AT518400B1 - Brennkraftmaschine mit mehreren zylindern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit mehreren Zylindern (Z), mit einem zumindest eine Abgasrückführleitung (19) zwischen einem Auslasssystem (3) und einem Einlasssystem (4) aufweisenden Abgasrückführsystem (2), wobei das eine Drosselklappe (17) zur Drosselung der Frischluft aufweisende Einlasssystem (4) einen ersten Frischluftströmungsweg (9a) aufweist, welcher sich in einen zweiten (9b) und einen dritten Frischluftströmungsweg (9c) verzweigt, und wobei die Abgasrückführleitung (19) und der zweite Frischluftströmungsweg (9b) in einen einen elektrisch betriebenen Verdichter (22) aufweisenden Luft/EGR-Strömungsweg (30) einmünden, wobei der zweite Frischluftströmungsweg (9b) und der Luft/EGR-Strömungsweg (30) mit zumindest einem Einlasskanal (18) eines Zylinders (Z), insbesondere aller Zylinder (Z), strömungsverbunden ist. Um die Zahl der Bauteile klein zu halten und den Regelaufwand zu vermindern ist vorgesehen, dass die Drosselklappe (17) im ersten Frischluftströmungsweg (9a) stromaufwärts der Verzweigung in den zweiten und dritten Frischluftströmungsweg (9b, 9c) angeordnet ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, mit einem zumindest eine Abgasrückführleitung zwischen einem Auslasssystem und einem Einlasssystem aufweisenden Abgasrückführsystem, wobei das eine Drosselklappe zur Drosselung der Frischluft aufweisende Einlasssystem einen ersten Frischluftströmungsweg aufweist, welcher sich in einen zweiten und einen dritten Frischluftströmungsweg verzweigt, und wobei die Abgasrückführleitung und der zweite Frischluftströmungsweg in einen einen elektrisch betriebenen Verdichter aufweisenden Luft/EGR-Strömungsweg einmünden, wobei der zweite Frischluftströmungsweg und der Luft/EGR-Strömungsweg mit zumindest einem Einlasskanal eines Zylinders, insbesondere aller Zylinder, strömungsverbunden ist.

[0002] Aus der US 6,062,026 A ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem bekannt, wobei in einem Luft/EGR-Strömungsweg (EGR= Exhaust Gas Recirculation) ein elektrischer Verdichter angeordnet ist. Der elektrische Verdichter ist über eine ein Bypassventil aufweisende Umgehungsleitung umgehbar. Dabei ist im Bereich einer Zusammenführung der Abgasrückführleitung und eines Frischluftströmungsweges ein Mischventil angeordnet. Der Luft/EGR- Strömungsweg mündet als einzige Einlassleitung in den Einlasssammlers. Eine zylinderselektive Abgasrückführung und Zuführung von Frischluft ist somit nicht möglich. Das Mischventil hat den Nachteil, dass es für sowohl für hohe Temperaturen, als auch für hohe Abgas/Luft-Durchsätze ausgelegt werden muss, was sich nachteilig auf den Herstellungsaufwand und die Kosten auswirkt. Da das Mischventil vom Abgas durchströmt wird, ist es starker Verschmutzung ausgesetzt, was sich sehr nachteilig auf die Standzeit auswirkt.

[0003] Aus der EP 0 911 502 B1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem, wobei die Abgasrückführleitung in eine Verteilerleiste einmündet, von welcher pro Zylinder jeweils ein in jeweils einen Einlasskanal einmündender Verteilerkanal ausgeht. Dadurch kann für alle Zylinder eine möglichst gleiche und hohe Ladungsverdünnung erreicht werden.

[0004] In der WO 2007/083131 A1 wird eine aufgeladene Diesel-Brennkraftmaschine offenbart, bei der ein elektrischer Verdichter in einem umgehbaren Luft/EGR- Strömungsweg angeordnet ist. Dabei ist im Luft/EGR-Strömungsweg eine regelbare Drosselklappe angeordnet. Weiters sind zur Regelung der Frischluft in der Umgehungsleitung, sowie zur Regelung der rückgeführten Abgasmenge in der Abgasrückführleitung regelbare Ventile angeordnet. Die große Zahl an regelbaren Ventilen erfordert einen vergleichsweise hohen Regelaufwand.

