DE102010044923A1 - Verfahren und Vorrichtung zur flexiblen Anpassung und Nutzung der Abwärme von Fahrzeugantrieben - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur flexiblen Anpassung und Nutzung der Abwärme von Fahrzeugantrieben Download PDF

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Abstract

Bei einem Fahrzeugantrieb wird die verfügbare Abwärme mittels kabinenheizleistungssteigernder Strategien der Antriebsmotorsteuerung erhöht und/oder besser genutzt. Insbesondere wird beim Kühl- und Heizungskreislauf eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine, die eine Aufladung und Ladegaskühlung sowie eine Niederdruckabgasrückführung aufweist, der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine bei erhöhtem Kabinenheizbedarf seitens der Motorsteuerung zumindest temporär dadurch künstlich erhöht, dass ein erstes EGR-Regelventil die externe EGR im Niederdruck-EGR-Pfad schließt und ein zweites für die Niederdruck-EGR-Regelung ohnehin erforderliches Abgasdrosselventil 31dk eine Drosselung des Hauptabgasstroms vornimmt. Insbesondere wird zur Kabinenheizleistungssteigerung die Erhöhung der Ladungswechselverluste und der Restgasmenge ausgenutzt und/oder eine Ladedruckmaximierung eines Turboladers vorgenommen und bevorzugt gleichzeitig der Ladegaskühler deaktiviert bzw. umgangen und/oder eine kraftstoffverbrauchserhöhende Brennverlaufsformung vorgenommen. Insbesondere wird eine sehr kosteneffektive Vorrichtung vorgestellt, die einen EGR-Kühler 3 und/oder TEG auch bei reduzierter/deaktivierter externer EGR noch nutzt. Die vorgestellten Verfahren und Vorrichtungen dienen insbesondere dazu, im Warmlauf möglichst schnell auf hohe interne und/oder externe EGR-Raten überzugehen und somit das Abgas effizienter für die Kabinenbeheizung zu nutzen und/oder um einen thermoelektrischen Generator (TEG) im EGR-Zweig besser zu nutzen. Dabei hilft das beschriebene Verfahren, gängige Vorbehalte gegen kabinenheizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen zu überwinden und Bauteilkosten zu sparen. Darüber hinaus wird das Potenzial aufgezeigt, die teuren dieseltypischen externen Kabinen-Zuheizer einzusparen. Teilaspekte der Erfindung sind insbesondere bei beliebigen Motoren und Fahrzeugantrieben einsetzbar, die einen kühlmittelbetriebenen Kabinenheizungswärmetauscher aufweisen.

Description

  • Die Erfindung ist eine Zusatzanmeldung zu der unter der DE 10 2009 042 745.7 beschriebenen Erfindung. Sie betrifft Fahrzeuge mit einer Fahrzeugbeheizung mittels Nutzung der Abwärme des Fahrzeugantriebs oder dessen Komponenten, bei denen die für Kabinenheizzwecke verfügbare Abwärme erhöht oder effizienter genutzt werden soll und/oder bei denen eine antriebsfremde Energiequelle für Kabinenheizzwecke erforderlich ist.
  • In einem ersten Schritt bezieht sich die Erfindung wie die DE 10 2009 042 745.7 auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine mit Aufladung und Ladeluftkühlung, insbesondere mit Turboaufladung, deren Kühlmittel von einer Kühlmittelpumpe zum Heizungswärmetauscher für die Kabine und schließlich zurück zur Brennkraftmaschine gefördert wird, mit von der Motorsteuerung beeinflussten Verstellvorrichtungen zur heizleistungsorientierten Variation des Verbrennungsablaufs innerhalb der Brennkraftmaschine.
  • Neben Maßnahmen zur gleichzeitigen Erfüllung der Lastenhefte bezüglich der Kabinenheizleistung, der Schadstoffemissionen und des Kraftstoffverbrauchs stehen auch bei der Weiterführung der DE 10 2009 042 745.7 Maßnahmen im Mittelpunkt, die es ermöglichen, die erforderliche Kabinenheizleistung mit relativ geringem Kraftstoffmehrverbrauch zu liefern und/oder teure Zuheizer, insbesondere teure PTC-Zuheizer oder kraftstoffbetriebene Zuheizer, zu ersetzen.
  • Die Weiterführung der Erfindung richtet sein Interesse primär auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine mit Aufladung und Ladegaskühlung mit einer Abgasrückführung mit einem ersten EGR-Regelventil in einem EGR-Zweig, welcher unter teilweisem/vollständigem Schließen eines zweiten EGR-Regelventils im Hauptabgasstrom der Verbrennungsfrischluft über einen EGR-Pfad temporär Abgas zumischt. Die Brennkraftmaschine der Zusatzanmeldung weist ebenfalls einen Kühl- und Heizkreislauf auf und ist in ihrer Grundkonfiguration so ausgelegt, dass sie in den i. a. bei ausgeschalteter Heizung und Klimaanlage gefahrenen gesetzlichen Tests bezüglich der Abgasemissionen und Kraftstoffverbräuche optimierte Werte liefert. Insbesondere bezieht sich die Weiterführung der Erfindung primär auf eine solche Brennkraftmaschine mit einer Niederdruck-EGR-Ausführung, bei der der Verbrennungsfrischluft über einen Niederdruck-EGR-Pfad stromauf des Ladegaskühlers 31k temporär rückgeführtes Abgas zugemischt wird, welches stromab der Turbine 31tt eines Turboladers und stromauf eines zweiten im Hauptabgasstrom angeordneten EGR-Regelventils 31dk entnommen wird.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung auch die kosteneffiziente Gewinnung elektrischer Energie aus der Abwärme des Fahrzeugantriebssystems, insbesondere aus Verbrennungsabgas, mittels thermoelektrischer Generatoren (TEG) sowie die Verbesserung der Kabinenheizleistung.
  • Insbesondere erstreckt sich das Anwendungspotential auf beliebige Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführkühler mit TEG und sogar auf beliebige Fahrzeugantriebe mit kühlmittelbetriebenem Kabinenheizungswärmetauscher und TEG.
  • Es ist bekannt, die Abgasemissionen moderner Motoren durch eine externe Abgasrückführung zu senken. Separate EGR-Kreisläufe mit eigenem EGR-Regelventil und mit wassergekühltem EGR-Kühler sind heute Standard in vielen PKW-Dieselmotoren.
  • Auch verschiedene Methoden zur Maximierung der rückgeführten Abgasmenge und zur Minimierung der Temperatur des rückgeführten Abgases einschließlich der Frischgastemperatur sind bekannt und gelten als vielversprechendes Mittel zur Senkung der Schadstoffemissionen.
  • Insbesondere versprechen bereits veröffentlichte zukünftige Niederdruck-EGR-Systeme ein weiteres Potential zur Temperaturabsenkung der Ladeluft einschließlich EGR und somit zur Schadstoffemissionsminderung.
  • Es ist ebenfalls bekannt, dass moderne PKW mit hocheffizienten Dieselmotoren insbesondere in mitteleuropäischen Breitengraden Zusatzheizkomponenten zur winterlichen Kabinenbeheizung aufweisen. Wasserseitige Zuheizungen mittels aus Standheizungen abgeleiteter kraftstoffbetriebener Zuheizer oder die el. Beheizung des Kühlwassers bzw. die direkte el. Beheizung der Kabinenluft mittels der bekannten PTC-Zuheizer sind die marktüblichen Lösungen.
  • Es ist darüber hinaus allgemein bekannt, dass die meisten PKW-Hersteller weitreichende hausinterne Untersuchungen vorgenommen haben, um über die Verstellung der innermotorischen Verbrennung die Abwärme von direkteinspritzenden Dieselmotoren für Kabinenheizzwecke zu steigern, mit dem bekannten Ergebnis, dass bis heute die oben angesprochenen Zuheizkomponenten nicht entfallen konnten.
  • Einschlägige Patentschriften verschiedener Kfz-Hersteller aus älterer und jüngerer Zeit dokumentieren diese Versuche.
  • Insbesondere zeigen die heutigen Diesel-PKW, die zumindest in Deutschland und insbesondere in allen europäischen Kaltländern nach wie vor mit PTC-Zuheizern oder anderen externen Zuheizern ausgestattet sind oder zumindest solche als Ausstattungsoption anbieten, die Erfolglosigkeit aller bisherigen Versuche, bei Fahrzeugen mit hocheffizienten/verbrauchsarmen Dieselmotoren den als kostengünstigste Lösung betrachteten PTC-Zuheizer alleine mittels Motorsteuerungsmaßnahmen zu ersetzen.
  • Generell gehen viele Fachleute derzeit davon aus, dass in Zukunft wegen der zunehmenden Kraftstoffeffizienz zukünftiger Motoren sogar noch stärkere PTC-Zuheizer als heute üblich erforderlich sein werden.
  • Ob dies nun letztlich an der fehlenden Wirksamkeit der bisherigen heizleistungsorientierten Ansätze seitens der Motorsteuerung liegt, oder an der starken Kraftstoffverbrauchszunahme bekannter Maßnahmen, die nach kurzem Motorwarmlauf typischer Weise eine Verlagerung der Verbrennung in Richtung spät vorschlagen, sei dahingestellt.
  • Der Patentanmelder hat in der DE 102 49 541 und der DE 10 2009 042 745.7 Wege aufgezeigt, wie Motorsteuerungsmaßnahmen effektiv zur Steigerung der Kabinenheizleistung bis hin zum Entfall des PTC-Zuheizers verwendet werden können. Insbesondere in Verbindung mit einer Anpassung des Kühl- und Heizkreislaufs werden dabei z. T. außergewöhnlich kraftstoffeffiziente Wege aufgezeigt.
  • Ein gewisser Schwachpunkt ist hierbei zumindest teilweise der Aufwand für die Änderung des Kühl- und Heizkreislaufs sowie die Notwendigkeit, einen speziellen Heizungswärmetauscher und/oder eine Ladeluftkühlerdeaktivierung zu verwenden. Hinzu kommt, dass die Motoren immer kraftstoffeffizienter werden und damit das Heizleistungsdefizit immer größer. Eine Unterstützung der Kabinenheizung mittels heizleistungsorientierter Motorsteuerungsmaßnahmen ist daher nach wie vor von Interesse.
  • Der Widerstand der Fachwelt gegen kabinenheizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen, z. B. wie in der DE 102 49 54 und DE 10 2009 042 745.7 beschrieben, ist jedoch bis heute erheblich. Analoges gilt auch für andere kabinenheizleistungsorientierte Vorschläge in den Anmeldungen verschiedener OEMs.
  • Neben negativen Erfahrungen aus Tests mit fehlender Wirksamkeit bezüglich der Kabinenheizleistungssteigerung ist dabei der enorme Kraftstoffmehrverbrauch pro Heizleistungsgewinn ein ganz wesentliches Argument gegen jegliche Motorsteuerungsmaßnahmen für Kabinenheizzwecke.
  • Vielfach sind zusätzlich negative Erwartungen/Erfahrungen in Bezug auf die Dauerhaltbarkeit, die Kondensatbildung und Vereisung, die Versottung von Bauteilen, die Laufkultur bzw. die Geräuschemission, das Rauchverhalten bezüglich Ruß- und/oder Weißrauch einschließlich des Geruchsverhaltens sowie eine erhöhte Ölverdünnung die Argumente, die die Fachwelt nach aktuellem Stand in der Regel dazu bewegen, heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen erst gar nicht zu erwägen.
  • Die Patentanmeldung DE 10 2009 042 745.7 zeigt Wege auf, wie viele bestehende Vorbehalte bezüglich heizleistungsorientierter Motorsteuerungsmaßnahmen ausgeräumt werden können und beschreibt eine Reihe anwendungsspezifischer Einzellösungen. Je nach kundenspezifischem Vorbehalt bzw. je nach Bauraum-, Kosten- bzw. Kraftstoffverbrauchszielwert werden dabei verschiedene Lösungen vorgestellt, um die Kosten für den dieseltypischen PTC-Zuheizer einzusparen.
  • Ein gewisser Nachteil der dort vorgeschlagenen Lösungen liegt insbesondere zum einen im nicht zu unterschätzenden Applikationsaufwand für die jeweilige Motorfamilie, zum anderen aber auch beim Kraftstoffmehrverbrauch, zum Teil aber auch im Bauteilaufwand. Speziell beim Übergang auf Niederdruck-EGR-Systeme kommen zusätzlich neue Vorbehalte hinzu, insbesondere bezüglich der Kondensat- bzw. Tröpfchenbildung.
  • Des weiteren ist es bekannt, mittels thermoelektrischer Generatoren (TEG) el. Energie aus dem heißen Abgas von Verbrennungsmotoren zu gewinnen.
  • In der MTZ 04/2009, S. 272–281 ist ein derartiges System in Form eines TEGs in Abgaswärmetauscheranordnung beschrieben, wobei das Abgas im Hauptabgasstrang als Wärmquelle dient und das Kühlmittel der Motorkühlung als Wärmesenke für den TEG. Die dort gezeigte Anordnung des TEGs im Hautabgasstrang unter dem Fahrzeug ist relativ aufwändig in Bezug auf Bauraum und Kosten, da zur thermischen Absicherung ein abgasseitiges Bypasssystem vorgesehen ist.
  • Um diesen Aufwand zu vermeiden schlagen alternative Lösungen vor, bei Dieselmotoren den EGR-Kühlerzweig bzw. den EGR-Kühler selbst als TEG-System auszubilden. In der ATZ 12/2009, S. 901 ist ein derartiges System kurz umrissen.
  • Auch im Tagungsband „Wärmemanagement des Kraftfahrzeugs VII", Juni 2010, S. 360–366 wird auf diese Thematik eingegangen. Durch die Integration des TEGs in den EGR-Kühler reduzieren sich die Kosten erheblich, insbesondere da auf der Abgasseite keine zusätzlichen Ventile benötigt werden.
  • Als Entnahmestelle für das Abgas wird bisher für EGR-TEGs bewusst die Position vor der Turbine gewählt, um möglichst hohe Temperaturpotentiale für den TEG bereitzustellen.
  • Als wesentlicher Nachteil wird beim EGR-TEG angesehen, dass dieser nur einen Bruchteil der maximal möglichen Leistung eines TEGs im Hauptabgasstrom erzielen kann. Dies liegt daran, dass trotz hoher Abgastemperaturen bei Abgasentnahme stromauf der Turbine der Abgasmassenstrom im EGR-Zweig im Normalfall deutlich niedriger ist als im Hauptabgasstrang. Hinzu kommt, dass die EGR häufig nicht oder nur kaum aktiv ist.
  • Speziell aus diesen Gründen wird – langfristig gesehen – von vielen Experten der weiter oben beschriebene TEG im Hauptabgasstrom unterhalb des Fahrzeugs mit abgasseitiger Bypass-Lösung favorisiert.
  • Demgegenüber liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, Verbrennungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen unter Ausnutzung der Potentiale und Bauteile, die diese aufgrund der Weiterentwicklung in Richtung verbesserter Kraftstoffverbräuche und/oder Schadstoffemissionen im gesetzlichen Abgastest, d. h. bei ausgeschalteter Kabinenheizung und ausgeschalteter Klimaanlage, ohnehin erhalten, bei Kabinenheizleistungsdefizit und/oder im Normalbetrieb auf der Straße so mittels der Motorsteuerung und gegebenenfalls erforderlicher Zusatzvorrichtungen anzusteuern, dass sich mit geringem Zusatzbauteile- und/oder geringem Applikationsaufwand und/oder geringem Applikationsrisiko eine verbesserte Kabinenheizleistung und/oder ein reduzierter Kraftstoffverbrauch ergibt und insbesondere, dass el. PTC-Zuheizer entfallen können und/oder dass el. PTC-Zuheizer mit reduzierter Leistung und reduzierten Systemkosten ausreichend sind.
  • Dabei sollen insbesondere die Erkenntnisse aus der DE 10 2009 042 745.7 bezüglich deren Aufgabenstellung und deren Lösung berücksichtigt werden und deren Anwendbarkeit auf zukünftige Motorbauarten erweitert.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Auch die weiteren unabhängigen Ansprüche lösen diese Aufgabenstellung für sich alleine und in Verbindung mit den beigeordneten Ansprüchen.
  • In vielen Punkten wird mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise auch unmittelbar die Aufgabe der DE 10 2009 042 745.7 gelöst. Das betrifft insbesondere die Erweiterung des potentiellen Verstellbereichs für heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen.
