DE102004044895A1 - Abgasrückführeinrichtung und Verfahren zum Betreiben der Abgasrückführeinrichtung - Google Patents

Abgasrückführeinrichtung und Verfahren zum Betreiben der Abgasrückführeinrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführeinrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine 2 mit einer mit einem Lufteinlass 10 der Brennkraftmaschine 2 verbundenen, einen Luftkühler 13 aufweisenden Luftzuführleitung 12 und mit einer mit einem Abgasauslass 11 der Brennkraftmaschine 2 verbundenen Abgasleitung 14, wobei die Abgasleitung 14 über eine verschließbare Abgasrückführleitung 16 mit der Luftzuführleitung 12 verbunden ist und wobei die Abgasrückführleitung 16 in Strömungsrichtung vor dem Luftkühler 13 an die Luftzuführleitung 12 angeschlossen ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasrückführeinrichtung 1. Zur Verbesserung der Dynamik der Brennkraftmaschine 2 wird für die Abgasrückführeinrichtung 1 vorgeschlagen, dass der Luftkühler 13 eine Umgehungsluftleitung 31 aufweist. Bezüglich des Verfahrens zum Betreiben der Abgasrückführeinrichtung 1 wird vorgeschlagen, dass bei einer vorgenannten Abgasrückführeinrichtung 1 bei zumindest teilweise geöffneter Abgasrückführleitung 16 die Umgehungsluftleitung 31 zumindest teilweise geöffnet und eine Kühlerzuführung 35 angeschlossen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer mit einem Lufteinlass der Brennkraftmaschine verbundenen, einen Luftkühler aufweisenden Luftzuführleitung und mit einer mit einem Abgasauslass der Brennkraftmaschine verbundenen Abgasleitung, wobei die Abgasleitung über eine Abgasrückführleitung mit der Luftzuführleitung verbunden ist und wobei die Abgasrückführleitung in Strömungsrichtung vor dem Luftkühler an die Luftzuführleitung angeschlossen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer vorgenannten Abgasrückführeinrichtung.
  • Eine vorgenannte Abgasrückführeinrichtung ist aus WO 00/28203 A1 als ein Niederdruck-Abgasrückführ-System mit einem Partikelfilter für eine einen Turbolader aufweisende Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, bekannt. Eine Rückführleitung für Abgas mündet hier vor einem Verdichter des Turboladers in einen Einlassluftkanal, der in einer Ventilvorrichtung eine Drossel aufweist. Die Drossel kann zwischen offener und geschlossener Stellung in jede beliebige Zwischenstellung gebracht werden, um die gewünschte Menge Frischluft mit rückgeführtem Abgas zu mischen. Im Strömungsweg für Frischluft oder gegebenenfalls Frischluft-Abgas-Gemisch zwischen Verdichter und Brennkraftmaschine ist ein im Betrieb der Brennkraftmaschine ständig durchströmter Luftkühler angeordnet.
  • Eine ähnliche Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine ist als Niederdruck-Abgasrückführ-System weiterhin in WO 98/55759 A1 offenbart, wobei ein Gegendruckventil vorgesehen ist, das hinter einem Abzweig einer Abgasrückführungsleitung angeordnet ist. Das Gegendruckventil soll der Erzeugung eines hinreichenden Differenzdruckes zwischen einem Einlass eines Verdichters und einem Filter dienen. Ein einem Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine vorgeschalteter Luftkühler wird im Betrieb der Brennkraftmaschine von angesaugtem Frischluft-Abgas-Gemisch ständig durchströmt.
  • Ferner ist aus DE 40 07 516 C2 ein Niederdruck-Abgasrückführ-System für einen Dieselmotor bekannt, wobei ein einer Abgasturbine eines Turboladers nachfolgender Partikelfilter vorgesehen ist, hinter dem eine in eine Ansaugluftleitung mündende Abgasrückführleitung abzweigt. Die Ansaugluftleitung besitzt vor einer Einmündung der Abgasrückführleitung eine regelbare Drossel. Die Ansaugluftleitung geht über einen Lader des Turboladers in eine an den Dieselmotor angeschlossene Ladeluftleitung über. In der Ladeluftleitung befindet sich ein im Betrieb des Dieselmotors durchströmter Ladeluftkühler.
