DE102006057488B4

DE102006057488B4 - Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006057488B4
Application number: DE102006057488.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Reuss; Axel Macher; Dr.-Ing. Gruber Martin
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2026-12-07
Also published as: FR2909720B1; US7971576B2; CN101196141A; DE102006057488A1; ITMI20072299A1; CN101196141B; FR2909720A1; US20080149080A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), bei dem von der Brennkraftmaschine (1) erzeugtes Abgas über eine Abgasrückführeinrichtung (7), welche zumindest zwei Kühlvorrichtungen (8, 9) umfasst, welchen jeweils ein Bypass (10, 12) zugeordnet ist, an die Brennkraftmaschine (1) zurückgeführt wird, welches Abgas abhängig vom Belastungszustand der Brennkraftmaschine (1) in der Abgasrückführeinrichtung (7) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Frischluft über eine Ladeluftzuführeinrichtung (2), welche zumindest eine Kühlvorrichtung (3, 4) und zumindest einen der Kühlvorrichtung (3, 4) parallel geschalteten Bypass (22) umfasst, der Brennkraftmaschine (1) zugeführt wird, welche Frischluft abhängig vom Belastungszustand über die Kühlvorrichtung (3, 4) und/oder den Bypass (22) geführt wird und die Frischluft abhängig vom Belastungszustand der Brennkraftmaschine (1) und/oder einer vorgebbaren Zieltemperatur in einer Ladeluftleitung (23) durch zumindest zwei in Serie geschaltete Kühlvorrichtungen (3, 4) der Ladeluftzuführeinrichtung (2) und/oder durch den zu beiden Kühlvorrichtungen (3, 4) parallel geschalteten Bypass (22) geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem von der Brennkraftmaschine erzeugtes Abgas über eine Abgasrückführeinrichtung, welche zumindest zwei Kühlvorrichtungen umfasst, welchen jeweils ein Bypass zugeordnet ist, an die Brennkraftmaschine zurückgeführt wird. Das Abgas wird abhängig vom Belastungszustand der Brennkraftmaschine in der Abgasrückführeinrichtung gekühlt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung.
Aus der DE 101 47 536 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der in einem Einlasssystem ein thermisch mit dem Abgassystem verbundener Abgaswärmetauscher vorgesehen ist, welcher über Klappen ausgebildete Steuerventile aktivierbar oder deaktivierbar ist. Der Abgaswärmetauscher ist sowohl auf der Seite des Einlasssystems als auch auf der Seite des Auslasssystems über Bypassleitungen umgehbar.
Darüber hinaus ist aus der DE 103 47 834 A1 eine Dieselbrennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlung bekannt. Die Abgasrückführanlage umfasst ein zweipfadiges System, wobei in einem ersten Pfad eine Kühlvorrichtung angeordnet ist und der zweite Pfad parallel zu dem ersten Pfad geschaltet ist. Des Weiteren ist in der Ladeluftzuführung ein Ladeluftkühler angeordnet.
Aus der DE 10 2004 021 386 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung bekannt, bei der in einer Abgasrückführleitung zwei Wärmetauscher angeordnet sind. Das durch die beiden Wärmetauscher strömende Abgas wird dadurch gekühlt. In einer Ladeluftleitung ist ein weiterer Wärmetauscher angeordnet.
Darüber hinaus ist aus der FR 287 64 17 A1 eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der in einer Abgasrückführleitung zwei Wärmetauscher in Serie angeordnet sind. Vor dem ersten Wärmetauscher und zwischen den beiden Wärmetauschern ist jeweils ein Dreiwegeventil angeordnet, von denen ein Bypass abzweigt. Abhängig vom Belastungszustand der Brennkraftmaschine kann das Abgas durch beide Wärmetauscher oder durch den Bypass geführt werden. Ist der Motor mittelmäßig belastet, so wird das Abgas durch den ersten Wärmetauscher geleitet und an dem zweiten Wärmetauscher vorbeigeleitet. Ist das beiden Wärmetauschern vorgeschaltete erste Ventil für den Durchfluss durch den nachgeschalteten Wärmetauscher geschlossen, so wird stets ein wesentlicher Anteil des Abgases über den Bypass auch an dem zweiten Wärmetauscher vorbeigeführt, auch dann, wenn das zwischen den beiden Wärmetauschern angeordnete Ventil geöffnet ist. Bei den bekannten Brennkraftmaschinen und Betriebsverfahren kann die bedarfsgerechte Kühlung des Abgases nur sehr unzureichend durchgeführt werden.
