eines Drucktanks zu verstehen und verschließt oderöffnet eine Öffnung zu einem Drucktank und ermöglicht oder verhindert damit das Zu- oder

Abströmen von Frischluft oder Verbrennungsgasen zu diesem Drucktank.

[0039] I m Sinne der Erfindung ist unter einer Verstellvorrichtung eine Vorrichtung zum Verstel¬len zwischen mehreren Steuerstellungen, vorzugsweise zwischen zwei oder mehr Steuerstel¬lungen, zu verstehen. Vorzugsweise weist diese Verstellvorrichtung eine Aktuatoreinrichtung,vorzugsweise einen elektromechanischen Aktuator, weiter vorzugsweise einen hydromechani¬schen Aktuator, auf.

[0040] I m Sinne der Erfindung ist unter einem solchen Aktuator eine Einrichtung zu verstehen,welche eine Eingangsgröße, insbesondere eine elektrische oder hydraulische Eingangsgröße,in eine mechanische Ausgangsgröße, vorzugsweise eine Kraftwirkung, umwandelt.

[0041] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erfin¬dungsgemäße Vorrichtung einen Empfänger zum Empfang und zur Auswertung von Signalenzur Steuerung eines Wechsels zwischen den Betriebsphasen auf.

[0042] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erfin¬dungsgemäße Vorrichtung einen Sensor zur Messung wenigstens einer Stoffkonzentration inder Umgebungsluft der Steuerungseinrichtung auf.

[0043] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erfin¬dungsgemäße Vorrichtung einen Sensor zur Messung der Konzentration eines Stoffes auf, derin den Abgasen des Verbrennungsmotors enthalten oder der ein mögliches Reaktionsproduktdieser Abgase ist.

[0044] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erfin¬dungsgemäße Vorrichtung einen Sender zur Aussendung eines Signals zur Steuerung einesWechsels zwischen den Betriebsphasen auf.

[0045] Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich ausunterschiedlichen Kombinationen von Merkmalen einer Mehrzahl der vorhergehend dargestell¬ten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

[0046] Bevorzugte Ausgestaltungen und Merkmal der Erfindung sind Gegenstand der Figuren,dabei sind die Darstellungen in den Figuren teilweise schematisiert. Nachfolgend zeigt, [0047] Fig. 1 in schematischer Weise ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; [0048] Fig. 2 in schematischer Weise ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung; [0049] Fig. 3 in schematischer Weise ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung; [0050] Fig. 4 in schematischer Weise ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung; [0051] Fig. 5 in schematischer Weise ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung; [0052] Fig. 6 in schematischer Weise ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

[0053] Fig. 7 bis Fig. 24 zeigen Ausführungsbeispiele der DE 10 2010 038 201 A1.

[0054] Bei den in den Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung weistdas Fahrzeug einen Verbrennungsmotor VM auf, welcher mit einer Leitung 101, 201, vorzugs¬weise einer Rohrleitung oder einer anderen für den Gastransport geeigneten Leitung, mit einemKompressor KP verbunden ist. Der Kompressor wird über eine Steuereinrichtung SE gesteuert106, 206. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung empfängt105 die Steuereinrichtung SE über einen Empfänger RX Signale, die von einer Signalquelle SQausgesandt werden 104. In Abhängigkeit von der Betriebsphase, in welcher das Fahrzeug bzw.seine Komponenten betrieben werden, komprimiert der Kompressor in diesen beiden Ausfüh¬rungsbeispielen Frischluft und speichert 102 diese Frischluft in einem Frischluftspeicher FS. Inanderen Betriebsphasen komprimiert der Kompressor KP Verbrennungsabgase der Verbren¬nungsmaschine und speichert 103 diese Verbrennungsabgase in dem Abgasspeicher AS.

[0055] Das in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheidetsich von dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass sich die Signalquelle SQ nicht wie bei dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in der Umgebung des Fahr¬zeugs FZ befindet, sondern dass sich die Signalquelle SQ an Bord des Fahrzeugs befindet unddie Signale 205 dadurch erzeugt, dass die Signalquelle Daten 204 auswertet, welche sie voneinem Empfänger RX, beispielsweise von einem GPS-Empfänger, bezieht.