  • Eine Kolbenbrennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens zur Verminderung von NOx-Emission beschreibt DE 44 39 940 A1 . Diese Kolbenbrennkraftmaschine weist einen Abgasturbolader und eine Einrichtung zur Rückführung einer Abgasteilmenge zur Ladeluft auf. Es ist eine Abgasrückführleitung vorgesehen, die mit einer Abgasleitung in einem Bereich vor einer Turbine des Abgasturboladers und mit einer Ladeluftleitung in einem Ansaugbereich eines Verdichters des Abgasturboladers in Verbindung steht. Ferner sind ein Partikelfilter und ein Kühler in der Abgasrückführleitung angeordnet. Druckseitig ist dem Verdichter in der Ladeluftleitung ein Ladeluftkühler nachgeschaltet, so dass gekühlte und verdichtete Luft über einen Ansaugkrümmer der Kolbenbrennkraftmaschine zugeleitet wird.
  • Aus DE 197 28 353 C1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, der eine im Abgasleitungssystem angeordnete Abgasturbine und einen von der Abgasturbine angetriebenen, in einer Frischluftzuführung angeordneten Ladeluftverdichter aufweist, bekannt. Außerdem ist eine Abgasrückführleitung vorgesehen, die aus dem Abgasleitungssystem in Abgasströmungsrichtung hinter der Abgasturbine abzweigt und in die Frischluftzuführung in Strömungsrichtung nach dem Ladeluftverdichter in eine Ladeluftleitung der Frischluftzuführung einmündet. In der Abgasrückführleitung ist ein Drei-Wege-Mischer angeordnet, der einen ersten Eingang für die Abgasrückführleitung, einen zweiten, mit der Frischluftzuführung verbundenen Eingang und einen Ausgang aufweist, von dem aus eine Abgasaufladeleitung zu der Ladeluftleitung zurückführt. In der Ladeluftleitung ist ein Ladeluftkühler angeordnet, und die Abgasaufladeleitung mündet in Strömungsrichtung vor oder hinter dem Ladeluftkühler in die Ladeluftleitung ein.
  • Einen Abgaskühler mit einem Bypass-Rohr und einem Abgasrückführungsventil offenbart WO 02/10574 A1. Der Abgaskühler ist zur Verwendung in einem Abgasrückführungssystem einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Abgas kann entweder durch den Abgaskühler strömen und dabei gekühlt werden, oder es kann durch das Bypass-Rohr strömen, wobei eine Kühlung vermieden wird.
  • Darüber hinaus ist aus EP 1 275 838 A1 ein Abgasrückführsystem für einen Motor bekannt, das einen Kühler für Abgas, einen den Kühler umgehenden Bypass, ein Kühlerventil und ein Bypassventil aufweist. Mit dem Kühler soll die Temperatur des Abgases in Abhängigkeit von dem Laufzustand des Motors eingestellt werden können.
  • Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Abgasrückführeinrichtungen mit einem einer Brennkraftmaschine vorgeschalteten Luftkühler ist, dass der Luftkühler im Betrieb der Brennkraftmaschine ständig von der Brennkraftmaschine zugeführter Frischluft und/oder rückgeführtem Abgas durchströmt wird, wodurch eine Hemmung der Dynamik der Brennkraftmaschine erfolgt.
    •
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abgasrückführeinrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass eine mit einer solchen Abgasrückführeinrichtung versehene Brennkraftmaschine ein gutes Dynamikverhalten aufweist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasrückführeinrichtung anzugeben.
  • Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Abgasrückführeinrichtung der eingangs genannten Art, bei der der Luftkühler eine Umgehungsluftleitung aufweist. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
  • Mit einer solchen erfindungsgemäßen Umgehungsluftleitung, die vorzugsweise abhängig vom Lastbereich, in welchem die Brennkraftmaschine betrieben wird, ein- und ausschaltbar ist, kann der Brennkraftmaschine auf einfache Weise das jeweils benötigte Luftvolumen unter Umgehung des Luftkühlers auch sehr kurzfristig zur Verfügung gestellt werden. Die Schaltung der Umgehungsluftleitung kann beispielsweise mittels Stellklappen und/oder Ventilen erfolgen, die mit sehr kurzen Schaltzeiten einen Strömungsweg über den Luftkühler schließen und gleichzeitig einen Strömungsweg durch die Umgehungsluftleitung öffnen. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass das der Brennkraftmaschine zuzuführende Frischluft- oder Frischluft-Abgas-Gemisch-Volumen sehr klein gehalten werden kann, was vorteilhaft ein gutes Ansprech- und Dynamikverhalten der Brennkraftmaschine ermöglicht. Durch das vergleichsweise kleine Luftvolumen im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine kann bei Bedarf sofort die für einen Beschleunigungsvorgang erforderliche Kraftstoffmenge zugeführt werden. Vorzugsweise wird in einem Teillastbereich der Brennkraftmaschine der Luftkühler regelmäßig umgangen. Der Luftkühler kann dann bei Bedarf – zum Beispiel aufgrund eines Signales einer elektronischen Steuervorrichtung der Abgasrückführeinrichtung – zugeschaltet werden, beispielsweise bei Beschleunigungsvorgängen. Sehr gut geeignet ist die Erfindung für eine Niederdruck-Abgasrückführeinrichtung, insbesondere für einen KraftfahrzeugDieselmotor, bei der Abgas drucklos oder auf einem lediglich geringen Druckniveau der Brennkraftmaschine zuzuführender Frischluft beigemischt wird. Bei einer Niederdruck-Abgasrückführeinrichtung befindet sich regelmäßig eine vergleichsweise große Menge Abgas in dem Luftkühler; bei einem plötzlichen Gasgeben kann es daher vorkommen, dass sich zulange Abgas im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine befindet und anfangs nicht der zur zügigen Beschleunigung erforderliche Kraftstoff zugeführt werden kann. Diese Problematik kann mit der Erfindung sehr einfach gelöst werden, indem beispielsweise Abgas-Frischluft-Gemisch grundsätzlich unter Umgehung des Luftkühlers direkt durch die Umgehungsluftleitung zu der Brennkraftmaschine strömen kann, wohingegen im Falle des Ansaugens reiner Frischluft (ohne Abgasbeimischung) durch die Brennkraftmaschine diese Frischluft vorzugsweise den Luftkühler durchströmen kann. Die Erfindung umfasst vorteilhaft den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, das heißt sowohl Teillast- als auch Volllastbereiche. Die Erfindung löst allgemein das Problem, dass bei Abgasrückführeinrichtungen nach dem Stand der Technik mit zur Abkühlung von in einem Volllastbereich der Brennkraftmaschine hoch verdichteter Luft vorgesehenem und im gesamten Kennfeldbereich ebenfalls immer mit Abgas-Frischluft-Gemisch durchströmtem Luftkühler ein großes Gemischvolumen in einer Luftkühlerstrecke befindlich ist, wodurch die Brennkraftmaschine bei diesen bekannten Abgasrückführeinrichtungen zu viele Umdrehungen benötigt, um das Gemisch aus der Luftkühlerstrecke zu saugen und eine gewünschte erhöhte Kraftstoffmenge (bei dann reiner Frischluft) einspritzen zu können, und infolgedessen eine unerwünschte Trägheit aufweist.