[0005] Die AT 512 890 B1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einem in einem Luft/EGR-Strömungsweg angeordneten elektrischen Verdichter, wobei in den Luft/EGR-Strömungsweg eine ein Abgasrückführventil aufweisende Abgasrückführleitung einmündet. Der Luft/EGR-Strömungsweg ist stromabwärts des elektrischen Verdichters in zylinderselektive Zuführkanäle aufgeteilt, wobei pro Zylinder zumindest ein Zuführkanal in einen Einlasskanal einmündet. Ein von einem Verdichter eines Abgasturboladers ausgehender erster Frischluftströmungsweg teilt sich in einen zweiten und einen dritten Frischluftströmungsweg auf, wobei im zweiten Frischluftströmungsweg ein Frischluftventil und im dritten Frischluftströmungsweg eine Drosselklappe angeordnet ist. Der zweite und der dritte Frischluftströmungsweg werden alternativ oder parallel von Frischluft durchströmt. Der zweite Frischluftströmungsweg und die Abgasrückführleitung vereinigen sich in den Luft/EGR-Strömungsweg. Die rückgeführte Abgasmenge wird über das Abgasrückführventil, die Frischluft über das Frischluftventil geregelt. Die Positionierungen der Drosselklappe und des Frischluftventils in den strömungsmäßig parallelen zweiten und dritten Frischluftströmungswegen wirken sich allerdings nachteilig auf den Regelungsaufwand aus. Ein weiterer Nachteil ist, dass nachdem der Luft/EGR-Strömungsweges nur mit rückgeführtem Abgas - also ohne Frischluft - betrieben wurde, dieser Strömungspfad gespült werden muss, was kurzfristig - bis die restliche Abgasmenge ausgespült ist - Leistungseinbußen hervorrufen kann.

[0006] Die DE 10 2011 013 496 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung, über welche Abgas von einem Abgastrakt zu einem Ansaugtrakt der Brenn kraftmaschine rückgeführt und an einer Einleitstelle in den Ansaugtrakt eingeleitet werden kann. Dabei ist eine Spülgasleitung vorgesehen, über welche in die Rückführleitung Luft aus dem Ansaugtrakt eingeleitet werden kann. Die Spülleitung zweigt dabei über eine Abzweigstelle vom Ansaugtrakt ab, wobei der Abzweigstelle eine über eine Regelungseinrichtung regelbare Klappe zugeordnet ist. Mittels der Klappe kann der in die Spülgasleitung geleitete Luftmassenstrom der Spülluft eingestellt werden. Bei der Klappe handelt es sich um eine Steuereinrichtung, um eine definierte Menge der Frischluft in die Spülleitung zu leiten. Diese Klappe teilt somit die Frischluft in die Spülgasleitung und in die den Ladeluftkühler aufweisende Leitung, in die auch die Abgasrückführleitung mündet, auf. Der Gesamtluftmassenstrom bleibt davon völlig unberührt.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise und mit möglichst geringem Regelaufwand Kraftstoffverbrauch und Emissionen bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu verringern.

[0008] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, die Drosselklappe im ersten Frischluftströmungsweg stromaufwärts der Verzweigung in den zweiten und dritten Frischluftströmungsweg angeordnet ist.

[0009] Dadurch, dass die Drosselklappe vor der Verzweigung in den zweiten und dritten Frischluftströmungsweg angeordnet ist, kann diese zur Regelung der im ersten Frischluftströmungsweg strömenden gesamten Frischluftmenge eingesetzt werden. Der Regelungsaufwand beschränkt sich somit auf die Regelung des Abgasrückführventils und die Drosselklappe.

[0010] Die Drosselklappe übernimmt also auch die Regelung der Luftmenge im dritten Frischluftströmungsweg und erfüllt somit die Funktionen eines aus dem Stand der Technik AT 512 890 B1 bekannten, im zweiten Frischluftströmungsweg angeordneten Frischluftventils und einer im dritten Strömungsweg angeordneten Drosselklappe.