[0056] Jedes dieser Ausführungsbespiele kann mit anderen Ausführungsbeispielen der vorlie¬genden Erfindung, insbesondere mit den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen,vorteilhaft kombiniert werden.

[0057] Beispielsweise zeigt die Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eineMehrzahl von Verbrennungsmotoren VM1, VM2 und VM3 auf, an oder in dem Fahrzeug FZhintereinander so angeordnet sind, dass sich der Abgasauslass eines jeweils vorhergehendenVerbrennungsmotors in der Nähe des Frischluftansaugstutzens eines nachfolgenden Verbren¬nungsmotors befindet, so dass insbesondere bei einer Tunneldurchfahrt ein erheblicher Teil derdurch einen vorhergehenden Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgase von einem nachfol¬genden Verbrennungsmotor zusammen mit der anzusaugenden Frischluft eingesogen wird.

[0058] Während der vorderste Verbrennungsmotor VM1 einen freiliegenden Frischlufteinsatz301 aufweist, sei in diesem Beispiel angenommen, dass der Abgasauslass 304 des Verbren¬nungsmotors VM1 in Bezug auf den Frischluftansaugstutzen 302 des VerbrennungsmotorsVM2 so angeordnet ist, dass ein erheblicher Teil der durch den Verbrennungsmotor VM1 aus¬gestoßenen Abgase von dem nachfolgenden Verbrennungsmotor VM2 angesogen wird. DasGleiche sei von den Verbrennungsmotoren VM2 und VM3 angenommen in Bezug auf denAbgasauslass 305 des Verbrennungsmotors VM2 und dem Frischluftansaugstutzen 303 desVerbrennungsmotors VM3.

[0059] In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Kompressoren KP1 und KP2 vorgesehen,welche Verbrennungsabgase der Verbrennungsmotoren VM1 bzw. VM2 und VM3 komprimierenund in den Verbrennungsabgasspeichern AS1 bzw. AS2 speichern. Dies geschieht unter demEinfluss der Steuereinrichtung SE, welche die Verbrennungsmotoren mit entsprechenden Steu¬ersignalen 307 versieht.

[0060] Insbesondere bei einer Tunneldurchfahrt ist es bei diesem Ausführungsbeispiel vorteil¬haft, wenn während einer Tunneldurchfahrt die Verbrennungsabgase der VerbrennungsmotorenVM1, VM2 und auch VM3 komprimiert werden, da hierdurch die Konzentration der Verbren¬nungsabgase, welcher einer der jeweils nachfolgenden Verbrennungsmotoren ansaugt, erheb¬lich vermindert werden kann. In Bezug auf die durch den Verbrennungsmotor VM3 ausgesto¬ßenen Abgase 306 gilt dies in diesem Beispiel allerdings nur für einen Verbrennungsmotoreines nachfolgenden Fahrzeugs.

[0061] Diese Situation ist in der Fig. 4 dargestellt, welche ein Ausführungsbeispiel der Erfindungzeigt, bei dem ein Fahrzeug FZ1 einem FZ2 vorausfährt, und bei dem die von dem Verbren¬nungsmotor VM1 des Fahrzeugs FZ1 ausgestoßenen Verbrennungsabgase 404 wenigstensteilweise von dem Verbrennungsmotor VM2 des nachfolgenden Fahrzeugs FZ2 eingesogenwerden 402. Auch bei diesem in der Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung bewirkt eine Kompression der Verbrennungsabgase des Verbrennungsmotors VM1durch dem Kompressor KP1 und die Speicherung dieser Verbrennungsabgase in dem Abgas¬speicher AS1 eine Verminderung der Konzentration der durch den Verbrennungsmotor VM2des nachfolgenden Fahrzeugs FZ2 angesaugten Verbrennungsabgase. Die Kompression derVerbrennungsabgase des Verbrennungsmotors VM2 des nachfolgenden Fahrzeugs FZ2 durchden Kompressor KP2 und deren Speicherung in dem Abgasspeicher AS2 führt dagegen zueiner Verminderung der in der Umgebung der beiden Fahrzeuge verbleibenden Verbrennungs¬abgase, was insbesondere bei einer Tunneldurchfahrt sich vorteilhaft für nachfolgende Fahr¬zeuge auswirkt.