  • Die Leistung der Brennkraftmaschine wird vorteilhaft gesteigert, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in der Abgasleitung in Strömungsrichtung vor einem Abzweig der Abgasrückführleitung eine Turbine eines Abgasturboladers zum Antrieb eines in der Luftzuführleitung in Strömungsrichtung hinter einer Einmündung der Abgasrückführleitung und vor dem Luftkühler angeordneten Verdichters des Abgasturboladers angeordnet ist. Bei einer solchen Niederdruck-Abgasrückführeinrichtung, bei der die Turbine vor dem Abzweig der Abgasrückführleitung angeordnet ist, wird das gesamte Abgas durch die Turbine des Abgasturboladers geleitet, wodurch eine maximale Antriebsleistung der Turbine erreicht wird und somit die Wirksamkeit des Turboladers insgesamt erhöht wird; es können beispielsweise die Turboladerdrehzahlen im Teillastbereich (AGR-Bereich) im Vergleich zu einer Hochdruck-AGR-Einrichtung ganz erheblich erhöht, zum Beispiel verdoppelt, werden. Das Abgas in der Abgasrückführleitung ist dann zumindest nahezu drucklos.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine zusätzlich gesenkt, wenn in der Abgasleitung in Strömungsrichtung vor dem Abzweig der Abgasrückführleitung ein Partikelfilter angeordnet ist.
  • Von Vorteil für eine weitere Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine ist es, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Abgasrückführleitung einen Abgaskühler aufweist. Sich gegebenenfalls bei der Abgasabkühlung bildendes Kondenswasser kann in ein facher Weise in der Abgasrückführleitung abgeschieden werden. Mittels des Abgaskühlers kann zudem eine erhebliche Reduzierung der Schadstoffemission der Brennkraftmaschine, insbesondere des NOx-Ausstoßes, erzielt werden.
  • Insbesondere für eine Verbesserung des Kaltstartverhaltens der Brennkraftmaschine ist es von Vorteil, wenn der Abgaskühler gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Abgasumgehungsleitung aufweist. Bei einem Kaltstart kann das Abgas dann durch die Abgasumgehungsleitung geleitet werden, und die Brennkraftmaschine erreicht zu einem früheren Zeitpunkt nach dem Kaltstart ihre Betriebstemperatur. Bei einer geeigneten Gestaltung einer Kühlmittelführung des Abgaskühlers kann zudem auch eine Aufheizung der Brennkraftmaschine vorgenommen werden.
  • Der Abgaskühler könnte beispielsweise mit einem Motorkühlkreislauf verbunden sein, wobei das Abgas von Motorkühlwasser gekühlt wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Abgaskühler hingegen einen von einem Motorkühlkreislauf der Brennkraftmaschine unabhängigen Abgaskühlkreislauf auf. Damit kann das Abgas auch auf Temperaturen weit unter 100 °C, zum Beispiel bis auf Umgebungstemperatur, heruntergekühlt werden. Der Abgaskühlkreislauf kann beispielsweise mit Wasser als Kühlmittel, einen eigenen Wasserkühler aufweisend ausgebildet sein oder zum Beispiel einen Luftkühler besitzen.
  • Man könnte sich beispielsweise vorstellen, dass der Luftfluss in die und in der Umgehungsluftleitung mittels eines Ventils steuer- und regelbar ist. Ein vereinfachter Aufbau und eine verminderte Verschleißanfälligkeit der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung wird hingegen erzielt, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Umgehungsluftleitung eine Umgehungsluftregelklappe aufweist. Ein weiterer Vorteil der Umgehungsluftregelklappe besteht darin, dass sie sehr schnell insbesondere von einer die Umgehungsluftleitung öffnenden in eine die Umgehungsluftleitung schließenden Stellung gebracht werden kann.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Luftzuführleitung in Strömungsrichtung hinter einem Abzweig der Umgehungsluftleitung und vor dem Luftkühler in einer Kühlerzuführung eine Kühlerluftregelklappe auf. Dadurch kann die Kühlerzuführung sehr schnell und betriebssicher geöffnet oder geschlossen werden.