Die US 5,713,330 beschreibt einen Motor, dem Frischluft über einen Kühler zugeführt wird. Der Kühler kann im Falle zu hoher Ladedrücke auch über einen Bypass umgangen werden. Der Motor ist zudem mit einer Einrichtung versehen, um das Abgas zurück in den Motor zu führen. Hierbei sind je nach gewünschter Gastemperatur und gewünschtem Abgas zu Frischluft Verhältnis verschiedene Strömungswege auswählbar.
Aus der DE 100 49 314 A1 ist eine Frischluftzufuhr eines Motors mit Ladeluftkühlung bekannt. Um die Ladeluftkühlung günstig im Motorraum unterzubringen, werden statt einem Ladeluftkühler zwei parallel geschaltete Ladeluftkühler verwendet, die sich flexibel platzieren lassen. Verschiedene Strömungswege für die Frischluft sind hierbei nicht vorgesehen.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welchem bzw. mit welcher eine hoch effiziente Mischung zwischen Abgas und Frischluft zur Zuführung an die Brennkraftmaschine möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, und eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung, welche die Merkmale nach Patentanspruch 9 aufweist, gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine wird von der Brennkraftmaschine erzeugtes Abgas über eine Abgasrückführeinrichtung, welche zumindest zwei Kühlvorrichtungen umfasst, denen jeweils ein Bypass zugeordnet ist, an die Brennkraftmaschine zurückgeführt. Das Abgas wird abhängig vom Belastungszustand der Brennkraftmaschine in der Abgasrückführeinrichtung gegebenenfalls gekühlt. Frischluft wird über eine Ladeluftzuführeinrichtung, welche zumindest eine Kühlvorrichtung und zumindest einen der Kühlvorrichtung parallel geschalteten Bypass umfasst, der Brennkraftmaschine zugeführt, welche Frischluft abhängig vom Belastungszustand über die Kühlvorrichtung und/oder den Bypass geführt wird. Eine situationsabhängig exakte Einstellung der jeweiligen Temperaturen des Abgases und der Frischluft kann dadurch ermöglicht werden. Auf diese Weise kann auch die Mischtemperatur aus Abgas und Frischluft auf die jeweils gewünschte Zieltemperatur exakt eingestellt werden und die Ablagerungen von Abgasbestandteilen im System deutlich reduziert werden.
Die Frischluft wird abhängig vom Belastungszustand der Brennkraftmaschine und/oder einer vorgebbaren Zieltemperatur in einer Ladeluftleitung durch zumindest zwei in Serie geschaltete Kühlvorrichtungen der Ladeluftzuführeinrichtung und/oder durch den zu beiden Kühlvorrichtungen parallel geschalteten Bypass geführt. Die Kühlung der Frischluft kann dadurch bedarfsgerechter erfolgen. So kann vorgesehen sein, dass im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine die Frischluft anteilig über den Bypass und die Kühlvorrichtungen geleitet wird. Insbesondere in Schubphasen des Fahrzeugs bei erhöhter Belastung der Brennkraftmaschine ist bevorzugt vorgesehen, dass die Frischluft ausschließlich über den Bypass geleitet wird. Ist die momentane Temperatur in der Ladeluftleitung größer als die vorgegebene Zieltemperatur, so ist bevorzugt vorgesehen, dass die Frischluft über zumindest eine der Kühlvorrichtungen geleitet werden. Abhängig davon, wie groß die Abweichung der Temperatur ist, kann die Frischluft spezifisch durch den ersten oder den zweiten oder durch beide Kühlvorrichtungen geleitet werden. Die Zieltemperatur ist bevorzugt abhängig von dem fahrzeugspezifischen Gesamtpackage, umfassend die Brennkraftmaschine, die Abgasrückführung und die Ladeluftzuführung, vorgebbar.