  • Ein ganz maßgebliches Mittel für die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur kosteneffizienten Verbesserung des Fahrzeugs außerhalb des gesetzlichen Abgastests ist die von der Motorsteuerung ansteuerbare Abgasklappe 31dk im Hauptabgasstrang 10ft.
  • Ein wichtiger Erfindungsgedanke besteht dabei darin, dass diese in manchen Anwendungen, insbesondere bei zukünftigen Niederdruck-EGR-Systemen, bereits für den gesetzlichen Abgastest ohnehin verbaut wird bzw. eingeplant ist oder dass sich die Niederdruck-EGR in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Zusatzpotentialen letztlich als das überlegene System herauskristallisiert.
  • Ohne darauf beschränkt zu sein, konzentriert sich die Erfindungsbeschreibung nachfolgend zunächst auf Motoren mit Niederdruck-EGR-Systemen.
  • Der Übergang von den heute serientypischen Hochdruck-EGR-Systemen zu einem Niederdruck-EGR-System bedingt je nach EGR-Konzept oftmals ein abgasseitiges Drosselventil 31dk. Mit anderen Worten, das Drosselventil 31dk, z. B. gemäß 1 oder 3, ist rein aus Emissionsgründen vorteilhaft bzw. erforderlich.
  • Die sich hieraus ergebenden synergetischen Freiheitsgrade bezüglich der erfindungsgemäßen Ansteuerung des EGR-Ventils 14 und des Abgasdrosselventils 31dk für Kabinenheizzwecke sind daher für bestimmte Varianten von Niederdruck-EGR-Systemen kostenneutral.
  • Unter Weiterführung/Anpassung der Erkenntnisse aus der DE 10 2009 042 745.7 ergibt sich damit – stark vereinfacht betrachtet – bei geöffnetem EGR-Zweig u. a. die Möglichkeit, den Abgasdurchsatz durch die Turbine 31tt des Turboladers und den Gasdurchsatz durch den Turboverdichter 31tv trotz aktivierter Abgasrückführung fast so hoch zu gestalten, wie bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise nach der DE 10 2009 042 745.7 .
  • Im Gegensatz zur DE 10 2009 042 745.7 lässt sich nun aber gleichzeitig der Abgasmassenstrom im Hauptabgaszweig 31ft mittels der Drosselklappe 31dk im Abgasstrang wesentlich kleiner gestalten. Das bedeutet letztlich u. a. einen relativ hohen Ladedruck bei etwas angehobenem Abgasgegendruck und relativ kleinen Abgaswärmeverlusten im Hautabgaszweig 10ft.
  • Auch bei deaktivierter externer EGR, d. h. bei geschlossenem erstem EGR-Regelventil, wird bei Heizleistungsdefizit erfindungsgemäß bevorzugt ein möglichst hoher Ladedruck eingestellt, bei gleichzeitiger Drosselung des Hauptabgasstroms mit dem zweiten EGR-Regelventil 31dk im Hauptabgasstrang 10ft.
  • Diese Vorgehensweise liefert in Verbindung mit den dieseltypischen Ladungswechselventilsteuerzeiten der Ein- und Auslassventile zum einen eine gewisse Erhöhung der Restgasmenge. Zum anderen liefert sie bei typischen Teillastbetriebspunkten mit Heizleistungsdefizit angesichts des am Turboverdichter anliegenden Frischluftdrucks auf nahezu Umbebungsdruckniveau immer noch einen relativ hohen Ladedruck.
  • Die abgasseitige Drosselung über das zweite EGR-Regelventil 31dk bei geschlossenem erstem EGR-Ventil 14 wird insbesondere bei sehr kleiner oder gar völlig fehlender Ventilüberschneidung der Ladungswechselventile in der Regel nur auf eine moderate Absenkung des Frischluft- und des Abgasmassenstroms führen.
  • Hieran ist insbesondere beteiligt, dass der Turbolader trotz der abgasseitigen Drosselung von den einzelnen Zylindern mit einer hinreichenden Menge Abgas versorgt wird und die abgasseitige Drosselung primär lediglich die Ladungswechselarbeit beim Ausschieben der Abgase erhöht.
  • Dennoch ist die abgasseitige Drosselung in gewissen Grenzen nützlich zur Begrenzung der Abgaswärmeverluste. Das betrifft neben der höheren internen EGR auch den schnelleren Übergang zur Aktivierung der externen EGR.
  • Insbesondere erleichtert der mit der abgasseitigen Drosselung induzierte Kraftstoffmehrverbrauch in Verbindung mit der höheren internen EGR und den höheren Ladungstemperaturen eine kraftstoffverbrauchserhöhende und kabinenheizleistungsseigernde Gestaltung der Einspritzzeiten und/oder der Zündung.
  • Das ohnehin vorhandene Drosselventil 31dk kann bei geschlossenem EGR-Zweig insbesondere – ganz für sich alleine oder in Verbindung mit zugunsten der Heizung verstellten Einspritzzeiten – dazu verwendet werden, die Ladungswechselverluste signifikant zu erhöhen, um möglichst schnell eine Mindest-Bauteiltemperatur des Motors und des Kühlmittels zu erreichen.
  • Das wiederum hilft, insbesondere bei potentiellen Bedenken bezüglich der Bauteilverunreinigung, im Warmlauf relativ früh eine Aktivierung des EGR-Zweigs und des EGR-Kühlers zu realisieren sowie die oben beschriebene Betriebsart mit hoher EGR-Rate und hohem Gasdurchsatz durch Turbine und Verdichter und bei möglichst hohem Ladedruck.
  • Wie bereits in der DE 10 2009 042 745.7 ist es – trotz der Drosselung durch das teilweise oder ganz geschlossene Ventil 31dk – auch hier in vielen Betriebspunkten mit Kabinenheizleistungsdefizit möglich und besonders vorteilhaft, wenn eine Einstellung des effektiv beim Ladungswechsel am Brennraum anliegenden Ladedrucks der Frischluft einschließlich des rückgeführten Abgases in Richtung auf den maximal möglichen Wert erfolgt, insbesondere auf einen Wert, der mindestens 25% oberhalb des Ladedrucks beim Normalbetrieb liegt und bevorzugt mindestens 1,5 bar bei Fahrzeugstillstand.
  • Eine relativ hohe Ladungsdichte und Ladungstemperatur zum Einspritzzeitpunkt ermöglicht es insbesondere ohne Risiko eine heizleistungsorientierte Verschiebung der Einspritzzeiten vorzunehmen. Besonders vorteilhaft ist es auch hier, wenn dies im Vergleich zum Normalbetrieb ohne Einstellung der Motorsteuerung 20 in Richtung erhöhter Kabinenheizleistung, in Verbindung mit einer solchen Verschiebung des (der) Kraftstoffeinspritzzeitpunktes(e) erfolgt, dass die erste(n) Einspritzung(en) vor OT um mindestens 5°KW in Richtung früher verlegt ist (sind) und/oder die letzte(n) Einspritzungen nach OT um mindestens 5°KW in Richtung später.
  • Im Vergleich zur DE 10 2009 042 745.7 ist die erfindungsgemäße Weiterentwicklung insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Frischluftmassenstrom und der Abgasmassenstrom, der an die Umgebung austritt, im zeitlichen Mittel über den Betrieb mit Heizleistungsdefizit kleiner ausfällt.
  • In der DE 10 2009 042 745.7 und in der erfindungsgemäße Weiterentwicklung ist es im Verlauf des Warmlaufs zur Maximierung der Kabinenheizleistung insbesondere vorteilhaft, wenn der effektive Frischluftmassenstrom mL,eff der Verbrennung zur Minderung eines Kabinenheizleistungsdefizits bei Motordrehzahlen unter 1500 1/min zumindest temporär kleiner ist als 50% eines mit dem Hubvolumen VH, der Motordrehzahl n und der Umgebungsluftdichte rohL,Umgebung gemäß der Gleichung mL,ref = ((n/2)/60)·Vh·rohL,Umgebung) gebildeten Referenzfrischluftmassenstroms mL,ref.
  • Bei typischen Kabinenheizleistungstests wird vielfach mit ca. 50 km/h und Motordrehzahlen zwischen 1200 und 1600 1/min gefahren. Bei einer solchen Fahrt mit einer Motordrehzahl von z. B. 1500 1/min ergibt sich nach dieser Berechnung bei einer Luftdichte von 1,2 kg/m3 und einem Hubraum von 2,0 l ein Referenzfrischluftmassenstrom von mL,ref = ((1500/2)/60)·2,0/1000·1,2) = 0,030 kg/s und somit ein Zielwert für den effektiven Frischluftmassenstrom von mL,eff < 0,015 kg/s.
  • Für einen turboaufgeladenen direkteinspritzenden Dieselmotor sind das Werte, wie sie bisher absolut nicht üblich sind. Wie Messungen jedoch zeigen, ist ein solcher Betrieb nicht nur möglich, sondern oftmals in Bezug auf eine effektive Kabinenheizung mit moderatem Kraftstoffmehrverbrauch auch absolut zielführend.
  • Insbesondere ist es sogar z. T. möglich am oben diskutierten Betriebspunkt mit effektiven Frischluftmassenströmen von nur 0,010–0,012 kg/s und weniger zu arbeiten, sobald die EGR aktiviert ist bzw. nachdem die ersten 3–5 Minuten des Warmlaufs bei beispielweise –20°C Starttemperatur vergangen sind. An diesen Zahlenwerten ist insbesondere die besonders gute Wirksamkeit des Turboladers bei Niederdruck-EGR-Konfigurationen beteiligt, die beispielsweise analog zu 1 oder 3 aufgebaut sind.
  • Auch die Schadstoffemissionen einschließlich der Rußbildung sind insbesondere bei Verwendung der beigeordneten Ansprüche überraschend gering.
  • Hieran ist insbesondere die erhöhte Ladungstemperatur und die erhöhte Ladungsdichte bzw. der zumindest erhöhte Ladungsdruck beim erfindungsgemäßen Betrieb mit Heizleistungsdefizit sehr hilfreich.
  • Hinzu kommt, dass je nach Hardware relativ schnell auf die besonders effiziente Betriebsweise mit hohen EGR-Raten übergegangen werden kann und dann trotz teilweisen oder völligen Schließens des Drosselventils 31dk und trotz eines hohen EGR-Massenstroms eine vergleichsweise hohe Ladungsdichte im Motor anliegt und gleichzeitig ein relativ hoher Sauerstoffgehalt des Ladegases.
  • Im Gegensatz zur Basisausgestaltung der DE 10 2009 042 745.7 ist es in der erfindungsgemäßen Weiterentwicklung z. T. bereits in der sehr frühen Warmlaufphase, insbesondere bereits im Zeitfenster 1–5 oder gar 1–2 Minuten möglich und zur Maximierung der Kabinenheizwirkung sinnvoll, bei geschlossener EGR mittels der Drosselklappe 31dk einen – im Rahmen des motorspezifisch Möglichen – reduzierten Frischluftmassenstrom einzustellen: Einerseits um die Ladungswechselverluste zu erhöhen und gleichzeitig die Abgaswärmeverluste an die Umgebung zu begrenzen, andererseits um möglichst schnell zur Betriebsart mit hoher EGR zu gelangen.
  • Insbesondere ist es vorteilhaft, die zur Verbesserung der Kabinenheizleistung mittels eines teilweisen oder vollständigen Schließens des Abgasdrosselventils 31dk herbeigeführte Erhöhung der internen und/oder externen EGR für Kabinenheizwecke so wert zu erhöhen, dass es zu einer Verlangsamung der Verbrennung kommt. Das führt – ähnlich wie eine Spätverlegung der letzten Einspritzung – ebenfalls zu einer Verlagerung der Verbrennung in Richtung spät. Bereits bei Beibehaltung der ursprünglich annähernd kraftstoffverbrauchsoptimal eingestellten Einspritzzeiten ergibt sich aus dieser Verschiebung der Verbrennung in Richtung spät ein zusätzlicher Kraftstoffmehrverbrauch, der dem Mehrverbrauch aus der erhöhten Ladungswechselarbeit überlagert ist und bei Kabinenheizleistungsdefizit in der Regel sehr willkommen.
  • Insbesondere bei geeigneter Einbindung der DPF mit Oxikat, kann hier sogar eine gewisse Menge an Zusatzruß und HC stromauf des Oxikats bzw. der DPF vorübergehend in Kauf genommen werden.
  • Insbesondere bei Beschränkung dieser Vorgehensweise auf extrem kalte Umgebungstemperaturen unterhalb von beispielsweise –10°C und bei Verwendung annähernd emissionsoptimaler EGR-Rate bei höherer Umgebungstemperatur fällt der hiermit ganz bewusst induzierte Kraftstoffmehrverbrauch im Jahresmittel zumeist nicht ins Gewicht.
  • Eine Reihe weiterer Details wird später exemplarisch anhand von 1–6 näher diskutiert, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • In einer ersten ganz besonders einfachen Variante sieht die erfindungsgemäße Vorgehensweise vor, dass der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine bei erhöhtem Abwärmebedarf, insbesondere bei hohem Kabinenheizbedarf, seitens der Motorsteuerung 20 temporär dadurch künstlich erhöht wird, dass das erste EGR-Regelventil 14 schließt und das zweite EGR-Regelventil 31dk eine Drosselung des Hauptabgasstroms in Richtung der maximal zulässigen Werte des im Brennraum verbleibenden Restgases und/oder des Abgasgegendrucks vornimmt.
  • Hierzu kommen insbesondere ausschließlich Bauteile zum Einsatz, die aufgrund der Verwendung eines Niederdruck-EGR-Systems zur Erfüllung des gesetzlichen Abgastests, d. h. ohne Kabinenheizleistungsentnahme und auch ohne die erfindungsgemäßen Kabinenheizleistungssteigerungsmaßnahmen, ohnehin erforderlich sind. Mit anderen Worten die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Verbesserung der Kabinenheizung ist in Bezug auf die eingesetzten Bauteile kostenneutral.
  • Dabei steigt der Kraftstoffverbrauch bei mäßiger Drosselung zunächst nur relativ wenig an. Neben dem Energieeintrag ins Kühlmittel aufgrund des Kraftstoffmehrverbrauchs wird bei dieser Vorgehensweise die interne EGR bzw. die im Motor verbleibende Restgasmenge erhöht und der Verbrennungsfrischluftmassenstrom reduziert. Beides erhöht wiederum die motorseitige Abwärme ins Kühlmittel. Gleichzeitig steigt der Abgasdruck im Abgaskrümmer und in den Brennräumen der einzelnen Zylinder, was ebenfalls den Wärmeübergang ins Kühlmittel begünstigt.
  • Letztlich reduziert sich auf diesem Weg der Verbrennungsfrischluftmassenstrom 10f und in gleicher Weise der letztlich in die Umgebung austretende Abgasmassenstrom 10ft. Die Abgasverluste im Abgasstrom 10ft sind deshalb trotz gestiegener Abgastemperaturen, insbesondere bei Motoren die bei erhöhtem Abgasgegendruck eine hohe interne EGR aufweisen oder mittels variabler Ventilsteuerzeiten einstellen können, z. T. sogar geringer als ohne den Kraftstoffmehrverbrauch aufgrund der Abgasdrosselung. Das macht diese Vorgehensweise besonders attraktiv gegenüber dem Weg der DE 10 2009 042 745.7 , die in der Phase ohne EGR bevorzugt mit hohen Ladedrücken und ganz besonders hohen Fischluftmassenströmen arbeitet, auf diesem Weg aber auch höhere Abgaswärmeverluste induziert, verbunden mit gewissen Nachteilen beim Kraftstoffverbrauch. Deswegen ist es dort ganz besonders wichtig, den Abgasrückführung möglichst früh zu aktivieren, was aber nicht immer machbar ist.
  • Insbesondere kann – je nach Motorlast und Kabinenheizbedarf – gegebenenfalls die Abgasdrosselklappe 31dk stärker oder schwächer in Richtung Drosselung gefahren werden und so die Kabinenheizleistung mehr oder weniger angehoben. Die i. a. ohnehin vorhandene Messung des Verbrennungsfrischluftmassenstroms mittels der Motorsteuerung stellt dabei sicher, dass trotz der Drosselung genügend Verbrennungsluft bzw. genügend Luftüberschuss für eine sichere und schadstofffreie Verbrennung verfügbar ist.