  • Zur einfachen, verschleißarmen Steuerung der Rückführung von Abgas zu der Brennkraftmaschine ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Abgasrückführleitung eine Abgasregelklappe aufweist. Gleichzeitig kann mit der Abgasregelklappe ein kontrollierbares Mischen von rückgeführtem Abgas und Frischluft, die aus der Umgebung angesaugt wird, vorgenommen werden.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Umgehungsluftregelklappe und/oder die Kühlerluftregelklappe und/oder die Abgasregelklappe jeweils zwischen einer ersten, die Umgehungsluftleitung beziehungsweise die Luftzuführleitung beziehungsweise die Abgasrückführleitung vollständig verschließenden Stellung und einer zweiten, die Umgehungsluftleitung beziehungsweise die Luftzuführleitung beziehungsweise die Abgasrückführleitung vollständig freigebenden Stellung verstellbar, so dass die jeweilige Leitung nicht nur vollständig öffnenbar und vollständig verschließbar ist, sondern dass auch beliebige Zwischenstellungen der jeweiligen Regelklappe möglich sind. Eine entsprechende Steuerung der Regelklappen kann beispielsweise abhängig vom momentanen Lastbereich der Brennkraftmaschine sowie von weiteren Betriebsparametern wie der Temperatur der Brennkraftmaschine vorgenommen werden.
  • Für eine zielgenaue, reproduzierbare und einfache Steuerung der Regelklappen ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung eine, insbesondere elektronische, Steuervorrichtung zur Verstellung der Umgehungsluftregelklappe und/oder der Kühlerluftregelklappe und/oder der Abgasregelklappe vorgesehen ist.
  • Die oben zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem bei zumindest teilweise geöffneter Abgasrückführleitung die Umgehungsluftleitung zumindest teilweise geöffnet und die Kühlerzuführung geschlossen wird. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dann, wenn Abgas zu der Luftzuführleitung und mithin zum Ansaugbereich der Brennkraftmaschine rückgeführt wird, das heißt dann, wenn die Abgasrückführleitung – zum Beispiel durch eine in einer geöffneten Stellung befindliche Abgasregelklappe – ganz oder teilweise geöffnet ist, die Kühlerzuführung, insbesondere vollständig, geschlossen. Es strömt dann also keine Ansaugluft der Brennkraftmaschine über den Luftkühler. Besonders vorteilhaft kann das Verfahren ohne Leistungsminderung der Brennkraftmaschine dann eingesetzt werden, wenn in der Abgasrückführleitung bereits ein Abgaskühler das Temperaturniveau des Abgases absenkt. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im für die Abgasrückführung relevanten Bereich die gesamte, vergleichsweise großvolumige Luftkühlerstrecke der Abgasrückführeinrichtung umgangen, und das Frischluft-Abgas-Gemisch oder gegebenenfalls allein das rückgeführte Abgas (im Falle einer geschlossenen Frischluftzuführung, durch die Umgebungsluft von der Brennkraftma schine ansaugbar ist) wird direkt in die Brennkraftmaschine geführt. Dadurch ergibt sich eine sehr gute Dynamik der Brennkraftmaschine, was insbesondere bei einer als Fahrzeugmotor in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Brennkraftmaschine von hoher Bedeutung ist. Wenn in dem Fall, in welchem Abgas der angesaugten Frischluft zugemischt wird, der Luftkühler umgangen wird, kann in dynamischen Phasen ein hoher Massenstrom durch die Brennkraftmaschine erreicht werden.
  • Grundsätzlich ist ein Schließen der Kühlerzuführung auf beliebige Weise denkbar. Jedoch ist es für ein einfaches, auch über einen langen Betriebszeitraum sehr betriebssicheres und zuverlässiges Verfahren von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung bei zumindest teilweise geöffneter Abgasregelklappe die Kühlerluftregelklappe geschlossen wird.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Dynamikverhalten der Brennkraftmaschine weiter verbessert, wenn bei einer Beschleunigung der Brennkraftmaschine die Kühlerluftregelklappe geöffnet wird.
  • Das Gleiche gilt vorteilhaft, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung bei Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Volllastbereich die Kühlerluftregelklappe geöffnet wird.
    •
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind Beispiele davon in der Zeichnung schematisiert dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
  • 1 eine Abgasrückführeinrichtung mit einem Luftkühler und einer Umgehungsluftleitung für den Luftkühler und
  • 2 einen Schaltbereich zur Umgehung des Luftkühlers.