Es kann vorgesehen sein, dass jeder Kühlvorrichtung der Ladeluftzuführeinrichtung ein separater Bypass parallel geschaltet ist und abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere der zumindest vier Belastungszustände und/oder der Zieltemperatur, dann eine jeweils spezifische Strategie vorgeben wird, durch welche die Frischluft bedarfsgerecht gekühlt wird. Eine entsprechende Leitung der Frischluft durch keine der Kühlvorrichtungen, durch die erste Kühlvorrichtung und den zweiten Bypass, durch den ersten Bypass und die zweite Kühlvorrichtung oder durch beide Kühlvorrichtungen der Ladeluftzuführung kann dann abhängig vom Belastungszustand erfolgen. Die verschiedenen genannten Strömungswege der Frischluft durch die Ladeluftzuführeinrichtung können entsprechend bzw. analog den vorgegebenen Strömungswegen des Abgases durch die entsprechenden Kühlvorrichtungen und Bypässe der Abgasrückführeinrichtung in Abhängigkeit der vier Belastungszustände vorgegeben werden.
Die Exaktheit der Temperatureinstellung der Frischluft und somit auch der Luftmischung aus Abgas und Frischluft kann dadurch nochmals präzisiert werden.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine wird bevorzugt in zumindest vier Belastungszustände unterteilt und das Abgas wird abhängig von dem momentanen Belastungszustand über einen diesem Belastungszustand spezifisch zugeordneten Strömungsweg in der Abgasrückführeinrichtung zu der Brennkraftmaschine zurückgeführt. Durch die Aufteilung einer derartigen Mehrzahl von Belastungszuständen kann bedarfsabhängig die Kühlung des Abgases präziser erfolgen. Der Leistungsbedarf zur Kühlung des rückführenden Abgases kann dadurch effizienter und effektiver erfolgen, wodurch sich aufgrund der vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten die Kühlleistung dem jeweiligen momentanen Bedarf besser anpassen lässt. Die Ablagerung von Abgasbestandteilen, die so genannte Versottung, im System kann dadurch deutlich reduziert werden.
Die zumindest vier Belastungszustände werden bevorzugt abhängig von der Motordrehzahl und/oder einer Einspritzmenge des Kraftstoffs vorgegeben. Abhängig vom Fahrzeugtyp und von der entsprechenden Ausgestaltung der Brennkraftmaschine kann dadurch dann eine sehr individuelle Definition der Belastungszustände durchgeführt werden, wodurch dann auch eine sehr individuelle und bedarfsgerechte Kühlung des Abgases in den jeweiligen Belastungszuständen erfolgen kann. Bevorzugt werden die Belastungszustände durch die genannten spezifischen Parameter aneinander angrenzend in einem Diagramm vorgegeben. So kann insbesondere vorgesehen sein, dass sich ein erster Belastungszustand in einem Diagramm, bei dem die Einspritzmenge in Abhängigkeit der Drehzahl dargestellt ist, bis zu einem Drehzahlwert von etwa 1800 Umdrehungen pro Minute erstreckt. Entsprechend kann für diesen ersten Belastungszustand eine maximale Einspritzmenge von etwa 18 mg/Hub vorgegeben werden. Bevorzugt wird der erste Belastungszustand so definiert, dass er ausgehend von einem maximalen Wert einer Einspritzmenge, welcher bei einer Drehzahl von etwa 1000 Umdrehungen pro Minute vorliegt, abfällt, insbesondere stetig abfällt bis auf einen Wert 0 bei einer maximalen Drehzahl dieses ersten Belastungszustands bei etwa 1800 Umdrehungen pro Minute.
Anschließend an diesen ersten Belastungszustand kann ein zweiter Belastungszustand definiert werden, welcher unmittelbar an diesen ersten Belastungszustand angrenzt und in dem Diagramm bis zu einer Drehzahl von etwa 2750 pro Minute reicht. Die Einspritzmenge reicht von einem Wert von 0 mg/Hub bis maximal etwa 28 mg/Hub. Auch hier wird bevorzugt vorgesehen, dass der diesen zweiten Belastungszustand nach oben hin begrenzende Kurvenverlauf ausgehend von einer minimalen Drehzahl von etwa 1000 Umdrehungen pro Minute und einem maximalen Wert der Einspritzmenge von etwa 28 mg/Hub mit steigender Drehzahl stetig abfällt.
