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Die
Erfindung betrifft ein Abgasrückführungssystem,
mit dessen Hilfe ein Teil eines Abgases, das in einer Brennkraftmaschine
entstanden ist, der Brennkraftmaschine erneut zugeführt werden kann.
Derartige Abgasrückführungssysteme
werden insbesondere für
Kraftfahrzeuge verwendet.
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Aus
EP 1 017 934 B1 ist
ein Abgasrückführungssystem
bekannt, bei dem Frischluft über
einen Zuführstrang
zu einer Brennkraftmaschine gefördert wird.
Das in der Brennkraftmaschine entstehende Abgas gelangt über einen
Abgasstrang zu einem Auslass. Mit dem Abgasstrang ist ein Abgasrückführstrang
verbunden, der einen Teil des Abgases dem Zuführstrang zuführt. In
dem Abgasrückführstrang
ist ein Kühler
angeordnet, der eingangsseitig mit einem vom Abgasstrang kommenden
Eintrittsstrang und ausgangsseitig mit einem zu dem Zuführstrang
führenden
Austrittsstrang verbunden ist. In dem Eintrittsstrang ist eine ungeregelte
Pumpe vorgesehen, die das rückzuführende Abgas
durch den Abgasrückführstrang
fördert.
Für den
Fall, dass der Druck in dem Abgasstrang höher ist, als der Druck, der
durch die Pumpe bereitgestellt werden kann, ist ein Bypass vorgesehen,
der in Strömungsrichtung
vor der Pumpe von dem Eintrittsstrang abzweigt und zwischen der
Pumpe und dem Kühler
zu dem Eintrittsstrang zurückführt, um
die Pumpe zu umgehen.
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Nachteilig
bei einem derartigen Abgasrückführungssystem
ist, dass insbesondere in der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine
die Temperatur der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Frischluft zu niedrig
eingestellt ist, um eine gute Verbrennung zu erreichen. Dies führt in der
Brennkraftmaschine insbesondere zu einer unvollständigen Verbrennung,
so dass beispielsweise bei einem Dieselmotor mit dem Abgas hohe
Anteile an Russpartikel und mitgerissenem Öl ausgestoßen werden. Dies führt zu einem
erhöhten
Verschleiß,
beispielsweise durch Versottungen beweglicher Bauteile. Ferner ist insbesondere
während
der Kaltstartphase der Schadstoffausstoß hoch.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein schadstoffrezuziertes Abgasrückführungssystem
mit verbesserten Kaltstartverhalten zu schaffen.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1.
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Das
erfindungsgemäße Abgasrückführungssystem
weist einen Abgasrückführstrang
auf, der von einem Abgasstrang Abgas zu einem Zuführstrang rückführt. Der
Abgasrückführstrang
weist einen zwischen einem Eintrittsstrang und einem Austrittsstrang
angeordneten Kühler
auf, d.h. der mit dem Abgasstrang verbindbare Eintrittsstrang ist
eingangsseitig mit dem Kühler
verbunden, der wiederum ausgangsseitig mit dem zu dem Zuführstrang
führenden Austrittsstrang
verbunden ist. In dem Abgasrückführstrang
ist ferner eine Pumpe zur Förderung
des Abgases angeordnet. Mit Hilfe der Pumpe kann das rückzuführende Abgas
von dem Abgasstrang zu dem Zuführstrang
gefördert
werden. Erfindungsgemäß ist der
Eintrittsstrang über
ein an dem Kühler
vorbeiführenden
Bypassstrang mit dem Austrittsstrang verbunden. Es ist somit möglich, dass
zumindest ein Teil des rückzuführenden Abgases
ungekühlt
an dem Kühler
vorbeigeleitet wird. Ein einzelner Strang kann auch mehrere parallel
und/oder seriell angeordnete Einzelleitungen aufweisen.