  • Sich jeweils entsprechende Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine Abgasrückführeinrichtung 1 für eine als Kraftfahrzeug-Dieselmotor mit Turbolader ausgebildete Brennkraftmaschine 2 mit vier Zylindern 3. Die Zylinder 3 weisen jeweils ein Einlassventil 4 für angesaugte Luft und ein Auslassventil 5 für ausgestoßenes Abgas auf. Einlassluftströme in die Zylinder 3 sind durch Pfeile 6 symbolisiert. Entsprechend sind auch Auslassabgasströme aus den Zylindern 3 durch Pfeile 7 symbolisiert. Ausgestoßenes, durch die Auslassventile 5 austretendes Abgas wird in einem Abgaskrümmer 8 der Brennkraftmaschine 2 zusammengefasst. Den Einlassventilen 4 zuzuführende Luft wird in einem Ansaugkrümmer 9 für eine Zuordnung zu den einzelnen Einlassventilen 4 aufgefächert.
  • Der Ansaugkrümmer 9 ist mit den Einlassventilen 4 mittels jeweils eines Lufteinlasses 10 und der Abgaskrümmer 8 mit den Auslassventilen 5 mittels jeweils eines Abgasauslasses 11 verbunden. An den Ansaugkrümmer 9 ist eine Luftzuführleitung 12 mit einem Luftkühler 13 und an den Abgaskrümmer 8 eine Abgasleitung 14 der Abgasrückführeinrichtung 1 angeschlossen. Ferner ist in der Abgasrückführeinrichtung 1 die Abgasleitung 14 mit der Luftzuführleitung 12 mit einer mittels einer Abgasregelklappe 15 verschließbaren Abgasrückführleitung 16 verbunden. Anstelle der Abgasregelklappe 15 kann auch ein Abgasrückführungsregelventil vorgesehen sein.
  • Die Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasleitung 14 ist in 1 durch einen Pfeil 24 angegeben. Das aus der Brennkraftmaschine 2 ausgestoßene Abgas wird in der Abgasleitung 14 über eine Turbine 17 eines Abgasturboladers 18 und einen Partikelfilter 19 geführt. Sowohl die Turbine 17 als auch der Partikelfilter 19 ist vor einem Abzweig 20 der Abgasrückführleitung 16 von der Abgasleitung 14 angeordnet, wobei der Partikelfilter 19 der Turbine 17 nachgeordnet ist.
  • Die Turbine 17 des Abgasturboladers 18 treibt einen Verdichter 21 des Abgasturboladers 18 an, wobei der Verdichter 21 in der Luftzuführleitung 12 angeordnet ist, und zwar in durch einen Pfeil 22 symbolisierter Strömungsrichtung der der Brennkraftmaschine 2 zugeführten Luft hinter einer Einmündung 23 der Abgasrückführleitung 16 in die Luftzuführleitung 12. Im Bereich der Einmündung 23 der Abgasrückführleitung 16 ist die Abgasregelklappe 15 angeordnet. Mit der Abgasregelklappe 15 ist entweder die Abgasrückführleitung 16 oder eine mit einem Luftmassensensor 26 versehene Frischluftleitung 25, über die Umgebungsluft des Kraftfahrzeuges ansaugbar ist und die Bestandteil der Luftzuführleitung 12 ist, vollständig verschließbar. Zwischen diesen beiden Grenzstellungen der Abgasregelklappe 25 ist jede beliebige Zwischenstellung einstellbar, so dass der Brennkraftmaschine 2 nur Abgas, nur Frischluft oder ein beliebig einstellbares Abgas-Frischluft-Gemisch zugeführt werden kann.
  • In der Abgasrückführleitung 16 ist ein einen von einem hier nicht dargestellten Motorkühlkreislauf der Brennkraftmaschine 2 unabhängigen Abgaskühlkreislauf 27 aufweisender Abgaskühler 28 zur Kühlung von rückgeführtem Abgas angeordnet. Parallel zum Abgaskühler 28 verläuft eine Abgasumgehungsleitung 29. Mittels einer in Strömungsrichtung vor dem Abgaskühler 28 angeordneten Abgaskühlerumgehungsregelklappe 30 in der Abgasrückführleitung 16 kann der Abgaskühler 28 abgesperrt werden, so dass kein Abgas durch ihn hindurchströmbar ist.
