DE102007054227A1

DE102007054227A1 - Brennkraftmaschine mit AGR-Kühler

Info

Publication number: DE102007054227A1
Application number: DE102007054227A
Authority: DE
Inventors: Heribert Möller; Gottfried Raab
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-05-14
Also published as: CN101503981A; RU2008144635A; PL3051114T3; BRPI0805148B1; PL2058504T3; EP3048291A2; EP3048291B1; CN101503981B; EP3051114B1; BRPI0805148A2; EP3051114A3; EP2060771A2; EP2058504A3; EP2058504A2; RU2426001C2; EP3051114A2; EP3048291A3; PL3048291T3; EP2058504B1

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsraum und einem Abgassystem, in das den Verbrennungsraum verlassendes Abgas (10) einleitbar ist und das über eine Abgasrückführung verfügt, mittels der das Abgas (10) zumindest teilweise in eine Verbrennungsluftzufuhr (5) zur Versorgung des Verbrennungsraums mit Ansaugluft (12) rückführbar ist, wobei in der Abgasrückführung eine Wärmeübertragereinheit (9) vorgesehen ist, mit der dem Abgas (10) Wärmeenergie entziehbar ist. Das beschriebene Verfahren sowie die entsprechende Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass eine Verdichtereinheit (7) und eine Regelarmarmatur (8) vorgesehen sind, die strömungstechnisch derart in Reihe geschaltet sind, dass ein Teilluftstrom der Ansaugluft (11) verdichtet und der verdichtete Teilluftstrom (11) wahlweise der Verbrennungsluftzufuhr (5) und/oder unter Umgehung des Verbrennungsraums durch die in der Abgasrückführung vorgesehene Wärmeübertragereinheit (9) in das Abgassystem einleitbar ist.

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsraum und einem Abgassystem, in das den Verbrennungsraum verlassenendes Abgas einleitbar ist. Das Abgassystem verfügt über eine Abgasrückführung, mittels der das Abgas zumindest teilweise in eine Verbrennungsluftzufuhr zur Versorgung des Verbrennungsraums mit Ansaugluft rückführbar ist, wobei in der Abgasrückführung eine Wärmeübertrageeinheit vorgesehen ist, mit der dem Abgasenergie Wärmenergie entziehbar ist.
Stand der Technik
Allgemein sind Brennkraftmaschinen bekannt, deren Abgassysteme über Abgasrückführungen verfügen, über die Abgas, das den Verbrennungsraum verlassen hat, erneut der Ansaugluft wieder zugeführt wird. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen sind derartige Abgassysteme mit Abgasrückführung bekannt. Mit Hilfe der Abgasrückführung wird das aus der Brennkraftmaschine geleitete Abgas über entsprechende Rohrleitungen zumindest teilweise der Verbrennungsluft zugeführt, so dass eine Enthalpieerhöhung der Verbrennungsluft erreicht wird.
In der Kraftfahrzeugtechnik sind vor allem Abgasrückführsysteme für aufgeladene Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen aus Verschleiß- und Verschmutzungsgründen das Abgas zwischen dem Motor und der Turbine entnommen und durch einen separaten Abgasrückführwärmetauscher geleitet wird. Der abgekühlte Abgasstrom wird strömungstechnisch hinter einem Ladeluftkühler zur Kühlung der Ansaugluft der für die Verbrennung vorgesehenen Verbrennungsluft wieder zugeführt.
In diesem Zusammenhang ist etwa aus der EP 1 843 033 A2 die Abgasanlage einer Brennkraftmaschine bekannt, die über eine entsprechende Abgasrückführung verfügt. In der Abgasrückführung ist eine Wärmeübertragereinheit, so genannter AGR-Kühler, vorgesehen, mittels dem dem Abgas Wärme entzogen und einem Abgasnachbehandlungssystem zugeleitet wird. Hierbei ist die Wärmeübertrageeinheit abgasseitig derart ausgeführt, dass sich die Abgasdruckpulsationen, die das Abgas nach Verlassen des wenigstens einen Brennraumes der Brennkraftmaschine aufweist, durch die Wärmeübertrageeinheit fortsetzen, so dass die Eindüsung des rückgeführten Abgases mit Hilfe eines Flatterventils in die Verbrennungsluft realisiert wird.