  • Im Gegensatz zur heute bereits beim Freibrennen des Dieselpartikelfilters temporär üblichen Drosselung des Frischluftmassenstroms mit einer saugseitigen bzw. ladegasseitigen Drosselung – z. B. mit der Drosselklappe 31sdk in 1 und gleichzeitig geschlossenem Ventil 14 – ist diese erfindungsgemäße Vorgehensweise dadurch gekennzeichnet, dass im Brennraum eine höhere Restgasmenge vorliegt, verbunden mit einem höheren Wärmeübergang an die Brennraumwände und an das Kühlmittel. Das ist gut für die Kabinenheizwirkung und erweitert den Verstellbereich für heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen über die Verlagerung der Einspritzzeitpunkte nach „früher vor OT” und/oder „später nach OT”.
  • Das wiederum liegt daran dass, zum einen die Gastemperaturen zum Einspritzzeitpunkt höher sind zum anderen aber auch daran, dass die Gefahr der Wandbenetzung und Ölverdünnung angesichts der höheren Gastemperaturen und Gasdrücke bzw. Gasdichte geringer ist. Auch das erneute Ausdampfen von Kraftstoff aus dem Öl wird durch die höheren Brennraumwandtemperaturen begünstigt.
  • Der Druck im Brennraum ist im Bereich der Einspritzung/Zündung zwar i. a. nicht so hoch wie bei einer Ladedruckmaximierung, z. B. gemäß einiger Vorschläge der DE 10 2009 042 745.7 ohne Abgasdrosselklappe 31dk, dennoch erlauben die erhöhten internen Temperaturen im Brennraum und der erhöhte Druck bei vielen Anwendungen, dass im Vergleich zum Normalbetrieb ohne Einstellung der Motorsteuerung in Richtung erhöhter Kabinenheizleistung, eine solche Verschiebung des (der) Kraftstoffeinspritzzeitpunktes(e) erfolgt, dass die erste(n) Einspritzung(en) vor OT um mindestens 5°KW in Richtung früher verlegt ist (sind) und/oder die letzte(n) Einspritzungen nach OT um mindestens 5°KW in Richtung später. Diese Option ermöglicht eine zusätzliche Steigerung der Kabinenheizleistung.
  • Eine derartige Vorgehensweise ist insbesondere auch ohne eine Vorrichtung 31b oder 31sv zur Deaktivierung der Ladegaskühlung 31k noch relativ kraftstoffeffizient.
  • Dennoch ist es insbesondere für den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen in der Regel günstiger, weder auf die Aktivierung/Maximierung der EGR noch auf die Vorrichtung 31b oder 31sv zu verzichten.
  • Speziell im Hinblick auf das Freibrennen des Partikelfilters liefert die erfindungsgemäße Drosselung mit der abgasseitigen Drosselklappe 31dk für Kabinenheizzwecke insbesondere eine etwas bessere Ausgangsbasis zum Freibrennen des Partikelfilters, da die Abgastemperaturen höher sind als im Normalbetrieb. Vor diesem Hintergrund kann diese Vorgehensweise auch ohne Kabinenheizleistungsdefizit bewusst vorteilhaft genutzt werden, um den Dieselpartikelfilter mit Oxikat 31dpf solange vorzuwärmen bis der Oxikat eine hinreichende Temperatur zur Einleitung der Kraftstoffzusatzeinspritzung für das Freibrennen hat. Das gilt insbesondere im Winter, wo die damit ins Kühlmittel eingebrachte Zusatzwärme in der Regel keine Überhitzungsgefahr mit sich bringt. Im Vergleich zur heute üblichen saugseitigen Drosselung des Verbrennungsfrischluftmassenstroms bietet diese Vorgehensweise insbesondere auch mehr Spielraum die Vorwärmung des Abgassystems durch Verstellung der Einspritzung in Richtung spät zu unterstützen und/oder die Ölverdünnung mit Kraftstoff zu reduzieren.
  • Beim Einleiten der Kraftstoffzusatzeinspritzung für das Freibrennen der DPF oder anderer Abgasnachbehandlungssysteme ist es aus Kraftstoffverbrauchsgründen und zur Vermeidung thermischer Überlastung gegebenenfalls wiederum in der Regel vorteilhaft, die EGR mit dem Ventil 14 abzuschalten und gegebenenfalls das abgasseitige Drosselventil 31dk komplett zu öffnen und auf eine Drosselung des Frischluftmassenstroms mit der Klappe 31sdk überzugehen.
  • Speziell für Dieselmotoren mit Niederdruck-Abgasrückführung ist es vor diesem Hintergrund insbesondere vorteilhaft, dass die Motorsteuerung 20 die externe Abgasrückführung deaktiviert, wobei insbesondere ein EGR-Ventil 14 schließt, und
    • • in einer ersten vom Normalbetrieb abweichenden Betriebsart, mit Einstellungen zum Freibrennen eines Dieselpartikelfilters 31dpf oder einer anderen Abgasnachbehandlungskomponente, eine Drosselung des Verbrennungsfrischluftmassenstroms mit einer saugseitigen bzw. ladegasseitigen Drosselklappe 31sdk vornimmt, so dass sich die Ladungsdichte im Brennraum und im Abgasstrang reduziert und
    • • dass die Motorsteuerung in einer zweiten vom Normalbetrieb abweichenden Betriebsart, mit Einstellungen zur temporären Kabinenheizleistungssteigerung, eine abgasseitige Drosselung des Verbrennungsfrischluftmassenstroms mit einer Drosselklappe 31dk vornimmt, durch welche der gesamte das Abgassystem in Richtung Umgebung verlassende Hauptabgasstrom 10ft strömt, so dass sich die Ladungsdichte im Brennraum und im Abgasstrang erhöht und die Kabinenheizwirkung verbessert wird.
  • Darüber hinaus ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zum Einleiten/Vorbereiten des Freibrennens der Abgasanlage zunächst ebenfalls die abgasseitige Drosselung 31dk verwendet wird und erst beim Einleiten der Zusatzeinspritzung die saugseitige Drossel 31sdk.
  • Die erfindungsgemäße Nutzung der bei vielen Niederdruck-EGR-Systemen ohnehin vorhandenen abgasseitigen Drossel 31dk zur Verbesserung der Kabinenheizwirkung ist bereits für sich alleine betrachtet sehr attraktiv, da außer einem gewissen Software- bzw. Applikationsaufwand in der Regel keine Kosten entstehen.
  • Gegebenenfalls bedeutet es aber auch wenig Mehraufwand die Klappe 31dk etwas in Richtung höherer maximaler Drosselwirkung bzw. Druckbeständigkeit auszulegen.
  • Hinzu kommt, dass die damit erhöhte Restgasmenge bzw. interne EGR im Gegensatz zur externen EGR weniger Oberflächenwärmeverluste an die Umgebung liefert und auch ohne Bedenken bezüglich einer Kondensatabscheidung oder Versottung im EGR-Kühler 3 und/oder dem gesamten EGR-System einschließlich dem EGR-Ventil 14 eingesetzt werden kann.
  • Dennoch ist es aus Kraftstoffverbrauchsgründen bei vielen Anwendungen vorteilhaft, möglichst bald mit reduzierter Drosselung der Klappe 31dk zu fahren und dann über die Öffnung des EGR-Ventils 14 den Frischluftmassenstrom 10f bzw. den Abgasmassenstrom 10ft zur Verbesserung der Kabinenheizwirkung möglichst klein zu halten.
  • Spätestens, wenn alleine die Reduktion des Frischluftmassenstroms in Verbindung mit einer hohen EGR-Rate für eine ausreichende Kabinenheizleistung sorgt, führt dies in der Regel zu einem besseren Kraftstoffverbrauch als eine abgasseitige Drosselung mit der Klappe 31dk ohne Öffnen des EGR-Ventils 14.
  • Dies gilt insbesondere in erhöhtem Maße, wenn der EGR-Kühler 3 vor dem Heizungswärmetauscher 4 angeordnet ist und durch eine entsprechende Auslegung der Heizungskühlmitteldurchsätze und des Heizungswärmtauschers 4 auf hohe, d. h. nahezu gesättigte, Wärmeübertragung bei bereits moderatem Kühlmitteldurchsatz, die am ERG-Kühler ins Kühlmittelübertragene Abwärme verstärkt auf die Fahrzeugkabine fokussiert.
  • In der Regel bringt es weitere Vorteile, wenn die erfindungsgemäße Vorgehensweise zusätzlich durch weitere Heizleistungssteigerungsmaßnahmen gemäß der Patentanmeldung DE 10 2009 042 745.7 unterstützt wird. Insbesondere lassen sich damit vielfach Vorteile bezüglich des für die Heizleistungssteigerung erforderlichen Kraftstoffvermehrbrauchs und der potentiellen Verschmutzung, Belagablagerung und der Kondensatausscheidung erzielen.
  • Insbesondere hilft es hierbei, wenn temporär die aus der DE 10 2009 042 745.7 bekannten Maßnahmen zur Heizleistungssteigerung zum Einsatz kommen d. h. z. B.
    • • dass eine Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes durch die Brennkraftmaschine in Richtung der für den sicheren Motorbetrieb zulässigen und/oder für die Heizleistung besonders bevorzugten Grenzwerte erfolgt und/oder
    • • eine el. Ansaugluftbeheizung und/oder
    • • eine Ladeluftkühlerdeaktivierung und/oder
    • • wenn eine Aufteilung in je eine separate Verbrennung vor dem oberen Totpunkt und nach dem oberen Totpunkt eine Erhöhung der Brennraumwandtemperatur und der Verdichtungstemperatur des Brenngases zum Brennbeginn relativ zur entsprechenden Kurbelwellenstellung im Normalbetrieb ohne kabinenheizleistungsorientierte Kraftstoffverbrauchserhöhung bewirkt (bewirken).
  • Diese Verbesserungen können wahlweise so kombiniert werden, dass sich eine Maximierung der Kabinenheizwirkung ergibt oder eine Minimierung des Kraftstoffmehrverbrauchs. Genauere Details sind in der DE 10 2009 042 745.7 ausführlich beschrieben und lassen sich in Verbindung mit dem vorliegenden Anmeldungstext leicht anwendungsspezifisch anpassen.
  • Vor dem Aktivieren des externen EGR-Zweigs 11lpegr – dies ist aus Kraftstoffverbrauchs- und Emissionsgründen in der Regel bei fast allen Fahrzeuganwendungen früher oder später zumindest temporär anzustreben – liefert die erfindungsgemäße Drosselung des Abgasmassenstroms mit der Klappe 31dk eine schnellere Erwärmung des Kühlmittels und insbesondere des wassergekühlten EGR-Kühlers 3. Dabei ist eine Mindestkühlmitteltemperatur im EGR-Kühler insbesondere dann wichtig, wenn sicher vermieden werden soll, dass Wasser aus dem rückgeführten Abgas auskondensiert und u. U. die Verdichterturbine 31tv durch Tröpfchenaufprall beschädigt oder dass das Kondensat zusammen mit den Bestandteilen des Abgases ein korrosives Gemisch bildet.
  • Um auch eine Kondensation im Mischgas und im Frischgas sicher zu vermeiden ist es insbesondere vorteilhaft, ein Modell zur Berechnung der relativen Feuchte des rückgeführten Abgases und der Verbrennungsfrischluft zu verwenden und die rückgeführte Abgasmenge so zu begrenzen, dass eine Kondensatbildung weitgehend ausbleibt.
  • Auch in diesem Zusammenhang liefern die erfindungsgemäßen Ansätze der DE 10 2009 042 745.7 und der vorliegenden Anmeldung elegante Möglichkeiten, vor dem Aktivieren der externen Abgasrückführung für eine Vorwärmung der involvierten Bauteile zu sorgen und dennoch eine ausreichende Kabinenheizleistungssteigerung zu ermöglichen.
  • Sowohl die Maximierung des Frischluftmassenstroms und des Ladedrucks und damit auch der Ladetemperatur als auch die Deaktivierung des Ladeluftkühlers 31k als auch die kühlmittelseitige Vorwärmung des EGR-Kühlers 3 sowie die Steigerung der zum Zeitpunkt der EGR-Aktivierung verfügbaren Abgastemperaturen mittels der heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen und gegebenenfalls der Abgasdrosselung mit der Klappe 31dk helfen, eine potentielle Kondensatproblematik sicher zu beherrschen.
  • Damit kann relativ früh dazu übergegangen werden, das Kabinenheizleistungsdefizit über eine hohe externe EGR-Rate mit einer moderaten Verstellung der Einspritzparameter und/oder einer moderaten Drosselung an der Klappe 31dk zu beheben und somit den Kraftstoffmehrverbrauch für Kabinenheizzwecke zu begrenzen oder gar aufzuheben.
  • Das gilt ganz grundsätzlich, ganz besonders jedoch bei Anordnung des EGR-Kühlers 3 vor einem Hochleistungsheizungswärmetauscher 4 und verglichen zum heutigen Serienstandard kleinen bis mittleren Kühlmitteldurchflüssen, so dass am EGR-Kühler eine signifikante Temperaturerhöhung am Heizungsvorlauf erzielt wird.
  • Wie bei der DE 10 2009 042 745.7 ist es – mit gewissen Einschränkungen aufgrund der in der Regel etwas geringeren Ladedrücke – sehr vorteilhaft, eine mehrfache Einspritzung des Kraftstoffs mit ersten und zweiten Einspritzungen vorzunehmen, so dass hierdurch zwei separate in sich weitgehend, insbesondere zu mehr als 90%, abgeschlossene Verbrennungen erzeugt werden. Dabei erfolgt die Verschiebung der ersten Einspritzung(en) besonders bevorzugt derart in Richtung früh, dass die Umsetzung des für die erste Verbrennung eingebrachten Kraftstoffs vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes weitgehend abgeschlossen ist und die Verschiebung der zweiten Einspritzung(en) derart in Richtung spät, dass die zweite Verbrennung hinter dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes beginnt.
  • Zur Begrenzung der Spitzendrücke und Druckgradienten bzw. der Geräuschemissionen ist es hierbei besonders vorteilhaft, dass die Kraftstoffmenge der ersten vor OT abgeschlossenen Verbrennung in etwa annähend so groß, ist wie die der zweiten nach OT beginnenden Verbrennung, und insbesondere dass jeweils eine erste Haupteinspritzung vor OT mit angelagerter(n) Voreinspritzung(en) und eine zweite Hauteinspritzung nach OT mit angelagerter(n) Voreinspritzung(en) erfolgen.
  • Aus den bisherigen Ausführungen wird deutlich, dass es aus Kraftstoffverbrauchsgründen, z. T. aber auch aus anderen Gründen wie Fahrbarkeit, Verschmutzung, Versottung, Kondensatbildung etc., am günstigsten ist, die heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen in verschiedenen Phasen ohne und mit externer Abgasrückführung anzuwenden und in Abhängigkeit von Aufwärmkriterien des Motors und/oder des Kühlmittels und/oder der mit dem rückgeführten Abgas in Kontakt tretenden Bauteile bzw. Bauteiloberflächen zu betreiben.
  • Eine besonders vorteilhafte Variante besteht hierbei darin, dass die Motorsteuerung 20 nach erfolgtem Kaltstart während des Warmlaufs mit Kabinenheizleistungsdefizit unterhalb eines Aufwärmkriteriums des Motors 1 oder des Ladegaskühlers 31k und/oder eines EGR-Kühlers 3 im Niederdruck-EGR-Zweig 11lpegr mit einem EGR-Ventil 14 den Niederdruck-EGR-Zweig 11lpegr geschlossen hält und ein Abgasdrosselventil 31dk im Hauptabgasstrom 10ft stromab der Abgasentnahmestelle der Niederdruck-Abgasrückführung in Richtung starker Drosselung verstellt wird, so dass eine erhöhte motorinterne Abgasrückführung das Kühlmittel schneller erwärmt, wobei diese besonders bevorzugt in Verbindung mit einer kraftstoffverbrauchserhöhenden Verschiebung der Einspritzzeiten einhergeht.
  • Oberhalb dieses Aufwärmkriteriums wird dann auf normalen Motorbetrieb umgestellt und der Motor stellt je nach Bedarf gegebenenfalls kraftstoffverbrauchs- oder emissionsoptimale EGR-Raten ein. Bei dieser Vorgehensweise stellt ein hinreichend hoher Temperaturwert des Aufwärmkriteriums sicher, dass die Kabinenheizkriterien auch nach dem Umschalten erfüllt werden können.
