DE102007011680B4

DE102007011680B4 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007011680B4
Application number: DE102007011680A
Authority: DE
Inventors: Werner Kasper; Rolf Traub
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2027-03-10
Also published as: DE102007011680A1; US7941999B2; US20080216475A1

Abstract

Brennkraftmaschine (1) in V-Bauweise mit mindestens einem Abgasturbolader (2), welcher einen Verdichter (3) sowie eine Turbine (4) umfasst, mit einer Ladeluftleitung (5) zur Zuführung von verdichteter Luft zur Brennkraftmaschine (1), mit einer ersten Zylindergruppe (6), mit einer zweiten Zylindergruppe (7), welche nach dem Spenderzylinderprinzip arbeitet, mit einer Abgassammelleitung (8), welche einen ersten Abschnitt (9) zum Abgassammeln der ersten Zylindergruppe (6) sowie einen zweiten Abschnitt (10) zum Abgassammeln der zweiten Zylindergruppe (7) aufweist, mit einer ersten Abgasleitung (13), welche den ersten Abschnitt (9) der Abgassammelleitung (8) mit der Turbine (4) verbindet, mit einer Rückführungsleitung (11) zur Abgasrückführung aus dem zweiten Abschnitt (10) der Abgassammelleitung (8) in die Ladeluftleitung (5) und mit einer ersten Steuereinrichtung (12) zur Festlegung des Abgasstroms zwischen dem ersten (9) und zweiten Abschnitt (10) der Abgassammelleitung (8), wobei in der ersten Abgasleitung (13) eine zweite Steuereinrichtung (14) zur Festlegung des Abgasstroms angeordnet ist sowie in der Rückführungsleitung...

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine in V-Bauweise mit einer Abgasrückführung, mit einer ersten und einer zweiten Zylindergruppe, wobei letztere nach dem Spenderzylinderprinzip arbeitet, sowie ein entsprechend angepasstes Steuerungsverfahren hierfür.
Eine Brennkraftmaschine mit diesen Merkmalen ist aus der US 4 249 382 bekannt. In einer ersten Ausführungsform ist eine Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern und einem Abgasturbolader dargestellt, wobei ein Zylinder als Spenderzylinder arbeitet. Das Abgas der übrigen Zylinder wird in einem ersten Abschnitt der Abgassammelleitung zusammengefasst und über eine erste Abgasleitung unmittelbar der Turbine des Abgasturboladers zugeführt. Das Abgas des Spenderzylinders wird in einem zweiten Abschnitt der Abgassammelleitung zusammengefasst und unter Zwischenschaltung eines AGR-Kühlers in die Ladeluftleitung zurückgeführt. Bauartbedingt ist damit nur eine konstante Abgas-Rückführungsrate von 16% möglich.
Im weiteren Text werden die (Normal-)Zylinder als erste Zylindergruppe und der/die Spenderzylinder als zweite Zylindergruppe bezeichnet.
In einer zweiten Ausführungsform des zuvor genannten Stands der Technik umfassen die erste und die zweite Zylindergruppe die gleiche Anzahl von Zylindern. In Ergänzung zum ersten Ausführungsbeispiel ist an der Einmündungsstelle der Rückführung ein Rückschlagventil angeordnet und in der Rückführungsleitung ist eine Abzweigung zur ersten Abgasleitung vorgesehen. In dieser Abzweigleitung ist eine elektrische Steuereinrichtung angeordnet, über welche der Abgasstrom aus der Rückführungsleitung in die erste Abgasleitung festgelegt wird.
Bauartbedingt ist bei dieser Anordnung eine maximale Abgas-Rückführungsrate von 50% möglich. Auf Grund des höheren Abgasdrucks muss ein Spenderzylinder eine höhere Ausschubarbeit leisten, was wiederum einen höheren Kraftstoffverbrauch und eine höhere thermische Belastung bewirkt. Diese Anordnung entspricht einer Hochdruck-Abgasrückführung. Bei Abgas-Rückführungsraten von z. B. 20% werden bei dieser Anordnung 50% der Zylinder mit einem erhöhten Abgasgegendruck beaufschlagt, was sich ungünstig auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt. In der Praxis wird daher versucht einen Kompromiss zwischen einerseits der erforderlichen Abgas-Rückführungsrate und damit der Zylinderzahl in der zweiten Zylindergruppe und andererseits dem Kraftstoffmehrverbrauch zu finden. Ein weiterer Nachteil der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform besteht darin, dass eine Abgas-Rückführungsrate von 0% nicht im gesamten Betriebsbereich darstellbar ist, beispielsweise wenn das Druckniveau in der Ladeluftleitung geringer ist als das Druckniveau in der zweiten Abgasleitung.