[0062] Bei dem in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sindzwei Motorgeneratoren MG1 und MG2 vorgesehen, die je nach Betriebsphase als Elektromoto¬ren oder als elektrische Generatoren arbeiten könnten. Hier saugt der Verbrennungsmotor VM

Frischluft 501 an und stößt Verbrennungsabgase 504 aus, sofern diese nicht durch den Kom¬pressor KP komprimiert und in dem Abgasspeicher AS gespeichert werden. Die Steuerung derBetriebsphasen erfolgt auch hier durch die Steuereinrichtung SE und die Verbrennungsmaschi¬ne VM treibt 510 den in der hier gezeigten Betriebsphase als elektrisch arbeitenden Motorgene¬rator MG1 an, welcher den in dieser Betriebsphase als Elektromotor arbeitenden Motorgenera¬tor MG2 mit elektrischer Energie 512 versorgt. Ein Antrieb des Kompressors KP kann sowohlelektrisch über die von dem Motorgenerator 1 erzeugten elektrischen Energie 511 erfolgen alsauch mechanisch 513 durch den als Elektromotor arbeitenden Motorgenerator MG2.

[0063] Bei dem in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung istein Drosselventil TV einer Motorbremse im Abgassystem des Verbrennungsmotors VM zwi¬schen dem Verbrennungsmotor und einer Turbine T vorgesehen. Wird das Ventil TV geschlos¬sen, steigt der Druck im Abgassystem. Durch eine Verbindung 601 des Abgassystems miteinem Drucktank DT, vorzugsweise über ein Einweg-Ventil, wird es möglich, Luft in den Druck¬tank zu pumpen. Die Obergrenze für den aufzubauenden Druck kann vorzugsweise über einepassend gewählte Federkraft von vorzugsweise vorgesehenen Ansaug- bzw. Ausstoß-Ventileneingestellt werden.

[0064] Vorzugsweise wird die so, besonders vorzugsweise durch dynamisches Bremsen, er¬zeugte Druckluft vor einem vorzugsweise vorgesehenen Kompressor zur Leistungssteigerungder Maschine verwendet. Vorzugsweise wird dabei die Verbrennungsmaschine während einesdynamischen Bremsvorgangs als Luftpumpe betrieben, oder es wird eine elektrisch angetriebe¬ne Luftpumpe zur Drucklufterzeugung verwendet, die mit elektrischer Energie betrieben wird,die während des dynamischen Bremsens erzeugt wurde oder wird.

[0065] Die Injektion von Druckluft kann dabei vorzugsweise manuell, über GPS oder in Abhän¬gigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit aktiviert werden, insbesondere wenn die Fahrzeugge¬schwindigkeit unterhalb einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit liegt.

[0066] Die Dosierung für die Injektion von Druckluft wird vorzugsweise manuell gesteuert oderanhand einer optimierten Strategie, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Tunnellänge, derHöhenlage des Tunnels, der Fahrzeuggeschwindigkeit bei Einfahrt in den Tunnel, der momen¬tanen Fahrzeuggeschwindigkeit, der Anzahl der mit dem Fahrzeug mitgeführten Verbren¬nungsmotoren, dem Fahrzeuggewicht und von der verfügbaren Druckluftmenge.

[0067] Vorzugsweise wird die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bzw. unter Benut¬zung der Lehren der DE 10 2010 038 201 A1 realisiert. Dieses Dokument offenbart eine Brenn¬kraftmaschine mit einem Einlasssystem mit einem vorzugsweise durch eine Abgasturbine ange¬triebene Verdichter und einem Auslasssystem, mit einem Abgasrückführsystem mit zumindesteiner Abgasrückführleitung, zur Rückführung von Abgas aus dem Auslasssystem in das Ein¬lasssystem, wobei Abgas mit Unterstützung eines einen Druckluftbehälter aufweisenden Druck¬luftsystems über eine Venturi-Einrichtung rückführbar ist. Dieses Dokument wird hiermit durchBezugnahme ausdrücklich zum Bestandteil der vorliegenden Offenbarung gemacht.