  • Zur weiteren Verbesserung der Kabinenheizwirkung bzw. auch zur Senkung des Kraftstoffmehrverbrauchs wird besonders bevorzugt bei Überschreiten des Aufwärmkriteriums über das EGR-Ventil 14 die Niederdruck-Abgasrückführung im Zweig 11lpegr aktiviert und gleichzeitig werden in Verbindung mit einem moderat gedrosselten Abgasdrosselventil 31dk die Zielwerte der EGR-Raten, insbesondere kabinenheizleistungsorientierte EGR-Raten von mehr als 40%, eingestellt.
  • Aus Fahrbarkeits-, Ruß und Rauchemissionsgründen ist es im sehr frühen winterlichen Motorwarmlauf nicht immer möglich, eine starke Drosselung mit dem abgasseitigen Ventil 31dk vorzunehmen. Dies liegt in vielen Fällen daran, dass die anfangs sehr hohe Motorreibleistung bereits eine relativ große Kraftstoffmenge erfordert, so dass die Möglichkeiten hoher interner EGR begrenzt sind, speziell wenn auch eine gewisse Straßenlast und/oder Straßensteigung vorliegt.
  • Hinzu kommt, dass es vielfach durchaus wünschenswert/notwendig ist, vor dem Aktivieren der externen Abgasrückführung eine gewisse Vorwärmung des Ladegaskühlers 31k und möglichst vieler der bei der späteren Aktivierung der externen EGR mit rückgeführtem Abgas in Kontakt tretenden Bauteile vorzunehmen.
  • Das kann bei noch deaktivierter ERG durch das vorgewärmte Kühlmittel am EGR-Kühler 3 zumindest lokal erfolgen und gegebenenfalls bei wassergekühltem Ladegaskühler 31k auch an diesem selbst.
  • Vor diesem Hintergrund ist es – als Unterstützung der beschriebenen lokalen kühlmittelseitigen Vorwärmung oder auch für sich alleine gesehen – insbesondere vorteilhaft oder manchmal sogar erforderlich, dass im ganz frühen Warmlauf zunächst bei deaktivierter externer EGR ein hoher Frischluftmassenstrom bei hohem Ladedruck und somit erhöhter Temperatur dafür sorgt, dass möglichst viele der später mit dem rückgeführten Abgas in Kontakt tretenden Oberflächen vorgewärmt werden.
  • Das entspricht vorübergehend zunächst der Betriebsweise nach der DE 10 2009 042 745.7 .
  • Dabei ist es bei Turbomotoren insbesondere vorteilhaft, heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen anzuwenden, die die Abgastemperatur und die Abgasenthalpie vor dem Turbo erhöhen und somit einen besonders hohen Ladedruck und einen besonders hohen Frischluftmassenstrom erzeugen.
  • In dieser Phase ist es besonders hilfreich, wenn eine Vorrichtung 31b oder 31sv verfügbar ist, die den Ladegaskühler 31k deaktiviert. Dabei kann die Deaktivierung insbesondere kühlmittelseitig erfolgen oder bei luftgekühltem Ladeluftkühler auch kühlluftseitig über eine Kühlerjalousie.
  • Als Aufwärmkriterien zur Definition einer hinreichenden Aufwärmung können hier neben Temperaturwerten der Ladeluft oder des Kühlmittels insbesondere auch Rechenmodelle benutzt werden, die anhand des Verlaufs der Enthalpieströme den Ladedruckbereich berechnen, ab wann eine hinreichende Erwärmung vorliegt, z. B. um eine Kondensatbildung vor dem Verdichter 31tv und/oder im Ladegaskühler 31k sicher zu vermeiden. Auch einfache Zeitvorgaben oder Angaben für den seit Motorstart verbrannten Kraftstoff oder für die Kühlmitteltemperatur können hier bei entsprechendem Sicherheitsabstand zum Einsatz kommen. So ist es insbesondere bei vielen Motoren durchaus möglich, einfach eine Kühlmitteltemperatur von 25°C oder auch darunter, insbesondere im Bereich von nur 0–25°C als Grenzwert anzusetzen, ab der die erste kabinenheizleistungsorientierte Betriebsphase mit hohem Frischluftmassenstrom beendet wird. Auch eine Definition dieser Umschalt-Kühlmitteltemperatur oder eines anderen Umschaltkriteriums anhand der Temperatur und/oder der Feuchtigkeit der Umgebung ist hier vorteilhaft nutzbar. In diesem Zusammenhang ist es besonders hilfreich, dass die absolute Luftfeuchtigkeit bei besonders großem Kabinenheizbedarf, z. B. bei –10°C oder gar –20°C relativ klein ist und sich somit bei genauer Auswertung z. T. genau bei hohen Kabinenheizbedarf ein in Richtung früherer Umschaltung erweiterter Spielraum für das Kriterium ergibt.
  • Auch wenn die Vorgehensweise mit hohem Ladedruck und Frischluftmassenstrom aufgrund relativ großer Abgasverluste zur Minimierung des Kraftstoffmehrverbrauchs zeitlich begrenzt sein sollte, so kann es gegebenenfalls aber auch nach längerem Fahrbetrieb vorteilhaft sein, wieder auf diesen Zustand zurückzugehen, z. B. wenn die Gefahr der Bauteilvereisung besteht oder wenn eine Trocknung des Ladegassystems erwünscht ist.
  • Bei Motoren mit Vorrichtungen zur Verstellung der Ventilsteuerzeiten der Ladungswechselorgane ist es insbesondere vorteilhaft, den Betrieb mit geschlossener externer EGR und hoher interner EGR durch entsprechende Ventilsteuerzeiten zu unterstützen.
  • Besonders bevorzugt werden dabei im Fall sehr hohen Kabinenzuheizbedarfs hohe Restgasmengen bei hohem Abgasgegendruck des Ventils 31dk eingestellt bei weniger hohem Zuheizbedarf hohe Restgasmengen bei geringem Abgasgegendruck des Ventils 31dk.
  • Auch wenn die Verwendung mehrerer Phasen mit verschiedenen kabinenheizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen besonders vorteilhaft ist in Bezug auf Fahrbarkeit, Betriebssicherheit/Verschmutzungsrisiko und Kraftstoffverbrauch, so ist diese Kombination verschiedener Phasen vielfach nur als Verbesserungsoption zu sehen.
  • Bei manchen Motoren/Fahrzeugen genügt es im einfachsten Fall, dass im Vergleich zum Motomormalbetrieb als maßgebliche kabinenheizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen ein permanentes Schließen des EGR-Ventils 14 sowie eine Maximierung der motorinternen EGR-Rate durch ein Drosseln des Abgasdrosselventils 31dk und/oder ein Verstellen der Steuerzeiten der Motoreinlass- und/oder Motorauslassventile erfolgen.
  • Die Einfachheit und die relativ geringen Applikationskosten, gegebenenfalls unter Nutzung der ohnehin vorhanden Verbrennungsfrischluftmassenstromregelung, machen diese Vorgehensweise besonders attraktiv. Gegebenfalls hält sich aufgrund des erhöhten Brennraumdrucks zum Zeitpunkt der Einspritzung auch der Aufwand in Grenzen, die Heizleistung über eine Verstimmung der Einspritzzeiten noch etwas anzuheben.
  • Ein ganz besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise liegt darin, dass diese speziell im Motorleerlauf, im Schubbetrieb und in der Talfahrt in der Lage ist, die Kabinenheizleistung zu verbessern. Die Drosselung mit dem abgasseitigen Ventil 31dk bei geschlossenem EGR-Ventil 14 hilft hier in ganz erheblichem Maße.
  • Sie führt nicht nur auf eine höhere Ladungswechselarbeit und damit einen höheren Basiskraftstoffverbrauch, sondern zusätzlich über die höhere interne EGR auf eine weitere Erhöhung der Bauteiltemperaturen, des Brennraumdrucks und des Spielraums zur kabinenheizleistungsorientierten Verstellung der Einspritzzeiten.
  • Nicht zuletzt im Stadtverkehr mit häufig längerem Fahrzeugstillstand im Leerlauf ist deshalb der erfindungsgemäße Zuheizbetrieb mit geschlossenem EGR-Ventil 14 und mittels des Ventils 31dk gedrosseltem Abgasstrom von ganz besonderem Interesse.
  • Selbst bei Fahrzeugen, wo aus Gründen der Fahrdynamik – der Ladedruck ist insbesondere bei Turbomotoren bei einer Drosselung mit dem Ventil 31dk in der Regel aufgrund der selbst bei voll geöffneten Ventil 14 erfolgenden Drosselung am EGR-Zweig etwas kleiner und die Maximierung der Frischluftmenge baut sich prinzipbedingt etwas verzögert auf – eine Drosselung des Abgasmassenstroms im Fahrbetrieb teilweise nicht erwünscht ist, kann diese zumindest bei längerem Motorleerlauf bzw. im Schubbetrieb und/oder bei Fahrten bergab mit Motorlasten nahe/kleiner Null einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Kabinenheizleistung liefern.
  • Insbesondere liefert die kostenlos verfügbare abgasseitige Drosselung die Möglichkeit, spezielle Kabinenheizungs-Freigabetests einiger Fahrzeughersteller zu erfüllen. Dies betrifft insbesondere winterliche Heizungs- bzw. Defrost-Tests bei stehendem Fahrzeug im Motorleerlauf.
  • Dabei ist es insbesondere sehr hilfreich, die Motorleerlaufdrehzahl anzuheben und die erfindungsgemäße Drosselung bei geschlossener externer EGR vorzunehmen.
  • Zur temporären Kabinenheizleistungssteigerung wird dabei die Motorleerlaufdrehzahl im Fahrzeugstillstand bevorzugt um mindestens 30% relativ zum Betrieb ohne heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen angehoben, und insbesondere auf mehr als 1400 1/min gesteigert. Das verbessert den kühlmittelseitigen Wärmeeintrag nicht nur durch die höhere Motordrehzahl bzw. die höhere Reibleistung, sondern auch durch die erhöhten Ladungswechselverluste. Gleichzeitig liefert die Drehzahlerhöhung mehr Spielraum für die kabinenheizleistungsorientierte Verschiebung der Einspritzparameter, insbesondere wegen des höheren Luftüberschusses und wegen der einfacheren Handhabung der Laufruhekriterien.
  • Vor diesem Hintergrund ist es insbesondere bei manchen Motoren/Fahrzeugen bereits hochattraktiv, dass die erfindungsgemäße Nutzung der abgasseitigen Drosselung mittels des Ventils 31dk bei geschlossenem EGR-Ventil 14 ausschließlich im Motorleerlauf bei stehendem Fahrzeug angewendet wird und/oder im Schubbetrieb und/oder bei Fahrten bergab mit Motorlasten nahe/kleiner Null.
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist so anpassbar, dass sie für die verschiedensten Motoren mit Niederdruck-EGR verwendet werden kann. Die Verwendung ohnehin vorhandener Vorrichtungen zur Deaktivierung der externen EGR (14, 14hd) und zur Dosierung der externen Niederdruck-EGR (14 gemeinsam mit 31dk) stellt sicher, dass über die Verbesserung des Heizkomforts immer eine positive Kosten/Nutzen-Bilanz erzielbar ist.
  • Dennoch zielt die erfindungsgemäße Vorgehensweise insbesondere in hohem Maße darauf ab, die Kosten für luftseitige PTC-Zuheizer oder andere teure Zuheiz-Hardware einzusparen. Je nach Motor/Fahrzeugkombination und je nach zulässigem Kraftstoffmehrverbrauchszielwert stehen hierzu verschiedene erfindungsgemäße Maßnahmenkombinationen zur Verfügung. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen bzw. Vorrichtungsseinstellungen sind deshalb insbesondere von Interesse, wenn sie erfindungsgemäß einem Fahrzeug, insbesondere einem Fahrzeug mit Dieselmotor und Niederdruck-EGR, zugeordnet ist, welches keinen el. PTC-Zuheizer zur Beheizung der Kabinenluft aufweist.
  • Insbesondere ist es hierzu aus Heizleistungsgründen und/oder Kraftstoffverbrauchsgründen und/oder Machbarkeitsgründen vielfach hilfreich und/oder notwendig, dass zusätzlich kühlkreislaufseitige und/oder heizkreislaufseitige Heizleistungssteigerungsmaßnahmen gemäß der Patentanmeldung DE 10 2009 042 745.7 zum Einsatz kommen.
  • Bei sorgfältiger Anwendung des erfindungsgemäßen Gedankenguts wird es möglich, mittels kabinenheizleistungsorientierter Motorsteuerungsmaßnahmen bisher nicht für möglich gehaltene Verbesserungen der Kabinenheizleistung zu erzielen und/oder den damit gegebenenfalls einhergehenden Kraftstoffmehrverbrauch auf bisher nicht für möglich gehaltene Werte abzusenken.
  • Dies gilt bereits für Anwendungen ohne die erfindungsgemäße Bypassleitung 11dkby zur verbesserten Abgasnutzung am EGR-Kühler 3, z. B. gemäß der 4–6, und erst recht mit einer solchen Bypassleitung 11dkby, die einen Zusatznutzen bei geschlossenem EGR-Ventil 14 und je nach Systemausgestaltung auch bei geöffnetem EGR-Ventil 14 liefert.
  • Vor diesem Hintergrund ist es wichtig zu wissen, dass bei heutigen Diesel-PKW für den Betrieb eines großserientypischen el. luftseitigen PTC-Zuheizers von ca. 1,0 kW el. Leistung – über die Wirkungsgradkette Motor/Generator – ein Primärenergiebedarf in Form von Kraftstoff von QPKTBrst = mpktBrst·HU = 4–5 kW erforderlich ist. Dabei ist mpktBrst der Kraftstoffmassenstrom und HU der untere Heizwert. Da im winterlichen Stadtverkehr ab Umgebungstemperaturen unter +5°C der el. PTC-Zuheizer in den ersten 15 Minuten fast immer in Betrieb ist, geht damit sehr häufig ein entsprechender Kraftstoffmehrverbrauch einher.
  • Bisher bekannte Versuche, die darauf abzielten z. B. einen el. 1,0-kW-PTC-Zuheizer unter Beibehaltung der Serienbauteile im Kühl- und Heizkreislauf serientypischer Fahrzeuge alleine durch heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen zu ersetzen, scheiterten vielfach an der fehlenden Heizleistung, speziell in den ersten 15 Minuten. Neben weiteren Schwierigkeiten dieser Ansätze liegt – trotz der nicht ausreichenden Kabinenheizleistungsverbesserung – gleichzeitig der Kraftstoffmehrverbrauch weit oberhalb der 4–5 kW Primärenergieeinsatz des 1,0-kW-PTC-Zuheizers.
  • Deshalb zielen frühere Anmeldungen des Patentanmelders darauf ab, gleichzeitig den Kühl- und Heizkreislauf und insbesondere den Heizungswärmetauscher sowie die lokale Erwärmung der einzelnen wärmeaktiven Massen (Wasser, Metall, Öl, Schläuche etc.) dahingehend zu verändern, dass möglichst wenig oder gar keine heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen erforderlich sind.
  • Das ist in der Regel mit einem gewissen Bauteile- und Entwicklungsaufwand verbunden und vielfach nur bei relativ langfristiger Planung in die Serie umsetzbar.
  • Die vorliegende Erfindung ist im Vergleich hierzu auch mit relativ wenigen oder gar keinen Änderungen der Hardware umsetzbar und kann somit relativ kurzfristig in bereits laufende Entwicklungen integriert werden.
  • Insbesondere ist bei manchen Motoren unter Inkaufnahme eines relativ hohen Kraftstoffverbrauchs zumindest eine ausreichende Kabinenheizleistung erreichbar, so dass Geld für den PTC-Zuheizer eingespart werden kann.
  • Insbesondere zielt das erfindungsgemäße Vorgehen in einem zweiten Schritt darauf ab, die Hardware und die heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen so zu optimieren, dass der Kraftstoffmehrverbrauch trotz Entfall des PTC-Zuheizers bei gleichem Heizkomfort verbessert wird und insbesondere, dass gleichzeitig die Kosteneinsparungen durch den Entfall des PTC-Zuheizers nicht wieder durch die Kosten von Zusatzkomponenten aufgezehrt werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise unter Nutzung der ohnehin vorhandenen Bauteile 14 und 31dk liefert hier einen signifikanten Beitrag zur Kostenoptimierung.
  • Um die erfindungsgemäße Verbesserung messbar zum bisherigen Stand der Technik abzugrenzen, können z. B. die Kraftstoffmehrverbräuche in zwei in der PKW-Entwicklung üblichen Standard-Tests herangezogen werden.