[0011] Die Erfindung eignet sich besonders gut für Hochdruckabgasrückführsysteme, kann auch für Niederdruckabgasrückführsysteme verwendet werden. Hochdruckabgasrückführsystemen sind Abgasrückführsysteme, bei denen die Abgasrückführleitung stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers vom Abgassystem abzweigt und stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers in das Einlasssystem einmündet. Niederdruckabgasrückführsystemen sind Abgasrückführsysteme, bei denen die Abgasrückführleitung stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers vom Abgassystem abzweigt und stromaufwärts des Verdichters des Abgasturboladers in das Einlasssystem einmündet.

[0012] Um Bauteile einzusparen ist es besonders vorteilhaft, wenn der zweite Frischluftströmungsweg einen unveränderlichen Strömungsquerschnitt aufweist und vorzugsweise ventillos ausgeführt ist. Dies ermöglicht es, die Anzahl der Bauteile klein zu halten.

[0013] In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der dritte Frischluftströmungsweg in einen ersten Sammelraum und der Luft/EGR-Strömungsweg in einen zweiten Sammelraum einmündet, wobei vom ersten und vom zweiten Sammelraum voneinander getrennte und zumindest zu einem Zylinder führende erste und zweite Einlassströmungswege ausgehen.

[0014] In einer äußerst bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, wenn zumindest ein Einlasskanal eines Zylinder durch eine in Längsrichtung des Einlasskanals verlaufende Kanaltrennwand in einen ersten und einen zweiten Teilkanal geteilt ist, wobei der erste Teilkanal den ersten Einlassströmungsweg und der zweite Teilkanal den zweiten Einlassströmungsweg ausbildet.

[0015] Besonders günstig ist es, wenn die beiden Teilkanäle in verschieden von der Zylinderachse entfernten Bereichen des Zylinders einmünden, wobei vorzugsweise die Teilkanäle - in einem Meridianschnitt des Zylinders betrachtet - übereinander, also in Richtung der Zylinderachse nebeneinander, angeordnet sind. Dies ermöglicht es, im Zylinder gezielt eine Tumbleströ-mung zu erzeugen.

[0016] Die Kanaltrennwand kann dabei zumindest abschnittsweise im Bereich der Mittelachse bzw. des oberen Drittels des Einlasskanals angeordnet sein. Sie teilt den Einlasskanal in einen dem Zylinder abgewandten oberen und einen dem Zylinder zugewandten unteren Kanalabschnitt auf.

[0017] Um den Regelaufwand möglichst klein zu halten, ist es vorteilhaft, wenn ein als einfaches Regelventil ausgebildetes Ventil in der Abgasrückführleitung des Abgasrückführsystems, vorzugsweise stromaufwärts des elektrischen betriebenen Verdichters, angeordnet ist. Somit kann auf ein fehleranfälliges und kostenintensives hochtemperaturbeständiges Frischluft/EGR-Mischventil verzichtet werden.

[0018] Eine besonders einfache Variante der Erfindung sieht vor, dass im zweiten Frischluftströmungsweg zumindest ein Rückschlagventil angeordnet ist. Dies verhindert einen Rückfluss im zweiten Frischluftströmungsweg und verbessert die Genauigkeit der Regelung der Frischluft-und rückgeführten Abgasmenge.

[0019] Die Erfindung wird im Folgenden an Fland von in den folgenden Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigen schematisch: [0020] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, [0021] Fig. 2 ein Einlasssystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer Aus führungsvariante, [0022] Fig. 3 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem ersten Anwendungsbei spiel, [0023] Fig. 4 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem zweiten Anwendungsbei spiel, [0024] Fig. 5 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem dritten Anwendungsbei spiel, [0025] Fig. 6 ein Steuerzeit-Diagramm für einen Miller-Atkinson-Zyklus der erfindungsgemä ßen Brennkraftmaschine, [0026] Fig. 7 ein Steuerzeit-Diagramm für einen Miller- Zyklus der erfindungsgemäßen

Brennkraftmaschine, [0027] Fig. 8 ein Druckkennfeld mit eingetragenen Differenzdrücken bei einer erfindungsge mäßen Brennkraftmaschine mit einem Niederdruck- Abgasrückführsystem und [0028] Fig. 9 ein Druckkennfeld mit eingetragenen Differenzdrücken bei einer erfindungsge mäßen Brennkraftmaschine mit einem Flochdruck- Abgasrückführsystem.