[0068] Diesem Dokument DE 10 2010 038 201 A1 liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasrück¬führsystem zu entwickeln, mit welchem auf möglichst einfache und energiesparende WeiseStickoxidemissionen reduziert werden können. Nach der Lehre dieses Dokuments wird diesdadurch erreicht, dass der Druckluftbehälter über zumindest ein separates Entnahmeventil mitzumindest einem Arbeitsraum eines Zylinders strömungsverbindbar ist, wobei vorzugsweisedas Entnahmeventil ein in den Zylinderraum öffnendes, zusätzlich zu Gaswechselventilen an¬geordnetes Hubventil ist.

[0069] Dadurch, dass im Motorbremsbetrieb die Brennkraftmaschine vorzugsweise als Verdich¬ter genutzt wird, kann Druckluft auf einfache Weise gespeichert werden, ohne dass ein zusätzli¬cher elektrisch oder mechanisch betriebener Kompressor erforderlich wäre. Eine energetischgünstige Aufladung des Druckluftsystems kann erreicht werden, wenn zumindest ein Zylinder inzumindest einem Motorbetriebsbereich deaktiviert wird und der Druckluftbehälter über zumin¬dest ein Entnahmeventil mit dem Arbeitsraum des deaktivierten Zylinders strömungsverbunden wird, wobei vorzugsweise die Aufladung des Druckluftbehälters während eines Motorbremsbe¬triebes erfolgt. In einer einfachen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dasszwischen dem Entnahmeventil und dem Druckluftbehälter eine Entnahmeleitung und in derEntnahmeleitung ein erstes Ventil, vorzugsweise ein Rückschlagventil, angeordnet ist. Anstelledes ersten Rückschlagventils kann auch ein synchron mit dem Entnahmeventil betätigtes Steu¬erventil vorgesehen sein.

[0070] Ein hoher Luftdurchsatz lässt sich erreichen, wenn die Entnahmeleitung über eine Ver¬bindungsleitung mit dem Einlasssystem, vorzugsweise stromaufwärts des Verdichters, verbun¬den ist. Um ein Rückströmen der Druckluft in Richtung des Luftfilters zu vermeiden, ist vorgese¬hen, dass in der Verbindungsleitung ein vorzugsweise durch ein Rückschlagventil gebildeteszweites Ventil angeordnet ist.

[0071] Fig. 7 zeigt (mit den in der DE 10 2010 038 201 A1 verwendeten Bezugszeichen) eineBrennkraftmaschine 1 mit einem Einlasssystem 2 und einem Auslasssystem 3. Im Auslasssys¬tem 3 ist die Abgasturbine 4 und im Einlasssystem 2 der Verdichter 5 eines Abgasturboladersangeordnet. Zur Rückführung von Abgas aus dem Auslasssystem 3 in das Einlasssystem 2 istin der Abgasrückführleitung 13a des Abgasrückführsystem 13 ein Abgasrückführventil 6 und einAbgasrückführkühler 7 angeordnet. Stromabwärts des Verdichters 5 befinden sich ein Ladeluft¬kühler 8 und eine Drosselklappe 9. Um ein rasches Ansprechverhalten des Verdichter 5 desAbgasturboladers zu erreichen, ist ein Druckluftsystem 14 mit einer in das Einlasssystem mün¬denden Druckluftleitung 15 vorgesehen, wobei das Druckluftsystem 14 weiteres einen Druck¬luftbehälter 10 und ein Druckluftventil 11 aufweist.