In entsprechender Weise kann dies dann für einen an den zweiten Belastungszustand angrenzenden dritten Belastungszustand vorgegeben werden, dessen unterer Grenzbereich durch den oberen Grenzbereich des zweiten Belastungszustands vorgegeben wird, und dessen oberer Grenzbereich durch eine Kurve begrenzt wird, bei dem die Einspritzmenge mit steigender Drehzahl stetig abfällt. Der dritte Belastungszustand reicht maximal bis zu einer Drehzahl von etwa 3400 Umdrehungen pro Minute. Die maximale Einspritzmenge beträgt beispielsweise 42 mg/Hub. Wiederum anschließend an den dritten Belastungszustand kann dann ein vierter Belastungszustand in dem Diagramm festgelegt werden, dessen untere Grenze durch die Kennlinie der oberen Begrenzung und des dritten Belastungszustands vorgegeben wird.
Bevorzugt wird in einem ersten, eine geringe Belastung der Brennkraftmaschine charakterisierenden Belastungszustand das Abgas an den Kühlvorrichtungen der Abgasrückführeinrichtung vorbeigeführt und über die Bypässe geführt. Die Kühlwirkung ist in dieser Phase relativ gering. Dies ist jedoch ausreichend, da in diesem ersten Belastungszustand die Temperatur des Abgases relativ gering ist.
Bevorzugt wird in einem zweiten, eine im Vergleich zum ersten Belastungszustand höhere Belastung der Brennkraftmaschine charakterisierenden Belastungszustand das Abgas über eine erste Kühlvorrichtung, insbesondere über eine in einer Reihenschaltung der Kühlvorrichtungen der zweiten Kühlvorrichtung vorgeschalteten ersten Kühlvorrichtung, und den Bypass der zweiten Kühlvorrichtung geführt. In dieser spezifischen Phase wird explizit das Abgas gleich durch die erste Kühlvorrichtung geführt und dadurch ein entsprechender Kühleffekt erreicht.
In einem dritten, eine im Vergleich zum zweiten Belastungszustand höhere Belastung der Brennkraftmaschine charakterisierenden Belastungszustand wird das Abgas über eine zweite Kühlvorrichtung, insbesondere über eine in einer Reihenschaltung der Kühlvorrichtungen der ersten Kühlvorrichtung nachgeschalteten zweiten Kühlvorrichtung, und den Bypass der ersten Kühlvorrichtung geführt. Im Unterschied zum zweiten Belastungszustand wird somit das im Vergleich zum zweiten Belastungszustand im Allgemeinen heißere Abgas zunächst über einen Bypass geführt, um dort auf einem längeren Weg außerhalb der Kühlvorrichtung eine entsprechende Abkühlung zu erreichen und erst dann in eine zweite Kühlvorrichtung zur weiteren und stärkeren Abkühlung hindurchgeführt.
Bevorzugt wird in einem vierten, eine im Vergleich zum dritten Belastungszustand höhere Belastung der Brennkraftmaschine charakterisierenden Belastungszustand das Abgas über beide Kühlvorrichtungen geführt. Gerade dann, wenn das Abgas eine relativ hohe Temperatur aufweist, kann in diesem Zusammenhang eine sehr effektive Kühlung erreicht werden. Der Leistungsbedarf zur Kühlung des rückgeführten Abgases kann abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und bevorzugt von den thermodynamischen Umgebungsbedingungen durchgeführt werden. Die Kombination mehrerer Kühlvorrichtungen, die in Serie oder parallel zueinander angeordnet sein können und die jeweiligen Bypässe ermöglichen ein sehr detailliertes und bedarfsgerechtes Kühlen bei einer Unterteilung in zumindest vier Belastungszustände der Brennkraftmaschine.