  • Zum einen ist das eine Fahrt im ECE-Zyklus bei –7°C Umgebungs- und Starttemperatur, d. h. in der ca. 13-minütigen ECE-Phase des MVEGA bzw. MVEURO-Tests zur Bestimmung der Schadstoffemission und des Kraftststoffverbrauchs. Zum anderen ist das der bekannte VDA-Heizungstest mit 50 km/h bei –20°C. Dabei ist es sehr hilfreich, dass diese Tests von den meisten Abgas-Testrollen bzw. Klimawindkanälen gefahren werden können.
  • Unter Erfüllung heutiger Heizkomfort- und Defrostkriterien ergibt sich ein besonders guter Kompromiss aus Kraftstoffmehrverbrauch, Kosten- und Nutzen, wenn die erfindungsgemäße Vorgehensweise angewendet wird und wenn diese auf Seiten des Bauteilaufwands und/oder der Applikation so abgestimmt wird, dass der Kraftstoffmehrverbrauch im den Stadtverkehr repräsentierenden ECE-Betrieb gemäß den Bedingungen des gesetzlichen Abgastests (MVEGA/MVEURO), aber mit Umgebungs- und Starttemperaturen von –7°C und einer Kabinenheizungseinstellung auf vollen Heizkomfort, nicht größer ist, als der Kraftstoffverbrauchsunterschied, der sich bei einem Betrieb eines baugleichen Fahrzeugs durch das Hinzuschalten einer luftseitigen elektrischen PTC-Zusatzheizung gleichen Heizkomforts ergibt.
  • Insbesondere ist es hier vorteilhaft, wenn der Kraftstoffverbrauchsunterschied mit und ohne heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen weniger als 15% und/oder 1,5 l/100 km beträgt. Je nach Basismotor kann dieser Zielwert insbesondere auch auf Werte von 5% und weniger sinken.
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht dies insbesondere bei einem Bauteilaufwand, der letztlich eine Ersparnis im zweistelligen Eurobereich liefert. Bei entsprechendem Bauteileaufwand ist es sogar möglich, den Kraftstoffmehrverbrauch relativ nahe an Werte von Null zu drücken.
  • Die erfindungsgemäßen Zielwerte zum Kraftstoffverbrauch im ECE-Zyklus basieren nicht zuletzt darauf, dass bei heutigen PKW mit einem Dieselmotor von beispielsweise 2 l Hubraum je nach Fahrzeuggewicht im bei –7°C gestarteten ECE-Zyklus bis zum Einleiten des außerstädtischen Fahrabschnitts (EUDC), ohne PTC-Zuheizer im Mittel ca. 10–20 kW Primärenergie umgesetzt werden. Ein aktivierter PTC-Zuheizer ist erfahrungsgemäß während der ECE-Phase aufgrund der langsamen Motorerwärmung in der Regel permanent eingeschaltet. Somit schlägt ein 1,0-kW-Zuheizer mit seinen 4–5 kW Primärenergiebedarf angesichts der 10–20 kW Primärenergie ohne PTC-Zuheizer erfahrungsgemäß ganz erheblich zu Buche.
  • In analoger Vorgehensweise zum ECE-Zyklus kann die Optimierung auch dahingehend erfolgen, dass der über die ersten 15 Minuten gemittelte Kraftstoffmehrverbrauch im Standard-Heizungstest gemäß VDA mit 50 km/h im größten ruckelfrei fahrbaren Gang bei Umgebungs- und Starttemperaturen von –20°C und einer Kabinenheizungseinstellung auf vollen Heizkomfort, nicht größer ist, als der Kraftstoffverbrauchsunterschied, der sich bei einem Betrieb eines baugleichen Fahrzeugs durch das Hinzuschalten einer luftseitigen elektrischen PTC-Zusatzheizung gleichen Heizkomforts einstellt, und insbesondere, dass der Kraftstoffverbrauchsunterschied mit und ohne heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen weniger als 10% und/oder 0,7 l/100 km beträgt.
  • Die für den ECE-Test bei –7°C und den VDA-Test bei –20°C angegebenen Obergrenzen für den Kraftstoffmehrverbrauch der heizleistungsorientierten Motorsteuerungsdaten bei voller Erfüllung der Heizleistungskriterien einschließlich Entfall des PTC-Zuheizers liegen insbesondere bei relativ geringen Änderungen am Kühl- und Heizkreislauf – und damit bei relativ geringen Kosten – auf einem so geringem Niveau, dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise völlig neue Maßstäbe für Kabinenheizsysteme bzw. heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen setzt.
  • In Verbindung mit einem entsprechenden Mehraufwand bei den Bauteilen und bei der Applikation sind mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise insbesondere sogar die Heizleistungen mit PTC-Zuheizer zu erreichen ohne dass der Kraftstoffverbrauch nennenswert größer ist als bei ausgeschaltetem PTC-Zuheizer und somit deutlich kälterer Kabine.
  • Wie weiter oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise aber nicht darauf begrenzt möglichst viel Kraftstoff zu sparen und kann insbesondere auch so eingesetzt werden, dass der Kraftstoffmehrverbrauch keine dominierende Rolle spielt und nur die Erfüllung der Heizleistungskriterien bei minimalen Kosten im Vordergrund steht.
  • Die bisherigen erfindungsgemäßen Anwendungen/Überlegungen, haben sich zunächst primär an potentiellen zukünftigen aufgeladenen Motoren mit Niederdruck-EGR-System orientiert und werden in Verbindung mit weiter unten und in weiterführenden Patentansprüchen beschriebenen Ergänzungen u. U. sogar maßgeblich daran beteiligt sein, dass Niederdruck-EGR-Systeme in Zukunft bevorzugt werden.
  • Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Gedankengut aber auch bei heutigen aufgeladenen PKW-Großserienmotoren anwenden, bei denen externe EGR-Systeme bisher als Hochdruck-EGR-System ausgebildet sind und in der Regel kein Ventil 31dk im Hauptabgasstrom 10ft vorhanden ist: Es muss dann jedoch ein von der Motorsteuerung 20 ansteuerbares Abgasdrosselventil 31dk im Hauptabgasstrang 10ft zum heutigen Serienstandard hinzugefügt werden. Je nach Anwendung kann dies u. U. gerade noch kosteneffizient sein, z. B. wenn ein sehr teurer Zuheizer ersetzt werden kann. In der Regel wird dies aber eher auf eine negative Kosten/Nutzenbilanz führen, da Drosselventile 31dk im Hauptabgasstrang relativ teuer sind.
  • Im Unterschied zu einer konventionellen und in Einzelfällen nicht nur bei LKW sondern auch in großvolumigen PKW-Dieseln speziell für Kabinenheizzwecke eingesetzten Abgasdrossel – bei LKW-Dieselmotoren wird diese bekanntlich primär als Motorbremse eingesetzt – unterscheidet sich die erfindungsgemäße Vorgehensweise dann insbesondere immer noch dadurch, dass die Drosselklappe 31dk beim Einsatz als Unterstützungsmaßnahme für die Kabinenheizung einen sehr viel geringeren Kraftstoffmehrverbrauch induziert. Das gilt insbesondere in all den Fällen, in denen die erfindungsgemäße Ansteuerung der Klappe 31dk derart erfolgt, dass durch die mittels der Motorsteuerung 20 künstlich beschleunigte Erwärmung des Motors bzw. des Motorkühlsystems und vor allem des EGR-Kühlers 3 das erste EGR-Regelventil 14 wesentlich früher im Warmlauf geöffnet wird als ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Abwärmesteigerung.
  • Dabei ist bei HD-EGR-Systemen generell zu beachten, dass bei mittels des Ventils 14 geöffnetem Hochdruck-EGR-Pfad eine all zu starke Drosselung mit einem Ventil 31dk im Hauptabgasstrom i. a. nicht mehr ohne weiteres möglich ist, bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur Erfüllung der Kabinenheizvorgaben in manchen Anwendungen z. T. aber auch nicht nötig.
  • Bei Einführung weiterer erfindungsgemäßer Verbesserungen, die zwar in einem ersten Schritt wieder speziell bei Niederdruck-EGR-Systemen mit abgasseitigem EGR-Drosselventil 31dk besonders kosteneffektiv umsetzbar sind, verbessert sich jedoch auch die obige Kostenbewertung für die Einführung eines Zusatzventils 31dk bei Hochdruck-EGR-Systemen noch einmal in signifikanter Weise:
    Zum einen betrifft dies den zusätzlichen Einbau eines abgasseitigen Bypasszweiges 11dkby zur Nutzung des EGR-Kühlers 3 als Wärmequelle für das Kühlmittel bei geschlossenem erstem EGR-Regelventil 14. Diese Betriebsart erfolgt erfindungsgemäß insbesondere mittels Abgasentnahme stromab des EGR-Kühlers 3 und Einleiten dieses entnommenen Abgases stromab des zweiten EGR-Regelventils 31dk in den Hauptabgasstrang 10ft.
  • Zum andern betrifft dies die optimierte Nutzung eines thermoelektrischen Generators im EGR-Zweig zur Stromgewinnung bei reduzierter/deaktivierter EGR.
  • In beiden Fällen ist das Ventil 31dk im Hauptabgasstrom 10ft ein ganz maßgebliches Mittel zur Bereitstellung einer hinreichenden abgasseitigen Druckdifferenz, so dass der EGR-Kühler 3 bzw. der thermoelektrische Generator 3teg (TEG) auch bei reduzierter/deaktivierter Abgasrückführung noch von heißem Abgas durchströmt werden kann und so Abgaswärme z. B. für Kabinenheizzwecke und/oder zur el. Stromgewinnung bereitsteht.
  • Insbesondere verbessert in beiden Fällen das erfindungsgemäß besonders früh im Warmlauf ermöglichte Öffnen des ersten EGR-Regelventils 14 wiederum die Ausnutzung des Abgases zur Motor- bzw. Kühlsystemerwärmung, indem weniger Abgasmassenstrom das Gesamtsystem über den Hauptabgaszweig 10ft verlässt.
  • Gleichzeitig wird der EGR-Kühler 3 bzw. der TEG (3teg) besser genutzt.
  • Die bessere Ausnutzung besteht dabei nicht nur darin, dass das Abgas bei geschlossenem Ventil 14 dennoch durch die Bauteile 3, 3teg strömt und Wärme ans Kühlmittel abgibt bzw. Strom erzeugt, bevor es das Gesamtsystem verlässt, sondern vor allem darin, dass sich durch das frühere Öffnen des Ventils 14 ein besonders hoher Abgasvolumenstrom über die Bauteile 3, 3teg realisieren lässt. Der hierfür mit dem Ventil 31dk einzustellende Abgasgegendruck reduziert sich zwangsläufig, sobald mit dem Öffnen des Ventils 14 begonnen wird.
  • Im Extremfall sind der EGR-Zweig 11eff und der Bypasszweig 11dkby auch bei –20°C Starttemperatur bereits nach einigen Minuten offen und das Ventil 31dk und/oder das Ventil 14 regelt den gewünschten EGR-Volumenstrom.
  • Bei einer Konstantfahrt von 50 km/h bei –20°C Umgebungstemperatur und einer Heizungseinstellung auf maximalen Heizkomfort gemäß Betriebsanleitung oder auf Automatikbetrieb mit Einstellung von +22°C Innenraumtemperatur („Auto 22°C”) mit einem turboaufgeladenen 4-Zylinder Dieselmotor von ca. 1,8–2,2 l Hubraum ist es dabei insbesondere vorteilhaft, nach Abschluss des erfindungsgemäß beschleunigten Warmlaufs mit geschlossenem Ventil 14, z. B. nach 2–5 Minuten Fahrdauer, das Ventil 14 partiell oder vollständig zu öffnen und die Abgasrückführung zu aktivieren.
  • Ausgehend von einem Basismotor mit z. B. ca. 30 g/s Frischluftmassenstrom an diesem 50 km/h-Betriebspunkt bei geschlossenem Ventil 14 und offenem Ventil 31dk ist es dabei besonders vorteilhaft, den Frischluftmassenstrom durch Öffnen des Ventils 14 und partielles oder vollständiges Schließen des Ventils 31dk auf 20 g/s oder gar 10–15 g/s zu reduzieren.
  • Die Reduktion des Frischluftmassenstroms auf beispielsweise 15 g/s bedeutet für heutige und wohl auch zukünftige EGR-Kühler (3, 3teg), dass sich selbst bei einem vollständigen Schließen des Ventils 31dk nur ein vergleichsweise geringer Abgasgegendruck aufbaut, solange der Zweig 11dkby offen ist und auf ähnliche oder geringere Druckverluste ausgelegt ist wie der Zweig 11eff.
  • Insbesondere ist es – zumindest für Niederdruck-EGR-Systeme – auf diesem Wege mit relativ wenig Abgasgegendruck möglich, an dem hier gewählten Betriebspunkt mit 50 km/h annähernd 25–30 g/s Abgas durch den EGR-Kühler bzw. TEG (3, 3teg) zu fördern und dann auf die Zweige 11dkby und 11eff zu verteilen.
  • Bei einer Temperatur des rückgeführten Abgases von beispielsweise 250°C entspricht dies bei z. B. 50°C Kühlwassertemperatur einem abgasseitigen Heizpotential von ca. 5–6 kW. Selbst wenn unter Berücksichtigung der für den Wärmübergang erforderlichen Temperaturdifferenzen nur 50% hiervon nutzbar sind, so verbleiben immer noch 2,5–3,0 kW als Wärmeeintrag in Kühlmittel.
  • Das ist zum einen unter dem Aspekt TEG hochinteressant, zumindest wenn der Abgasgegendruck die Kraftstoffverbrauchsvorteile des TEG nicht wieder aufzehrt.
  • Zum anderen ist aber eine kühlmittelseitige Zusatzwärmequelle von 2,5–3 kW für die Kabinenheizung hochinteressant, insbesondere wenn diese außerhalb des Motors und unmittelbar vor dem Kabinenheizungswärmetauscher angeordnet ist.
  • Bei entsprechend leistungsstarker Dimensionierung des Heizungswärmetauschers 4 und Betrieb des Heizungswärmetauschers nahe der thermischen Sättigung und insbesondere unter Absenkung des Kühlmitteldurchsatzes auf Werte, die bei dem momentanen Luftdurchsatz noch nahezu auf die thermische Sättigung führen, bedeuten 2,5–3,0 kW wasserseitige Zusatzwärme eine ganz erhebliche Verbesserung der momentanen Kabinenheizleistung.
  • Insbesondere wenn der Luftdurchsatz durch den Kabinenwärmetauscher 4 relativ klein ist, kommt es in der Praxis relativ häufig zu Betriebssituationen, bei denen der Heizungswärmetauscher in der thermischen Sättigung ist und ein relativ kleiner Kühlmittelstrom durch den EGR-Kühler mit 2,5–3,0 kW Wärmeabgabe für die Maximierung der Kabinenheizwirkung besser ist als ein sehr großer Kühlmittelstrom.
  • So liegen in der Praxis relativ kleine Luftmassenströme im Heizungswärmetauscher insbesondere im Automatik-Betrieb der Klimaanlage bei sehr kalter Umgebung oftmals in den ersten Minuten des Motorwarmlaufs vor, wenn bewusst vermieden wird, dass kalte Luft den Fahrer im Fußbereich kühlt anstatt ihn dort zu wärmen. Zu diesem Zweck wird der Kabinenluftmassenstrom in der Regel automatisch abgesenkt und der verbleibende Kabinenluftmassenstrom primär auf die Scheiben gelenkt um deren Beschlagen/Vereisen zu vermeiden.
  • Bei geringer Motorlast und langsamer Erwärmung des Kühlmittels kann diese sogenannte Kaltverblockung durchaus 3–5 Minuten dauern, bei manchen Fahrzeugen und in der Talfahrt z. T. sogar noch deutlich länger. In dieser Phase sind 2,5–3,0 kW zusätzliche Wärmeenergie im Kühlmittel stromab des Motors und stromauf des Heizungswärmetauschers ein hocheffizientes Mittel zur Verbesserung des Heizkomforts, insbesondere in Verbindung mit einem auf weniger als 10 l/min, bei Hochleistungsheizungswärmetauschern 4 z. T. auch bevorzugt auf 2–6 l/min, reduzierten Kühlmitteldurchsatz. Die verbesserte Wirkung beruht dabei auf der auf diesem Wege mittels der 2,5–3,0 kW zusätzlich gesteigerten Heizungsvorlauftemperatur.
  • In diesem Zusammenhang ist es ein ganz besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, dass diese 2,5–3,0 kW Zusatzwärme einerseits bereits relativ früh im Warmlauf verfügbar werden, andererseits zur Aufrechterhaltung im weiteren Warmlauf – zumindest bei manchen Anwendungen – keinen hohen Abgasgegendruck mehr benötigen.
  • Insbesondere gibt es aber auch eine Reihe von erfindungsgemäßen Anwendungen, bei denen es letztlich am günstigsten ist, die Druckverluste im Zweig 11dkby zumindest temporär zu erhöhen bzw. diesen Zweig temporär zu schließen, z. B. mittels eines kombinierten 3-Wegeventils 14 für die Zweige 11eff und 11dkby oder mit einem separaten Ventil im Zweig 11dkby.
  • Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Maximierung der Kabinenheizwirkung im Vordergrund steht und ein erhöhter Abgasgegendruck erwünscht ist und/oder die Maximierung der TEG-Wirkung im Warmzustand, die eine Minimierung des Druckverlustes im Zweig 11dkby benötigt, aber gleichzeitig eine Drosselwirkung zur Anpassung der EGR und/oder Vermeidung der Bauteil- oder Kühlsystemüberhitzung.
  • Von ganz besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang sowie im Bezug auf die Kosten und den benötigten Bauraum die erfindungsgemäße Weitergestaltung, die auf eine direkte Schaltbarkeit des Zweiges 11dkby mittels der Motorsteuerung 20 verzichtet und lediglich auf eine relativ hohe Drosselung in diesem Zweig setzt.
  • Für die erfindungsgemäße Verwendung (Einführung) des (eines) Ventils 31dk im Hauptabgasstrang 10ft gibt es vor diesem Hintergrund einen stark erweiterten Anwendungsbereich, wenn ein Zweig 11dkby und/oder ein TEG in die Gesamtbetrachtungen einfließen.
  • In Bezug auf die Kosten/Nutzenrechnung bietet hier wiederum die erfindungsgemäße Kombination aus
    • • einem Niederdruck-EGR-System mit neben dem ersten EGR-Regel-Ventil 14 ohnehin vorhandenem zweitem EGR-Regelventil 31dk und
    • • einer Bypassleitung 11dkby, insbesondere als permanent offene Leitung mit starker Drosselung als Überhitzungsschutz und gleichzeitiges Mittel zur Heizleistungssteigerung und/oder EGR-Kühlertrocknung, und
    • • einem EGR-Kühler 3 bzw. EGR-Kühler mit integriertem TEG (3teg)
    eine bisher nicht genutzte Synergie. Dies betrifft insbesondere die Tatsache, dass auch bei reduzierter/deaktivierter EGR eine Nutzung der Motorabwärme erfolgt und mittels des Ventils 31dk auch in gewissen Grenzen dosiert werden kann.
  • Dieser Nutzen ist bei vielen Anwendungen, insbesondere bei Verwendung eines EGR-TEGs 3teg so groß, dass selbst die Einführung eines zusätzlichen Ventils 31dk auch dann noch vielfach kosteneffektiv ist, wenn das Prinzip der Hochdruck-EGR nicht aufgegeben werden soll.
  • Das gilt insbesondere, wenn teure Zuheizer eingespart werden können und/oder wenn der Kraftstoffverbrauch in Kundenhand, d. h. auch außerhalb des Abgastests, eine wichtige Rolle spielt.
  • Die Heizleistungssteigerung relativ zur Kraftstoffverbrauchserhöhung mit und ohne Motorsteuerungsmaßnahmen wird insbesondere deshalb so viel besser, weil bereits bei geschlossenem erstem EGR-Regelventil 14 eine Abwärmenutzung erfolgt und darüber hinaus die EGR früher aktiviert werden kann, da der EGR-Kühler und ein Teil des EGR-Pfades bereits bei geschlossenem Ventil 14 kühlmittelseitig bzw. abgasseitig schneller vorgewärmt werden.
  • Dieser Vorteil ist insbesondere für die Niederdruck-EGR ein sehr willkommener Effekt, u. a. da hier die Gefahr für den Verdichter 31tv aufgrund unerwünschter Tröpfchenbildung im EGR-Zweig sicherer beherrscht werden kann.
  • Grundsätzlich sind die verschiedensten Ausgestaltungen der Leitung 11dkby denkbar und auch realisierbar und auch verschiedene Varianten zu deren Aktivierung/Deaktivierung sowie zum Überhitzungsschutz des EGR-Kühlers bzw. TEGs. So ist es z. B. möglich das Ventil 14 als Dreiwegeventil auszugestalten, welches gegebenenfalls den Zweig 11dkby abschaltet.
  • Besonders einfach und speziell im Hinblick auf die Heizleistungssteigerung und/oder die abgasseitige Vorwärmung bzw. Trocknung des EGR-Kühlers (3, 3teg) besonders kosteneffektiv ist es jedoch, den Zweig 11dkby als kleines permanent offenes Kurzschlussrohr auszugestalten. Dabei kann z. B. ein konventionelles EGR-Rohr – diese haben bei heutigen PKW-Dieselmotoren typischerweise Querschnitte von ca. 22–28 mm Durchmesser – verwendet werden und eine Lochblende 11drbl zur Durchflussbegrenzung.
  • Die Durchflussbegrenzung ist insbesondere wichtig, um sicherzustellen, dass der EGR-Kühler 3 im EGR-Betrieb nicht überlastet wird und/oder dass der Leckagestrom im Zweig 11by zumindest bei geschlossenem Ventil 14 und voll geöffnetem Ventil 31dk, d. h. z. B. bei Motornennleistung, nicht zur Überhitzung des EGR-Kühlers 3 oder des Fahrzeugkühlsystems führt.
  • Die Lochblende 11drbl wird besonders bevorzugt so ausgelegt, dass diese einen kleineren Strömungsquerschnitt und/oder einen deutlich höheren Druckverlustbeiwert aufweist, als das voll geöffnete Ventil 14. In der Regel beträgt dieser kleinere Querschnitt der Lochblende 11drbl besonders bevorzugt weniger als 50% des voll geöffneten Ventils 14, um den Durchfluss im Zweig 11dkby bei voll geöffnetem Ventil 14 deutlich kleiner zu machen als im EGR-Zweig 11eff.
  • Insbesondere beträgt der kleinere Querschnitt der Lochblende 11drbl mehr als 5–10% des voll geöffneten Ventils 14, um eine potentielle Verstopfungsgefahr durch Ablagerungen sicher zu vermeiden.
  • Eine derartige Auslegung wird insbesondere bei vielen PKW-Motoren zu Blenden führen, die kleiner als 12 mm sind und vielfach sogar im Bereich von 5–10 mm liegen.
  • In solchen Fällen ist es insbesondere vorteilhaft, die EGR-Leitung 11dkby lokal durch Rohre mit deutlich herabgesetztem Strömungsquerschnitt auszugestalten.
  • Rohdurchmesser von weniger als 15 mm Durchmesser sind hier vielfach zielführend.
  • Je nach Anwendung, insbesondere wenn bei geschlossenem Ventil 14 die Drosselung des Motors über das Ventil 31dk zur Erhöhung der Ladungsdruckverluste im Vordergrund steht und/oder die Vorwärmung/Trocknung des EGR-Kühlers (3, 3teg) sind vielfach auch Rohrdurchmesser von 5–12 mm besonders günstig. Selbst bei relativ langen Rohren 11dkby von etlichen 100 mm Länge sind solche Rohrinnendurchmesser noch vorteilhaft einsetzbar, insbesondere wenn ohnehin eine Drosselung des Ladungswechsels zur Kabinenheizleistungssteigerung gewünscht ist.
  • Dabei ist es insbesondere sehr vorteilhaft, dass die vergleichsweise kleinen Rohrdurchmesser eine besonders einfache und kostengünstige Rohrgestaltung/Rohrbiegung erlauben bzw. auch einfacher entlang enger und verwundener Baurräume geführt werden können und darüber hinaus auch besser thermisch isolierbar sind.
  • Insbesondere aus Kosten- und/oder Bauraumgründen werden bei manchen Anwendungen erst der erfindungsgemäße Verzicht auf eine Ventilfunktionalität zum Schließen des Zweigs 11dkby und/oder die besonders kleinen Leitungsdurchmesser des Zweigs 11dkby es ermöglichen, dass die Leitung 11dkby realisiert werden kann.
  • Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand einiger Beispiele noch einmal näher erläutert, ohne damit die Erfindung auf diese Beispiele zu beschränken.
  • 1 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Motor- und Fahrzeugkühlsystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Verbrennungsmotor 1 und den beiden maßgeblichen Ventilvorrichtungen 31dk im Hauptabgasstrang und 14 im Niederdruck-EGR-Zweig, ohne dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise auf ein solches Kühlsystem beschränkt ist.
  • Die Versorgung des Verbrennungsmotors 1 mit Verbrennungsluft erfolgt über die Frischluftleitung 10f, durch die der Verdichter 31tv des Turboladers die Luft ansaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft wird dann mittels des Umschaltventils 31b wahlweise durch den Bypasspfad 10b, der insbesondere wahlweise mit einer zusätzlichen el. Luftbeheizung ausgestattet ist, gefördert, oder durch den Ladeluftkühler 31k, der wegen der Niederdruck-EGR nachfolgend genauer als Ladegaskühler 31k bezeichnet werden wird. Die erfindungsgemäß temperierte Luft bzw. das EGR-Frischluftgemisch strömt dann über die Leitung 10ab und über die Leitung 12 zu den einzelnen Zylindern des Motors 1.
  • Bei Aktivierung der EGR über das teilweise/völlige Öffnen des EGR-Ventils 14 und gegebenenfalls das teilweise Schließen der abgasseitigen Drosselklappe 31dk mischt sich vor dem bzw. im Tuboverdichter 31tv die Frischluft aus dem Zweig 10f mit dem rückgeführten Abgas aus dem EGR-Zweig 11 (11lpegr). Dabei stellt eine geeignete Stellung der Drosselklappe 31dk sicher, dass ein hinreichendes Druckgefälle besteht, so dass das ERG-Ventil 14 die gewünschte EGR-Rate einstellen kann. Die Regelfunktion kann wahlweise auch seitens der Abgasdrosselklappe 31dk liegen, bei vorgegebener Öffnungsposition des EGR-Ventils 14 oder in gegenseitiger Wechselwirkung/Verstellung.
  • Bei Turbodieselmotoren liegt die externe EGR-Rate in der Regel beim Motorstart zunächst auf Werten von Null und wird speziell bei sehr tiefen Umgebungstemperaturen erst nach einer gewissen Warmlaufdauer aktiviert und dabei erst nach und nach erhöht. In dieser Zeitspanne erwärmt/trocknet bei dem System nach 1 die verdichtete/erwärmte Luft das Luftansaugsystem stromab des Verdichters 31tv.
  • Im Beispiel in 1 ist exemplarisch eine optionale ladegasseitige Ladeluftkühlerdeaktivierung 31b über einen Bypasspfad 10b vorgesehen, die aus energetischen und auch aus verschmutzungstechnischen Gründen von ganz besonderem Vorteil ist.
  • Alternativ kann hierzu auch eine Ladeluftkühlerjalousie zum Einsatz kommen oder wie in 3 gezeigt, bei wassergekühlter Ladeluft, eine kühlmittelseitige Deaktivierung.
  • Die Abschalt-Option der Ladegaskühlung ist zwar nicht zwingend für die Erfindung, aber sie hilft zum einen erheblich die Wärmeverluste an die Umgebung zu begrenzen, zum andern verbessert sie die Vorwärmung der Bauteile und reduziert speziell bei Niederdruck-EGR das Kondensatrisiko. Des weiteren ermöglicht die Erhöhung der beim Motor ankommenden Temperatur der Ladeluft einen weiteren Verstellbereich für eine potentielle Verstellung der Einspritzparameter zur Heizleistungsverbesserung.
  • Das in 1 gezeigte Niederdruck-EGR-System weist einen wassergekühlten EGR-Kühler 3 auf und ein EGR-Ventil 14 sowie wichtige Mess- und Steuerleitungen 20a–20e des Motorsteuergeräts 20.
  • Das Kühlmittel wird mittels der Kühlwasserpumpe 7 des Motors durch den Motor 1 gefördert. Vom Motoraustritt strömt das Kühlmittel in einem ersten Kreislauf 9a zum Wasserbehälter 9 und dann über den Thermostaten 6 zurück zum Motor 1. Dieser Zweig dient der Belüftung und Entgasung und enthält zur Minimierung der Wärmeverluste im Warmlauf und zur sicheren Entgasung insbesondere eine nicht eingezeichnete Drosselstelle zur Reduzierung des Kühlmitteldurchsatzes auf Werte nahe Null bei geringer Motordrehzahl. Wahlweise kann statt der Drosselstelle ein Zweiwegeventil eine noch präzisere Kontrolle bzw. temporäre Abschaltung im Warmlauf vornehmen.
  • Ein zweiter Zweig des Kühlsystems geht über die Leitung 6a und den Fahrzeug-Kühler 8 zum Thermostaten 6 bzw. über den mittels der optionalen Motorsteuerungsleitung 20c schaltbaren Bypass-Zweig 6b mit optionalem Schaltventil 6bv direkt zum Thermostaten 6. Ab einer bestimmten Betriebstemperatur öffnet der Thermostat 6 den Kühler-Zweig 6a nach und nach und schließt in analoger Weise den Bypass-Zweig 6b. Wahlweise kann aber auch anstelle des konventionellen Thermostaten 6 ein von der Motorsteuerung 20 entsprechend dem Kühlbedarf angesteuertes Regelventil 6 Verwendung finden, gegebenenfalls unter zusätzlicher Integration des optionalen Bypassventils 6bv.
  • Neben den Zweigen 6a, 6b, und 9a zur Motorkühlung bzw. Entlüftung des Kühlsystems dient der Zweig 4a der Beheizung der Fahrzeugkabine. Das Kühlmittel wird von der optionalen el. Zusatzpumpe 2 über den EGR-Kühler 3 sowie den Temperatursensor 15 zum Kabinenwärmetauscher 4 und dann zurück zum Kühlerthermostaten 6 gefördert.
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zielt bei 1 in ihrer kraftstoffverbrauchsoptimalen Version zur Erfüllung der Kabinenheizleistungserfordernisse insbesondere darauf ab, die Zeitdauer bis zum Aktivieren der EGR zu reduzieren und möglichst schnell hohe EGR-Raten zu ermöglichen.
  • Dabei ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise aber durchaus auch für Motoren, die die EGR aus anderen Gründen temporär nicht aktivieren wollen, z. B. aus Versottungsgründen oder wegen der Gefahr der Kondensatbildung und/oder Vereisung und/oder weil ein Abgaswärmetauscher stromab des Turbos optimal genutzt werden soll und/oder die Abgasanlage auf ein erhöhtes Temperaturniveau gebracht werden soll, vorteilhaft nutzbar.
  • Insbesondere ist es auch möglich, das System nach 1 lediglich zur Umsetzung erfindungsgemäßer Maßnahmen gemäß der DE 10 2009 042 745.7 einzusetzen. Dazu kann beispielsweise die Drosselklappe 31dk nach Aktivierung der EGR in die Regelung der EGR mit einbezogen werden und ein dazu benötigtes Druckgefälle bereitstellen oder auch komplett offen sein und ein saugseitiges Ventil 31sdk übernimmt die Aufgaben gemäß der DE 10 2009 042 745.7 , um im Verlauf des Warmlaufs hohe EGR-Raten sicherzustellen. Das kann z. B. auch aus einem Vergleich von 2 mit 7 der DE 10 2009 042 745.7 abgeleitet werden, die weitgehend identisch sind.
  • Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn bei Systemen bei 1 gemäß der aktuellen Erfindungsbeschreibung in den ersten Minuten des Warmlaufs mit einem im Vergleich zur DE 10 2009 042 745.7 geringeren Frischluft- und Abgasmassenstrom gearbeitet wird, indem die abgasseitige Drosselklappe 31dk eine Drosselung vornimmt und dennoch möglichst hohe Ladedrücke in der Leitung 11 ab seitens der Motorsteuerung 20 eingestellt werden.
  • In Verbindung mit entsprechend auf geringe/keine Ventilüberschneidung ausgelegten/eingestellten Ventilsteuerzeiten der Ladungswechselventile und geeigneten Turboladereinstellungen ist bei Systemen gemäß 1 insbesondere eine abgasseitige Drosselung mit der Drosselklappe 31dk möglich, ohne dass der Ladedruck des Turbos relativ zum Abgasgegendruck allzu sehr abfällt. Das gilt für den Betrieb mit offenem EGR-Ventil 14 und mit gewissen Einschränkungen auch bei geschlossenem und/oder regelndem EGR-Ventil 14.
  • In der besonders effektiven Vorgehensweise dieser Zusatzanmeldung strömt das gesamte aus dem Motor austretende Abgas gemäß 1 über die Turbine 31tt des Abgasturboladers und wird je nach EGR-Rate teilweise oder vollständig über die Hauptabgasleitung 10ft zum Abgasnachbehandlungssystem 31dpf, z. B. mit Oxydationskatalysator und Dieselpartikelfilter 31dpf, gefördert.
  • Das nicht zurückgeführte Abgas strömt über die Drosselklappe 31dk, bevor es unter Durchströmung der nicht gezeigten Abgasschalldämpfungs- und gegebenenfalls weiterer Abgasnachbehandlungskomponenten an die Umgebung austritt.
  • Der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 14 und die an der Abgasdrosselklappe 31dk eingestellte Drosselung stellen je nach Bedarf und Betriebsstrategie und je nach Motor und Motorbetriebszustand EGR-Raten von Null bis hin zu hohen EGR-Raten in der Größenordnung von 40–75% ein.
  • Die optionale saugseitige Drosselklappe 31sdk in 1 dient gegebenenfalls in Sonderbetriebssituationen, wie z. B. beim DPF-Freibrennen, der Drosselung und bei Bedarf der Sicherheitsabschaltung des Frischluftmassenstroms und ist bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur Erhöhung der Kabinenheizleistung in der Regel offen.
  • Sie kommt z. B. insbesondere dann ins Spiel, wenn beim Freibrennen des Dieselpartikelfilters eine hohe Abgastemperatur bei geringem Frischluft- und Abgasmassenstrom besonders vorteilhaft ist, um den Energieaufwand zum Anheben der Abgastemperaturen von beispielsweise 200°C im Normalbetrieb auf über 550°C beim DPF-Freibrennen zu reduzieren und/oder einen unzulässig hohen Wärmeeintrag ins Kühlmittel beim DPF-Freibrennen sicher zu vermeiden. In dieser Betriebsart helfen der mittels der Drosselklappe 31sdk reduzierte gasseitige Druck und die reduzierte gasseitige Dichte innerhalb des Motors und des Abgassystems, in Verbindung mit dem Schließen des EGR-Ventils 14 den Wärmeeintrag ins Kühlmittel zu reduzieren und insbesondere die Wärmeabstrahlung der Abgasanlage auf angrenzende Bauteile herabzusetzen.
  • Die Anordnung nach 1 bietet – im Falle der Verwendung eines Ventils 31sdk – vor diesem Hintergrund die ganz besonders vorteilhafte Option, das DPF-Freibrennen bei geschlossenem EGR-Ventil 14 wahlweise über die Frischluftmassenstrombegrenzung durch die saugseitige Drosselklappe 31sdk mit minimiertem Überhitzungsrisiko, insbesondere bei betriebswarmem Fahrzeug, zu betreiben oder über die abgasseitige Drosselklappe 31dk mit Ausrichtung auf bessere Kabinenheizleistung und/oder geringere Verdünnung des Motoröls durch Kraftstoff.
  • Speziell im Hinblick auf die Reduktion der Motorölverdünnung ist die abgasseitige Drosselung des Frischluftmassenstroms bei geschlossenem EGR-Ventil 14 u. a. deshalb besonders günstig, weil sie für eine bessere Erwärmung des Motors und des Motoröls sorgt und über die erhöhte Ladungsdichte und gegebenenfalls die erhöhte Ladungstemperatur zum Einspritzzeitpunkt für eine geringere Durchdringungstiefe der Kraftstofftropfen in Richtung Brennraumwand.
  • Die Position der in 1 optionalen saugseitigen Drosselklappe 31sdk kann bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur Verbesserung der Kabinenheizwirkung wahlweise auch stromab des Turbo-Verdichters 31tv liegen.
  • Wahlweise kann dessen Funktion zur Reduktion der Kosten aber auch darauf beschränkt bleiben, mit einer einfachen Auf/Zu-Funktion als Sicherheits-Motorabsteller zu dienen.
  • Bei entsprechend in Richtung komplettes Schließen bzw. hinreichende Druckfestigkeit und Dichtheit ausgelegten Systemen und je nach Abgasnachbehandlungssystem kann das Ventil 31sdk bei manchen Motoren zur Kosteneinsparung komplett entfallen, das abgasseitige Ventil 31dk dient dann im komplett geschlossenen Zustand als Sicherheitsmotorabsteller.
  • Bei einer ganz besonders einfach umzusetzenden Vorgehensweise des erfindungsgemäßen Gedankenguts wird bei dem System nach 1 bei Kabinenheizleistungsdefizit einfach das EGR-Ventil 14 geschlossen – hierzu reicht gegebenenfalls auch ein einfaches Auf/Zu-Ventil – und die Abgasdrosselklappe 31dk sorgt für eine erhöhte Ladungswechselarbeit und/oder eine erhöhte motorinterne EGR-Rate.
  • Im Vergleich zum Normalbetrieb mit möglichst hohem Luftmassenstrom und/oder möglichst hoher motorexterner EGR-Rate bedeutet dies speziell bei Turbomotoren in der unteren Teillast vielfach, dass der Turbolader eine etwas geringere Drehzahl aufweist und in der Regel etwas länger braucht, um den gleichen Volllastladedruck aufzubauen wie ohne die abgasseitige Drosselung.
  • Wird hier jedoch eine analoge Strategie zur Sicherstellung der Fahrbarkeit angewandt, wie sie beim Freibrennen des DPF-Filters bei saugseitiger Drosselung heute bereits Serienstandard ist, so kann auch bei der erfindungsgemäß abgasseitigen Drosselung eine vergleichbare Fahrbarkeit sichergestellt werden.
  • Besonders vorteilhaft in Bezug auf die Fahrbarkeit ist es, wenn die Motorsteuerung 20 – z. B. anhand von Beschleunigungsvorhaltekriterien – sicherstellt, dass stets genügend Zeit bleibt, um die abgasseitige Drosselung zur Erhöhung der Kabinenheizleistung so schnell zu deaktivieren, dass der Fahrer bei einem Sprung auf Volllast keinerlei Unterschied zum Normalbetrieb feststellt.
  • Da insbesondere der Motorleerlauf bei häufig und/oder für längere Zeit stehendem Fahrzeug vielfach problematisch für das Kabinenaufheizverhalten ist, schlägt die erfindungsgemäße Vorgehensweise insbesondere vor, die erfindungsgemäße Heizleistungssteigerung über die Drosselung mit dem – z. B. aufgrund der Niederdruckauslegung des EGR-Systems im Normalbetrieb ohnehin vorhandenen – abgasseitigen Ventil 31dk ausschließlich bei stehendem Fahrzeug vorzunehmen und hierbei insbesondere die Motorleerlaufdrehzahl anzuheben. Hierbei sind bei hohem Kabinenheizbedarf durchaus Motorleerlaufdrehzahlen von 1100–1500 1/min anzustreben. Die Laufruhe heutiger Motoren und die fahrzeugseitige Schalldämmung lässt dies bei vielen Fahrzeugen durchaus zu.
  • Sobald die Motorsteuerung erkennt, dass die Fahrt weitergehen soll, z. B. durch das Lösen der Fuß- oder Handbremse oder durch das Treten des Kupplungspedals bei stehendem Fahrzeug, wird auf Normalbetrieb oder beschleunigungsoptimalen Betrieb umgestellt.
  • Eine derartige Vorgehensweise ist abgesehen vom Applikationsaufwand kostenneutral und eliminiert vor allem potentielle Vorbehalte bezüglich der Fahrbarkeit. Sie hilft insbesondere genau dort, wo ohne die erfindungsgemäße Abgasdrosselung mittels Verstellung der Einspritzzeitpunkte aufgrund des geringen Basiskraftstoffmassenstroms mittels geänderter Einspritzzeiten oder Zündzeitpunkte nur eine vergleichsweise geringe Heizleistungssteigerung erzielbar ist. Das gilt insbesondere sowohl für Betriebspunkte, in denen die Heizleistungssteigerung mittels abgasseitiger Drosselung bei geschlossenem EGR-Ventil 14 erfolgt als auch für Betriebspunkte, in denen zur Kabinenheizleistungssteigerung bei reduziertem Kraftstoffmehrverbrauch eine abgasseitige Drosselung mit aktivierter externer EGR, d. h. bei geöffnetem/teilgeöffnetem EGR-Ventil 14, erfolgt.
  • In der Variante mit geschlossenem EGR-Ventil 14 eliminiert die erfindungsgemäße Begrenzung der heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen auf Situationen mit stehendem Fahrzeug insbesondere alle potentiellen Bedenken bezüglich der Versottung/Verschmutzung der mit der externen EGR in Kontakt tretenden Bauteile.
  • Gleichzeitig vergrößern die Erhöhung der Ladungswechselarbeit und der internen EGR-Rate und die Erhöhung des gasseitigen Druckes und der gasseitigen Temperatur zum Einspritzzeitpunkt den Spielraum zur zusätzlichen Wärmeeinbringung über die heizleistungsorientierte Verstellung der Einspritzzeiten.
  • In Summe kann auf diesem Wege insbesondere sichergestellt werden, dass die Abgastemperaturen am Oxidationskatalysator hoch genug sind und z. B. oberhalb der Arbeitstemperatur von 200°C liegen und so eine weitgehende Nachoxidation unverbrannter Abgasbestandteile sicherstellen.
  • Das alles gilt bereits bei konventionellen Motordrehzahlen, ganz besonders aber bei angehobener Motorleerlaufdrehzahl.
  • Ein ganz besondere Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass marktspezifisch z. B. speziell auf Nordamerika ausgerichtete Kabinenheizleistungstests mit stehendem Fahrzeug und laufendem Motor, ohne jegliche Mehrkosten sicher bestanden werden können.
  • So kann insbesondere der PTC-Zuheizer bei Diesel-PKW mit sehr kostengünstiger und vor allem mit völlig identischer Hardware in Europa und in Nordamerika entfallen.
  • Sehr vorteilhaft für die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist es bei der Konfiguration nach 1 insbesondere, dass mit der Ladegasdeaktivierung 31b Mittel verfügbar sind, die es erlauben, die Verdichtungstemperaturen im Brennraum zum Kraftstoffeinspritzzeitpunkt so anzuheben, dass eine heizleistungsorientierte Verlagerung der Brennverläufe in sehr weitem Umfang möglich wird, ohne auf sonstige Probleme, insbesondere auf erhöhte Ölverdünnung und/oder erhöhte Emission giftiger Schadstoffe und/oder erhöhte Rauchemission oder inakzeptable Geräusch- und/oder Geruchsemission zu führen.
  • 2 zeigt zum direkten Vergleich das Ausgangs-System-Layout für 1 mit einer konventionellen saugseitigen Drosselklappe 31sdk und ohne die erfindungsgemäße abgasseitige Drosselklappe 31dk, so wie es bereits der 7 der DE 10 2009 042 745.7 vom 25.09.2009 zu entnehmen ist.
  • Auch hier kann man prinzipiell von einer Niederdruck-EGR sprechen, da das Abgas auf der Niederdruckseite der Turbine 31tt entnommen wird. Erst der zusätzliche Einbau einer abgasseitigen Drosselklappe 31dk – gegebenenfalls unter Entfall der saugseitigen Drosselklappe 31sdk wird hier jedoch die vollen erfindungsgemäßen Freiheitsgrade zur Systemverbesserung liefern insbesondere auch die Potentiale bezüglich der später noch diskutierten Bypassleitung 11dkby.
  • Das System gemäß 2 ist in der Phase des Warmlaufs bis zum ersten Öffnen der EGR primär auf die Maßnahmen der DE 10 2009 042 745.7 ausgerichtet und zunächst nicht zur Durchführung aller erfindungsgemäßen Maßnahmen der vorliegenden Erfindung verwendbar.
  • Wie später noch genauer beschrieben wird, ist bei Systemen nach 2 im Falle der ladungswechselverlust- bzw. kraftstoffverbrauchserhöhenden starken Drosselung an das Schließen des Ventils 14 und das partielle Schließen des Ventils 31sdk eine Absenkung der Gasdichte durch die Drosselklappe 31sdk gekoppelt und das System nicht optimal dazu einsetzbar, um einen möglichst werten Verstellbereich für heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen und/oder hohe Wärmeübergänge im EGR-Kühler für Kabinenheizzwecke oder in einem TEG zu realisieren.
  • Deshalb ist bei Systemen gemäß 2 im frühen Warmlauf mit geschlossener EGR die temporäre Vorgehensweise gemäß der DE 10 2009 042 745.7 ohne Drosselung am Ventil 31sdk und mit möglichst hohem Ladedruck und gleichzeitig hohem Abgasmassenstrom besonders vorteilhaft.
  • Der bei Systemen gemäß 2 im Raum stehende Versuch, dem Kabinenheizleistungsdefizit über die Induzierung von zusätzlichen Ladungswechselverlusten über das partielle Schließen der Drosselklappe 31sdk zu begegnen ist – nicht zuletzt aus Emissionsgründen, Ölverrdünnungsgründen, Wärmeübergangsgrunden und aus dynamischen Gründen sowie auch wegen der fehlenden Freiheitsgrade bezüglich der heizleistungsorientierten Brennverlaufsformung – nicht annähernd so wirksam und zielführend wie die erfindungsgemäße Induzierung von Ladungswechselverlusten mit der (kostenlosen) abgasseitigen Drosselung 31dk gemäß 1.
  • 3 zeigt im Vergleich zu 1 die Luft- und Abgasseite eines ganz ähnlichen Systems mit etwas höherem Detaillierungsgrad auf den beiden Gasseiten. Die Ladegaskühlung 31k erfolgt hier wasserseitig über die Kühlmittelleitungen 31kme und 31kma, die Deaktivierung der Kühlung durch das wasserseitige Ventil 31sv.
  • Frischluftseitig sind der Luftfilter 40 und der Luftmassensensor 41 explizit gezeigt sowie abgasseitig zusätzliche Abgasnachbehandlungssysteme 31NOx und 31H2s stromab der Drosselklappe 31dk sowie der Schalldämpfer 31SD. Die saugseitige Drosselklappe 31sdk befindet sich hier im Hochdruckbereich des Aufladezweigs. Der Vollständigkeit halber ist bei dem System nach 3 ein optionaler Hochdruck-EGR-Zweig 11hpegr mit Hochdruck-EGR-Klappe 14hd eingezeichnet. Bei der erfindungsgemäßen Heizleistungssteigerung mit Drosselung über die Klappe 31dk und mittels eines mit dem Ventil 14 geschlossenen Zweigs 11lpegr ist es in der Regel vorteilhaft, den Zweig 11hpegr ebenfalls zu schließen, so dass Oberflächenwärmeverluste und/oder die Verschmutzung in diesem Zweig ebenso unterbleibt wie im Zweig 11lpegr.
  • Die Systeme in 1 und in 3 sind lediglich ganz besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, ohne dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise darauf beschränkt ist.
  • Insbesondere ist die Strategie, heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen, wie z. B. die erfindungsgemäße Drosselung des Ladungswechsels zur Kraftstoffverbrauchserhöhung einschließlich temporärer Maximierung der internen/externen EGR und Anhebung der Leerlaufdrehzahl, nur bei Motorleerlauf und bei gleichzeitig stehendem und/oder gebremstem Fahrzeug zu verwenden, durchaus von universellem Charakter.
  • So liegt z. B. bei Dieselmotoren bei dieser Vorgehensweise ohne Straßenlast beim Betrieb mit und ohne externe EGR und selbst bei relativ hohen EGR-Raten noch ein hoher Luftüberschuss vor, z. T. zusätzlich verbunden mit einem weiten Spielraum zur kabinenheizleistungsorientierten Verstellung der Motorsteuerung in Richtung Kraftstoffmehrverbrauch.
  • Das betrifft nicht zuletzt die abgasseitige Drosselung in besonders hohem Maße, insbesondere in Verbindung mit hoher interner oder externer EGR und auch der Verstellung der Kraftstoffeinspritzung in Richtung Kraftstoffmehrverbrauch bzw. stärkerer Wärmeabgabe ins Kühlmittel.