[0029] Die für mehrere Zylinder Z ausgebildete Brennkraftmaschine 1 weist ein Abgasrückführsystem 2 zwischen einem Auslasssystem 3 und einem Einlasssystem 4 auf. Mit Bezugszeichen 5 ist ein Abgasturbolader bezeichnet, dessen Abgasturbine 6 im Auslassstrang 7 des Auslasssystems 3 und dessen Verdichter 8 im Einlassstrang 9 des Einlasssystems 4 angeordnet ist. Stromabwärts der Turbine 6 des Abgasturboladers 5 sind Abgasreinigungseinrichtungen 10 und Schalldämpfern angeordnet.

[0030] I m Einlassstrang 4 ist stromaufwärts des Verdichters 8 des Abgasturboladers 5 ein Luftfilter 12 und stromabwärts des Verdichters 8 ein Ladeluftkühler 13 angeordnet. Mit Bezugszeichen 14 ist eine im Abgasstrang 7 stromabwärts der Abgasturbine 6 angeordnete Lambdasonde, mit Bezugszeichen 15 ein im Einlassstrang 9 stromabwärts des Verdichters 8 angeordneter Ladedrucksensor bezeichnet. Der Einlassstrang 9 in einen Einlasssammler 16. Vom Einlasssammler 16 führen zylinderindividuelle Einlasskanäle 18 zu den einzelnen Zylindern Z.

[0031] Das Abgasrückführsystem 2 weist eine Abgasrückführleitung 19 auf, welche vom Abgasstrang 7 ausgeht, und zum Einlasssystem 4 führt. In der Abgasrückführleitung 19 ist ein Abgasrückführkühler 20 und stromabwärts von diesem ein als einfaches Regelventil ausgebildetes Abgasrückführventil 21 angeordnet.

[0032] Mit Bezugszeichen 22 ist ein elektrischer Verdichter bezeichnet, welcher in einem Luft/EGR -Strömungsweg 30 so zwischen dem Abgasrückführsystem 2 und dem Einlasssystem 4 positioniert ist, dass er wahlweise rückgeführtes Abgas, Frischluft, oder ein Gemisch aus rückgeführtem Abgas und Frischluft fördern kann. Stromabwärts des elektrischen Verdichters 22 im Luft/EGR-Strömungsweg 30 ein Abgasrückführkühler 31 angeordnet.

[0033] Der Einlassstrang 9 weist einen ersten Frischluftströmungsweg 9a auf, welcher sich in einen zweiten Frischluftströmungsweg 9b und einen dritten Frischluftströmungsweg 9c verzweigt. Der zweite Frischluftströmungsweg 9b und die Abgasrückführleitung 2 vereinigen sich stromaufwärts des durch einen Elektromotor angetriebenen elektrischen Verdichters 22 zum Luft/EGR- Strömungsweg 30. Der dritte Frischluftströmungsweg 9c führt über das Rückschlagventil 25 zum Einlasssammler 16. Das Rückschlagventil 25 öffnet in Richtung des Einlasssammlers 16 und schließt in entgegengesetzter Richtung.

[0034] I m in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Abgasrückführsystem 2 als Hochdruckabgasrückführsystem ausgebildet, wobei die Abgasrückführleitung 19 stromaufwärts der Abgasturbine 6 vom Abgasstrang 7 abzweigt und stromabwärts des Verdichters 8 in das Einlasssystem 4 einmündet.