Auch die DE 10 2005 018 221 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine in Reihenanordnung mit Abgasrückführung, einem Abgasturbolader, mit einer ersten Zylindergruppe und einem zweiten Zylinder, der nach dem Spenderzylinderprinzip arbeitet. Das Abgas der ersten Zylindergruppe wird in einem ersten Abschnitt der Abgassammelleitung zusammengefasst. Das Abgas des zweiten Zylinders wird in einem zweiten Abschnitt der Abgassammelleitung gesammelt. Die beiden Abschnitte sind über eine Steuereinrichtung miteinander verbunden. Eine Abgas-Rückführungsleitung führt vom zweiten Abschnitt der Abgassammelleitung auf die Ladeluftseite der Brennkraftmaschine. Die Rückführungsleitung besteht aus zwei Zweigen mit entsprechenden Steuereinrichtungen, wodurch das rückgeführte Abgas entweder der Ladeluft der ersten Zylindergruppe oder der Ladeluft aller Zylinder beigemengt werden kann. Bei aktivierter Abgasrückführung und geöffneter Steuereinrichtung zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Abgassammelleitung werden die Abgase aller Zylinder zurückgeführt, das heißt, auch die erste Zylindergruppe arbeitet dann nach dem Spenderzylinderprinzip. Da aber gleichzeitig das Abgas aus dem zweiten Abschnitt, also das von der ersten Zylindergruppe geförderte Abgas, auch unmittelbar auf die Turbine des Abgasturboladers geführt wird, stellt sich bei diesem System ein Gleichgewichtszustand von rückgeführtem Abgasvolumenstrom und Abgasvolumenstrom zur Turbine ein. Festgelegt wird dieser Gleichgewichtszustand über die geometrischen Bedingungen des Systems, beispielsweise dem Querschnitt der Leitungen sowie der Steuereinrichtungen, und dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere dem Unterschied von Druck vor Zylinder zu Druck nach dem Zylinder. Der rückgeführte Abgasvolumenstrom und damit die Abgas-Rückführungsrate sind bei diesem System daher nicht frei einstellbar.
Die DE 10 2004 015 108 A1 offenbart ebenfalls eine Brennkraftmaschine in Reihenanordnung mit Abgasrückführung, einer ersten Zylindergruppe und einer zweiten Zylindergruppe, wobei letztere nach dem Spenderzylinderprinzip arbeitet. Das Abgas der ersten Zylindergruppe wird nicht zur Abgasrückführung verwendet, sondern über die Abgassammelleitung auf zumindest einen Abgasturbolader geführt. Zur optimierten Aufladung in Abhängigkeit vom Zustand der Abgasrückführung ist vorgesehen, dass das nicht zurückgeführte Abgas auf die Turbine eines Abgasturboladers mit variabler Turbinengeometrie, auf eine zwei- oder mehrflutige Turbine, auf eine Doppelturbine oder auf zwei Turbinen von parallel angeordneten Abgasturboladern geführt wird. Beispielsweise bei der Ausführungsform mit einer Doppelturbine, welche unterschiedliche Turbinenflächen aufweist, wird über jeweils ein Ventil eine Hälfte der Doppelturbine mit Abgas beaufschlagt. Die Steuerung dieser Ventile erfolgt in Abhängigkeit der Schaltstellung der Ventile, über welche die zweite Zylindergruppe aktiviert oder deaktiviert wird. Auch bei diesem System wird die maximale Abgas-Rückführungsrate über die Anzahl der Zylinder in der jeweiligen Zylindergruppe festgelegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung und einer ersten und zweiten Zylindergruppe zu entwerfen, deren Abgas-Rückführungsrate von Null Prozent aus in einem großen Bereich einstellbar ist und dies bei einer möglichst geringen Zylinderzahl der zweiten Zylindergruppe.
Die Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und ein hierfür angepasstes Steuerungsverfahren nach Anspruch 6 gelöst.