  • Der Luftkühler 13 in der Luftzuführleitung 12 weist eine Umgehungsluftleitung 31 mit einer Umgehungsluftregelklappe 32 auf. Mit der Umgehungsluftregelklappe 32 in der Umgehungsluftleitung 31 korrespondiert eine Kühlerluftregelklappe 33, die hinter einem Abzweig 34 der Umgehungsluftleitung 31 von der Luftzuführleitung 12 in einer Kühlerzuführung 35 der Luftzuführleitung 12 vor dem Luftkühler 13 angeordnet ist.
  • Abhängig von der Stellung der Umgehungsluftregelklappe 32 und der Kühlerluftregelklappe 33 nimmt die der Brennkraftmaschine 2 zugeführte Luft einen unterschiedlichen Weg: Wenn die Umgehungsluftregelklappe 32 vollständig geschlossen und die Kühlerluftregelklappe 33 vollständig geöffnet ist (jeweils Darstellung mit punktierter Linie), strömt sämtliche Luft in durch einen punktierten Pfeil 36 symbolisierter Strömungsrichtung über den Luftkühler 13 zum Ansaugkrümmer 9 der Brennkraftmaschine 2; wenn hingegen die Umgehungsluftregelklappe 32 vollständig geöffnet und die Kühlerluftregelklappe 33 vollständig geschlossen ist (jeweils Darstellung mit durchgezogener Linie), strömt sämtliche Luft in durch einen Pfeil 37 mit durchgezogener Linie symbolisierter Strömungsrichtung unter Umgehung des Luftkühlers 13 zum Ansaugkrümmer 9. Grundsätzlich sind auch Zwischenstellungen von Umgehungsluftregelklappe 32 und/oder Kühlerluftregelklappe 33 denkbar.
  • Zum Beispiel bei Beschleunigungsvorgängen der Brennkraftmaschine 2 oder allgemein bei ihrem Betrieb in einem Volllastbereich, das heißt beispielsweise bei großen Kraftstoff-Einspritzmengen und erhöhten Ladedrücken, wenn eine Kühlung der von der Brennkraftmaschine 2 angesaugten Luft erforderlich wird, kann somit – nach einem sehr kurzen Zeitversatz, während dessen die Brennkraftmaschine 2 die Ansaugluft zwischen Umgehungsluftregelklappe 32 und Einlassventilen 4 der Brennkraftmaschine 2 durchsaugt – eine Umschaltung von Umgehungsluftregelklappe 32 und Kühlerluftregelklappe 33 erfolgen; die verdichtete Luft strömt dann durch den Luftkühler 13. Verlässt die Brennkraftmaschine 2 wieder den Volllastbereich, können dann in Abhängigkeit der angesteuerten Einspritzmenge die vorgenannten Klappen wieder umgestellt werden. Nach einer sehr kurzen Zeit, in der die verkürzte Saugstrecke wieder mit Abgas gefüllt ist, kann dann wieder eine Teillast-Kraftstoffmenge eingespritzt werden, wobei die Abgasregelklappe 15 regelmäßig zumindest teilweise geöffnet ist.
  • Beispielhaft zeigt 2 einen Schaltbereich zur Umgehung des Luftkühlers bei einer Abgasrückführeinrichtung nach 1. In der Darstellung nach 2 ist ein effektiver Mitteldruck p über einer Drehzahl n aufgetragen. Ein Rechteck 38 gibt einen Abgasrückführungskennfeldbereich an, in dem die Brennkraftmaschine in einem Modus Abgasrückführung betrieben wird. Dabei wird ein Abgas-Frischluft-Gemisch unter Umgehung des Luftkühlers direkt in den Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine geleitet. Die Größe des Rechtecks 38 ist allgemein von zahlreichen speziellen Randbedingungen wie der Größe des Kraftfahrzeugs und dem Hubraum der Brennkraftmaschine abhängig. Eine Kurve 39 gibt einen Volllastbereich an, in welchem die Brennkraftmaschine in einem Modus Luftkühlung betrieben wird, in welchem hier nur angesaugte Frischluft (das heißt Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs) der Brennkraftmaschine zugeführt wird, und zwar über den Luftkühler.