[0072] Stromabwärts des Abgasrückführkühlers 7 verzweigt sich die Abgasrückführleitung 13ain einen ersten und einen zweiten Abgasströmungsweg 16, 17. Die Verzweigung ist mit Be¬zugszeichen 13b bezeichnet. Im ersten Abgasströmungsweg 16 ist eine Venturi-Einrichtung 12angeordnet, wobei die Druckluftleitung 15 stromaufwärts der Venturi-Einrichtung 12 in denersten Abgasströmungsweg 16 einmündet. Dadurch kann auch bei ungünstiger Druckdifferenzzwischen Einlasssystem 2 und Auslasssystem 3 ausreichend Abgas vom Auslasssystem 3 indas Einlasssystem 2 rückgeführt werden. Um eine effektive Abgasrückführung zu erreichen, istim ersten und/oder zweiten Abgasströmungsweg 16, 17 stromabwärts der Venturi- Einrichtung12 ein Abgasventil 18 angeordnet, mit welchem der Strömungsquerschnitt des ersten bzw.zweiten Abgasströmungsweges 16, 17 vermindert oder geschlossen werden kann.

[0073] In dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist (mit den Bezugszeichen der DE 102010 038 201 A1) dieses Abgasventil 18 als Umschaltventil 18a zum Umschalten zwischenerstem und dem zweitem Strömungsweg 16, 17 ausgebildet. Das Umschaltventil 18a weistdabei zumindest zwei Schaltstellungen auf, wobei in einer ersten Schaltstellung, wie in Fig. 7ersichtlich, der erste Strömungsweg 16 gesperrt und der zweite Strömungsweg 17 geöffnet undin der in Fig. 24 dargestellten zweiten Schaltstellung der erste Strömungsweg 16 geöffnet undder zweite Strömungsweg 17 gesperrt ist. Das Umschaltventil kann selbsttätig durch die Druck¬differenz zwischen erstem und zweiten Strömungsweg 16, 17 oder gesteuert durch einen Aktu¬ator betätigt werden.

[0074] Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Abgasventil 18 als durcheinen Aktuator 19 betätigtes Steuerventil 18b ausgebildet ist, wobei durch das Steuerventil 18bder Strömungsquerschnitt des zweiten Abgasströmungsweges 17 verändert werden kann. Derzweite Strömungsweg 17 mündet dabei über einen Abgas/Luft-Mischer 20 in das Einlasssystem2 ein. Der Aktuator 19 kann beispielsweise durch eine Unterdruckdose gebildet sein. Alternativdazu kann das Abgasventil 18 auch durch ein federbelastetes Einwegventil, beispielsweise einefederbelastete Klappe gebildet sein, welche in Richtung des Einlasssystems 2 öffnet. Währenddes stationären Motorbetriebes ist das Druckluftventil 11 geschlossen. Die Brennkraftmaschine1 kann somit mit konventioneller Abgasrückführung über das Abgasrückführventil 6 und dieDrosselklappe 9 gesteuert werden, wobei durch das Abgasventil 18 der zweite Abgasströ¬mungsweg 17 geöffnet wird.

[0075] 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 Verbesserungder Abgasqualität kann in dieser Phase das Abgasrückführventil 6 zur Rückführung von Abgasin dem Einlasssystem 2 geöffnet werden, wodurch Abgas über die Venturi-Einrichtung 12 unddem ersten Abgasströmungsweg 16 in das Einlasssystem 2 strömt. Das Abgasventil 18 (18a inFig. 7, 18b in Fig. 8) ist dabei geschlossen. Ferner kann im transienten Betriebsbereich derBrennkraftmaschine 1 die Drosselklappe 9 geschlossen werden, wenn Druckluft über dasDruckluftventil 11 in das Einlasssystem 2 eingeblasen wird, um den Drehmomentaufbau derBrennkraftmaschine 1 zu verbessern. Die zusätzliche Venturi- Einrichtung 12 hat den Vorteil,dass Abgas auch in dieser Phase bei ungünstigen Druckverhältnissen in ausreichender Mengerückgeführt werden kann. Dadurch kann das Auftreten von Stickoxidspitzen zuverlässig verhin¬dert werden.