Für große Abgas-Rückführungsraten, z. B. 50%, wird das Spenderzylinderkonzept mit einer Hochdruck-Abgasrückführung kombiniert. Hierzu umfasst die Brennkraftmaschine neben der aus dem Stand der Technik bekannten ersten Steuereinrichtung zur Festlegung des Abgasstroms zwischen den beiden Abschnitten der Abgassammelleitung eine zweite und eine dritte Steuereinrichtung. Die zweite Steuereinrichtung ist in der ersten Abgasleitung angeordnet, welche den ersten Abschnitt der Abgassammelleitung der ersten Zylindergruppe mit der Turbine des Abgasturboladers verbindet. Über die zweite Steuereinrichtung kann das Abgas der ersten Zylindergruppe aufgestaut werden. Deren Abgas strömt dann via erster Steuereinrichtung in den zweiten Abschnitt der Abgassammelleitung, in welche die zweite Zylindergruppe (Spenderzylinder) fördert, wodurch eine höhere Abgas-Rückführungsrate bewirkt wird. Die dritte Steuereinrichtung ist in der Rückführungsleitung angeordnet, welche den zweiten Abschnitt der Abgassammelleitung der zweiten Zylindergruppe mit der Ladeluftleitung verbindet. Über die dritte Steuereinrichtung kann die Rückführungsleitung verschlossen werden, d. h. es wird eine Abgas-Rückführungsrate von 0% eingestellt. Unter Steuereinrichtung ist im Sinne der Erfindung eine elektrisch mechanisch oder pneumatisch betätigbare Stelleinrichtung zu verstehen, deren Stellung von einem elektronischen Motorsteuergerät über Kennfelder in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern, wie z. B. Drehzahl, Leistung oder Umgebungsbedingungen, festgelegt wird. Unter Umgebungsbedingungen sind Barometerdruck, Ansauglufttemperatur und Betriebszustand der Brennkraftmaschine, hier: transient oder stationär, gemeint.
Über die drei Steuereinrichtungen werden drei verschiedene Betriebsarten dargestellt. In der ersten Betriebsart wird eine Abgasführungsrate von 0% eingestellt und das Abgas der zweiten Zylindergruppe dem ersten Abschnitt der Abgassammelleitung zugeführt. Da nunmehr das gesamte Abgas für die Aufladung zur Verfügung steht, wird das Beschleunigungsverhalten der aufgeladenen Brennkraftmaschine verbessert, zum Beispiel bei einer Brennkraftmaschinen-Generatoranwendung im Fall einer Lastaufschaltung. In der zweiten Betriebsart wird eine Abgasrückführungsrate in einem Bereich von Null und kleiner einem Grenzwert eingestellt, wobei der Grenzwert sich aus dem Verhältnis der Zylinderzahl der zweiten Zylindergruppe zur Gesamtzylinderzahl der Brennkraftmaschine ergibt. Besitzt eine Brennkraftmaschine beispielsweise insgesamt sechzehn Zylinder und umfasst die erste Zylindergruppe dreizehn Zylinder sowie die zweite Zylindergruppe drei Zylinder, so berechnet sich der Grenzwert zu 19% Abgas-Rückführungsrate. In der Praxis wird diese Abgas-Rückführungsrate im Normalbetrieb oberhalb eines vorgebbaren Leistungswerts eingestellt, beispielsweise einem Mitteldruck von 6 bar. In der dritten Betriebsart wird eine Abgas-Rückführungsrate größer dem Grenzwert eingestellt, beispielsweise bis zu 50%. Die dritte Betriebsart ermöglicht den HCCI-Betrieb der Brennkraftmaschine.
Die Erfindung ist für eine Brennkraftmaschine in V-Bauweise vorgesehen, wobei eine erste Zylinderreihe (A-Reihe) mit der ersten und zweiten Zylindergruppe bestückt ist und eine zweite Zylinderreihe (B-Reihe) ausschließlich mit der ersten Zylindergruppe bestückt ist. Die Abgassammelleitung der zweiten Zylinderreihe ist dann unmittelbar und ausschließlich mit der Turbine des Abgasturboladers über eine zweite Abgasleitung verbunden. Zur Verhinderung von Ungleichbelastung ist eine Ausgleichsleitung zwischen den beiden Abgasleitungen der beiden Zylinderreihen vorgesehen.