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Dadurch,
dass das rückzuführende Abgas ganz
oder teilweise an dem Kühler
vorbeigeleitet werden kann, kann das Abgas mit einer verhältnismäßig hohen
Temperatur der Brennkraftmaschine zugeführt werden bzw. mit der über den
Zuführstrang angesaugten
Frischluft gemischt werden. In der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine,
bei der die Temperatur der Brennkraftmaschine verhältnismäßig niedrig
ist, kann somit relativ heiße
Luft zugeführt werden,
so dass die Verbrennung in der Brennkraftmaschine bei einer Temperatur
erfolgen kann, die deutlich näher
an der optimalen Verbrennungstemperatur liegt. Durch die verbesserte
Verbrennung in der Brennkraftmaschine während der Kaltstartphase wird
eine unvollständige
Verbrennung vermieden, so dass der Schadstoffausstoß und der
Verschleiß durch
Versottung reduziert ist.
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Vorzugsweise
ist in dem Abgasrückführstrang
oder in dem Bypassstrang ein Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil,
oder ein regelbares Regelventil angeordnet. Zusätzlich oder anstelle des Ventils
kann auch eine insbesondere regelbare Hilfspumpe vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist die Pumpe zur Förderung
des rückzuführenden
Abgases ebenfalls regelbar. Durch eine aufeinander abgestimmte Anordnung
der Pumpe in dem Abgasrückführstrang
oder in dem Bypassstrang sowie des Ventils bzw. der Hilfspumpe in
dem Abgasrückführstrang oder
in dem Bypassstrang ist es möglich,
eine intelligente Kühlung
des rückzuführenden
Abgases zu realisieren. Beispielsweise kann die gesamte Menge des
rückzuführenden
Abgases, sowie der Anteil des Abgases, der durch den Kühler oder
durch den Bypassstrang gefördert
wird, individuell einstellbar sein, so dass Druck- und Temperatur
der der Brennkraftmaschine zuzuführenden
Luft mit hoher Genauigkeit regelbar ist.
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Vorzugsweise
ist die Pumpe in Abhängigkeit von
einem gemessenen Druck oder einer gemessenen Temperatur regelbar.
Entsprechend kann das Ventil, und/oder die Hilfspumpe ebenfalls
in Abhängigkeit
von einem gemessenen Druck oder einer gemessenen Temperatur regelbar
sein. Der Druck und/oder die Temperatur wird insbesondere von einer
Temperaturmesseinrichtung und/oder einer Druckmesseinrichtung detektiert,
die insbesondere den Druck, bzw. die Temperatur des Zuführstrangs misst.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf
die anliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugluftleitungssystems, mit
einem ersten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Abgasrückführungssystems,
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2 eine
schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Abgasrückführungssystems,
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3 eine
schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Abgasrückführungssystems,
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel
des Abgasrückführungssystems
und
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5 ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
des Abgasrückführungssystems.
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Das
Luftleitungssystem für
ein Kraftfahrzeug weist einen Einlass 10 auf, der über einen
Zuführstrang 12 Frischluft
von dem Einlass 10 in Richtung des Pfeils 16 zu
einer Brennkraftmaschine 20, bei der es sich beispielsweise
um einen Vierzylinderdieselmotor handelt, fördert (1). Das
Luftleitungssystem kann ggf. einen Turbolader aufweisen. An die Brennkraftmaschine 20 schließt sich
ein Abgasstrang 26 an, der das Abgas der Brennkraftmaschine 20 in Richtung
eines Pfeils 28 zu einem Ausfluss 30 fördert. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Abgasstrang 26 über
das erfindungsgemäße Abgasrückführungssystem 32 mit
dem Zuführstrang 12 verbunden.