[0076] Fig. 9 zeigt (mit den in der DE 10 2010 038 201 A1 verwendeten Bezugszeichen) einenZylinder 21 mit einem hin- und hergehenden Kolben 22 einer Brennkraftmaschine 1, wobei inden Arbeitsraum 23 des Zylinders 21 zusätzlich zu Ein- und Auslassventilen 24, 25 ein Ent¬nahmeventil 26 angeordnet ist, welches eine Druckluftleitung 27 steuert. Die Druckluftleitung 27ist über eine Verbindungsleitung 28 mit dem Druckluftbehälter 10 verbunden, wobei in derVerbindungsleitung 28 ein als Rückschlagventil ausgeführtes erstes Ventil 29 angeordnet ist.Die Druckluftleitung 27 und die Verbindungsleitung 28 sind über ein als Rückschlagventil aus¬geführtes zweites Ventil 30 mit der Niederdruckseite des Einlasssystems 2 verbunden. Mit 2a istdabei ein Luftfilter angedeutet.

[0077] In Fig. 10 ist die Lage der Einlass- und Auslassventile 24 und 25, sowie des zusätzlichenEntnahmeventils 26 dargestellt. Im Bereich der Zylindermitte ist eine Einspritzeinrichtung 31angedeutet. Während des normalen Betriebes der Brennkraftmaschine 1 ist das Entnahmeven¬til 26 geschlossen. Während eines Motorbremsbetriebes oder während einer Niederlast- oderLeerlaufbetriebsphase der Brennkraftmaschine 1 kann bei zumindest einem Zylinder das Ent¬nahmeventil 26 geöffnet werden. Der Hub und die Anordnung des Entnahmeventils 26 sind sogewählt, dass auch bei voller Öffnung des Entnahmeventils 26 keine Kollision mit dem Kolben22 auftritt. Durch Verändern des Öffnungsquerschnittes des Entnahmeventils 26 kann dieBremsleistung reguliert werden. Die Betätigung des Entnahmeventils 26 kann durch einen nichtweiterdargestellten einfachen hydraulischen- oder mechanischen Aktuator erfolgen.

[0078] Fig. 11 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem deaktivierten Zylinder 21 während derEinlassphase A, wobei Luft über das Einlassventil 24 und das Entnahmeventil 26 in den Ar¬beitsraum 23 strömt.

[0079] Fig. 12 zeigt den Zylinder 21 während der Verdichtungsphase B, wobei komprimierteLuft über das Entnahmeventil 26 in die Entnahmeleitung 27 und über das erste Ventil 29 in denDruckluftbehälter 10 befördert wird. Die Drosselverluste durch das Entnahmeventil 26 tragenmaßgebend zur Motorbremsleistung bei.

[0080] Fig. 13 zeigt den Zylinder 21 während der Expansionsphase C, wobei Luft über dasEntnahmeventil 26 aus der Verbindungsleitung 28 in den Arbeitsraum 23 gesaugt wird.

[0081] Fig. 14 zeigt den Zylinder 21 während der Auslassphase D, wobei Luft aus dem Arbeits¬raum 23 durch das Auslassventil 25 ausgestoßen wird.

[0082] Fig. 15 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit mehreren deaktivierten Zylindern 21, wobeijeder Arbeitsraum 23 über jeweils ein Entnahmeventil 26 und eine Entnahmeleitung 27 mit demDruckbehälter 10 verbunden ist. Die Arbeitsweise ist analog zu der in den Fig. 11 bis Fig. 14gezeigten Variante.

[0083] Die Fig. 16 bis Fig. 19 eine dritte Ausführungsvariante des Druckluftsystems 14 fürverschiedene Arbeitstakte, wobei die mit den Entnahmeventilen 26 verbundene Entnahmelei¬tung 27 jeweils vom Einlasssystem 2 getrennt ist. Während der in Fig. 16 dargestellten Einlass¬phase A wird Luft nur über das Einlassventil 24 angesaugt. Während der in Fig. 17 gezeigtenVerdichtungsphase B wird komprimierte Luft nur über das Entnahmeventil 26 in die Entnahme- leitung 27 ausgestoßen. In der Expansionsphase C (Fig. 18) wird Luft durch die geöffnetenEinlass- und Auslassventile 24, 25 in den Arbeitsraum 23 angesaugt, wobei die Einlass- undAuslassventile 24, 25 durch den Unterdrück im Zylinder 21 geöffnet werden. Schließlich wird inder Auslassphase D der Inhalt des Arbeitsraumes 23 über das Auslassventil 25 ausgestoßen,wie aus Fig. 19 ersichtlich ist.