In einer alternativen Ausführungsform hierzu ist die Abgassammelleitung der zweiten Zylinderreihe über die zweite Abgasleitung mit der Turbine verbunden, wobei in der zweiten Abgasleitung eine vierte Steuereinrichtung zur Festlegung des Abgasstroms angeordnet ist, und die Abgassammelleitung der zweiten Zylinderreihe (B-Reihe) ist zusätzlich mit der Rückführungsleitung über eine Verbindungsleitung mit einer Drossel verbunden.
In den Zeichnungen sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel und
3 ein Kennfeld.
Die 1 zeigt als Blockschaltbild ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dargestellt ist eine Brennkraftmaschine 1 in V-Anordnung mit einer ersten Zylinderreihe A1 bis A8 und einer zweiten Zylinderreihe B1 bis B8. Der ersten Zylinderreihe A1 bis A8 sind folgende Baugruppen zugeordnet: ein Abgasturbolader 2A mit einem Verdichter 3A und einer Turbine 4A, ein Ladeluftkühler 18, eine Ladeluftleitung 5A zur Zuführung von verdichteter Luft, eine Abgassammelleitung 8A umfassend einen ersten Abschnitt 9 und einen zweiten Abschnitt 10 und einen Schalldämpfer mit Partikelfilter 19A. Der zweiten Zylinderreihe B1 bis B8 sind folgende Baugruppen zugeordnet: ein Abgasturbolader 2B mit einem Verdichter 3B und einer Turbine 4B, der Ladeluftkühler 18, eine Ladeluftleitung 5B, eine Abgassammelleitung 8B und ein Schalldämpfer mit Partikelfilter 19B.
Die erste Zylinderreihe A1 bis A8 umfasst eine erste Zylindergruppe 6 und eine zweite Zylindergruppe 7. Zur ersten Zylindergruppe 6 gehören die Zylinder A1 bis A5, deren Abgas im ersten Abschnitt 9 der Abgassammelleitung 8A zusammengefasst wird. Zur zweiten Zylindergruppe 7 gehören die Zylinder A6 bis A8, deren Abgas im zweiten Abschnitt 10 der Abgassammelleitung 8A zusammengefasst wird. Die zweite Zylindergruppe 7 arbeitet nach dem Spenderzylinderprinzip. Über eine erste Abgasleitung 13 wird das Abgas der Turbine 4A des Abgasturboladers 2A zugeführt. Zur Abgasrückführung ist eine Rückführungsleitung 11 vorgesehen, welche stromab des Ladeluftkühlers 18 an den Einmündungsstellen A und B mit den Ladeluftleitungen 5A und 5B verbunden ist. In der Rückführungsleitung 11 ist ein Wärmetauscher 23 angeordnet. Die zweite Zylinderreihe B1 bis B8 umfasst ausschließlich Zylinder der ersten Zylindergruppe 6. Deren Abgas wird in der Abgassammelleitung 8B zusammengefasst und über eine zweite Abgasleitung 16 der Turbine 4B des Abgasturboladers 2B zugeführt. Die zweite Zylinderreihe B1 bis B8 leistet daher keinen Beitrag zur Abgasrückführung. Über eine Ausgleichleitung 17 wird ein Ausgleich der Abgasströme vor den Turbinen 4A bzw. 4B der beiden Abgasturbolader 2A und 2B erreicht.
Zur Festlegung der Abgas-Rückführungsrate sind drei Steuereinrichtungen mit den Bezugszeichen 12, 14 und 15 vorgesehen. Unter Steuereinrichtung ist im Sinne der Erfindung eine elektrisch mechanisch oder pneumatisch betätigbare Stelleinrichtung zu verstehen, deren Stellung von einem elektronischen Motorsteuergerät über Kennfelder in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern, wie z. B. Drehzahl, Leistung oder Umgebungsbedingungen, festgelegt wird. Unter Umgebungsbedingungen sind Barometerdruck, Ansauglufttemperatur und Betriebszustand der Brennkraftmaschine, hier: transient oder stationär, gemeint. Die Steuereinrichtung 12 kann auch als Festblende ausgeführt sein, wodurch sich der konstruktive Aufwand verringert. Die weitere Erläuterung der 1 erfolgt in Verbindung mit der 3, welche ein Abgas-Rückführungskennfeld zeigt, bei dem auf der Abszisse die Motordrehzahl nMOT und auf der Ordinate die Leistung der Brennkraftmaschine 1 aufgetragen ist.