[0035] Der dritte Frischluftströmungsweg 9c mündet in einen ersten Sammelraum 16a und der Luft/EGR-Strömungsweg 30 in einen zweiten Sammelraum 16b des Einlasssammlers 16, wobei die beiden Sammelräume 16a, 16b durch eine Trennwand 29a voneinander getrennt sind, welche als Längstrennwand 29b ihre Fortsetzung in den Einlasskanälen 18 jedes Zylinders Z findet. Durch die Längstrennwand 29b ist jeder Einlasskanal 18, oder zumindest ein Einlasskanal 18 jedes Zylinders Z oder zumindest eines Zylinders Z, in einen ersten 18a und einen zweiten Teilkanal 18b aufgeteilt, wobei der erste Teilkanal 18a vom ersten Sammelraum 16a und der zweite Teilkanal 16b vom zweiten Sammelraum 16b ausgeht. Die Längstrennwand 29b erstreckt sich bis in den Ventilraum 20 des jeweiligen Einlasskanals 18, sodass die Strömung jedes Teilkanals 18a, 18b bis unmittelbar vor die Eintrittsöffnung 20a in den Zylinder Z geführt ist (Fig. 2). Mit Bezugszeichen 1a ist der Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 bezeichnet.

[0036] In einem in Fig. 2 angedeuteten Meridianschnitt des Zylinders Z betrachtet, ist der zweite Teilkanal 18b über dem ersten Teilkanal 18a angeordnet, wodurch die Strömungen aus den Teilkanäle 18a, 18b in unterschiedlichem Abstand zur - nicht weiter dargestellten Zylinderachse des Zylinders Z in dessen Zylinderraum einmünden. Dadurch wird eine gezielte Ladungsbewegung der Einlassströmung im Zylinder Z initiiert, wie in Fig. 2 durch die Pfeile S angedeutet ist. Insbesondere wird eine Tumble-Bewegung T im Zylinderraum Z verstärkt oder verursacht. Beim Eintritt in den Zylinder Z bilden sich somit unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten aus, wie mit der Länge der Pfeile S angedeutet ist. Dadurch entsteht im Zylinderraum Z eine ausgeprägte Tumble-Bewegung T. Darüber hinaus kann über die gerichtete Zufuhr auch eine Schichtung des rückgeführten Abgases im Brennraum erzeugt werden.

[0037] Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist im ersten Frischluftströmungsweg 9a stromaufwärts der Verzweigung in den zweiten und dritten Frischluftströmungsweg 9b, 9c eine Drosselklappe 17 angeordnet. Der zweite Frischluftströmungsweg 9b ist völlig ohne jede Einrichtung zur Veränderung des Strömungsquerschnittes, also ohne irgendwelche Ventile oder Klappen, ausgeführt. Der dritte Frischluftströmungsweg 9c enthält - abgesehen vom Rückschlagventil 25 - ebenfalls kein steuerbares Ventil oder eine steuerbare Klappe.

[0038] Durch Ansteuerung des Abgasrückführventils 21 und der Drosselklappe 17 zweiten Ventils 23 fördert der elektrische Verdichter 22 entweder Frischluft aus dem Frischluftstrang 9a des Einlasssystems 4, oder ein Gemisch aus rückgeführtem Abgas und Frischluft. Über die Drosselklappe 17 erfolgt somit sowohl die Lastregelung, als auch die Gemischregelung. Das Abgasrückführventil 21 braucht dabei nur für die höchstzulässige rückgeführte Abgasmenge, aber für hohe Abgastemperaturen ausgelegt werden. Die Drosselklappe 17 wird thermisch wenig belastet, muss aber große Einlassluftmengen steuern können. Somit kann jedes der beiden Steuerorgane 17, 21 optimal für seinen jeweiligen Verwendungszweck ausgelegt werden. Dadurch, dass der zweite Frischluftströmungsweg 9b nicht absperrbar ist, wird stets auch eine der Stellung der Drosselklappe entsprechende minimale Frischluftmenge in den Luft/EGR-Strömungsweg 30 eingebracht. Ein Betrieb mit 100% Abgasrate ist somit nicht möglich, ein separates Spülen des Luft/EGR-Strömungswegs 30 kann somit völlig entfallen.