Um die ständig steigenden Anforderungen an die Abgaswerte von Brennkraftmaschinen, insbesondere der Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren, zu erfüllen, liegt der Erfindung ausgehend von dem bekannten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, die Ausnutzung der im Abgas enthaltenen Wärme zu verbessern. Insbesondere soll hierbei das im Fahrzeug befindliche, herkömmliche Kühlsystem (Wasserkühlung) nicht mit zusätzlichen Kühllasten belastet werden. Des Weiteren soll mit der Erfindung sichergestellt werden, dass eine Optimierung der Anlagenkonfiguration, vor allem in Hinblick auf das Vorsehen eines Abgasnachbehandlungssystems mit thermischer Regeneration, optimiert wird. Die hierfür vorzusehenden Komponenten sollten sich darüber hinaus verhältnismäßig einfach an eine herkömmliche Brennkraftmaschine koppeln, bzw. in das entsprechende Motorenkonzept integrieren lassen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 sowie einem Verfahren nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Erfindungsgemäß ist eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsraum und einem Abgassystem, in das den Verbrennungsraum verlassendes Abgas einleitbar ist, und das über eine Abgasrückführung verfügt, mittels der das Abgas zumindest teilweise in eine Verbrennungsluftzufuhr zur Versorgung des Verbrennungsraums mit Ansaugluft rückführbar ist, wobei in der Abgasrückführung eine Wärmeübertrageeinheit vorgesehen ist, mit der dem Abgas Wärmeenergie entziehbar ist, derart weitergebildet worden, dass eine Verdichtereinheit und eine Regelarmatur vorgesehen sind, die strömungstechnisch derart in Reihe geschaltet sind, dass ein Teilluftstrom der Ansaugluft verdichtet, und der verdichtete Teilluftstrom wahlweise der Verbrennungsluftzufuhr und/oder unter Umgehung des Verbrennungsraums durch die in der Abgasrückführung vorgesehene Wärmeübertragereinheit in das Abgassystem einleitbar ist.
Erfindungsgemäß ist somit innerhalb der Abgasrückführung eine Wärmeübertragereinheit vorgesehen, in der die dem Abgas entzogene Wärme auf einen Luftstrom übertragbar ist. Der Luftstrom wird, vorzugsweise als Teilluftstrom, der Ansaugluft entnommen und mittels einer üblicherweise als Lüfterrad ausgeführten Verdichtereinheit wahlweise durch die Wärmeübertragereinheit und/oder direkt in die Verbrennungsluftzufuhr geleitet.
Eine besonders geeignete Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Regelung der auch als Pusher bezeichneten Verdichtereinheit unabhängig von der Regelung der übrigen Kühlkreisläufe gestaltet werden kann. Die Verdichtereinheit, mit der ein Kühlluftstrom durch die in der Abgasrückführung vorgesehene Wärmeübertragereinheit leitbar ist, wird insbesondere zusätzlich zu und separat von den übrigen Lüftern, die beispielsweise in Verbindung mit Wärmeübertragereinheiten, wie etwa einem Hauptkühlmittelkühler, der ggf. einen Hochtemperatur- und einen Niedertemperaturteil aufweist, einem Ladeluftkühler oder einem Kondensator einer Klimaanlage im Einsatz sind, betrieben.
Durch die Verdichtereinheit wird ein Teilluftstrom, der über eine Ansauganlage angesaugten Ansaugluft verdichtet und mit Hilfe eines Ventils bzw. einer geeigneten Regelarmatur wahlweise der Verbrennungsluftzufuhr und/oder unter Umgehung des Verbrennungsraums der Wärmeübertragereinheit in der Abgasrückführung zugeleitet.
Das zuvor erwähnte Ventil macht es ferner auf bevorzugte Weise möglich, den Teilluftstrom nur kurzzeitig in die Verbrennungsluftzufuhr einzuleiten. Bezüglich einer etwaigen Aufteilung des verdichteten Teilluftstroms sind im Wesentlichen zwei unterschiedliche Regelungsvarianten denkbar. Eine erste Ausführungsform sieht vor, dass die Regelarmatur derart gesteuert wird, dass der verdichtete Teilluftstrom entweder der Verbrennungsluftzufuhr oder der Wärmeübertragereinheit zugeführt wird. Bei einer alternativen Regelstrategie erfolgt eine Aufteilung des verdichteten Teilluftstromes zwischen diesen beiden Anlagenkomponenten, so dass zumindest zeitweise bestimmte Anteile des Teilluftstromes über beide Strömungswege, nämlich durch die Wärmeübertragereinheit einerseits und in die Verbrennungsluftzufuhr andererseits, geleitet werden.
In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Verdichtereinheit um ein Lüfterrad, das mechanisch an ein Starterritzel eines Anlassers der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Auf diese Weise ist es insbesondere in einer Startphase der Brenn kraftmaschine auf bevorzugte weise möglich, beispielsweise bis zu einem Zeitpunkt von 1 bis 2 Sekunden nach dem Startvorgang der Brennkraftmaschine, verdichtete Luft dem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine zuzuführen. Vorteilhafter Weise ist die Verdichtereinheit hierbei als integraler Bestandteil der Ansauganlage ausgeführt und stellt durch die erhöhte Zufuhr verdichteter Luft einen verbesserten Startvorgang der Brennkraftmaschine sicher. In dieser Funktion dient die zusätzliche vorgesehene Verdichtereinheit während der Startphase als Beschleunigungshilfe.
Nach Abschluss der Startphase der Brennkraftmaschine wird der der Ansaugluft entnommene Teilluftstrom, der mit der zusätzlichen Verdichtereinheit verdichtet worden ist, der der Abgasrückführung vorgesehenen Wärmeübertrageeinheit zugeleitet. Die Wärmeübertragereinheit wird in diesem Betriebszustand abgasseitig von zumindest einem Teilstrom des den wenigstens einen Verbrennungsraums der Brennkraftmaschinen verlassenden Abgasstrom durchströmt. Hierbei wird innerhalb der Wärmeübertragereinheit der Abgasstrom abgekühlt, während die Ansaugluft die entsprechende Wärmemenge, abzüglich der warmeübertragerspezifischen Verluste, aufnimmt. Der abgekühlte Abgasstrom bzw. Abgasteilstrom wird in geeigneter Weise über ein Flatterventil erneut der Verbrennungsluftzufuhr zugeleitet. Auf dieser Weise erfolgt die gewünschte Enthalpieerhöhung der Ansaugluft bevor diese in den Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine eingeleitet wird.
Selbstverständlich lässt sich die erfindungsgemäße technische Lösung, bei der innerhalb der Abgasrückführung eine Wärmeübertragung zwischen dem den Verbrennungsraum verlassenden Abgas und der Ansaugluft stattfindet, mit bekannten System zur Aufladung einer Brennkraftmaschine sowie zur Nutzung der Abwärme des Abgases koppeln. So ist es einerseits beispielsweise denkbar, das beschriebene System mit einer zweistufigen Aufladung zu kombinieren, bei der sich in der Verbrennungsluftzufuhr sowohl nach der ersten als auch der zweiten Verdichterstufe jeweils eine Wärmeübertragereinheit zur Kühlung der Verbrennungs- bzw. Ladeluft befindet.
Zum anderen ist es auf bevorzugte Weise möglich, eine erste und eine zweite Wärmeübertragereinheit innerhalb der Abgasrückführung vorzusehen, wobei in der ersten Wärmeübertrageeinheit, wie bereits beschrieben, eine Wärmeübertragung zwischen Abgas und verdichteter Ansaugluft und in der zweiten Wärmeübertrageeinheit zwischen Abgas und einem weiteren Wärmeträgermedium stattfindet. Das weitere Wärmeträgermedium dient in diesem Fall auf vorteilhafte Weise der Bereitstellung der entnommenen Wärme für weitere Komponenten, insbesondere für ein System zur Abwärmenutzung in einem Kraftfahrzeug.
In einer ganz speziellen Ausführungsform der Erfindung verfügt die Abgasrückführung des der Brennkraftmaschine nachgestalteten Abgassystems über zwei parallel geschaltete Wärmeübertragereinheiten, von denen die erste thermisch an die verdichtete Ansaugluft gekoppelte kleiner als die zweite Wärmeübertrageeinheit ausgeführt ist. Die zweite Wärmeübertragereinheit, deren Kälteleistung größer als die der ersten dimensioniert ist, wird vorzugsweise auf der dem Abgas abgewandten Seite von einem flüssigen oder zumindest teilweise dampfförmigem Wärmeträgermedium durchströmt. Mit Hilfe dieses Wärmeträgermediums wird die dem Abgas entzogene Wärme beispielsweise einem Abgasnachbehandlungssystem zur Verfügung stellt.
Kleiner bedeutet in diesem Zusammenhang, das vorzugsweise der Volumenstrom des die Abgasrückführung insgesamt durchströmenden Abgases ungleichmäßig auf die beiden Wärmeübertragungseinheiten in der Abgasrückführung verteilt wird, wobei der kleinere der beiden Volumenströme durch die thermisch an die Ansaugluft gekoppelte Wärmeübertrageeinheit geleitet wird. Vorteilhafterweise sind hierbei die beiden Wärmeübertragereinheiten derart ausgeführt, dass der die Abgasrückführung durchströmende Abgasstrom bzw. die Abgasteilströme auf eine Temperatur von etwa 170°C abgekühlt wird bzw. werden, bevor das abgekühlte Abgas erneut in die Verbrennungsluftzufuhr eingeleitet wird.
Die Wärme, die dem Abgasstrom innerhalb der Abgasrückführung durch eine von einem Teilluftstrom der Ansaugluft durchströmte Wärmeübertragereinheit entnommen und an die Ansaugluft übertragen wird, wird vorzugsweise derart in das Abgassystem eingeleitet, dass die Wärme in einem Abgasnachbehandlungssystem nutzbar ist. Mit der vorgesehenen Wärmeübertrageeinheit in der Abgasrückführung wird somit auf bevorzugte Weise zumindest ein Teil der Ansaugluft erwärmt und derart in das Abgassystem eingebracht, dass die Wärme an Anlagenkomponenten eines Abgasnachbehandlungssystems übertragen wird. Auf bevorzugte Weise findet eine Nutzung der Wärme in einem Abgasnachbehandlungssystem statt, indem Katalysatoren, Abscheider und/oder Filter aufgeheizt werden und insbesondere indem die dem Abgas mittels der Wärmeübertragung auf einen verdichteten Teilluftstrom entnommene Wärme für eine thermische Regeneration eines Partikelab scheiders genutzt wird. Bei einem Partikelabscheider kann es sich in einer bevorzugten Ausführungsform auch um einen Partikelfilter handeln.
Im Zusammenhang mit der Nutzung der dem Abgasstrom in der Abgasrückführung entnommenen Wärme zur thermischen Regeneration eines Partikelabscheiders und/oder eines Partikelfilters ist es besonders geeignet, die der Wärmeübertragereinheit auf der Ansaugluftseite vorgeschaltete Verdichtereinheit derart auszuführen, dass die durch diese Verdichtereinheit bewirkte Drucksteigerung der Ansaugluft einen Druckverlust aufgrund der thermischen Regeneration ausgleicht.
Durch das Vorsehen einer zusätzlichen Wärmeübertragereinheit in der Abgasrückführung, die nicht an das herkömmliche Kühlsystem gekoppelt ist, wird es somit auf bevorzugte Weise möglich, eine Erhöhung der Temperatur im Bereich der Abgasnachbehandlung zu erreichen, um etwa Intervalle, in denen eine Regeneration eines Partikelabscheiders nötig wird, zu vergrößern. Dies wiederum erhöht die Effektivität eines Abgasnachbehandlungssystems, da über die gesamte Laufzeit des Systems betrachtet, die Druckverluste verringert werden. Darüber hinaus stellt die beschriebene Wärmeübertragereinheit sicher, dass dem Abgas Wärme entnommen wird, die nicht über das Hauptkühlsystem, insbesondere ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs, abgeführt werden muss. Dies stellt vor allem eine Entlastung hinsichtlich der Kühllasten der herkömmlich vorgesehenen Wasserkühler dar.
Wie bereits erwähnt worden ist, wird die der von Ansaugluft durchströmten Wärmeübertragereinheit vorgeschaltete Verdichtereinheit vorzugsweise in die Ansauganlage integriert. In diesem Zusammenhang besteht die Funktion der Verdichtereinheit zum einen darin, dass diese während der Startphase als Beschleunigungshilfe für die Brennkraftmaschine dient, da im Ansaugtakt der Brennkraftmaschine zusätzliche Luft zur Verfügung steht und andererseits, dass durch diese zusätzlich bereitgestellte Luftmenge auch im Bremsfall eine höhere Bremsleistung der Motorbremse erzielt wird.
Neben einer Brennkraftmaschine mit einer entsprechenden Abgasrückführung des Abgassystems bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Betrieb einer entsprechenden Brennkraftmaschine. Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem den Verbrennungsraum verlassendes Abgas in ein Abgassystem geleitet wird, zumindest ein Teilstrom des Abgases über eine Abgasrückführung in eine Verbrennungsluftzufuhr, die zur Versorgung des Verbrennungsraums mit Ansaugluft vorgesehen ist, rückgeführt wird und bei dem in der Abgasrückführung eine Wärmeübertrageeinheit vorgesehen ist, mittels der dem Abgas Wärmeenergie entzogen wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der Ansaugluft ein Teilluftstrom entnommen sowie verdichtet wird, und eine Regelarmatur derart geschaltet wird, dass der verdichtete Teilluftstrom wahlweise der Verbrennungsluftzufuhr und/oder unter Umgehung des Verbrennungsraums durch die in der Abgasrückführung vorgesehene Wärmeübertrageeinheit in das Abgassystem geleitet wird.
In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass der verdichtete Teilluftstrom während einer Zeitspanne von 0 bis 5 s, vorzugsweise von 1 bis 2 s, nach Betriebsstart der Brennkraftmaschine ausschließlich in die Verbrennungsluftzufuhr eingeleitet wird. Durch dieses kurzzeitige Einblasen zusätzlicher verdichteter Luft in die Verbrennungsluftzufuhr wird auf bevorzugte Weise eine Beschleunigungshilfe während der Startphase der Brennkraftmaschine bewirkt. Nach Abschluss dieser Startphase, also nach etwa fünf Sekunden, bevorzugt nach zwei Sekunden im Anschluss an den Betriebsstart wird die verdichtete Luft nicht mehr der Verbrennungsluftzufuhr, sondern vielmehr einer in der Abgasrückführung der Brennkraftmaschine vorgesehenen Wärmeübertrageeinheit zugeleitet, dort erwärmt und anschließend in das Abgassystem eingeleitet, um dort die dem Abgas entnommene Wärme nutzbar zu machen.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der durch die in der Abgasrückführung vorgesehene Wärmeübertragereinheit geleitete, verdichtete und erwärmte Teilluftstrom wenigstens einer Anlagenkomponente eines Abgasnachbehandlungssystems zugeführt wird. Vorzugsweise wird die dem Abgasnachbehandlungssystem zur Verfügung gestellte Wärme zur thermischen Regeneration eines Partikelabscheiders und/oder eines Partikelfilters genutzt. Das vorgeschriebene Verfahren eignet sich besonders, wenn zusätzlich an wenigstens einer weiteren Stelle der Abgasrückführung dem Abgas Wärme entzogen wird.
Die beschriebene Wärmeübertrageeinheit bzw. das beschriebene Verfahren, bei dem der Ansaugluft ein Teilluftstrom entnommen, dieser Teilluftstrom verdichtet und schließlich in einer Wärmeübertragereinheit in der Abgasrückführung mit Hilfe von Wärme, die dem Ab gas entnommen wird, aufgeheizt wird, eignet sich insbesondere zur Kombination bzw. Integration in Systeme, die bereits eine Wärmeübertragereinheit in der Abgasrückführung aufweisen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert.
Die Figur zeigt ein thermodynamisches Schaltbild, auf dem die Verschaltung einer zweistufig aufgeladenen Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeugs mit integrierter Abgasrückführung und Abgasnachbehandlung schematisch dargestellt ist. Ein derartiges System ist in geeigneter Auslegung kann die gemäß „Euro 6" vorgeschriebenen Abgaswerte erfüllen.
Der Umgebung wird Ansaugluft zu Umgebungsbedingungen entnommen und einer Niederdruckverdichterstufte 1, einem Zwischenkühler 2 sowie einer Hochdruckverdichtereinheit 3 und einem Hauptladeluftkühler zugeführt, bevor sie in den Ansaugkrümmer 5 der Verbrennungsluftzufuhr einer Brennkraftmaschine eingeleitet wird. Durch das Vorsehen einer Venturidüse 6 wird die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten Luft stark erhöht, bevor diese in dem Bereich des Ansaugkrümmers 5 eintritt.
Wie der Schemadarstellung des Weiteren zu entnehmen ist, wird der Ansaugluft noch vor der Niederdruckverdichtereinheit 1 ein Teilluftstrom entnommen, der wiederum einer Verdichtereinheit 7 zugeführt wird. Der Verdichtereinheit 7 ist strömungstechnisch eine in Form einer Klappe ausgebildete Regelarmatur 8 nachgeschaltet, so dass an dieser Stelle der der Ansaugluft entnommene Teilluftstrom abermals aufgeteilt werden kann.
In einer ersten Betriebsphase, die mit einem Betriebsstart der Brennkraftmaschine zusammenfällt und ein bis zwei Sekunden andauert, wird der Ansaugluft ein Teilluftstrom entnommen, mit Hilfe der Verdichtereinheit 7 verdichtet und die Regelarmatur 8 derart geschaltet, dass dieser verdichtete Teilluftstrom zusätzlich zu der übrigen Ansaugluft in den Ansaugkrümmer 5 gelangt. Auf diese Weise wird dem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine zusätzlich verdichtete Luft zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise wird in der Startphase der Brennkraftmaschine eine zusätzliche Beschleunigungshilfe realisiert.
Sobald die Startphase der Brennkraftmaschine abgeschlossen ist, wird die Regelarmatur 8 umgeschaltet, so dass der der Ansaugluft entnommene Teilluftstrom mit Hilfe der Verdichtereinheit 7 verdichtet und schließlich in eine erste innerhalb der Abgasrückführung der Brennkraftmaschine angeordnete Wärmeübertrageeinheit 9 eingeleitet wird. In der ersten Wärmeübertrageeinheit 9 findet eine Wärmeübertragung zwischen einem die Brennkraftmaschine verlassenden Abgasstrom bzw. Abgasteilstrom 10 und dem verdichteten Teilluftstrom 11 der Ansaugluft 12 statt. Hierbei wird das Abgas abgekühlt und der Teilluftstrom 11 erwärmt. Der erwärmte Teilluftstrom 11 wird anschließend einem Abgasnachbehandlungssystem 13 zugeleitet. Durch die Einleitung eines derart aufgeheizten Luftstroms in die Abgasnachbehandlung 13 findet an dieser Stelle eine Erwärmung der entsprechenden Abgasnachbehandlungskomponenten statt. Durch diese zusätzliche Erwärmung kann das Temperaturniveau, insbesondere in einem Partikelabscheider innerhalb des Abgasnachbehandlungssystems 13 auf einem vergleichsweise hohen Niveau gehalten werden. Diese Erhöhung des Temperaturniveaus wiederum bewirkt, dass die für die thermische Regenerierung erforderlichen Intervalle gegenüber herkömmlichen Systemen verlängert werden können.
Das in der Figur dargestellte System zeichnet sich dadurch aus, dass der Abgasteilstrom 10 der dem Abgas entnommen wird, in der Abgasrückführung mit Hilfe von zwei Wärmeübertragereinheiten von einer Temperatur von etwa 600°C auf eine Temperatur von 170°C abgekühlt wird. Hierbei sind die beiden in der Abgasrückführung vorgesehenen Wärmeübertrageeinheiten 9, 14 strömungstechnisch parallel geschaltet. Die mit Hilfe des ersten Wärmeübertragers 9 dem Abgasteilstrom 10 entnommene Wärme wird, wie zuvor beschrieben an einen verdichteten Teilluftstrom 11 der Ansaugluft übertragen. In der zweiten Wärmeübertragereinheit 14 wird dagegen das Abgas abgekühlt und ein weiteres Wärmeträgermedium, bei dem es sich vorzugsweise um ein Wasser-Glykol-Gemisch handelt, aufgewärmt. Die abgekühlten Abgasströme, die die beiden Wärmeübertragereinheiten 9, 14 der Abgasrückführung verlassen, werden zusammen geführt und zwischen der Hochdruckverdichtereinheit 3 und dem Ladelufthauptkühler 4 erneut der Verbrennungsluftzufuhr zugeführt.
Das Vorsehen einer Wärmeübertragereinheit 9 innerhalb der Abgasrückführung, die nicht an eines der übrigen im Fahrzeug vorgesehenen Kühlsysteme gekoppelt ist, ermöglicht einerseits die Abfuhr und Nutzung von Wärme aus dem Abgas, ohne die üblichen Kühlsysteme zu belasten und stellt andererseits durch die Kombination mit einer zusätzlichen Verdichtereinheit 7 (Pusher) eine zusätzliche Beschleunigungshilfe für den Startvorgang der Brennkraftmaschine zur Verfügung.