Die Anordnung besitzt folgende Funktionalität:
In einer ersten Betriebsart wird vom elektronischen Motorsteuergerät eine Abgasführungsrate AGRR von Null eingestellt, beispielsweise beim Hochlauf einer Brennkraftmaschinen-Generatoreinrichtung, welche als Notstromaggregat vorgesehen ist. In der ersten Betriebsart ist die erste Steuereinrichtung 12 deaktiviert, wodurch das Abgas ungehindert aus dem zweiten Abschnitt 10 in den ersten Abschnitt 9 der Abgassammelleitung 8A strömt. Die zweite Steuereinrichtung 14 ist ebenfalls deaktiviert, so dass das Abgas aus der Abgassammelleitung 8A der ersten Zylinderreihe A1 bis A8 ungehindert zur Turbine 4A des Abgasturboladers 2A strömt. Die dritte Steuereinrichtung 15 ist ebenso deaktiviert, wodurch die Rückführungsleitung 11 verschlossen ist.
In einer zweiten Betriebsart wird vom elektronischen Motorsteuergerät eine Abgasrückführungsrate AGRR in einem Bereich größer Null und kleiner einem Grenzwert GW eingestellt (0 ≤ AGRR ≤ GW). Der Grenzwert GW ergibt sich aus dem Verhältnis der Zylinderzahl der zweiten Zylindergruppe 7 zur Gesamtzylinderzahl. Für das in der 1 dargestellte Beispiel ergibt sich daher ein Grenzwert von 19%. Eine Abgas-Rückführungsrate AGRR größer Null und kleiner als der Grenzwert GW wird dann eingestellt, wenn die Brennkraftmaschine 1 sich in einem vorgebbaren Leistungs- und Drehzahlbereich befindet. In der 3 ist dieser Bereich mit den Motordrehzahl-Eckwerten nLL sowie nNENN und mit den Leistungseckwerten 11, 12 und L3 schraffiert dargestellt. In der zweiten Betriebsart ist die zweite Steuereinrichtung 14 deaktiviert, so dass das Abgas aus dem ersten Abschnitt 9 der Abgassammelleitung 8A ungehindert zur Turbine 4A des Abgasturboladers 2A strömt. Die dritte Steuerungseinrichtung 15 ist aktiviert, wodurch das Abgas ungehindert aus dem zweiten Abschnitt 10 der Abgassammelleitung 8A über die Rückführungsleitung 11 zu den Ladeluftleitungen 5A und 5B geführt wird. Die erste Steuerungseinrichtung 12 wird in den kennfeldbestimmten Steuerungsbetrieb versetzt. Über die erste Steuerungseinrichtung 12 wird also der Abgas-Volumenstrom in den ersten Abschnitt 9 gesteuert und damit auch der zurückgeführte Abgas-Volumenstrom.
In einer dritten Betriebsart wird vom elektronischen Motorsteuergerät eine Abgasrückführungsrate AGRR größer als der Grenzwert GW eingestellt, dem so genannten HCCI-Betrieb (Homogenous Charge Compression Ignition). Im HCCI-Betrieb wird eine Abgas-Rückführungsrate von bis zu 50% eingestellt. In der 3 ist der HCCI-Betrieb wabenförmig unterhalb der Leistung L1 gekennzeichnet. In der dritten Betriebsart wird die zweite Steuereinrichtung 14 aktiviert, so dass die erste Abgasleitung 13 verschlossen ist und damit kein Abgas aus dem ersten Abschnitt 9 der Abgassammelleitung 8A zur Turbine 4A des Abgasturboladers 2A strömt. Die erste Steuereinrichtung 12 wird in den kennfeldbestimmten Steuerungsbetrieb versetzt. Über die erste Steuerungseinrichtung 12 wird der Abgas-Volumenstrom aus dem ersten Abschnitt 9 in den zweiten Abschnitt 10 der Abgassammelleitung 8A definiert. Die erste Zylindergruppe 6 trägt folglich zur Abgas-Rückführungsrate entsprechend der Stellung der ersten Steuereinrichtung 12 bei. Die dritte Steuereinrichtung 15 ist aktiviert, wodurch das Abgas aus der Rückführungsleitung 11 ungehindert zu den Ladeluftleitungen 5A und 5B strömt.