[0039] Der elektrische Verdichter 22 dient sowohl als zweite Ladestufe, als auch als Pumpe für rückgeführtes Abgas. Dadurch gelingt es, auch bei ungünstigen Druckverhältnissen eine Abgasrückführung mit relativ hohen Abgasrückführraten durchzuführen. In Bereichen schlechten Ansprechverhaltens wirkt der elektrische Verdichter 22 (der entweder vor oder nach dem Verdichter 8 des Abgasturboladers angeordnet sein kann) als zweite Ladestufe, die das sogenannte "Turboloch" schließen kann. In Bereichen ungünstigen Druckverhältnisses wirkt der elektrische Verdichter 22 als Pumpe für rückgeführtes Abgas. Die benötigte elektrische Energie wird dabei vorzugsweise über einen verbesserten Generator (z.B. einem Riemen-Starter-Generator) erzeugt - und zwar in Schubphasen oder in Phasen, in denen die Energieerzeugung von der Energiebilanz her positiv ist. Nur in Notfällen wird die Energie zum Zeitpunkt des Verbrauches am elektrischen Verdichter 22 erzeugt.

[0040] Die Fig. 3 bis 5 zeigen Anwendungsbeispiele für die beschriebene und in den Fig. 1 und 2 gezeigte Brennkraftmaschine 1 zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs.

[0041] Dabei ist die Brennkraftmaschine 1 jeweils mit einem zusätzlichen Traktions-Elektromotor 40 (beispielsweise einem 48 V Elektromotor) kombiniert, welcher als ISG oder BSG am Eingang 41a (Fig. 3, 4) oder Ausgang 41b (Fig. 5) eines Schaltgetriebes 41 (Beispielsweise ein 7-Gang Doppelkupplungsgetriebe) angeordnet ist. Mit dem Traktionselektromotor 40 kann zusätzliches Antriebsmoment bereitgestellt werden oder - Generatorbetrieb - ein Bremsmoment aufgebracht und elektrische Energie erzeugt und anderen elektrische Verbrauchern zu Verfügung gestellt oder in einer Sekundärbatterie 42a, 42b gespeichert werden. Mit Bezugszeichen 42c ist ein Spannungswandler bezeichnet. Mit Bezugszeichen 43 ist ein Startermotor bezeichnet.

[0042] Mit diesem Traktions-Elektromotor 40 kann das Kraftfahrzeug bei niedriger Last (bis rund 5-6 kW) angetrieben. Die Brennkraftmaschine 1 wird dabei über die mit Bezugszeichen 44 angedeutete Kupplung vom Antriebsstrang getrennt.

[0043] Bei hoher Lastanforderung wird der Traktions-Elektromotor 40 überlastet (rund 20 - 30 kW). Das Fahrzeug kann sofort mit diesem Drehmoment beschleunigen. In der Überlastphase wird die Brennkraftmaschine 1 über den separaten Startermotor 43 oder über einen Teil des Drehmomentes des Traktions-Elektromotor 40 gestartet. Erst nach dem Hochlaufen der Brennkraftmaschine 1 wird die Kupplung 44 geschlossen und die Brennkraftmaschine 1 übernimmt die weitere Beschleunigung.

[0044] Es kommt somit zu keiner durch die benötigte Startzeit der Brennkraftmaschine 1 hervorgerufene Verzögerung der Beschleunigung.

[0045] Der elektrische Verdichter 22 nicht nur als Zusatzaufladung, sondern auch als Pumpe (EGR-Pumpe) für das rückgeführte Abgas. Da der elektrische Verdichter 22 im Hauptmassenstrom sitzt, kann er im Drosselbetrieb als Stromerzeuger eingesetzt werden. Dadurch lässt sich ein Teil des für den Traktions-Elektromotor 40 benötigten Stromes rekuperativ erzeugen.

[0046] Besonders bei Brennkraftmaschinen mit frühem oder spätem Einlassschluss (Milleroder Atkinsonmotor) kann die rückführbare Abgasmenge begrenzt sein.