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Beispielsweise
weist der Abgasstrang 26 einen Partikelfilter 34 und
eine Abgasbehandlungseinrichtung 36 auf. Bei der Abgasbehandlungseinrichtung 36 handelt
es sich beispielsweise um einen Katalysator.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist zwischen dem Partikelfilter 34 und der Abgasbehandlungseinrichtung 36 ein
Abgasrückführstrang 40 angeschlossen,
der von dem Abgasstrang 26 zu dem Zuführstrang 12 führt. Der
Abgasrückführstrang 40 weist
einen Kühler 42 auf,
der zwischen einem Eintrittsstrang 44 und einem Austrittstrang 46 angeordnet
ist. Mit dem Eintrittsstrang 44 ist an eine Ableitungsstelle 48 ein
Bypassstrang 50 angeschlossen, der an einer Zuleitungsstelle 52 in
den Austrittsstrang 46 mündet.
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In
einer ersten Alternative ist in dem Bypassstrang eine Pumpe 54 zur
Förderung
des rückzuführenden
Abgases angeordnet. Ferner ist in dem Austrittstrang 46 ein
als Rückschlagventil
ausgestaltetes Ventil 56 vorgesehen, das vorzugsweise zwischen dem
Kühler 42 und
der Zuleitungsstelle 52 angeordnet ist. Das Ventil 56 kann
auch zwischen dem Kühler 42 und
der Ableitungsstelle 48 in dem Eintrittsstrang 44 angeordnet
sein.
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Die
Pumpe 54 ist insbesondere stufenlos regelbar, wobei die
Regelung insbesondere in Abhängigkeit
von Druck und Temperatur des Niederdruckzuführstrangs 12 erfolgt.
Hierzu kann der Druck und die Temperatur mit Hilfe einer Temperaturmesseinrichtung 58 bzw.
Druckmesseinrichtung 60 gemessen werden.
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Bei
der in 1 dargestellten ersten Alternative des erfindungsgemäßen Abgasrückführungssystems 32 kann
durch die Pumpe 54 der Abgasstrom in den Bypassstrang 50 sehr
genau geregelt werden. Insbesondere nach der Kaltstartphase und
im Volllastbereich kann der Bypassstrang 50 durch die Pumpe 54 gesperrt
werden. In diesem Betriebsmodus sind die Druckverluste im Abgasrückführstrang 40 minimal.
In dem Fall, dass die Pumpe 54 durch einen technischen
Defekt ausfallen sollte, wird sichergestellt, dass das rückgeführte Abgas
gekühlt
ist, so dass eine Überhitzung
des Turboladers bzw. der Brennkraftmaschine 20 sicher vermieden
ist.
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In
einer zweiten Alternative des erfindungsgemäßen Abgasrückführungssystems 32 (2) sind
im Vergleich zu der ersten Alternative des erfindungsgemäßen Abgasrückführungssystems 32 gemäß 1 die
Pumpe 54 und das Ventil 56 miteinander vertauscht
angeordnet. Die Pumpe 54 ist somit in dem Austrittsstrang 46 vorzugsweise
zwischen dem Kühler 42 und
der Zuleitungsstelle 52 angeordnet. Das Ventil 56 ist
in dem Bypassstrang 50 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann der durch den Kühler 42 strömende Abgasstrom
besonders genau geregelt werden. Insbesondere in der Kaltstartphase, wenn
die Strecke des Abgasrückführstrangs 40 zwischen
der Ableitungsstelle 48 und der Zuleitungsstelle 52 gesperrt
ist, sind die Druckverluste minimal. Ferner kann durch eine entsprechend
höher eingestellte
Leistung der Pumpe 54 der durch den Kühler 42 verursachte
Druckverlust ausgeglichen werden. Da das rückzuführende Abgas mit einer verhältnismäßig hohen
Temperatur in den Kühler 42 eintritt, wird
die Gefahr einer Versottung des Kühlers, beispielsweise durch
festklebende Russpartikel reduziert. Ferner ist die Temperaturbelastung
der Pumpe 54 durch das geförderte Abgas gering.
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Bei
einem alternativen erfindungsgemäßen Abgasrückführungssystem 32 (3)
ist im Vergleich zu der zweiten Alternative gemäß 2 die Pumpe 54 nicht
mehr im Austrittsstrang 46 sondern im Eintrittsstrang 44 vorgesehen.