In der 1 ist gestrichelt eine Linie RM/RM eingezeichnet. Oberhalb dieser Trennungslinie RM/RM befinden sich – in Zeichnungsrichtung gesehen – diejenigen Baugruppen, welche zur Anwendung kommen, wenn die Erfindung anstelle bei einer Brennkraftmaschine 1 in V-Anordnung bei einer Brennkraftmaschine in Reihenbauweise verwendet werden soll. Für eine Brennkraftmaschine in Reihenanordnung sind dies die folgenden Baugruppen: der Abgasturbolader 2A mit Verdichter 3A sowie Turbine 4A, der Ladeluftkühler 18, die Ladeluftleitung 5A, die erste Zylindergruppe 6 mit den Zylindern A1 bis A5, die zweite Zylindergruppe 7 mit den Zylindern A6 bis A8, der erste Abschnitt 9 und zweite Abschnitt 10 der Abgassammelleitung 8A mit der ersten Steuereinrichtung 12, die erste Abgasleitung 13 mit der zweiten Steuereinrichtung 14, der Wärmetauscher 23 und die Rückführungsleitung 11 mit der dritten Steuereinrichtung 15. Für die Funktionalität gilt die obige Beschreibung der drei Betriebszustände.
Die 2 zeigt als Blockschaltbild die Erfindung in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Gegenüber dem Blockschaltbild der 1 sind eine vierte Steuereinrichtung 20 und eine Verbindungsleitung 21 mit Drossel 22 ergänzt. Über die vierte Steuereinrichtung 20 kann die zweite Abgasleitung 16 angedrosselt werden, so dass das Abgas der zweiten Zylinderreihe, Zylinder B1 bis B8, über die Verbindungsleitung 21 und Drossel 22 zurückgeführt werden kann. In der Praxis werden die zweite Steuereinrichtung 14 und die vierte Steuereinrichtung 20 symmetrisch angesteuert. Durch diese Ausführungsform lässt sich in der dritten Betriebsart eine Abgas-Rückführungsrate größer 50% darstellen.
Die Vorteile der Erfindung sind:

– die Erfindung kann sowohl bei Brennkraftmaschinen in V-Anordnung als auch in Reihenanordnung verwendet werden;
– da in der ersten Betriebsart eine Abgas-Rückführungsrate von 0% darstellbar ist, wird das Beschleunigungsverhalten der Anordnung verbessert, beispielsweise bei einer Brennkraftmaschinen-Generatoranwendung;
– es sind größere Abgas-Rückführungsraten einstellbar als sich aus dem Verhältnis der Zylinderanzahl der zweiten Zylindergruppe zur Gesamtzylinderzahl ergeben würde;
– die thermische Belastung und der Kraftstoff-Mehrverbrauch der Brennkraftmaschine bleiben trotz hoher Abgas-Rückführungsraten im unkritischen Bereich;
– durch die in einem grollen Bereich einstellbare Abgas-Rückführungsrate wird eine hohe Flexibilität erreicht.

1: Brennkraftmaschine
2A, 2B: Abgasturbolader
3A, 3B: Verdichter
4A, 4B: Turbine
5A, 5B: Ladeluftleitung
6: erste Zylindergruppe
7: zweite Zylindergruppe
8A, 8B: Abgassammelleitung
9: erster Abschnitt der Abgassammelleitung
10: zweiter Abschnitt der Abgassammelleitung
11: Rückführungsleitung
12: erste Steuereinrichtung
13: erste Abgasleitung
14: zweite Steuereinrichtung
15: dritte Steuereinrichtung
16: zweite Abgasleitung
17: Ausgleichsleitung
18: Ladeluftkühler
19A, 19B: Schalldämpfer mit Partikelfilter
20: vierte Steuereinrichtung
21: Verbindungsleitung
22: Drossel
23: Wärmetauscher (Abgas)

Claims

Brennkraftmaschine (1) in V-Bauweise mit mindestens einem Abgasturbolader (2), welcher einen Verdichter (3) sowie eine Turbine (4) umfasst, mit einer Ladeluftleitung (5) zur Zuführung von verdichteter Luft zur Brennkraftmaschine (1), mit einer ersten Zylindergruppe (6), mit einer zweiten Zylindergruppe (7), welche nach dem Spenderzylinderprinzip arbeitet, mit einer Abgassammelleitung (8), welche einen ersten Abschnitt (9) zum Abgassammeln der ersten Zylindergruppe (6) sowie einen zweiten Abschnitt (10) zum Abgassammeln der zweiten Zylindergruppe (7) aufweist, mit einer ersten Abgasleitung (13), welche den ersten Abschnitt (9) der Abgassammelleitung (8) mit der Turbine (4) verbindet, mit einer Rückführungsleitung (11) zur Abgasrückführung