Claims (15)

  1. Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer mit einem Lufteinlass der Brennkraftmaschine verbundenen, einen Luftkühler aufweisenden Luftzuführleitung und mit einer mit einem Abgasauslass der Brennkraftmaschine verbundenen Abgasleitung, wobei die Abgasleitung über eine verschließbare Abgasrückführleitung mit der Luftzuführleitung verbunden ist und wobei die Abgasrückführleitung in Strömungsrichtung vor dem Luftkühler an die Luftzuführleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkühler (13) eine Umgehungsluftleitung (31) aufweist.
  2. Abgasrückführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasleitung (14) in Strömungsrichtung vor einem Abzweig (20) der Abgasrückführleitung (16) eine Turbine (17) eines Abgasturboladers (18) zum Antrieb eines in der Luftzuführleitung (12) in Strömungsrichtung hinter einer Einmündung (23) der Abgasrückführleitung (16) und vor dem Luftkühler (13) angeordneten Verdichters (21) des Abgasturboladers (18) angeordnet ist.
  3. Abgasrückführeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasleitung (14) in Strömungsrichtung vor dem Abzweig (20) der Abgasrückführleitung (16) ein Partikelfilter (19) angeordnet ist.
  4. Abgasrückführeinrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (16) einen Abgaskühler (28) aufweist.
  5. Abgasrückführeinrichtung nach zumindest Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskühler (28) eine Abgasumgehungsleitung (29) aufweist.
  6. Abgasrückführeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskühler (28) einen von einem Motorkühlkreislauf der Brennkraftmaschine (2) unabhängigen Abgaskühlkreislauf (27) aufweist.
  7. Abgasrückführeinrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsluftleitung (31) eine Umgehungsluftregelklappe (32) aufweist.
  8. Abgasrückführeinrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführleitung (12) in Strömungsrichtung hinter einem Abzweig (34) der Umgehungsluftleitung (31) und vor dem Luftkühler (13) in einer Kühlerzuführung (35) eine Kühlerluftregelklappe (33) aufweist.
  9. Abgasrückführeinrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (16) eine Abgasregelklappe (15) aufweist.
  10. Abgasrückführeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsluftregelklappe (32) und/oder die Kühlerluftregelklappe (33) und/oder die Abgasregelklappe (15) jeweils zwischen einer ersten, die Umgehungsluftleitung (31) beziehungsweise die Luftzuführleitung (12) beziehungsweise die Abgasrückführleitung (16) vollständig verschließenden Stellung und einer zweiten, die Umgehungsluftleitung (31) beziehungsweise die Luftzuführleitung (12) beziehungsweise die Abgasrückführleitung (16) vollständig freigebenden Stellung verstellbar ist.
  11. Abgasrückführeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung zur Verstellung der Umgehungsluftregelklappe (32) und/oder der Kühlerluftregelklappe (33) und/oder der Abgasregelklappe (15) vorgesehen ist.
  12. Verfahren zum Betreiben einer Abgasrückführeinrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest teilweise geöffneter Abgasrückführleitung (16) die Umgehungsluftleitung (31) zumindest teilweise geöffnet und die Kühlerzuführung (35) geschlossen wird.
  13. Verfahren nach zumindest Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest teilweise geöffneter Abgasregelklappe (15) die Kühlerluftregelklappe (33) geschlossen wird.
  14. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Beschleunigung der Brennkraftmaschine (2) die Kühlerluftregelklappe (33) geöffnet wird.
  15. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche12 bis 14, dadurch gekennzeichnet dass bei Betrieb der Brennkraftmaschine (2) in einem Volllastbereich die Kühlerluftregelklappe (33) geöffnet wird.
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