Dadurch kann auch eine hoch effiziente Reduzierung der Stickoxid-Emission in einem weiten Kennfeldbereich unter Vermeidung von Kühlerversottung ermöglicht werden.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Brennkraftmaschine umfasst eine Abgasrückführeinrichtung zur Rückführung von der Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas, welche Abgasrückführeinrichtung zumindest zwei Kühlvorrichtungen zum Kühlen des Abgases abhängig vom Belastungszustand der Brennkraftmaschine umfasst, welchen Kühlvorrichtungen jeweils ein Bypass parallel geschaltet ist. Eine Ladeluftzuführeinrichtung zum Zuführen von Frischluft an die Brennkraftmaschine umfasst zumindest eine Kühlvorrichtung, welcher ein Bypass parallel geschaltet ist. Dadurch kann auch die bedarfsgerechtere und situationsabhängig präzisere Temperatureinstellung der Frischluft erfolgen.
Die Ladeluftzuführeinrichtung umfasst zumindest zwei in Serie geschaltete Kühlvorrichtungen, denen beiden ein einziger Bypass parallel geschaltet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass jeder der Kühlvorrichtungen ein separater Bypass parallel geschaltet ist.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine ist zumindest in vier Belastungszustände unterteilt und das Abgas ist abhängig von dem momentanen Belastungszustand über einen diesem Belastungszustand spezifisch zugeordneten Strömungsweg in der Abgasrückführeinrichtung zu der Brennkraftmaschine zurückführbar. Die bedarfsgerechtere Kühlung des rückgeführten Abgases kann dadurch ermöglicht werden. Durch die relativ hohe definierte Anzahl von Belastungszuständen kann die individualisierte Kühlung des Abgases situationsabhängig besser erfolgen.
Über eine derartige Regelung der Ladeluftkühlung und zusätzlich eine in der Kühlleistung einstellbare bzw. regelbare Temperatur des rückgeführten Abgases kann eine optimale Temperatur eines Saugrohres und ein optimales Mischungsverhältnis zwischen Abgas und Frischluft erreicht werden.
Die exakte Abgasrückführrate kann bevorzugt mithilfe eines Abgassensors, beispielsweise einer Lambdasonde, direkt geregelt werden.
Zumindest eine der Kühlvorrichtungen, insbesondere die der ersten Kühlvorrichtung nachgeschaltete zweite Kühlvorrichtung, der Abgasrückführeinrichtung und/oder zumindest eine Kühlvorrichtung der Ladeluftzuführeinrichtung können mit einem Niedertemperatur-Kühlkreislauf gekoppelt sein. In diesen sind Temperaturwerte bevorzugt zwischen 30°C und 40°C vorherrschend. Ist nur eine der Kühlvorrichtungen an dem Niedertemperatur-Kühlkreislauf angeschlossen, kann die zweite an einem separaten Kühlkreislauf angebunden sein, in welchem auch Temperaturen von etwa 90°C vorherrschen können.
Durch die Erfindung können bei unterschiedlichen Umweltbedingungen, wie Umgebungstemperatur und Höhe, die thermodynamischen Randbedingungen für die Verbrennung (Frischluft, Abgas, Temperatur) nahezu gleich gehalten werden und somit der emissions- und verbrauchsoptimale Bereich im Kundenbetrieb deutlich erweitert werden.
Für den Einsatz einer homogenen Dieselverbrennung können in einem weiten Betriebsbereich nahezu konstant die Verbrennungsbedingungen eingestellt werden. Bei dem vorgeschlagenen Konzept kann somit eine Niedertemperaturabgasrückführung mit einer Register-Abgasrückführ-Kühlung genutzt werden.