[0047] Fig. 8 zeigt ein Druckkennfeld einer nach dem Miller-Zyklus arbeitenden Brennkraftmaschine mit einem Niederdruck-Abgasrückführsystem, wobei der effektive Mitteldruck BMEP über der Motordrehzahl n aufgetragen ist. Im Druckkennfeld sind Differenzdrücke Δρ (Druckgefälle) der Abgasrückführung zwischen der Abgasentnahmestelle im Auslasssystem und der Abgasabgabestelle im Einlasssystem eingetragen. Mit Bezugszeichen „A" ist ein Bereich mit niedrigem Druckgefälle Δρ bezeichnet, in dem eine externe Abgasrückführung zwischen Auslasssystem und Einlasssystem nur mit Zusatzmaßnahmen möglich ist. Bezugszeichen „B" zeigt einen Bereich des Kennfeldes an, in welchem nur interne Abgasrückführung durchgeführt wird.

[0048] Fig. 9 zeigt ein Druckkennfeld einer nach dem Miller-Zyklus arbeitenden Brennkraftmaschine mit einem Hochdruck-Abgasrückführsystem, wobei ebenfalls der effektive Mitteldruck BMEP über der Motordrehzahl n aufgetragen ist. Im Druckkennfeld sind Differenzdrücke Δρ (Druckgefälle) der Abgasrückführung zwischen der Abgasentnahmestelle im Auslasssystem und der Abgasabgabestelle im Einlasssystem eingetragen. Auch hier ist mit Bezugszeichen „A" ein Bereich mit niedrigem Druckgefälle Δρ bezeichnet, in dem eine externe Abgasrückführung zwischen Auslasssystem und Einlasssystem nur mit Zusatzmaßnahmen möglich ist. Bezugszeichen „B" zeigt einen Bereich des Kennfeldes an, in welchem nur interne Abgasrückführung durchgeführt wird.

[0049] Fig. 6 zeigt ein Ventilhubdiagramm für eine nach dem Miller bzw. Atkinson-Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine für unterschiedliche Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile, wobei mit I die Ventilhubkurven der Einlassventile und mit E die Ventilhubkurven der Auslassventile bezeichnet sind. Die Indizes „0" bezeichnen die Standard- oder Normalsteuerzeiten im Otto-Kreisprozess, die Indizes „1" verschobene Steuerzeiten mit verfrühtem Schließen (-Miller-Zyklus) und die Indizes „2" verschobene Steuerzeiten mit verzögertem Schließen (-Atkinson-Zyklus) deuten die Durch die Verwendung des elektrischen Verdichters 22 als EGR-Pumpe kann im niedrigen Lastbereich (bei Niederdruck EGR) oder im hohen Lastbereich (Hochdruck EGR) insbesondere bei niedrigen Drehzahlen Abgas rückgeführt werden (EGR= Exhaust Gas Recirculation).

[0050] Bei im Vergleich zur Normalsteuerzeit l0 frühem Einlassschluss wird das Einlassventil vor Erreichen des unteren Totpunktes UT geschlossen (siehe l2 im Millerbetrieb, siehe Fig. 7). Es sinkt das effektive Verdichtungsverhältnis. Das geometrische Verdichtungsverhältnis kann angehoben werden. Durch das frühe Schließen des Einlassventils werden im niedrigen Lastbereich Drosselverluste vermieden. Aufgrund der geringen Androsselung kann die rückgeführte Abgasmenge (EGR Menge) begrenzt sein. Im hohen Lastbereich bei niedrigen Drehzahlen steigt der Ladedruckbedarf an. Das kann dazu führen, dass ab einer gewissen Last der Ladedruck über dem Abgasgegendruck liegt. Eine Hochdruck- EGR (Entnahme vor Turbine, Zufuhr nach Verdichter) ist dann nicht mehr möglich.

[0051] Bei im Vergleich zur Normaleinlasssteuerzeit l0 spätem Einlassschluss (l2 in Fig. 6) bleibt das Einlassventil auch nach dem unteren Totpunkt geöffnet. Angesaugte Luft wird in das Saugrohr zurückgeschoben (Atkinsonbetrieb). Dadurch sinken die Drosselverluste bei niedriger Last. Aufgrund der geringen Androsselung kann die EGR-Menge begrenzt sein. Im hohen Lastbereich bei niedrigen Drehzahlen steigt der Ladedruckbedarf an. Das kann dazu führen, dass ab einer gewissen Last der Ladedruck über dem Abgasgegendruck liegt. Eine Hochdruck-EGR ist dann nicht mehr möglich.