[0084] Die Fig. 20 bis Fig. 23 zeigen die Arbeitstakte einer vierten Variante des Druckluftsys¬tems 14, welche sich von der in den Fig. 16 bis Fig. 19 dargestellten Variante dadurch unter¬scheidet, dass in der Expansionsphase C (Fig. 22) Luft nur durch das Einlassventil 24 ange¬saugt und während der in Fig. 23 gezeigten Ausstoßphase D Luft nur durch das Entnahmeventil26, in die Entnahmeleitung 27 ausgestoßen wird. Diese Variante setzt eine vollvariable Ventil¬betätigungseinrichtung voraus. Dadurch, dass der Druckluftbehälter 10 während des Bremsbe¬triebes mit Druckluft über Entnahmeventile 26 aufgeladen wird, können Bremsverluste währenddes Motorbremsbetriebes verringert bzw. frei werdende Bremsenergie zur Aufladung desDruckluftbehälters 10 genutzt werden.

[0085] Die in der DE 10 2010 038 201 A1 beschriebenen Ausführungsbeispiele können vorteil¬haft zum Antrieb des Motors VM und zum Betrieb der Kolben eines vorzugsweise als Kolben¬motor ausgestalteten Motors VM als Luftpumpe oder Luftverdichter zur Erzeugung von Druckluftim Zusammenhang mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Diekomprimierte und gespeicherte Druckluft kann vorteilhaft verwendet werden, um Luft vor einemvorzugsweise vorgesehenen Turbolader-Kompressor während einer Durchfahrt durch einenTunnel zu injizieren, um auf diese Weise die Leistung der Verbrennungskraftmaschine insbe¬sondere während der Tunneldurchfahrt zu steigern. Die komprimierte und gespeicherte Druck¬luft kann auch vorteilhaft zum Betrieb eines herkömmlichen Bremssystems des Fahrzeugsverwendet werden.

[0086] Die nachstehende Bezugszeichenliste ist ausdrücklich Bestandteil der Beschreibung dervorliegenden Erfindung: BEZUGSZEICHENLISTEFZ Fahrzeug FZ1, FZ2 erstes Fahrzeug, zweites Fahrzeug SQ Signalquelle RX Empfänger SE Steuerungseinrichtung KP Kompressor FS Frischluftspeicher AS Abgasspeicher 101, 201 Leitung zwischen Kompresser und Verbrennungsmotor 102, 202 Speicherung von Frischluft 103, 203 Speicherung von Verbrennungsabgasen 104.204 Signalübertragung 105.205 Signalübertragung 106, 206 Steuerung der Betriebsphasen 301, 302, 303 Ansaugen von Frischluft aus der Umgebung 401, 402 Ansaugen von Frischluft aus der Umgebung 304, 305, 306 Ausstößen von Abgasen durch den Verbrennungsmotor 404, 405 Ausstößen von Abgasen durch den Verbrennungsmotor 307 Steuerung der Betriebsphasen VM1, VM2, VM3 Verbrennungsmotoren KP1,KP2 Kompressoren AS1,AS2 Abgasspeicher SE1,SE2 Steuerungseinrichtungen 501 Frischlufteinlass 504 Abgasausstoß in die Umgebung 510 Antrieb 511 Antrieb 512 Antrieb 513 Antrieb MG1 erster Motorgenerator MG2 zweiter Motorgenerator TV Drosselventil T Turbine DT Drucktank

Claims (12)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (FZ) mit einem Verbrennungsmotor (VM), insbe¬sondere des Zugwagens eines Schienenfahrzeugs, folgende Schritte aufweisend: a) Kompression (KP) und Speicherung (FS, 102) von angesaugter Frischluft während ei¬ner ersten Betriebsphase des Fahrzeugs; b) Nutzung der gespeicherten Frischluft zum Betrieb des Fahrzeugs (FZ), insbesonderezum Betrieb des Verbrennungsmotors (VM), während einer zweiten Betriebsphase desFahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Betriebsphasen • auf der Grundlage einer Auswertung von Signalen gesteuert wird, die von wenigstenseiner Signalquelle, vorzugsweise durch eine Mehrzahl von Signalquellen (SQ) erzeugtwerden, die in einer Umgebung einer Fahrstrecke des Fahrzeugs angeordnet sind,und/oder • auf der Grundlage einer Auswertung von Signalen (205) gesteuert wird, die eine Infor¬mation über die geographische Position, vorzugsweise geographische Koordinaten,des Fahrzeugs enthalten, und/oder • auf der Grundlage einer Auswertung wenigstens einer Stoffkonzentration in der Umge¬bungsluft des Fahrzeugs gesteuert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem zusätzlichen Schritt der wenigstens teilweisen Kom¬pression (103) und Speicherung (AS) von Verbrennungsabgasen des Verbrennungsmotors(VM) während einer dritten Betriebsphase des Fahrzeugs.
3. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem zusätzlichen Schritt desAblassens gespeicherter Verbrennungsabgase während einer vierten Betriebsphase desFahrzeugs.
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Nutzung der vorzugs¬weise als Druckluft gespeicherten Frischluft (FS) und/oder Verbrennungsabgase (AS)durch Injektion (101) der gespeicherten Frischluft in den Verbrennungsmotor (VM)und/oder Verbrennungsabgase (AS) während der zweiten Betriebsphase des Fahrzeugserfolgt, insbesondere zum Erzeugen eines Vortriebs des Fahrzeugs.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Nutzung der vorzugs¬weise als Druckluft gespeicherten Frischluft (FS) und/oder Verbrennungsabgase (AS)durch einen Betrieb der Druckluftbremsen während der zweiten Betriebsphase erfolgt.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zur Kompression (KP)und/oder Speicherung (AS) von Verbrennungsabgasen und/oder die zur Kompression (KP)und oder Speicherung (FS) von angesaugter Frischluft benötigte Energie wenigstens teil¬weise der kinetischen Energie des Fahrzeugs (FZ) entnommen wird.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Konzentration wenigs¬tens eines Stoffes gemessen wird, der in den Abgasen des Verbrennungsmotors enthaltenoder der ein mögliches Reaktionsprodukt dieser Abgase ist.
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb eines Fahrzeugs (FZ) miteinem Verbrennungsmotor (VM), insbesondere des Zugwagens eines Schienenfahrzeugs,wobei angesaugte Frischluft während einer ersten Betriebsphase des Fahrzeugs kompri¬mier- und speicherbar ist, und die gespeicherte Frischluft zum Betrieb des Fahrzeugs (FZ),insbesondere zum Betrieb des Verbrennungsmotors (VM), während einer zweiten Be¬triebsphase des Fahrzeugs nutzbar ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬kennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Steuerung eines Wechsels zwi¬schen den Betriebsphasen aufweist, wobei ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Be¬triebsphasen • auf der Grundlage einer Auswertung von Signalen steuerbar ist, die von wenigstens ei¬ner Signalquelle, vorzugsweise durch eine Mehrzahl von Signalquellen (SQ) erzeugtwerden, die in einer Umgebung einer Fahrstrecke des Fahrzeugs angeordnet sind,und/oder • auf der Grundlage einer Auswertung von Signalen (205) steuerbar ist, die eine Informa¬tion über die geographische Position, vorzugsweise geographische Koordinaten, desFahrzeugs enthalten, und/oder • auf der Grundlage einer Auswertung wenigstens einer Stoffkonzentration in der Umge¬bungsluft des Fahrzeugs steuerbar ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8 mit einem Empfänger (RX) zum Empfang und zur Auswer¬tung von Signalen zur Steuerung eines Wechsels zwischen den Betriebsphasen.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9 mit einem Sensor zur Messung wenigs¬tens einer Stoffkonzentration in der Umgebungsluft der Steuerungseinrichtung.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10 mit einem Sensor zur Messung derKonzentration eines Stoffes, der in den Abgasen des Verbrennungsmotors enthalten oderder ein mögliches Reaktionsprodukt dieser Abgase ist.
12. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Sender zur Aussen¬dung eines Signals zur Steuerung eines Wechsels zwischen den Betriebsphasen. Hierzu 11 Blatt Zeichnungen