aus dem zweiten Abschnitt (10) der Abgassammelleitung (8) in die Ladeluftleitung (5) und mit einer ersten Steuereinrichtung (12) zur Festlegung des Abgasstroms zwischen dem ersten (9) und zweiten Abschnitt (10) der Abgassammelleitung (8), wobei in der ersten Abgasleitung (13) eine zweite Steuereinrichtung (14) zur Festlegung des Abgasstroms angeordnet ist sowie in der Rückführungsleitung (11) eine dritte Steuereinrichtung (15) angeordnet ist, und bei einer Brennkraftmaschine (1) eine erste Zylinderreihe (A1...A8) mit Zylindern der ersten Zylindergruppe (6) sowie zweiten Zylindergruppe (7) bestückt ist und eine zweite Zylinderreihe (B1...B8) ausschließlich mit der ersten Zylindergruppe (6) bestückt ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgassammelleitung (8) der zweiten Zylinderreihe (B1...B8) unmittelbar mit der Turbine des Abgasturboladers über eine zweite Abgasleitung (16) verbunden ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abgasleitung (16) mit der Turbine (46) eines zweiten Abgasturboladers (26) verbunden ist und eine Ausgleichsleitung (17) die erste (13) und zweite Abgasleitung (16) stromab der zweiten Steuereinrichtung (14) verbindet.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgassammelleitung (8) der zweiten Zylinderreihe (B1...B8) über die zweite Abgasleitung (16) mit der Turbine (4B) des zweiten Abgasturboladers (2B) verbunden ist, in der zweiten Abgasleitung (16) eine vierte Steuereinrichtung (20) zur Festlegung des Abgasstroms angeordnet ist und die Abgassammelleitung (8) der zweiten Zylinderreihe (B1...B8) zusätzlich mit der Rückführungsleitung (11) über eine Verbindungsleitung (21) mit Drossel (22) verbunden ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführungsleitung (11) ein Wärmetauscher (23) stromauf der dritten Steuereinrichtung (15) angeordnet ist.
Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (1) mit den Merkmalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Betriebsart eine Abgasführungsrate (AGRR) von Null eingestellt wird (AGRR = 0), in einer zweiten Betriebsart eine Abgasrückführungsrate (AGRR) in einem Bereich größer Null und kleiner einem Grenzwert (GW) eingestellt wird (0 ≤ AGRR ≤ GW), wobei der Grenzwert (GW) sich aus dem Verhältnis der Zylinderzahl der zweiten Zylindergruppe (7) zur Gesamtzylinderzahl ergibt, und in einer dritten Betriebsart eine Abgasrückführungsrate (AGRR) größer dem Grenzwert (GW) eingestellt wird (AGR > GW).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsart die erste Steuereinrichtung (12) deaktiviert wird, wodurch das Abgas ungehindert aus dem zweiten Abschnitt (10) in den ersten (9) Abschnitt der Abgassammelleitung (8) strömt, die zweite Steuereinrichtung (14) deaktiviert wird, wodurch das Abgas aus dem ersten Abschnitt (9) der Abgassammelleitung (8) ungehindert zur Turbine (4A) strömt, und die dritte Steuereinrichtung (15) deaktiviert wird, wodurch die Rückführungsleitung (11) verschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Betriebsart die zweite Steuereinrichtung (14) deaktiviert wird, wodurch das Abgas aus dem ersten Abschnitt (9) der Abgassammelleitung (8) ungehindert zur Turbine (4A) strömt, die dritte Steuerungseinrichtung (15) aktiviert wird, wodurch das Abgas ungehindert aus dem zweiten Abschnitt (10) der Abgassammelleitung (8) ungehindert zur Ladeluftleitung (5) strömt, und die erste Steuerungseinrichtung (12) in den kennfeldbestimmten Steuerungsbetrieb versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Betriebsart die zweite Steuereinrichtung (14) aktiviert wird, die dritte Steuereinrichtung (15) aktiviert wird, wodurch das Abgas aus der Rückführungsleitung (11) ungehindert zur Ladeluftleitung (5) strömt, und die erste Steuereinrichtung (12) in den kennfeldbestimmten Steuerungsbetrieb versetzt wird.