[0052] Durch die geringe Druckdifferenz bei Miller- oder Atkinsonbetrieb zwischen Entnahmestelle der Abgasrückführung nach der Abgasturbine und der Zufuhrstelle vor dem Verdichter bei Niederdruck-EGR kann es schwierig werden, die angestrebte EGR-Rate bei niedrigen Lasten und Drehzahlen zu regeln oder zu erreichen. Das Pumpen des rückgeführten Abgases mittels des elektrischen Verdichters 22 löst dieses Problem.

Claims (10)

1. Patentansprüche

   1. Brennkraftmaschine (1) mit mehreren Zylindern (Z), mit einem zumindest eine Abgasrückführleitung (19) zwischen einem Auslasssystem (3) und einem Einlasssystem (4) aufweisenden Abgasrückführsystem (2), wobei das eine Drosselklappe (17) zur Drosselung der Frischluft aufweisende Einlasssystem (4) einen ersten Frischluftströmungsweg (9a) aufweist, welcher sich in einen zweiten (9b) und einen dritten Frischluftströmungsweg (9c) verzweigt, und wobei die Abgasrückführleitung (19) und der zweite Frischluftströmungsweg (9b) in einen einen elektrisch betriebenen Verdichter (22) aufweisenden Luft/EGR-Strö-mungsweg (30) einmünden, wobei der zweite Frischluftströmungsweg (9b) und der Luft/ EGR-Strömungsweg (30) mit zumindest einem Einlasskanal (18) eines Zylinders (Z), insbesondere aller Zylinder (Z), strömungsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (17) im ersten Frischluftströmungsweg (9a) stromaufwärts der Verzweigung in den zweiten und dritten Frischluftströmungsweg (9b, 9c) angeordnet ist.
2. 2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Frischluftströmungsweg (9b) einen unveränderlichen Strömungsquerschnitt aufweist und vorzugsweise ventillos ausgeführt ist
3. 3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Frischluftströmungsweg (9c) zumindest ein Rückschlagventil (25) angeordnet ist.
4. 4. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Frischluftströmungsweg (9c) in einen ersten Sammelraum (16a) und der Luft/EGR-Strömungsweg (30) in einen zweiten Sammelraum (16b) einmündet, wobei vom ersten (16a) und vom zweiten Sammelraum (16b) voneinander getrennte und zumindest zu einem Zylinder (Z) führende erste und zweite Einlassströmungswege ausgehen.
5. 5. Brennkraftmaschine (1) nach Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Einlasskanal (18) eines Zylinders (Z) durch eine Längstrennwand (29b) in einen ersten (18a) und einen zweiten Teilkanal geteilt ist, wobei erste Teilkanal (18a) den ersten Einlassströmungsweg und der zweite Teilkanal (18b) den zweiten Einlassströmungsweg ausbildet.
6. 6. Brennkraftmaschine (1) nach Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanaltrennwand (29b) zumindest abschnittsweise im Bereich der Mittelachse bzw. des oberen Drittels des Einlasskanals (18) angeordnet ist.
7. 7. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilkanäle (18a, 18b) in unterschiedlich von der Zylinderachse entfernten Bereichen des Zylinders (Z) einmünden, wobei vorzugsweise die Teilkanäle (18a, 18b) - in einem Meridianschnitt des Zylinders (Z) betrachtet - in Richtung der Zylinderachse nebeneinander angeordnet sind.
8. 8. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein als einfaches Regelventil ausgebildetes Abgasrückführventil (21) in der Abgasrückführleitung (19) des Abgasrückführsystems (2), vorzugsweise stromaufwärts des elektrischen betriebenen Verdichters (22), angeordnet ist.
9. 9. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) zumindest in einem Betriebsbereich in einem Miller-Zyklus betreibbar ist.
10. 10. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) zumindest in einem Betriebsbereich in einem Atkinson-Zyklus betreibbar ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen