DE102008013254B4 - Method for operating an internal combustion engine with exhaust gas recirculation - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Abgasturbolader (6) sowie einer Ansaugleitung (2) zur Versorgung mit Frischluft bzw. Frischgemisch und einer Abgasleitung (4) zur Abführung des Abgases, wobei eine Leitung (8) zur Abgasrückführung (7) vorgesehen ist, die von der Abgasleitung (4) abzweigt und in die Ansaugleitung (2) mündet und in der ein Verdichter (9) zur Förderung der rückzuführenden Abgasmenge vorgesehen ist, wobei eine Bypaßleitung (10) unter Ausbildung einer Abzweigung stromaufwärts des Verdichters (9) von der Rückführleitung (8) abzweigt und unter Ausbildung einer Einmündung stromabwärts des Verdichters (9) wieder in die Rückführleitung (8) mündet und der mindestens eine Abgasturbolader (6) eine in der Abgasleitung (4) angeordnete Turbine (6a) und einen in der Ansaugleitung (2) angeordneten Verdichter (6b) umfasst, bei dem • der Verdichter (9) in der Leitung (8) zur Abgasrückführung (7) aktiviert wird, sobald das Druckgefälle zwischen der Abgasleitung (4) und der Ansaugleitung (2) zur Förderung einer vorgebbaren...Method for operating an internal combustion engine (1) with at least one exhaust gas turbocharger (6) and an intake line (2) for supplying fresh air or fresh mixture and an exhaust line (4) for removing the exhaust gas, with a line (8) for exhaust gas recirculation (7) is provided, which branches off from the exhaust line (4) and opens into the intake line (2) and in which a compressor (9) is provided for conveying the amount of exhaust gas to be recirculated, a bypass line (10) forming a branch upstream of the compressor (9 ) branches off from the return line (8) and opens again into the return line (8) with the formation of a confluence downstream of the compressor (9) and the at least one exhaust gas turbocharger (6) has a turbine (6a) arranged in the exhaust gas line (4) and one in the suction line (2) arranged compressor (6b), in which • the compressor (9) in the line (8) for exhaust gas recirculation (7) is activated as soon as the pressure drop between the A gas line (4) and the suction line (2) for conveying a specifiable ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbolader sowie einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft bzw. Frischgemisch und einer Abgasleitung zur Abführung des Abgases, wobei eine Leitung zur Abgasrückführung vorgesehen ist, die von der Abgasleitung abzweigt und in die Ansaugleitung mündet und in der ein Verdichter zur Förderung der rückzuführenden Abgasmenge vorgesehen ist, wobei eine Bypaßleitung unter Ausbildung einer Abzweigung stromaufwärts des Verdichters von der Rückführleitung abzweigt und unter Ausbildung einer Einmündung stromabwärts des Verdichters wieder in die Rückführleitung mündet und der mindestens eine Abgasturbolader eine in der Abgasleitung angeordnete Turbine und einen in der Ansaugleitung angeordneten Verdichter umfasst, bei dem der Verdichter in der Leitung zur Abgasrückführung aktiviert wird, sobald das Druckgefälle zwischen der Abgasleitung und der Ansaugleitung zur Förderung einer vorgebbaren rückzuführenden Abgasmenge nicht groß genug ist.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine having at least one exhaust gas turbocharger and a suction line for supplying fresh air or fresh mixture and an exhaust pipe for discharging the exhaust gas, wherein a line is provided for exhaust gas recirculation, which branches off from the exhaust pipe and opens into the intake and in which a compressor is provided for promoting the amount of exhaust gas to be recirculated, wherein a bypass line branches off to form a branch upstream of the compressor from the return line and opens to form a junction downstream of the compressor back into the return line and the at least one exhaust gas turbocharger arranged in the exhaust pipe turbine and comprising a compressor arranged in the intake line, in which the compressor in the line for exhaust gas recirculation is activated as soon as the pressure gradient between the exhaust pipe and the intake line to the delivery g a predetermined recirculating exhaust gas amount is not large enough.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 35 375 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Abgasrückführung eines Schwerlastdieselmotors, welche mit einer Bypassleitung und einem in der Bypassleitung angeordneten Bypassventil ausgestattet ist.The German patent application DE 100 35 375 A1 describes a method for controlling exhaust gas recirculation of a heavy duty diesel engine equipped with a bypass line and a bypass valve arranged in the bypass line.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine sowohl Dieselmotoren als auch Ottomotoren.In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes both diesel engines and gasoline engines.

Aufgrund der immer restriktiveren Gesetzgebung betreffend die Grenzwerte für Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen wird grundsätzlich eine Reduzierung der maßgeblichen Schadstoffemissionen angestrebt. Insbesondere die Stickstoffdioxidemissionen (NOx) sind dabei von zunehmender Relevanz. Da die Kohlendioxidemissionen direkt mit dem Kraftstoffverbrauch korrelieren, ist man bei der Entwicklung von Fahrzeugantrieben ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren.Due to the increasingly restrictive legislation regarding the limit values for pollutant emissions from motor vehicles, a fundamental aim is to reduce the relevant pollutant emissions. In particular, the nitrogen dioxide emissions (NO x ) are of increasing relevance. Since carbon dioxide emissions correlate directly with fuel consumption, the development of vehicle drives is constantly striving to minimize fuel consumption.

Bei Brennkraftmaschinen steht daher insbesondere die Entwicklung verbrauchsoptimierter Brennverfahren im Vordergrund der Bemühungen. Häufig sind dies Hybrid-Brennverfahren, mit denen versucht wird, sowohl die Vorteile des dieselmotorischen Verfahrens als auch die Vorteile des ottomotorischen Verfahrens zu nutzen, wobei das herkömmliche ottomotorische Verfahren dabei gekennzeichnet ist durch eine Gemischverdichtung, ein homogenes Gemisch, eine Fremdzündung, sowie die Quantitätsregelung, wohingegen das traditionelle dieselmotorische Verfahren durch eine Luftverdichtung, ein inhomogenes Gemisch, eine Selbstzündung und die Qualitätsregelung charakterisiert ist.In internal combustion engines, therefore, the development of consumption-optimized combustion processes is in the foreground of efforts. Often these are hybrid combustion processes which attempt to exploit both the advantages of the diesel engine method and the advantages of the Otto engine method, the conventional Otto engine method being characterized by mixture compression, homogeneous mixture, spark ignition, and quantity control whereas the traditional diesel engine process is characterized by air compression, inhomogeneous mixture, auto-ignition and quality control.

Ein Beispiel für ein Hybrid-Brennverfahren ist das direkteinspritzende ottomotorische Brennverfahren, da die Direkteinspritzung von Kraftstoff ursprünglich nur bei Dieselmotoren vorgenommen wurde.An example of a hybrid combustion process is the direct-injection Otto engine combustion method, since the direct injection of fuel was originally made only in diesel engines.

Das sogenannte HCCI-Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors ist ebenfalls ein solches Hybrid-Brennverfahren. Dieses Verfahren basiert auf einer kontrollierten Selbstzündung des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffes. Dabei wird der Kraftstoff – wie bei einem Dieselmotor – unter Luftüberschuß, also überstöchiometrisch, verbrannt. Der mager betriebene Ottomotor weist aufgrund der niedrigen Verbrennungstemperaturen vergleichsweise geringe Stickoxidemissionen (NOx) auf und ebenfalls infolge des mageren Gemisches keine Rußemissionen.The so-called HCCI method for operating a gasoline engine is also such a hybrid combustion method. This method is based on a controlled auto-ignition of the fuel supplied to the cylinder. Here, the fuel - as in a diesel engine - in excess of air, that is superstoichiometric, burned. The lean-burn gasoline engine has comparatively low nitrogen oxide (NO x ) emissions due to the low combustion temperatures and also no soot emissions due to the lean mixture.

Darüber hinaus führt das HCCI-Verfahren zu einem hohen thermischen Wirkungsgrad. Der Kraftstoff kann dabei sowohl direkt in die Zylinder als auch in das Ansaugrohr eingebracht werden. Das HCCI-Verfahren und eine Brennkraftmaschine, die dieses Verfahren zur Verbrennung des Kraftstoffes verwendet, werden in der US 6,390,054 B1 beschrieben.In addition, the HCCI process leads to a high thermal efficiency. The fuel can be introduced both directly into the cylinder and into the intake manifold. The HCCI method and an internal combustion engine using this method of combustion of the fuel are disclosed in U.S.P. US 6,390,054 B1 described.

Der wesentliche Nachteil des HCCI-Verfahrens besteht darin, dass dieses Verfahren nach dem Stand der Technik nicht in sämtlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine angewendet werden kann, so dass sich die – oben erwähnten – Vorteile dieses Brennverfahrens nur in einem begrenzten Bereich des Motorkennfeldes (Last über Drehzahl) nutzen lassen. Dies ist auch der Grund dafür, dass – sobald das HCCI-Verfahren eingesetzt werden soll – grundsätzlich eine Hybrid-Brennkraftmaschine erforderlich ist, die in den Betriebspunkten, in denen das HCCI-Verfahren versagt, mittels eines anderen Brennverfahrens betrieben werden kann. Der notwendige Einsatz verschiedener Brennverfahren für unterschiedliche Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine führt zu einer sehr komplexen zu steuernden und damit zu einer kostenintensiven und störanfälligen Brennkraftmaschine.The main disadvantage of the HCCI method is that this prior art method can not be used in all operating points of the internal combustion engine, so that the - mentioned above - advantages of this combustion process only in a limited range of the engine map (load over speed ). This is also the reason why, as soon as the HCCI method is to be used, basically a hybrid internal combustion engine is required, which can be operated at the operating points where the HCCI method fails by means of another combustion method. The necessary use of different combustion processes for different operating ranges of the internal combustion engine leads to a very complex to be controlled and thus to a costly and fault-prone internal combustion engine.

Während mit innovativen Brennverfahren – wie zuvor erläutert – versucht wird, die Entstehung der Schadstoffe a priori zu vermeiden, dienen Abgasnachbehandlungssysteme zur Reduzierung bereits entstandener Schadstoffemissionen.While innovative combustion processes - as explained above - attempt to prevent the formation of pollutants a priori, exhaust aftertreatment systems are used to reduce existing pollutant emissions.

Nach dem Stand der Technik kommen bei Ottomotoren katalytische Reaktoren zum Einsatz, die unter Verwendung katalytischer Materialien eine Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und des Kohlenmonoxids (CO) gewährleisten. Sollen zusätzlich Stickoxide (NOx) reduziert werden, kann dies durch den Einsatz eines Dreiwegkatalysators erreicht werden, der dazu aber einen in engen Grenzen ablaufenden stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) des Ottomotors erfordert.In the gasoline engines, catalytic reactors are used in the prior art which, using catalytic materials, ensure oxidation of the unburned hydrocarbons (HC) and of the carbon monoxide (CO). If additional nitrogen oxides (NO x ) can be reduced, can This can be achieved by the use of a three-way catalyst, but this requires a running within narrow limits stoichiometric operation (λ ≈ 1) of the gasoline engine.

Dabei werden die Stickoxide (NOx) mittels der vorhandenen nicht oxidierten Abgaskomponenten, nämlich des Kohlenmonoxids und den unverbrannten Kohlenwasserstoffen, reduziert, wobei gleichzeitig diese Abgaskomponenten oxidiert werden.In this case, the nitrogen oxides (NO x ) are reduced by means of the existing unoxidized exhaust gas components, namely the carbon monoxide and the unburned hydrocarbons, wherein at the same time these exhaust gas components are oxidized.

Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuß betrieben werden, also beispielsweise im Magerbetrieb arbeitende Ottomotoren, insbesondere aber direkteinspritzende Dieselmotoren, aber auch direkteinspritzende Ottomotoren, können die im Abgas befindlichen Stickoxide prinzipbedingt – d. h. aufgrund der fehlenden Reduktionsmittel – nicht reduziert werden. Zur Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) wird ein Oxidationskatalysator im Abgassystem vorgesehen.In internal combustion engines, which are operated with an excess of air, ie for example in lean-burn gasoline engines, but especially direct-injection diesel engines, but also direct injection gasoline engines, the nitrogen oxides located in the exhaust gas may be due to the principle -. H. due to the lack of reducing agents - can not be reduced. For oxidation of the unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), an oxidation catalyst is provided in the exhaust system.

Zur Reduzierung der Stickoxide werden selektive Katalysatoren – sogenannte SCR-Katalysatoren – eingesetzt, bei denen gezielt Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht wird, um die Stickoxide selektiv zu vermindern. Als Reduktionsmittel kommen neben Ammoniak und Harnstoff auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe zum Einsatz.To reduce the nitrogen oxides selective catalysts - so-called SCR catalysts - are used, in which targeted reducing agent is introduced into the exhaust gas to selectively reduce the nitrogen oxides. As a reducing agent, not only ammonia and urea but also unburned hydrocarbons are used.

Grundsätzlich können die Stickoxidemissionen auch mit sogenannten Stickoxidspeicherkatalysatoren (LNT) reduziert werden. Dabei werden die Stickoxide zunächst – während eines mageren Betriebs der Brennkraftmaschine – im Katalysator absorbiert d. h. gesammelt und gespeichert, um dann während einer Regenerationsphase beispielsweise mittels eines unterstöchiometrischen Betriebs (beispielsweise λ < 0,95) der Brennkraftmaschine bei Sauerstoffmangel reduziert zu werden, wobei die unverbrannten Kohlenwasserstoffe als Reduktionsmittel dienen.In principle, the nitrogen oxide emissions can also be reduced with so-called nitrogen oxide storage catalysts (LNT). The nitrogen oxides are first - during a lean operation of the internal combustion engine - absorbed in the catalyst d. H. collected and stored, to then be reduced during a regeneration phase, for example by means of a substoichiometric operation (for example, λ <0.95) of the internal combustion engine with lack of oxygen, the unburned hydrocarbons serve as a reducing agent.

Der im Abgas enthaltene Schwefel, der ebenfalls im LNT absorbiert wird, muß im Rahmen einer sogenannten Entschwefelung regelmäßig entfernt werden. Hierfür muß der LNT auf hohe Temperaturen, üblicherweise zwischen 600°C und 700°C, erwärmt und mit einem Reduktionsmittel versorgt werden.The sulfur contained in the exhaust gas, which is also absorbed in the LNT, must be removed regularly in the context of a so-called desulfurization. For this purpose, the LNT must be heated to high temperatures, usually between 600 ° C and 700 ° C, and supplied with a reducing agent.

Die Ausstattung der Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungssystemen, insbesondere das Vorsehen von Abgasnachbehandlungssystemen zur Reduzierung der Stickoxide, führt zu höheren Herstellungskosten von Kraftfahrzeugen. Darüber hinaus nehmen Abgasnachbehandlungssysteme – zumindest zeitweise – unerwünscht bzw. ungewollt Einfluß auf den Betrieb der Brennkraftmaschine, da die Verfahren zum Betreiben der Abgasnachbehandlungssysteme selbst häufig einen bestimmten Betrieb der Brennkraftmaschine erfordern, beispielsweise einen unterstöchiometrischen Betrieb zur Regeneration eines Speicherkatalysators. Insofern können Abgasnachbehandlungssysteme einen verbrauchsoptimierten Betrieb der Brennkraftmaschine verhindern.The equipment of the internal combustion engine with exhaust aftertreatment systems, in particular the provision of exhaust aftertreatment systems for the reduction of nitrogen oxides, leads to higher manufacturing costs of motor vehicles. In addition, exhaust aftertreatment systems - at least temporarily - unwanted or unwanted influence on the operation of the internal combustion engine, since the method for operating the exhaust aftertreatment often require a certain operation of the internal combustion engine itself, for example, a substoichiometric operation for the regeneration of a storage catalytic converter. In this respect, exhaust aftertreatment systems can prevent consumption-optimized operation of the internal combustion engine.

Da die Bildung der Stickoxide nicht nur einen Luftüberschuß, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Senkung der Stickoxidemissionen darin, Verbrennungsprozesse bzw. -verfahren mit niedrigeren Verbrennungstemperaturen zu entwickeln.Since the formation of nitrogen oxides requires not only an excess of air but also high temperatures, a concept for reducing nitrogen oxide emissions is to develop combustion processes with lower combustion temperatures.

Dabei ist die Abgasrückführung d. h. die Rückführung von Verbrennungsgasen aus der Abgasleitung in die Ansaugleitung zielführend, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate xAGR bestimmt sich dabei wie folgt: xAGR = mAGR/mAGR + mFrischluft) wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mFrischluft die zugeführte – gegebenenfalls durch einen Verdichter geführte und komprimierte – Frischluft bzw. Verbrennungsluft bezeichnet.In this case, the exhaust gas recirculation ie the return of combustion gases from the exhaust pipe in the intake line is expedient in which with increasing exhaust gas recirculation rate, the nitrogen oxide emissions can be significantly reduced. The exhaust gas recirculation rate x EGR is determined as follows: x AGR = m EGR / m EGR + m fresh air ) wherein m AGR refers to the mass of recirculated exhaust gas and m fresh air, the supplied - optionally guided by a compressor and compressed - fresh air or combustion air.

Die Abgasrückführung eignet sich auch zur Reduzierung der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Teillastbereich.Exhaust gas recirculation is also suitable for reducing emissions of unburned hydrocarbons in the partial load range.

Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von xAGR 60% bis 70% liegen können.To achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates are required, which can be on the order of x EGR 60% to 70%.

Um diese hohen Rückführraten realisieren zu können, ist wiederum ein entsprechend großes Druckgefälle zwischen Abgasseite und Ansaugseite erforderlich, welches als treibende Kraft für die rückzuführende Abgasmenge dient. Zur Vergrößerung des Druckgefälles können dabei grundsätzlich zwei Maßnahmen zielführend sein, nämlich die Erhöhung des Abgasgegendrucks und/oder die Reduzierung des Drucks in der Ansaugleitung.In order to realize these high return rates, in turn, a correspondingly large pressure gradient between the exhaust gas side and intake side is required, which serves as a driving force for the recirculating exhaust gas amount. In principle, two measures can be expedient to increase the pressure gradient, namely the increase of the exhaust backpressure and / or the reduction of the pressure in the intake line.

Ersteres kann dadurch erreicht werden, dass das Abgas in der Abgasleitung gestaut wird, beispielsweise mittels einer Drosselklappe oder der Anordnung einer Turbine in der Abgasleitung. Das Aufstauen des Abgases wirkt sich aber grundsätzlich nachteilig auf den Ladungswechsel aus und das Aufstauen mittels Turbine d. h. die Entnahme des Abgases stromaufwärts der Turbine beinhaltet zwangsläufig, dass das rückzuführende Abgas nicht die Turbine durchströmt und die Abgasenthalpie dieses Abgasteilstromes in der Turbine nicht genutzt wird bzw. nicht genutzt werden kann.The former can be achieved in that the exhaust gas is stowed in the exhaust pipe, for example by means of a throttle valve or the arrangement of a turbine in the exhaust pipe. However, the damming up of the exhaust gas basically has a detrimental effect on the charge exchange and the damming by means of a turbine ie the removal of the exhaust gas upstream of the turbine inevitably entails that the exhaust gas to be recirculated does not flow through the turbine and the exhaust gas enthalpy thereof Exhaust partial flow in the turbine is not used or can not be used.

Die Anordnung einer Drosselklappe in der Ansaugleitung, bei der der Druck in der angesaugten Frischluft über die Drosselklappe hinweg reduziert wird und die Leitung zur Abgasrückführung stromabwärts der Drosselklappe in die Ansaugleitung mündet, ist unter energetischen Aspekten als nachteilig anzusehen, wenn berücksichtigt wird, dass gerade die Entdrosselung bei Ottomotoren ein Ziel zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs ist. Die Drosselung der angesaugten Frischluft führt zwangsläufig zu niedrigeren Wirkungsgraden.The arrangement of a throttle valve in the intake passage, in which the pressure in the intake fresh air is reduced across the throttle and opens the line for exhaust gas recirculation downstream of the throttle valve in the intake, is considered to be disadvantageous from an energetic point of view, taking into account that just Entschrosselung in gasoline engines is a goal to reduce fuel consumption. The throttling of the intake fresh air inevitably leads to lower efficiencies.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d. h. der gattungsbildenden Art, aufzuzeigen, mit dem die nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und mit dem insbesondere hohe Abgasrückführraten unter sämtlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine realisiert werden können.Against this background, it is the object of the present invention to provide a method according to the preamble of claim 1, d. H. of the generic type to show, with the known disadvantages of the prior art are overcome and can be realized with the particular high exhaust gas recirculation rates under all operating conditions of the internal combustion engine.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbolader sowie einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft bzw. Frischgemisch und einer Abgasleitung zur Abführung des Abgases, wobei eine Leitung zur Abgasrückführung vorgesehen ist, die von der Abgasleitung abzweigt und in die Ansaugleitung mündet und in der ein Verdichter zur Förderung der rückzuführenden Abgasmenge vorgesehen ist, wobei eine Bypaßleitung unter Ausbildung einer Abzweigung stromaufwärts des Verdichters von der Rückführleitung abzweigt und unter Ausbildung einer Einmündung stromabwärts des Verdichters wieder in die Rückführleitung mündet und der mindestens eine Abgasturbolader eine in der Abgasleitung angeordnete Turbine und einen in der Ansaugleitung angeordneten Verdichter umfasst, bei dem der Verdichter in der Leitung zur Abgasrückführung aktiviert wird, sobald das Druckgefälle zwischen der Abgasleitung und der Ansaugleitung zur Förderung einer vorgebbaren rückzuführenden Abgasmenge nicht groß genug ist und das dadurch gekennzeichnet ist, dass die vorgebbare rückzuführende Abgasmenge unter Berücksichtigung einer zu erzielenden Verringerung an Stickoxidemissionen ΔNOx, des Druckverhältnisses p1/p2 am Verdichter des Abgasturboladers und des durch diesen Verdichter hindurchgeführten Frischluftmassenstromes dmL/dt festgelegt wird, in der Art, dass

  • – in einem ersten Verfahrensschritt (S1) ausgehend von einem stationären Betrieb der Brennkraftmaschine und einem deaktivierten Verdichter eine Rückführrate AGR-Ratestat bestimmt wird, wobei die zu erzielende Verringerung ΔNOx der Stickoxidemissionen (NOx), das Druckverhältnis p1/p2 am Verdichter des Abgasturboladers und der durch den Verdichter hindurchgeführte Frischluftmassenstrom dmL/dt als Eingangsgrößen berücksichtigt werden,
  • – in einem zweiten Verfahrensschritt (S2) ausgehend von einem aktivierten Verdichter eine zusätzliche Rückführrate AGR-Ratekorr bestimmt wird, wobei wiederum die zu erzielende Verringerung ΔNOx an Stickoxidemissionen (NOx), das Druckverhältnis p1/p2 am Verdichter des Abgasturboladers und der durch den Verdichter hindurchgeführte Frischluftmassenstrom dmL/dt als Eingangsgrößen berücksichtigt werden, und
  • – in einem dritten Verfahrensschritt (S3) die Rückführrate AGR-Ratestat und die Rückführrate AGR-Ratekorr zu einer Gesamtrückführrate AGR-Ratetat zusammengeführt werden.
This object is achieved by a method for operating an internal combustion engine having at least one exhaust gas turbocharger and an intake for supplying fresh air or fresh mixture and an exhaust pipe for discharging the exhaust gas, wherein a line is provided for exhaust gas recirculation, which branches off from the exhaust pipe and into the intake opens and in which a compressor is provided for promoting the amount of exhaust gas to be recirculated, wherein a bypass line branches off to form a branch upstream of the compressor from the return line and opens to form a junction downstream of the compressor back into the return line and the at least one exhaust gas turbocharger in the exhaust pipe arranged turbine and a compressor arranged in the intake line, in which the compressor is activated in the line for exhaust gas recirculation, as soon as the pressure gradient between the exhaust pipe and the intake pipe to Promote a predetermined recirculating exhaust gas amount is not large enough and which is characterized in that the predetermined recirculating exhaust gas amount taking into account a reduction to be achieved nitric oxide emissions .DELTA.NO x , the pressure ratio p 1 / p 2 on the compressor of the exhaust gas turbocharger and passed through this compressor fresh air mass flow dm L / dt is set, in the way that
  • - In a first method step (S1), starting from a steady state operation of the internal combustion engine and a deactivated compressor, a return rate EGR rate stat is determined, wherein the target reduction ΔNO x of the nitrogen oxide emissions (NO x ), the pressure ratio p 1 / p 2 am Compressor of the exhaust gas turbocharger and the guided through the compressor fresh air mass flow dm L / dt are considered as input variables,
  • - In a second step (S2) starting from an activated compressor, an additional EGR rate corr rate is determined, in turn, the target reduction ΔNO x nitrogen oxide emissions (NO x ), the pressure ratio p 1 / p 2 on the compressor of the exhaust gas turbocharger and the fresh air mass flow dm L / dt passed through the compressor is taken into account as input variables, and
  • - in a third method step (S3), the recirculation rate EGR rate stat and the recirculation rate EGR rate did corr to a total recirculation rate EGR rate are merged.

Die Brennkraftmaschine, die Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, ist mit mindestens einem Abgasturbolader ausgestattet, der eine in der Abgasleitung angeordnete Turbine und einen in der Ansaugleitung angeordneten Verdichter umfasst.The internal combustion engine, which is the subject of the method according to the invention, is equipped with at least one exhaust gas turbocharger, which comprises a turbine arranged in the exhaust gas line and a compressor arranged in the intake line.

Der Verdichter und die Turbine eines Abgasturboladers sind auf derselben Welle angeordnet. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt, in der er sich unter Energieabgabe entspannt, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Brennkraftmaschine bzw. Zylinder erreicht wird.The compressor and the turbine of an exhaust gas turbocharger are arranged on the same shaft. The hot exhaust gas flow is supplied to the turbine, in which it relaxes with release of energy, whereby the shaft is rotated. The energy emitted by the exhaust gas flow to the turbine and finally to the shaft is used to drive the compressor, which is also arranged on the shaft. The compressor promotes and compresses the charge air supplied to it, whereby a charge of the internal combustion engine or cylinder is achieved.

Der Vorteil des Abgasturboladers – beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader – besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht und somit die bereitgestellte Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.The advantage of the exhaust gas turbocharger - for example compared to a mechanical supercharger - is that there is no mechanical connection to the power transmission between the supercharger and the internal combustion engine or is required. While a mechanical supercharger obtains the energy required for its drive completely from the internal combustion engine and thus reduces the power provided and thus adversely affects the efficiency, the exhaust gas turbocharger uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases.

Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft wird dabei verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck pme gesteigert werden.The charge is used primarily to increase the performance of the internal combustion engine. The air required for the combustion process is compressed, which allows each cylinder per working cycle, a larger air mass can be supplied. As a result, the fuel mass and thus the mean pressure p me can be increased.

Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern, oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen läßt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, wo der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Letzteres wird auch als Downsizing bezeichnet.The charge is a suitable means to increase the capacity of an internal combustion engine with unchanged displacement, or to reduce the displacement at the same power. In any case, the leads Charging to an increase in space performance and a lower power mass. At the same vehicle boundary conditions, the load collective can thus be shifted to higher loads, where the specific fuel consumption is lower. The latter is also referred to as downsizing.

Die Aufladung unterstützt folglich auch das grundsätzliche Ziel, die Schadstoffemissionen zu reduzieren. Die Emissionen an Kohlendioxid, die direkt mit dem Kraftstoffverbrauch korrelieren, nehmen mit sinkendem Kraftstoffverbrauch ebenfalls ab. Bei gezielter Auslegung der Aufladung können auch die Stickoxidemissionen ohne Einbußen beim Wirkungsgrad verringert werden. Gleichzeitig können die Kohlenwasserstoffemissionen günstig beeinflusst werden.Charging therefore also supports the fundamental objective of reducing pollutant emissions. The emissions of carbon dioxide, which correlate directly with fuel consumption, also decrease with decreasing fuel consumption. With targeted design of the charge and the nitrogen oxide emissions can be reduced without sacrificing efficiency. At the same time, the hydrocarbon emissions can be favorably influenced.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die rückzuführende Abgasmenge und damit die Rückführrate unabhängig von dem momentan vorliegenden Druckgefälle – zwischen der Abzweigung der Rückführleitung aus der Abgasleitung und der Einmündung in die Ansaugleitung – festgelegt werden. Durch Aktivierung des in der Rückführleitung angeordneten Verdichters kann unabhängig vom Druckgefälle und damit unabhängig vom momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eine beliebig große Rückführrate realisiert werden, selbst wenn das Druckgefälle zur Erzielung der gewünschten, d. h. vorgebbaren rückzuführenden Abgasmenge bzw. Rückführrate, nicht ausreichend groß ist.In accordance with the method according to the invention, the amount of exhaust gas to be recirculated and thus the recirculation rate can be determined independently of the currently present pressure gradient between the diversion of the return line from the exhaust line and the connection into the intake line. By activating the arranged in the return line compressor, regardless of the pressure gradient and thus regardless of the current operating point of the internal combustion engine, an arbitrarily large return rate can be realized, even if the pressure gradient to achieve the desired, d. H. specifiable recirculating exhaust gas quantity or recirculation rate, is not sufficiently large.

Zur Steuerung der Rückführrate sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen stromaufwärts der Abzweigung der Bypaßleitung ein erstes Absperrelement in der Rückführleitung vorgesehen wird.For controlling the return rate embodiments are advantageous in which upstream of the branch of the bypass line, a first shut-off element is provided in the return line.

Die Brennkraftmaschine, die Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, ist mit einem Verdichter zur Förderung der rückzuführenden Abgasmenge ausgestattet. In Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, in denen das vorliegende Druckgefälle zwischen der Abzweigung der Rückführleitung aus der Abgasleitung und der Einmündung in die Ansaugleitung nicht groß genug ist, um die gewünschte Rückführrate zu realisieren, kann die Menge an rückgeführtem Abgas durch Einsatz des in der Rückführleitung angeordneten Verdichters erhöht werden.The internal combustion engine, which is the subject of the method according to the invention, is equipped with a compressor for conveying the amount of exhaust gas to be recirculated. At operating points of the internal combustion engine, in which the present pressure gradient between the diversion of the return line from the exhaust pipe and the inlet into the intake manifold is not large enough to realize the desired recirculation rate, the amount of recirculated exhaust gas by using the arranged in the return line compressor increase.

Wird der Verdichter hingegen zur Förderung des Abgases bzw. zur Realisierung der angestrebten Rückführrate nicht benötigt, kann das rückzuführende Abgas via Bypaßleitung am Verdichter vorbeigeführt werden, wozu die Bypaßleitung stromaufwärts des Verdichters von der Rückführleitung abzweigt und stromabwärts des Verdichters wieder in die Rückführleitung einmündet.If, on the other hand, the compressor is not required to convey the exhaust gas or to achieve the desired recirculation rate, the recirculated exhaust gas can be bypassed via the bypass line, for which purpose the bypass line branches off from the recirculation line upstream of the compressor and returns to the recirculation line downstream of the compressor.

In diesem Zusammenhang sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen stromaufwärts des Verdichters und stromabwärts der Abzweigung der Bypaßleitung d. h. zwischen Verdichter und Abzweigung der Bypaßleitung ein zweites Absperrelement in der Rückführleitung vorgesehen wird. Durch Öffnen und Schließen dieses Absperrelementes wird der Verdichter zur Förderung des Abgases zugeschaltet bzw. abgeschaltet. Bei geschlossenem zweitem Absperrelement wird das Abgas unter Verwendung der Bypaßleitung rückgeführt.In this connection, embodiments are advantageous in which upstream of the compressor and downstream of the branch of the bypass line d. H. a second shut-off element in the return line is provided between the compressor and branch of the bypass line. By opening and closing this shut-off the compressor is switched on and off to promote the exhaust gas. When the second shut-off element is closed, the exhaust gas is recirculated using the bypass line.

Das geschlossene Absperrelement verhindert bei abgeschaltetem Verdichter auch, dass das rückzuführende Abgas in den abgeschalteten Verdichter strömt bzw. gefördert wird.When the compressor is switched off, the closed shut-off element also prevents the exhaust gas to be returned from flowing into the shut-off compressor.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise, nämlich die Ausstattung der Abgasrückführung mit einem Verdichter zur Förderung des rückzuführenden Abgases, gewährleistet, dass unter sämtlichen Betriebsbedingungen beliebig hohe Rückführraten realisiert werden können, wodurch die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird.The procedure according to the invention, namely the equipment of the exhaust gas recirculation with a compressor for conveying the recirculated exhaust gas, ensures that arbitrarily high return rates can be realized under all operating conditions, whereby the object underlying the invention is achieved.

Weitere vorteilhafte Verfahrensvarianten werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous process variants are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das erste und/oder das zweite Absperrelement elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar ist, vorzugsweise mittels Motorsteuerung.Advantageous embodiments of the method in which the first and / or the second shut-off element is electrically, hydraulically, pneumatically, mechanically or magnetically controllable, preferably by means of motor control.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen stromabwärts der Einmündung der Bypaßleitung ein Kühler in der Rückführleitung vorgesehen wird. Dieser Kühler senkt die Temperatur im heißen Abgasstrom und steigert damit die Dichte der rückgeführten Abgase. Die Temperatur der Zylinderfrischladung, die sich bei der Mischung der Frischluft mit den rückgeführten Abgasen einstellt, wird hierdurch folglich auch gesenkt, weshalb der Kühler zu einer besseren Füllung des Brennraums beiträgt.Embodiments of the method in which a cooler in the return line is provided downstream of the junction of the bypass line are advantageous. This cooler lowers the temperature in the hot exhaust gas flow and thus increases the density of the recirculated exhaust gases. The temperature of the cylinder fresh charge, which occurs in the mixture of fresh air with the recirculated exhaust gases, is consequently also lowered, which is why the cooler contributes to a better filling of the combustion chamber.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Verdichter ein elektrisch betriebener Verdichter ist. Im Gegensatz zu einem mechanisch betriebenen Verdichter kann bei einem elektrisch betriebenen Verdichter auf eine mechanische Kopplung mit der Brennkraftmaschine verzichtet werden.Embodiments in which the compressor is an electrically operated compressor are advantageous. In contrast to a mechanically operated compressor can be dispensed with an electrically operated compressor on a mechanical coupling with the internal combustion engine.

Im Hinblick auf die Verwendung des Abgasturboladers sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Leitung zur Abgasrückführung stromaufwärts der Turbine von der Abgasleitung abzweigt. Diese Ausführungsform der Abgasrückführung kann auch als Hochdruck-AGR bezeichnet werden, da der Abgasdruck in der Abgasleitung stromaufwärts der Turbine vergleichsweise hoch ist, d. h. im Vergleich zu dem niedrigen stromabwärts der Turbine vorherrschenden Abgasdruck.With regard to the use of the exhaust gas turbocharger embodiments are advantageous in which the line for exhaust gas recirculation branches off from the exhaust pipe upstream of the turbine. This embodiment of the exhaust gas recirculation may also be referred to as high pressure EGR, since the exhaust pressure in the exhaust pipe upstream of the Turbine is comparatively high, ie compared to the low downstream of the turbine prevailing exhaust pressure.

Die in Rede stehende Variante ist vorteilhaft, da das Druckgefälle zwischen Abgasseite und Ansaugseite infolge der Entnahme des Abgases stromaufwärts der Turbine in einer Vielzahl von Betriebspunkten zur Realisierung der gewünschten Rückführrate ausreichen groß ist und somit der in der Rückführleitung vorgesehene Verdichter weniger häufig eingesetzt werden muß.The variant in question is advantageous because the pressure gradient between the exhaust side and intake due to the removal of the exhaust gas upstream of the turbine in a variety of operating points to realize the desired return rate is large enough and thus provided in the return line compressor must be used less frequently.

Neben dieser Hochdruck-AGR können aber auch Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen die Leitung zur Abgasrückführung stromabwärts der Turbine aus der Abgasleitung abzweigt. Bei dieser sogenannten Niederdruck-AGR wird das gesamte Abgas zunächst durch die Turbine geführt und zur Aufladung der Brennkraftmaschine genutzt, bevor ein Teil des Abgases via Rückführleitung in die Ansaugleitung eingeleitet wird.In addition to this high-pressure EGR but also embodiments may be advantageous in which the line branches off to the exhaust gas recirculation downstream of the turbine from the exhaust pipe. In this so-called low-pressure EGR, the entire exhaust gas is first passed through the turbine and used to charge the internal combustion engine, before a portion of the exhaust gas is introduced via return line into the intake.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Turbine eine variable Turbinengeometrie aufweist. Eine variable Turbinengeometrie erhöht die Flexibilität der Aufladung. Sie gestattet durch Verstellen der Turbinenschaufeln eine stufenlose Anpassung der Turbinengeometrie an den momentanen Abgasmassenstrom. Gegebenenfalls kann auf eine energetisch nachteilige Abgasabblasung, wie sie bei Waste-Gate-Turbinen vorgenommen wird, verzichtet werden.Embodiments in which the turbine has a variable turbine geometry are advantageous. A variable turbine geometry increases the flexibility of charging. It allows by adjusting the turbine blades a stepless adjustment of the turbine geometry to the current exhaust gas mass flow. Optionally, can be dispensed with an energetically disadvantageous Abgasabblasung, as is done in waste-gate turbines.

Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen, bei denen die Turbine eine feste, nicht veränderbare Turbinengeometrie aufweist. Diese Ausführungsform hat ins-besondere Kostenvorteile. Zum einen entfallt bei dieser Turbinenbauweise die komplexe und kostenintensive verstellbare Turbinengeometrie bzw. -mechanik. Zum anderen ist prinzipbedingt keine Steuerung der Turbine notwendig.But are also advantageous embodiments in which the turbine has a fixed, unchangeable turbine geometry. This embodiment has particular cost advantages. On the one hand, the complex and costly adjustable turbine geometry or mechanics is eliminated in this turbine design. On the other hand, due to the principle, no control of the turbine is necessary.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen stromabwärts des in der Ansaugleitung angeordneten Verdichters ein Ladeluftkühler in der Ansaugleitung angeordnet ist. Der Ladeluftkühler senkt die Lufttemperatur und steigert damit die Dichte der Luft, wodurch der Kühler – wie die Aufladung – zu einer besseren Füllung des Brennraums beiträgt.Embodiments in which a charge air cooler is arranged in the intake line downstream of the compressor arranged in the intake line are advantageous. The charge air cooler lowers the air temperature and thus increases the density of the air, whereby the radiator - such as the charge - contributes to a better filling of the combustion chamber.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen die Leitung zur Abgasrückführung stromabwärts des Ladeluftkühlers in die Ansaugleitung mündet. Auf diese Weise wird der Abgasstrom nicht durch den Ladeluftkühler geführt und kann folglich diesen Kühler nicht durch Ablagerungen von im Abgasstrom enthaltenen Schadstoffen, insbesondere Rußpartikeln und Öl, verschmutzen.Embodiments in which the line for exhaust gas recirculation opens downstream of the charge air cooler into the intake line are advantageous. In this way, the exhaust gas flow is not passed through the intercooler and consequently can not pollute this radiator by deposits of pollutants contained in the exhaust stream, in particular soot particles and oil.

Bei Brennkraftmaschinen, bei denen stromaufwärts des Verdichters und stromabwärts der Abzweigung der Bypaßleitung, d. h. zwischen Verdichter und Abzweigung der Bypaßleitung, ein zweites Absperrelement in der Rückführleitung vorgesehen ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen

  • – das zweite Absperrelement geöffnet wird, wenn der Verdichter in der Leitung zur Abgasrückführung aktiviert wird, und dieses zweite Absperrelement geschlossen wird, wenn der Verdichter deaktiviert wird.
In internal combustion engines in which a second shut-off element is provided in the return line upstream of the compressor and downstream of the branch of the bypass line, ie between the compressor and branch of the bypass line, process variants are advantageous in which
  • - The second shut-off is opened when the compressor is activated in the line for exhaust gas recirculation, and this second shut-off is closed when the compressor is deactivated.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen bei der Festlegung der vorgebbaren rückzuführenden Abgasmenge eine momentane Fahreranforderung an die Beschleunigung und/oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird.Advantageously, process variants in which a momentary driver request for the acceleration and / or the torque of the internal combustion engine is taken into account in determining the specifiable exhaust gas quantity to be recirculated.

Die zuletzt genannte Verfahrensvariante wird im Zusammenhang mit der Beschreibung der 3 näher erläutert.The latter method variant is used in conjunction with the description of 3 explained in more detail.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles gemäß den 1 bis 3 näher beschrieben. Hierbei zeigt:In the following the invention is based on an embodiment according to the 1 to 3 described in more detail. Hereby shows:

1 schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine, 1 schematically a first embodiment of the internal combustion engine,

2 schematisch eine Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines Flußdiagramms, und 2 schematically an embodiment of the method in the form of a flow chart, and

3 schematisch ein Verdichterkennfeld eines Verdichters eines Abgasturboladers. 3 schematically a compressor map of a compressor of an exhaust gas turbocharger.

1 zeigt eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 am Beispiel eines Sechs-Zylinder-V-Motors. Die Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 1 sind auf zwei Zylinderbänke verteilt und bilden auf diese Weise zwei Zylindergruppen, die jeweils über eine Abgasleitung 4a, 4b zur Abführung der heißen Verbrennungsgase verfügen, welche zu einer gemeinsamen Abgasleitung 4 zusammenführen, wodurch die Abgasleitungen 4, 4a, 4b miteinander in Verbindung stehen und in den Abgasleitungen 4, 4a, 4b derselbe Abgasdruck vorherrscht. Des Weiteren verfügt die Brennkraftmaschine 1 über eine Ansaugleitung 2 zur Versorgung der Brennkraftmaschine 1 mit Frischluft bzw. Frischgemisch. 1 shows a first embodiment of the internal combustion engine 1 using the example of a six-cylinder V-engine. The cylinders 3 the internal combustion engine 1 are distributed on two cylinder banks and form in this way two groups of cylinders, each via an exhaust pipe 4a . 4b have to dissipate the hot combustion gases, which to a common exhaust pipe 4 merge, causing the exhaust pipes 4 . 4a . 4b communicate with each other and in the exhaust pipes 4 . 4a . 4b the same exhaust pressure prevails. Furthermore, the internal combustion engine has 1 via a suction line 2 to supply the internal combustion engine 1 with fresh air or fresh mixture.

Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einem Abgasturbolader 6 ausgestattet, der eine in der Abgasleitung 4 angeordnete Turbine 6a und einen in der Ansaugleitung 2 angeordneten Verdichter 6b umfaßt. Die der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Frischluft wird folglich mittels Verdichter 6b komprimiert und stromabwärts dieses Verdichters 6b einem in der Ansaugleitung 2 angeordneten Ladeluftkühler 5 zugeführt. Der Ladeluftkühler 5 senkt die Lufttemperatur und steigert damit die Dichte der Luft, wodurch er zu einer besseren Füllung der Zylinder 3 mit Luft beiträgt.The internal combustion engine 1 is with an exhaust gas turbocharger 6 equipped, one in the exhaust pipe 4 arranged turbine 6a and one in the suction line 2 arranged compressor 6b includes. That of the internal combustion engine 1 supplied fresh air is thus by means of compressor 6b compressed and downstream of this compressor 6b one in the intake pipe 2 arranged intercooler 5 fed. The intercooler 5 lowers the air temperature and thus increases the density of the air, causing it to a better filling of the cylinder 3 contributes with air.

Der aus den Zylindern 3 abgeführte Abgasmassenstrom wird der Turbine 6a zugeführt. Das Abgas entspannt sich in der Turbine 6a, wobei die Abgasenthalpie zum Antrieb des Verdichters 6b und damit zur Aufladung der Brennkraftmaschine 1 genutzt wird.The one from the cylinders 3 discharged exhaust gas mass flow is the turbine 6a fed. The exhaust gas relaxes in the turbine 6a , wherein the exhaust enthalpy for driving the compressor 6b and thus for charging the internal combustion engine 1 is being used.

Die Brennkraftmaschine 1 ist des weiteren mit einer Abgasrückführung 7 ausgestattet, wobei eine Leitung 8 zur Abgasrückführung 7 vorgesehen ist, die von der Abgasleitung 4 stromaufwärts der Turbine 6a abzweigt und in die Ansaugleitung 2 mündet bzw. mit der Ansaugleitung 2 zusammengeführt wird.The internal combustion engine 1 is also with an exhaust gas recirculation 7 equipped, with a line 8th for exhaust gas recirculation 7 is provided by the exhaust pipe 4 upstream of the turbine 6a branches off and into the intake pipe 2 opens or with the intake pipe 2 is merged.

In der Leitung 8 zur Abgasrückführung 7 ist ein Verdichter 9 zur Förderung der rückzuführenden Abgasmenge vorgesehen, wobei zur Umgehung des Verdichters 9 eine Bypaßleitung 10 stromaufwärts dieses Verdichters 9 von der Rückführleitung 8 abzweigt und stromabwärts des Verdichters 9 wieder in die Rückführleitung 8 einmündet.In the line 8th for exhaust gas recirculation 7 is a compressor 9 intended to promote the amount of exhaust gas to be recirculated, bypassing the compressor 9 a bypass line 10 upstream of this compressor 9 from the return line 8th branches off and downstream of the compressor 9 back into the return line 8th opens.

Zur Steuerung der Rückführrate ist stromaufwärts der Bypaßleitung 10 ein erstes Absperrelement 11 in der Rückführleitung 8 vorgesehen. Zwischen dem Verdichter 9 und der Bypaßleitung 10 ist ein weiteres, zweites Absperrelement 12 in der Rückführleitung 8 angeordnet. Durch Öffnen und Schließen dieses Absperrelementes 12 wird der Verdichter 9 zur Förderung des Abgases zugeschaltet bzw. abgeschaltet. Ist das zweite Absperrelement 12 geschlossen, wird das Abgas via Bypaßleitung 10 am Verdichter 9 vorbei zurückgeführt. Ein Verschließen des zweiten Absperrelementes 12 verhindert, dass das rückzuführende Abgas bei deaktiviertem Verdichter 9 in den Verdichter 9 hineinströmt.To control the return rate is upstream of the bypass line 10 a first shut-off element 11 in the return line 8th intended. Between the compressor 9 and the bypass line 10 is another, second shut-off 12 in the return line 8th arranged. By opening and closing this shut-off element 12 becomes the compressor 9 switched on or off to promote the exhaust gas. Is the second shut-off element 12 closed, the exhaust gas via bypass line 10 at the compressor 9 passed back over. Closing the second shut-off element 12 Prevents the recirculating exhaust gas when the compressor is deactivated 9 in the compressor 9 into flows.

Stromabwärts der Einmündung der Bypaßleitung 10 in die Rückführleitung 8 ist ein Kühler 13 in der Rückführleitung 8 vorgesehen. Dieser Kühler 13 senkt die Temperatur im heißen Abgasstrom und steigert damit die Dichte der rückgeführten Abgase. Die Temperatur der Zylinderfrischladung, die sich bei der Mischung der via Ansaugleitung 2 zugeführten Frischluft mit den via Rückführleitung 8 rückgeführten Abgasen einstellt, wird dadurch weiter gesenkt, weshalb dieser Kühler 13 zu einer besseren Füllung der Zylinder 3 beiträgt.Downstream of the junction of the bypass line 10 in the return line 8th is a cooler 13 in the return line 8th intended. This cooler 13 lowers the temperature in the hot exhaust gas flow and thus increases the density of the recirculated exhaust gases. The temperature of the fresh cylinder charge, resulting in the mixture of via intake 2 supplied fresh air with the via return line 8th recirculated exhaust gases, is thereby further reduced, which is why this cooler 13 to a better filling of the cylinder 3 contributes.

2 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines Flußdiagramms. 2 schematically shows an embodiment of the method in the form of a flow chart.

In einem ersten Verfahrensschritt (S1) wird eine rückzuführende Abgasmenge mAGRstat bzw. die dazugehörige d. h. korrespondierende Rückführrate AGR-Ratestat bestimmt, wobei eine zu erzielende Verringerung ΔNOx der Stickoxidemissionen (NOx), das Druckverhältnis p1/p2 am Verdichter des Abgasturboladers und der durch den Verdichter hindurchgeführte Frischluftmassenstromes dmL/dt als Eingangsgrößen berücksichtigt werden. Dabei wird von einem stationären Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Verdichters ausgegangen.In a first method step (S1), a recirculating exhaust gas quantity m AGRstat or the corresponding ie corresponding recirculation rate EGR rate stat is determined, wherein a reduction ΔNO x of the nitrogen oxide emissions (NO x ) to be achieved, the pressure ratio p 1 / p 2 at the compressor of the Exhaust gas turbocharger and the guided through the compressor fresh air mass flow dm L / dt be considered as input variables. It is assumed that a stationary operation of the internal combustion engine or the compressor.

In einem zweiten Verfahrensschritt (S2) wird eine zusätzliche rückzuführende Abgasmenge mAGRkorr bzw. die dazugehörige d. h. korrespondierende Rückführrate AGR-Ratekorr bestimmt, wobei wiederum eine zu erzielende Verringerung ΔNOx an Stickoxidemissionen (NOx), das Druckverhältnis p1/p2 am Verdichter des Abgasturboladers und der durch den Verdichter hindurchgeführte Frischluftmassenstromes dmL/dt als Eingangsgrößen berücksichtigt werden.In a second method step (S2), an additional amount of exhaust gas m AGRkorr to be recirculated or the corresponding ie corresponding recirculation rate AGR rate corr is determined, again a reduction ΔNO x of nitrogen oxide emissions (NO x ) to be achieved, the pressure ratio p 1 / p 2 am Be considered compressor of the exhaust gas turbocharger and passed through the compressor fresh air mass flow dm L / dt as input variables.

Die im zweiten Verfahrenschritt (S2) bestimmte Rückführrate AGR-Ratekorr trägt dem Umstand Rechnung, dass mehr Abgas zurückgeführt werden kann, als dies die Rückführrate AGR-Ratestat zulassen würde, ohne dass die Pumpgrenze des Verdichters überschritten wird d. h. ohne dass die Gefahr besteht, dass der Verdichter des Abgasturboladers in den Betriebszustand des Pumpens überführt wird, der zu vermeiden ist. Im Zusammenhang mit der Beschreibung der 3, welche ein Verdichterkennfeld darstellt, wird dies näher erläutert.The recirculation rate EGR rate corr determined in the second method step (S2) takes account of the fact that more exhaust gas can be recirculated than the recirculation rate EGR rate stat would permit, without the surge limit of the compressor being exceeded, ie without the danger in that the compressor of the exhaust-gas turbocharger is brought into the operating state of the pumping, which is to be avoided. In connection with the description of the 3 , which represents a compressor map, this will be explained in more detail.

In einem dritten Verfahrensschritt (S3) werden die Rückführrate AGR-Ratestat und die Rückführrate AGR-Ratekorr zu einer Gesamtrückführrate AGR-Ratetat zusammengeführt.In a third step (S3), the recirculation rate EGR rate are stat and the recirculation rate EGR rate corr to a total recirculation rate EGR rate did merged.

Bei der Festlegung dieser Rückführrate AGR-Ratetat wird eine momentane Fahreranforderung an die Beschleunigung dn/dt und/oder an das Drehmoment dT/dt der Brennkraftmaschine berücksichtigt, so dass die Rückführrate gegebenenfalls begrenzt werden und durch eine limitierte Rückführrate AGR-Ratelim ersetzt werden muss (S4).When setting this EGR rate feedback rate , an instantaneous driver request for the acceleration dn / dt and / or the torque dT / dt of the internal combustion engine is taken into account, so that the return rate may be limited and replaced by a limited EGR rate lim must (S4).

3 zeigt schematisch ein Verdichterkennfeld eines Verdichters eines Abgasturboladers wie es dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegt. Das Kennfeld ist dem besseren Verständnis wegen und um die maßgeblichen Zusammenhänge deutlich sichtbar zu machen, nicht als look-up table oder in tabellarischer Form wiedergegeben, sondern graphisch in Gestalt eines Diagramm dargestellt. 3 schematically shows a compressor map of a compressor of an exhaust gas turbocharger as the method of the invention is based. The map is for better understanding and to make the relevant relationships clearly visible, not shown as a look-up table or in tabular form, but graphically represented in the form of a diagram.

Dabei sind das Druckverhältnis p1/p2 am Verdichter auf der Ordinate und der durch den Verdichter geführte Luftmassenstrom dmL/dt auf der Abszisse aufgetragen. Die Kurve A kennzeichnet die Pumpgrenze des Verdichters.The pressure ratio p 1 / p 2 on the ordinate and the air mass flow dm L / dt through the compressor are plotted on the abscissa. The curve A indicates the surge limit of the compressor.

Zudem sind drei weitere Kurven eingetragen, wobei die Kurve B die Volllastkurve bei Beschleunigung und die Kurve C beispielhaft eine Verdichterkennlinie bei Teillast wiedergibt.In addition, three more curves are entered, the curve B represents the full load curve during acceleration and the curve C exemplifies a compressor characteristic at partial load.

Die Kurve D zeigt die Verdichterkennlinie bei Teillast bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens d. h. für den Fall, dass der in der Rückführleitung angeordnete Verdichter zur Förderung der rückzuführenden Abgasmenge zugeschaltet und aktiviert wurde.The curve D shows the compressor characteristic at partial load when using the method according to the invention d. H. in the event that the arranged in the return line compressor was switched on and activated to promote the amount of exhaust gas to be recirculated.

Der Abstand der Kurve C von der Pumpgrenze (Kurve A) ist ausreichend groß, so dass die tatsächlich rückführbare Abgasmenge größer gewählt werden kann. Die Rückführrate wird vorliegend unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht d. h. die Menge an rückgeführtem Abgas wird um eine zusätzliche Abgasmenge mAGRkorr bzw. einen zusätzlichen Abgasmassenstrom ΔmAGR erhöht bzw. korrigiert, was durch Pfeile kenntlich gemacht ist. Der Frischluftmassenstrom dmL/dt wird dementsprechend reduziert d. h. verringert.The distance of the curve C from the surge line (curve A) is sufficiently large, so that the actually traceable exhaust gas amount can be selected to be larger. In the present case, the recirculation rate is increased using the method according to the invention, ie the amount of recirculated exhaust gas is increased or corrected by an additional amount of exhaust gas m AGRkorr or an additional exhaust gas mass flow Δm AGR , which is indicated by arrows. The fresh air mass flow dm L / dt is reduced accordingly ie reduced.

Dies erfolgt aber nur, solange das Druckverhältnis p1/p2 kleiner ist als ein vorgebbares Grenzdruckverhältnis (p1/p2)GRENZ.However, this takes place only as long as the pressure ratio p 1 / p 2 is smaller than a specifiable limit pressure ratio (p 1 / p 2 ) LIMIT .

Das Druckverhältnis sollte begrenzt werden, damit sich die Fahreigenschaften nicht spürbar verschlechtern, insbesondere dem Fahrer immer die gewünschte d. h. angeforderte Leistung bereitgestellt werden kann d. h. zur Verfügung steht. Das Druckverhältnis kann nämlich als Maß für die mittels Verdichter rückgeführte Abgasmasse angesehen werden, wobei mit steigender AGR-Rate die durch die Turbine des Abgasturboladers hindurchgeführte Abgasmasse abnimmt, was prinzipbedingt die Leistung mindert.The pressure ratio should be limited, so that the driving characteristics do not noticeably worsen, especially the driver always the desired d. H. requested service can be provided d. H. is available. Namely, the pressure ratio can be regarded as a measure of the exhaust gas mass recirculated by the compressor, with the exhaust gas mass guided through the turbine of the exhaust gas turbocharger decreasing as the EGR rate increases, which in principle reduces the power.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22
Ansaugleitungsuction
33
Zylindercylinder
44
Abgasleitungexhaust pipe
4a4a
Abgasleitungexhaust pipe
4b4b
Abgasleitungexhaust pipe
55
LadeluftkühlerIntercooler
66
Abgasturboladerturbocharger
6a6a
Turbineturbine
6b6b
Verdichtercompressor
77
AbgasrückführungExhaust gas recirculation
88th
Leitung zur Abgasrückführung, RückführleitungLine for exhaust gas recirculation, return line
99
Verdichtercompressor
1010
Bypaßleitungbypass line
1111
erstes Absperrelementfirst shut-off element
1212
zweites Absperrelementsecond shut-off element
1313
Kühlercooler

  • AGRAGR
    AbgasrückführungExhaust gas recirculation
    AGR-RateEGR rate
    korr korrigierte Rückführrate corr corrected return rate
    AGR-Ratelim EGR rate lim
    begrenzte Rückführratelimited return rate
    AGR-Ratestat EGR rate stat
    statische Rückführratestatic return rate
    AGR-Ratetat EGR rate did
    tatsächliche Rückführrateactual return rate
    dmL/dtdm L / dt
    FrischluftmassenstromFresh air mass flow
    ΔmAGR Δm EGR
    zusätzlicher Abgasmassentstromadditional exhaust gas mass flow
    mAGRkorr m AGRcorr
    zusätzliche Abgasmengeadditional amount of exhaust gas
    dn/dtdn / dt
    Drehzahländerung, BeschleunigungSpeed change, acceleration
    dT/dtdT / dt
    Drehmomentänderung torque change
    ΔNOx ΔNO x
    zu erzielende Verringerung an StickoxidemissionenReduction of nitrogen oxide emissions to be achieved
    mAGR m AGR
    Masse an zurückgeführtem AbgasMass of recirculated exhaust gas
    mAGRstat m AGRstat
    rückzuführende Abgasmenge (stationärer Betrieb der Brennkraftmaschine)amount of exhaust gas to be recirculated (stationary operation of the internal combustion engine)
    mAGRkorr m AGRcorr
    zusätzliche rückzuführende Abgasmengeadditional recirculating exhaust gas quantity
    mFrischluft Fresh air
    Masse an zugeführter Frischluft bzw. VerbrennungsluftMass of supplied fresh air or combustion air
    p1/p2 p 1 / p 2
    Druckverhältnis am Verdichter des AbgasturboladersPressure ratio at the compressor of the exhaust gas turbocharger
    (p1/p2)GRENZ (p 1 / p 2 ) LIMIT
    GrenzdruckverhältnisLimit pressure ratio
    XAGR X AGR
    AbgasrückführrateExhaust gas recirculation rate

Claims (8)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Abgasturbolader (6) sowie einer Ansaugleitung (2) zur Versorgung mit Frischluft bzw. Frischgemisch und einer Abgasleitung (4) zur Abführung des Abgases, wobei eine Leitung (8) zur Abgasrückführung (7) vorgesehen ist, die von der Abgasleitung (4) abzweigt und in die Ansaugleitung (2) mündet und in der ein Verdichter (9) zur Förderung der rückzuführenden Abgasmenge vorgesehen ist, wobei eine Bypaßleitung (10) unter Ausbildung einer Abzweigung stromaufwärts des Verdichters (9) von der Rückführleitung (8) abzweigt und unter Ausbildung einer Einmündung stromabwärts des Verdichters (9) wieder in die Rückführleitung (8) mündet und der mindestens eine Abgasturbolader (6) eine in der Abgasleitung (4) angeordnete Turbine (6a) und einen in der Ansaugleitung (2) angeordneten Verdichter (6b) umfasst, bei dem • der Verdichter (9) in der Leitung (8) zur Abgasrückführung (7) aktiviert wird, sobald das Druckgefälle zwischen der Abgasleitung (4) und der Ansaugleitung (2) zur Förderung einer vorgebbaren rückzuführenden Abgasmenge nicht groß genug ist, dadurch gekennzeichnet, dass • die vorgebbare rückzuführende Abgasmenge unter Berücksichtigung einer zu erzielenden Verringerung an Stickoxidemissionen ΔNOx, des Druckverhältnisses p1/p2 am Verdichter (6b) des Abgasturboladers (6) und des durch diesen Verdichter (6b) hindurchgeführten Frischluftmassenstromes dmL/dt festgelegt wird, in der Art, dass • in einem ersten Verfahrensschritt (S1) ausgehend von einem stationären Betrieb der Brennkraftmaschine (1) und einem deaktivierten Verdichter (9) eine Rückführrate AGR-Ratestat bestimmt wird, wobei die zu erzielende Verringerung ΔNOx der Stickoxidemissionen (NOx), das Druckverhältnis p1/p2 am Verdichter (6b) des Abgasturboladers (6) und der durch den Verdichter (6b) hindurchgeführte Frischluftmassenstrom dmL/dt als Eingangsgrößen berücksichtigt werden, • in einem zweiten Verfahrensschritt (S2) ausgehend von einem aktivierten Verdichter (9) eine zusätzliche Rückführrate AGR-Ratekorr bestimmt wird, wobei wiederum die zu erzielende Verringerung ΔNOx an Stickoxidemissionen (NOx), das Druckverhältnis p1/p2 am Verdichter (6b) des Abgasturboladers (6) und der durch den Verdichter (6b) hindurchgeführte Frischluftmassenstrom dmL/dt als Eingangsgrößen berücksichtigt werden, und • in einem dritten Verfahrensschritt (S3) die Rückführrate AGR-Ratestat und die Rückführrate AGR-Ratekorr zu einer Gesamtrückführrate AGR-Ratetat zusammengeführt werden.Method for operating an internal combustion engine ( 1 ) with at least one exhaust gas turbocharger ( 6 ) and a suction line ( 2 ) for the supply of fresh air or fresh mixture and an exhaust pipe ( 4 ) for the discharge of the exhaust gas, wherein a line ( 8th ) for exhaust gas recirculation ( 7 ) provided by the exhaust pipe ( 4 ) branches off and into the intake line ( 2 ) and in which a compressor ( 9 ) is provided for the promotion of the amount of exhaust gas to be recirculated, wherein a bypass line ( 10 ) forming a branch upstream of the compressor ( 9 ) from the return line ( 8th ) and forming an opening downstream of the compressor ( 9 ) back into the return line ( 8th ) and the at least one exhaust gas turbocharger ( 6 ) one in the exhaust pipe ( 4 ) arranged turbine ( 6a ) and one in the intake line ( 2 ) arranged compressors ( 6b ), in which • the compressor ( 9 ) in the line ( 8th ) for exhaust gas recirculation ( 7 ) is activated as soon as the pressure gradient between the exhaust pipe ( 4 ) and the suction line ( 2 ) is not large enough to promote a predetermined recirculating exhaust gas amount, characterized in that The predefinable amount of exhaust gas to be recirculated taking into account a reduction of nitrogen oxide emissions ΔNO x to be achieved, of the pressure ratio p 1 / p 2 at the compressor ( 6b ) of the exhaust gas turbocharger ( 6 ) and by this compressor ( 6b ) fresh air mass flow dm L / dt is determined, in the manner that • in a first method step (S1) starting from a stationary operation of the internal combustion engine ( 1 ) and a deactivated compressor ( 9 ) a rate EGR rate stat is determined, wherein the reduction ΔNO x of the nitrogen oxide emissions (NO x ) to be achieved, the pressure ratio p 1 / p 2 at the compressor ( 6b ) of the exhaust gas turbocharger ( 6 ) and through the compressor ( 6b ) fresh air mass flow dm L / dt passed through are taken into account as input variables, • in a second method step (S2) starting from an activated compressor ( 9 ) an additional return rate EGR rate corr is determined, wherein in turn the reduction ΔNO x of nitrogen oxide emissions (NO x ) to be achieved, the pressure ratio p 1 / p 2 at the compressor ( 6b ) of the exhaust gas turbocharger ( 6 ) and through the compressor ( 6b ) Therethrough guided fresh air mass flow are taken into account as input variables dm L / dt, and • (in a third method step S3), the recirculation rate EGR rate are stat and the recirculation rate EGR rate did corr to a total recirculation rate EGR rate merged. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Abzweigung der Bypaßleitung (10) ein erstes Absperrelement (11) in der Rückführleitung (8) vorgesehen wird.A method according to claim 1, characterized in that upstream of the branch of the bypass line ( 10 ) a first shut-off element ( 11 ) in the return line ( 8th ) is provided. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Verdichters (9) und stromabwärts der Abzweigung der Bypaßleitung (10) ein zweites Absperrelement (12) in der Rückführleitung (8) vorgesehen wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that upstream of the compressor ( 9 ) and downstream of the branch of the bypass line ( 10 ) a second shut-off element ( 12 ) in the return line ( 8th ) is provided. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Einmündung ein Kühler (13) in der Rückführleitung (8) vorgesehen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that downstream of the confluence a cooler ( 13 ) in the return line ( 8th ) is provided. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (9) ein elektrisch betriebener Verdichter ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor ( 9 ) is an electrically operated compressor. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (8) zur Abgasrückführung (7) stromaufwärts der Turbine (6a) von der Abgasleitung (4) abzweigt.Method according to claim 5, characterized in that the line ( 8th ) for exhaust gas recirculation ( 7 ) upstream of the turbine ( 6a ) from the exhaust pipe ( 4 ) branches off. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass • das zweite Absperrelement (12) geöffnet wird, wenn der Verdichter (9) in der Leitung (8) zur Abgasrückführung (7) aktiviert wird, und dieses zweite Absperrelement (12) geschlossen wird, wenn der Verdichter (9) deaktiviert wird.Method according to one of claims 3 to 6, characterized in that • the second shut-off element ( 12 ) is opened when the compressor ( 9 ) in the line ( 8th ) for exhaust gas recirculation ( 7 ), and this second shut-off element ( 12 ) is closed when the compressor ( 9 ) is deactivated. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • bei der Festlegung der vorgebbaren rückzuführenden Abgasmenge eine momentane Fahreranforderung an die Beschleunigung und/oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine (1) berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that • in the definition of the predefinable amount of exhaust gas to be recirculated a momentary driver request to the acceleration and / or the torque of the internal combustion engine ( 1 ) is taken into account.
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