1: Niederdruckverdichter
2: Zwischenkühler
3: Hochdruckverdichter
4: Ladelufthauptkühler
5: Ansaugkrümmer der Verbrennungsluftzufuhr
6: Düse
7: Verdichtereinheit
8: Regelarmatur
9: ansaugluftdurchströmte Wärmeübertragereinheit
10: Abgas
11: verdichteter Teilluftstrom der Ansaugluft
12: Ansaugluft
13: Abgasnachbehandlungssystem
14: zweite Wärmeübertragereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1843033 A2 [0004]

Claims

Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsraum und einem Abgassystem, in das den Verbrennungsraum verlassendes Abgas (10) einleitbar ist und das über eine Abgasrückführung verfügt, mittels der das Abgas (10) zumindest teilweise in eine Verbrennungsluftzufuhr (5) zur Versorgung des Verbrennungsraums mit Ansaugluft (12) rückführbar ist, wobei in der Abgasrückführung eine Wärmeübertragereinheit (9) vorgesehen ist, mit der dem Abgas (10) Wärmeenergie entziehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdichtereinheit (7) und eine Regelarmarmatur (8) vorgesehen sind, die strömungstechnisch derart in Reihe geschaltet sind, dass ein Teilluftstrom der Ansaugluft (11) verdichtet und der verdichtete Teilluftstrom (11) wahlweise der Verbrennungsluftzufuhr (5) und/oder unter Umgehung des Verbrennungsraums durch die in der Abgasrückführung vorgesehene Wärmeübertragereinheit (9) in das Abgassystem einleitbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit (7) über ein Starterritzel eines Anlassers der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Verdichtereinheit (7) zu erzielendes Verdichtungsverhältnis derart gewählt ist, dass ein Druckverlust ausgleichbar ist, der aufgrund einer im Abgassystem ablaufenden thermischen Regeneration eines Partikelabscheiders stattfindet.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführung des Abgassystems eine erste und eine zweite Wärmeübertragereinheit (9, 14) vorgesehen sind, die strömungstechnisch parallel geschaltet sind, und von denen nur die erste Wärmeübertragereinheit (9) mit einem verdichteten Teilluftstrom (11) versorgbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlleistung der zweiten Wärmeübertragereinheit (14), in Bezug auf die Abkühlung des Abgases, größer als eine Kühlleistung der ersten Wärmeübertragereinheit (9) ist.
Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, die über wenigstens einen Verbrennungsraum verfügt, bei dem den Verbrennungsraum verlassendes Abgas (10) in ein Abgassystem geleitet wird, zumindest ein Teilstrom des Abgases über eine Abgasrückführung in eine Verbrennungsluftzufuhr (5), die zur Versorgung des Verbrennungsraums mit Ansaugluft (12) vorgesehen ist, rückgeführt wird, und bei dem in der Abgasrückführung eine Wärmeübertragereinheit (9) vorgesehen ist, mittels der dem Abgas Wärmeenergie entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugluft (12) ein Teilluftstrom entnommen sowie verdichtet wird und eine Regelarmatur (8) derart geschaltet wird, dass der verdichtete Teilluftstrom (11) wahlweise der Verbrennungsluftzufuhr (5) und/oder unter Umgehung des Verbrennungsraums durch die in der Abgasrückführung vorgesehene Wärmeübertragereinheit (9) in das Abgassystem geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichtete Teilluftstrom (11) ausschließlich während einer Zeitspanne von 0 bis 5 s, vorzugsweise 1 bis 2 s, nach Betriebsstart der Brennkraftmaschine in die Verbrennungsluftzufuhr (5) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die in der Abgasrückführung vorgesehene Wärmeübertragereinheit (9) geleitete verdichtete und erwärmte Teilluftstrom (11) einem Abgasnachbehandlungssystem (13) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Wärme, die in dem verdichteten Teilluftstrom (11) enthalten ist, der die in der Abgasrückführung vorgesehene Wärmeübertragereinheit (9) verlassen hat, ein im Abgassystem vorgesehener Partikelabscheider, insbesondere ein Partikelfilter, thermisch regeneriert wird.