Vorzugsweise ist die Pumpe 54 zwischen der Ableitungsstelle 48 und dem Kühler 42 in
dem Eintrittsstrang 44 angeordnet. Da die Pumpe 54 verhältnismäßig nah
zu dem Abgasstrang 22, 26 angeordnet ist, ist
die Ansprechzeit zur Erhöhung
bzw. Verringerung der Abgasrückführungsrate
entsprechend gering.
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Bei
einer vierten Alternative des erfindungsgemäßen Abgasrückführungssystems 32 (4) sind
die Pumpe 54 und das Ventil 56 in dem Eintrittsstrang
vorgesehen. Das Ventil 56 ist hierbei zwischen dem Abgasstrang 22, 26 und
der Ableitungsstelle 48 angeordnet, so dass es zu dem Kühler 42 und
zu dem Bypassstrang 50 seriell angeordnet ist. Die Pumpe 54 ist
zu dem Bypassstrang 50 parallel angeordnet. Hierzu kann
die Pumpe 54 in dem Austrittsstrang 46 zwischen
dem Kühler 42 und
der Zuleitungsstelle 42 angeordnet sein. Vorzugsweise ist
die Pumpe 54 in dem Eintrittsstrang 44 zwischen
der Ableitungsstelle 48 und dem Kühler 42 angeordnet.
Bei dem Ventil 56 kann es sich um ein Drosselventil handeln,
das vorzugsweise stufenlos regelbar ist, so dass der Massenstrom
des rückzuführenden
Abgases von dem Ventil 56 gesteuert werden kann. Ein durch
das Drosselventil 56 gegebenenfalls verursachter Druckverlust,
kann durch die Pumpe 54 wieder ausgeglichen werden. Aufgrund
des gedrosselten Massenstroms kann die Größe des Kühlers 42 reduziert
werden. Ferner wird die Kühlleistung,
d.h. die Effizienz des Kühler 42 verbessert.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Abgasrückführungssystems 32 (5)
ist der Abgasrückführstrang 40 und
der Bypassstrang 50 unabhängig voneinander jeweils direkt mit
dem Zuführstrang 12 und
dem Abführstrang 26 verbunden.
Eine Ableitungsstelle 48 sowie eine Zuleitungsstelle 52, über die
der Bypassstrang 50 mit dem Abgasrückführstrang 40 verbunden
ist, sind nicht vorgesehen. Ferner weist sowohl der Abgasrückführstrang 40 als
auch der Bypassstrang 50 jeweils die Pumpe 54 auf.
Rückschlagventile,
Drosselklappen oder ähnliches
werden nicht benötigt.
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Allen
Varianten des Abgasrückführungssystems 32 ist
gemeinsam, dass durch die Pumpe 54 auftretende Druckverluste
aufgehoben werden können.
Ferner kann an Betriebspunkten, in denen das natürliche Druckgefälle von
dem Abgasstrang 26 zu dem Zuführstrang 12 nicht
ausreicht, um genügend Abgas
zurückzuführen, mit
der Pumpe 54 eine ausreichende Druckerhöhung bereitgestellt werden.
Dadurch kann die Menge unerwünschter
Schadstoffe, beispielsweise CO, NOx oder
Kohlenwasserstoffe reduziert werden. Ferner können erhöhte Abgastemperaturen erreicht
werden, so dass Versottungen und festklebende Partikel vermieden
werden und es sogar möglich
ist, den Partikelfilter 34 freizubrennen. Insbesondere
kann die Abgasrückführungsrate
unabhängig
von dem Druck in dem Abgasstrang 26 und/oder in dem Zuführstrang 12 eingestellt
werden, wobei gleichzeitig eine Rückströmung von dem Einlass 10 zu
dem Auslass 30 über
das Abgasrückführungssystem 32 auch
ohne Verwendung von Abgasrückführungsklappen
vermieden werden kann. Insbesondere ist es möglich, die Pumpe 54 mit
dem Kühler 42 zu
verbinden, um eine Kühlung
der Pumpe 54 zu erreichen.