Für Abgasnachbehandlungssysteme, wie zum Beispiel SCR (Selektive katalytische Reduktion), NOx-Speicher-Systeme, Partikelfilter bzw. eine Kombination aus diesen Systemen, kann die Abgastemperatur zur Verbesserung der Wirkungsgrade unter unterschiedlichen Umweltbedingungen eingestellt werden. Dadurch ergibt sich im Kundenbetrieb insbesondere in der kalten Jahreszeit ein Verbrauchsvorteil während Regenerationszyklen und ein verbesserter Bauteilschutz für Oxikat und DPF (Dieselpartikelfilter) kann erreicht werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung und einer Ladeluftzuführeinrichtung;
2 ein Diagramm, in dem die Einspritzmengenabhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine für vier Belastungszustände der Brennkraftmaschine dargestellt ist; und
3 Darstellungen von Strömungswegen des rückgeführten Abgases in der Abgasrückführeinrichtung in Abhängigkeit der jeweils zugeordneten Belastungszustände.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, welche mit einer Ladeluftzuführung und einer Abgasrückführung ausgebildet bzw. gekoppelt ist. Die Ladeluftzuführeinrichtung 2 umfasst einen ersten Strömungspfad oder Pfad 21, in dem im Ausführungsbeispiel zwei Kühlvorrichtungen 3 und 4, welche als Wärmetauscher ausgebildet sind, in Serie zueinander angeordnet sind. Parallel zu diesem ersten Pfad 21 ist ein zweiter Pfad ausgebildet, welcher als Bypass 22 parallel zu den beiden Kühlvorrichtungen 3 und 4 und somit auch parallel zu dem ersten Pfad 21 ausgebildet ist. Über ein Ventil 5 kann eingestellt werden, durch welchen Strömungsweg die Frischluft durch die Ladeluftzuführeinrichtung 2 geführt wird. Darüber hinaus ist ein zweites Ventil 6 in der Ladeluftzuführeinrichtung 2 dem ersten Pfad 21 und dem Bypass 22 nachgeschaltet angeordnet und einer Einmündung einer Abgasrückführeinrichtung 7 in ein Saugrohr bzw. eine Ladeluftleitung 23 vorgeschaltet.
Im Ausführungsbeispiel ist ein einziger gemeinsamer Bypass 22 beiden Kühlvorrichtungen 3 und 4 parallel geschaltet. Es kann auch vorgesehen sein, dass jede Kühlvorrichtung 3 bzw. 4 ein separater Bypass 22 parallel geschaltet ist.
Die Abgasrückführeinrichtung 7 zweigt von einer Abgasleitung 1a, in welcher das von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Abgas weggeführt wird, ab. Dazu umfasst die Abgasrückführeinrichtung 7 eine Abzweigleitung 71, in der ebenfalls zwei Kühlvorrichtungen 8 und 9, welche ebenfalls als Wärmetauscher ausgebildet sind, in Serie zueinander angeordnet sind. Der Kühlvorrichtung 8 ist ein erster Bypass 10 parallel geschaltet, wobei der zweiten Kühlvorrichtung 9 ein zweiter Bypass 12 parallel geschaltet ist. Jeder Kühlvorrichtung 8 und 9 der Abgasrückführeinrichtung 7 ist somit ein eigener separater Bypass 10 bzw. 12 parallel geschaltet. In dem Bypass 10 ist ein Ventil 11 und in dem Bypass 12 ist ein Ventil 13 angeordnet. Bevor die Abgasrückführeinrichtung 7 in die Ladeluftleitung 23 bzw. das Saugrohr mündet, ist ein weiteres Ventil 14 angeordnet. Darüber hinaus ist ein Katalysator 15 in der Abzweigleitung 71 vor der Kühlvorrichtung 8 angeordnet. Die beiden Ventile 11 und 13 können auch an den jeweiligen Verzweigungen der Strömungswege vor dem jeweils zugeordneten Bypass 10 und 12 und der zugeordneten Kühlvorrichtung 8 bzw. 9 angeordnet sein und als 3-Wege-Ventil ausgebildet sein. Dadurch kann dann exakt eingestellt werden wo das Abgas hindurchströmen soll.
Des Weiteren ist in der Abgasleitung 1a eine Turbine 16 angeordnet, welche mit einem Verdichter 17 zur Ausbildung eines Abgasturboladers gekoppelt ist. Der Verdichter 17 ist in einer Teilleitung der Frischluft zuführenden Ladeluftzuführeinrichtung 2 angeordnet.
In 2 ist ein Diagramm gezeigt, bei dem die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 dargestellt ist. In dem Diagramm sind vier Belastungszustände I bis IV der Brennkraftmaschine 1 gezeigt, welche spezifisch und individuell vorgegeben sind, und abhängig davon die spezifische Führung des Abgases in der Abgasrückführeinrichtung 7 erfolgt. Wie in der Darstellung in 2 zu erkennen ist, charakterisiert der erste Belastungszustand I eine relativ geringe Belastung der Brennkraftmaschine 1. Der Belastungszustand II charakterisiert eine im Vergleich zum ersten Belastungszustand höhere Belastung der Brennkraftmaschine 1. Entsprechendes gilt dann auch für die Belastungszustände III und IV. Die vier Belastungszustände grenzen im Ausführungsbeispiel unmittelbar aneinander an, wobei die Übergangsbereiche jeweils durch eine Kennlinie gegeben ist, welche ausgehend von einem maximalen Wert einer Einspritzmenge mit steigender Drehzahl stetig abnimmt. Im Ausführungsbeispiel sind diese begrenzenden Kurvenverläufe so angegeben, dass sie bei der maximalen Drehzahl, welche den jeweiligen Belastungszustand begrenzt, auf eine Einspritzmenge 0 mg/Hub absinkt.
Das in 2 gezeigte Diagramm ist lediglich beispielhaft. Die expliziten vier Belastungszustände und ihre Bereichsgrenzen sind ebenfalls beispielhaft. Wesentlich ist, dass zumindest vier Belastungszustände vorgegeben werden, und insbesondere die Kühlung des rückgeführten Abgases bedarfsgerecht durchgeführt werden kann.
In 3 sind den Belastungszuständen I bis IV spezifisch zugeordnete Strömungswege des rückgeführten Abgases in der Abgasrückführeinrichtung 7 gezeigt.
Im ersten Belastungszustand I wird das rückzuführende Abgas weder durch die Kühlvorrichtung 8 noch durch die Kühlvorrichtung 9 geführt. Das gesamte rückgeführte Abgas wird über die Bypässe 10 und 12 an den Kühlvorrichtungen 8 und 9 vorbeigeführt.
Im zweiten Belastungszustand II wird das rückzuführende Abgas durch die erste Kühlvorrichtung 8 hindurchgeführt und an der zweiten Kühlvorrichtung 9 vorbei über den zugeordneten Bypass 12 geführt.
Im dritten Belastungszustand III wird das rückzuführende Abgas über den der Kühlvorrichtung 8 parallel geschalteten Bypass 10 geführt und durch die zweite Kühlvorrichtung 9 hindurchgeführt.
Im vierten Belastungszustand IV wird das rückzuführende Abgas durch beide Kühlvorrichtungen 8 und 9 hindurchgeführt.
Des Weiteren erfolgt die Führung der Frischluft in der Ladeluftzuführeinrichtung 2 abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 und einer vorgegebenen Zieltemperatur, welche beispielsweise 18°C beträgt.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass bei einer Ausgestaltung, bei der jeder Kühlvorrichtung 3 bzw. 4 ein separater Bypass parallel geschaltet ist, wie dies in der Abgasrückführeinrichtung 7 bei den dortigen Kühlvorrichtungen 8 und 9 in 1 beispielhaft dargestellt ist, ein individuelles Führen der Frischluft insbesondere abhängig von den vier Belastungszuständen entsprechend dem Beispiel in 3 erfolgt.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), bei dem von der Brennkraftmaschine (1) erzeugtes Abgas über eine Abgasrückführeinrichtung (7), welche zumindest zwei Kühlvorrichtungen (8, 9) umfasst, welchen jeweils ein Bypass (10, 12) zugeordnet ist, an die Brennkraftmaschine (1) zurückgeführt wird, welches Abgas abhängig vom Belastungszustand der Brennkraftmaschine (1) in der Abgasrückführeinrichtung (7) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Frischluft über eine Ladeluftzuführeinrichtung (2), welche zumindest eine Kühlvorrichtung (3, 4) und zumindest einen der Kühlvorrichtung (3, 4) parallel geschalteten Bypass (22) umfasst, der Brennkraftmaschine (1) zugeführt wird, welche Frischluft abhängig vom Belastungszustand über die Kühlvorrichtung (3, 4) und/oder den Bypass (22) geführt wird und die Frischluft abhängig vom Belastungszustand der Brennkraftmaschine (1) und/oder einer vorgebbaren Zieltemperatur in einer Ladeluftleitung (23) durch zumindest zwei in Serie geschaltete Kühlvorrichtungen (3, 4) der Ladeluftzuführeinrichtung (2) und/oder durch den zu beiden Kühlvorrichtungen (3, 4) parallel geschalteten Bypass (22) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Brennkraftmaschine (1) in zumindest vier Belastungszustände (I bis IV) unterteilt wird und das Abgas abhängig von dem momentanen Belastungszustand (I bis IV) über einen diesem Belastungszustand (I bis IV) spezifisch zugeordneten Strömungsweg in der Abgasrückführeinrichtung (7) zu der Brennkraftmaschine (1) zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungszustände (I bis IV) abhängig von der Motordrehzahl und/oder einer Einspritzmenge des Kraftstoffs vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten, eine geringe Belastung der Brennkraftmaschine (1) charakterisierenden Belastungszustand (I) das Abgas an den Kühlvorrichtungen (8, 9) vorbei über die Bypässe (10, 12) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten, eine im Vergleich zum ersten Belastungszustand (I) höhere Belastung der Brennkraftmaschine (1) charakterisierenden Belastungszustand (II) das Abgas über eine erste Kühlvorrichtung (8), insbesondere über eine in einer Reihenschaltung der Kühlvorrichtungen (8, 9) der zweiten Kühlvorrichtung (9) vorgeschalteten ersten Kühlvorrichtung (8), und den Bypass (12) der zweiten Kühlvorrichtung (9) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten, eine im Vergleich zum zweiten Belastungszustand (II) höhere Belastung der Brennkraftmaschine (1) charakterisierenden Belastungszustand (III) das Abgas über eine zweite Kühlvorrichtung (9), insbesondere über eine in einer Reihenschaltung der Kühlvorrichtungen (8, 9) der ersten Kühlvorrichtung (8) nachgeschalteten zweiten Kühlvorrichtung (9), und den Bypass (10) der ersten Kühlvorrichtung (8) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten, eine im Vergleich zum dritten Belastungszustand (III) höhere Belastung der Brennkraftmaschine (1) charakterisierenden Belastungszustand (IV) das Abgas über beide Kühlvorrichtungen (8, 9) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kühlvorrichtung (8, 9) der Abgasrückführeinrichtung (7) und/oder zumindest eine Kühlvorrichtung (3, 4) der Ladeluftzuführeinrichtung (2) mit einem Niedertemperatur-Kühlkreislauf gekoppelt wird.
Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung (7) zur Rückführung von der Brennkraftmaschine (1) erzeugtem Abgas, welche Abgasrückführeinrichtung (7) zumindest zwei Kühlvorrichtungen (8, 9) zum Kühlen des Abgases abhängig vom Belastungszustand der Brennkraftmaschine (1) umfasst, welchen Kühlvorrichtungen (8, 9) jeweils ein Bypass (10, 12) parallel geschaltet ist, gekennzeichnet durch eine Ladeluftzuführeinrichtung (2) zum Zuführen von Frischluft an die Brennkraftmaschine (1) mit zumindest zwei in Serie geschalteten Kühlvorrichtungen (3, 4), denen ein Bypass (22) parallel geschaltet ist, wobei die Frischluft abhängig vom Belastungszustand der Brennkraftmaschine (1) und/oder einer vorgebbaren Zieltemperatur in einer Ladeluftleitung (23) durch die zumindest zwei in Serie geschalteten Kühlvorrichtungen (3, 4) der Ladeluftzuführeinrichtung (2) und/oder durch den zu beiden Kühlvorrichtungen (3, 4) parallel geschalteten Bypass (22) führbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kühlvorrichtung (8, 9) der Abgasrückführeinrichtung (7) und/oder zumindest eine Kühlvorrichtung (3, 4) der Ladeluftzuführeinrichtung (2) mit einem Niedertemperatur-Kühlkreislauf gekoppelt ist.