  • Dabei ist es insbesondere sehr hilfreich, dass es über eine sinnvolle Kombination der hier beschriebenen Maßnahmen im Gegensatz zur gängigen Expertenmeinung relativ einfach und preiswert möglich ist, die marktspezifischen Heizungsfreigabetests der einzelnen Hersteller mit ein und der selben Hardware zu erfüllen und dabei sogar den bei Diesel-PKW derzeit in der Regel vorgehaltenen el. PTC-Zuheizer entfallen zu lassen. Analoges gilt inzwischen z. T. auch bereits für PKW mit hocheffizienten Ottomotoren.
  • Darüber hinaus ist es eine ganz besondere Eigenschaft der erfindungsgemäßen Vorgehensweisen, dass diese in der Lage sind, die Kraftstoffverbrauchswerte der beigeordneten Patentansprüche zu liefern.
  • Damit wird es insbesondere möglich, den PTC-Zuheizer in Bezug auf die pro eingesetzten Kraftstoffmehrverbrauch erzielbare Heizungsverbesserung deutlich zu übertreffen. Das hat speziell im realen winterlichen Stadtverkehr einen signifikanten Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch.
  • Ausgehend von 1 zeigt 4 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Systemverbesserung mit einem Bypasszweig 11dkby, der bei geschlossenem/gedrosseltem erstem EGR-Regelventil 14 an einem EGR-Kühler 3 und/oder einem EGR-Kühler mit integriertem thermoelektrischen Generator 3teg oder lediglich an einem thermoelektrischen Generator 3teg die Abgaswärme verbessert nutzen kann.
  • Hierzu wird das Abgas stromab des EGR-Kühlers 3 (3teg) entnommen und stromab des zweiten EGR-Regelventils 31dk wieder in den Hauptabgasmassenstrom eingespeist.
  • Die in 4 gezeigte Entnahmestelle 11by des Bypasszweigs 11dkby liegt besonders bevorzugt stromauf des Ventils 14 und ist somit bei geöffnetem und geschlossenem Ventil 14 durchströmbar.
  • Die Stellung des Ventils 31dk und die Dimensionierung des Strömungszweigs 11dkby in Richtung relativ hohen Druckverlustes durch eine Blende 11drbl und/oder besonders strömungsquerschnittsarme und/oder lange Leitungsquerschnitte des Zweigs 11dkby genügen in dieser ganz besonders preiswerten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zum sicheren und effektiven Betrieb bei offenem und geschlossenem Ventil 14. Im einfachsten Fall genügt ein Metallrohr von ca. 5–15 mm Innendurchmesser, um auf diesem Weg aus dem Systemlayout in 1 eine verbesserte Wirkung des EGR-Kühlers als Wärmequelle für Kabinenheizzwecke zu erzielen und/oder die Stromausbeute des thermoelektrischen Generators 3teg zu verbessern und/oder eine bessere Trocknung und frühere Aktivierung des EGR-Zweigs 11eff.
  • Dabei wird die Wirksamkeit der Bauteile 3, 3teg auch bei starker Drosselung bzw. Stromungsquerschnittsabsenkung im Zweig 11dkby verbessert, weil sich bei starker Drosselung mit dem Ventil 31dk dennoch ein spürbarer Abgasmassenstrom über die Bauteile 3, 3teg einstellt und insbesondere weil in der Regel das EGR-Ventil 14 deutlich früher geöffnet werden kann.
  • Natürlich kann die Position 11by auch in das Ventil 14 integriert werden oder das Ventil 14 wird als 3-Wegeventil so ausgelegt, dass es je nach Stellung auch den Zweig 11dkby verschließt und/oder drosselt. Ein Beispiel für eine solche Konfiguration zeigt 6.
  • Insbesondere kann die bauliche Ausgestaltung eines derartigen 3-Wegeventis angesichts obiger Erläuterungen bei vielen Anwendungen durchaus auch eine gewisse Leckage in Richtung des Zweiges 11dkby zulassen und ist deshalb mit vergleichsweise geringen Zusatzkosten realisierbar.
  • Das gilt z. B. insbesondere, wenn die Drosselung durch kleine Leitungsquerschnitte im Zweig 11dkby und/oder die Drosselblende 11drbl bewusst sehr hoch gewählt wird, z. B. um hohe Ladungswechselverluste zur Heizleistungssteigerung einstellbar zu machen.
  • Wie bereits beschrieben, sind speziell die erfindungsgemäßen Varianten, die mit Leitungsquerschnitten des Zweigs 11dkby von 5–15 mm Innendurchmesser arbeiten von ganz besonderem Interesse, da diese relativ problemlos im i. a. sehr begrenzten Motorbauraum unterzubringen bzw. thermisch isolierbar sind.
  • Speziell bei einem entsprechend gestalteten 3-Wegeventil 14 oder bei Darstellung dessen 3-Wegeventil-Funktionalität mit zwei Einzelventilen 14a und 14b ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise natürlich nicht ausschließlich auf eine solch hohe Drosselung bzw. Leitungen von 5–15 mm Innendurchmesser begrenzt.
  • Insbesondere wenn nur ein moderates Kabinenheizleistungsdefizit besteht und/oder der thermoelektrische Generator 3teg bei gedrosseltem/geschlossenem Zweig 11eff in seiner Wirkung maximiert werden soll, ist es z. T. günstiger auf eine all zu starke Drosselung im Zweig 11dkby zu verzichten.
  • Aus Kosten- und Bauraum-Gründen werden sich in vielen Fällen, insbesondere bei hohem Kabinenheizleistungsdefizit, die beschriebenen Varianten mit starker Drosselung im Zweig 11dkby bei der praktischen Umsetzung erfindungsgemäßer Zweige 11dkby als besonders günstig erweisen.
  • Insbesondere ist es bei sehr starker Kabinenheizleistungsdefizit vorteilhaft, die Drosselklappe 31dk so auszugestalten, dass diese relativ dicht ist und bereits bei einem relativ kleinem Abgasdurchsatz von z. B. 10 g/s durch das Ventil 31dk Abgasgegendrücke von 0,2–0,5 bar, insbesondere Abgasgegendrücke unmittelbar stromauf des Ventils 31dk von mehr als 0,5 bar, Überdruck relativ zur Umgebung, einstellen kann. Der damit induzierbare Kraftstoffmehrverbrauch ist damit bereits sehr deutlich spürbar und speziell in Verbindung mit der optimierten Nutzung am EGR-Kühler hochwirksam für die Kabinenheizung.
  • Bei extremem Kabinenheizleistungsdefizit kann es insbesondere vorteilhaft sein, sogar das Gesamtsystem so auszulegen, dass bei 10–20 g/s Frischluftmassenstrom Abgasgegendrücke von 0,3–0,5 bar oder bei ganz extremem Zuheizbedarf sogar 1,0–1,5 bar realisiert werden können.
  • Das ist insbesondere dann sehr hilfreich, wenn auch bei vergleichsweise geringer Motordrehzahl und/oder ohne Leelaufdrehzahlanhebung die erste Motoraufheizphase besonders kurz sein soll.
  • Die hier genannten Zahlenwerte für den Bezugs-Frischluftmassenstrom von 10–20 g/s bzw. Bezugs-Abgas-Massenstrom von 10 g/s orientieren sich an einem Dieselmotor mit 2 l Hubraum. Für andere Hubräume ist es insbesondere vorteilhaft, diese Zahlenwerte proportional zum Hubraumunterschied bei kleinerem Hubraum zu reduzieren und bei größeren Hubräumen zu erhöhen.
  • Ohne auf diese Zahlen beschränkt zu sein wird angesichts dieser Zahlenbeispiele klar, dass ein Teil des erfindungsgemäßen Gedankengutes nicht umsetzbar ist, wenn die Leitung 11lpegr in Phasen mit hohem Bedarf an Abgasgegendruck nicht mittels eines Ventils gedrosselt wird und/oder schon in der Basisauslegung mittels einer Drosselstelle oder kleiner Rohrquerschnitte erheblich gedrosselt.
  • Speziell bei den Varianten mit stets durchströmbarem Zweig 11dkby ist es dabei wichtig, dass bei geöffnetem Zweig 11eff und Androsselung mit dem Ventil 31dk ein hinreichender EGR-Massenstrom im Zweig 11eff einstellbar ist und dass der EGR-Kühler (3, 3teg) nicht dadurch thermisch überlastet wird, dass ein zu hoher Abgasmassensstrom durch den Zweig 11dkby strömt. Die in den einzelnen Unter-Patentansprüchen angegebenen Dimensionierungsvorschläge für die Drosselung im Zweig 11dkby berücksichtigen diesen Sachverhalt.
  • Optional kann aber auch ein autarkes, d. h. ein nicht von der Motorsteuerung ansteuerbares Ventil den Zweig 11dkby schließen, sobald eine starke Anhebung des Abgasgegendrucks gewünscht ist und/oder die Gefahr der Überlastung bzw. Überhitzung besteht und/oder wenn aufgrund der Kühlmittel- und/oder Umgebungstemperatur ohnehin klar ist, dass eine Durchströmung des Zweigs 11dkby nicht benötigt wird.
  • Insbesondere einfache Auf/Zu-Ventile im Zweig 11dkby mit Dehnstoffaktuator bieten sich im Falle der rein thermischen Absicherung als kostengünstige Lösung an.
  • Dabei kann sich der Dehnstoffaktuator beispielsweise an der Umgebungstemperatur orientieren und einfach schließen, wenn die Umgebungstemperatur oberhalb 20°C liegt und somit keine Maximierung der Kabinenheizleistung erforderlich ist. Etwas aufwändiger kann sich dieser aber auch an der Bauteiltemperatur oder der Kühlmitteltemperatur orientieren und z. B. schließen, wenn diese Temperatur größer als 70°C oder 95°C ist, so dass z. B. mit Sicherheit kein Zuheizbedarf mehr vorliegt. Hier sind je nach Ausgestaltung mit und ohne thermoelektrischen Generator die verschiedensten Lösungen denkbar.
  • Selbst ein von der Motorsteuerung ansteuerbares weiteres Zusatzventil ist hier – insbesondere bei extremen Anforderungen bezüglich der Kraftstoffeinsparung – z. T. durchaus kostenseitig noch vertretbar, speziell in Anwendungen mit TEG.
  • Analog zu den obigen Ausführungen zu 4 zeigt 5 eine entsprechende Anpassung von 3 mit Bypasszweig 11dkby, Entnahmestelle 11by stromauf des Ventils 14, optionaler Drosselblende 11drbl und EGR-Kühler 3 und/oder TEG 3teg.
  • Insbesondere wird hier exemplarisch ersichtlich, dass es die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit Bypasszweig 11dkby ermöglicht, dass das Abgas stets mindestens einmal durch die einzelnen Abgasbehandlungssysteme (31dpf, 31NOx, 31H2S) strömt, bevor es in die Umwelt gelangt.
  • Hierzu ist es insbesondere vorteilhaft, den Zweig 11dkby unmittelbar stromab des Ventils 31dk an den Hauptabgaszweig anzuschließen, d. h. insbesondere vor potentiellen Zusatzabgasnachbehandlungsbauteilen (31NOx, 31H2S).
  • Auch hier ist die Position 11by nicht zwingend stromauf des Ventils 14 angeordnet und auch eine starke Drosselung bzw. Leitungsquerschnitte von 5–15 mm des Zweigs 11dkby sind nur eine aus Kosten-, Package- und Heizleistungssteigerungsgründen ganz besonders bevorzugte Option.
  • In 4 und 5 ist insbesondere auch zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Bypassleitung 11dkby in der Lage ist, bei geschlossenem Ventil 14 einen großen Bereich des EGR-Systems abgasseitig vorzuwärmen und auf diesem Wege ein früheres Öffnen des Ventils 14 ohne Bauteilrisiko, insbesondere auch für den Turboverdichter 31tv, zu ermöglichen.
  • Im Falle der Verwendung eines thermoelektrischen Generators im Normalbetrieb, d. h. Gewinnung elektrischen Stroms aus der Kühlung des Abgases unter Wärmeabgabe ans Kühlmittel, ist es insbesondere vorteilhaft, wenn dieser bei Kabinenheizdefizit durch Umkehrung der el. Verschaltung zur Beheizung des Abgases unter gleichzeitiger Steigerung der Kabinenheizleistung betrieben wird.
  • Zu den beiden Ventilen 14 und 31dk wurden bereits verschiedene Ausgestaltungen und Ansteuerungsmöglichkeiten beschrieben. Besonders einfach in der Ansteuerung und auch besonders kosteneffektiv ist es hier insbesondere, wenn das erste EGR-Regelventil 14 ein einfaches Auf/Zu-Ventil ohne Zwischenstellungen ist und die Regelung der rückgeführten Abgasmenge mittels der Motorsteuerung 20 durch das zweite EGR-Regelventil 31dk im Hauptabgaszweig erfolgt.
  • Eine weitere Kostenminimierung und Vereinfachung ergibt sich insbesondere, wenn das erste EGR-Regelventil 14 stromab der Verzweigungsposition 11by angeordnet ist, so dass bei geschlossenem erstem EGR-Regelventil 14 ein permanenter aber geometrisch genau definierter und mittels des Ventils 31dk veränderbarer Leckage- bzw. Zielabgasstrom in der Bypassleitung 11dkby anliegt.
  • Dabei ist natürlich auf eine hinreichend hohe Dimensionierung der Druckverluste im Zweig 11dkby zu achten, in Kombination mit dem Druckverlust des Ventils 31dk im offenen Zustand und in Kombination mit der Kühlreserve des Fahrzeugkühlers 8 und des EGR-Kühlers (3, 3teg).
  • Nur moderate Zusatzanforderungen an den Fahrzeugkühler 8 und den EGR-Kühler (3, 3teg) ergeben sich hierbei insbesondere, wenn die strömungsbestimmenden Strömungsquerschnitte und Leitungslängen des Zweigs 11dkby so dimensioniert sind, dass bei voll geöffnetem erstem EGR-Regelventil 14 der Leckageabgasmassenstrom in der Bypassleitung 11dbky weniger als 30% des zur Frischluftleitung 10f geförderten EGR-Massenstroms beträgt.
  • Aus Bauraumgründen ist es bei vielen Anwendungen insbesondere sehr vorteilhaft, wenn losgelöst von der Ausgestaltung des Ventils 14 und losgelöst von der maximal zulässigen Leckage im Zweig 11dkby, die Bypassleitung 11dkby Rohrleitungsabschnitte von insgesamt mindestens 200 mm Länge aufweist und dass in diesem Bereich ein mittlerer Strömungsquerschnitt von weniger als 190 mm2 (= 0,5·(3,14·222)/4) mm2) vorliegt. Eine gewisse Drosselwirkung wird hier zugunsten der Einbaubarkeit ganz bewusst in Kauf genommen.
  • Insbesondere ist es bei manchen Anwendungen vorteilhaft, wenn die Bypassleitung 11dkby mindestens eine Drosselstelle 11drbl mit einem engsten Strömungsquerschnitt aufweist, der kleiner ist als 50% des Strömungsquerschnitts des voll geöffneten ersten EGR-Regelventils 14 oder eine beliebige andere Drosselstelle mit vergleichbarer Drosselwirkung. Damit kann insbesondere sichergestellt werden, dass das EGR-Regelventil einen hinreichenden Spielraum hat, die passenden EGR-Raten einzustellen und dass der EGR-Kühler nicht durch den Abgasstrom im Zweig 11dkby überlastet wird.
  • Eine annähernd analoge Wirkung ist auch erzielbar, wenn die Bypassleitung 11dkby mindestens eine Drosselstelle, insbesondere eine Strömungsblende 11drbl, mit einem engsten Strömungsquerschnitt von weniger als 144 mm2 aufweist.
  • Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Position und die Funktionen der Entnahmestelle 11by der Bypassleitung 11dkby in das erste EGR-Regelventil 14 integriert sind. Das führt zu Bauraumvorteilen und zu einer optimalen Vorwärmung des EGR-Zweigs einschließlich des Ventils 14.
  • Bei besonderen Ansprüchen an die Regelbarkeit oder den Überhitzungsschutz ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Position der Entnahmestelle 11by der Bypassleitung 11dkby in das erste EGR-Regelventil 14 integriert ist und dieses als Mehrwegeventil mittels der Motorsteuerung neben der EGR-Regelung auch die Regelung/Absperrung des Bypasszweigs 11dkby übernimmt. Auf diesem Weg lässt sich insbesondere auch der Nutzungsbereich des EGR-Kühlers bzw. TEG in Richtung höherer Temperaturen und kleinerer Abgasgegendrücke erweitern.
  • Insbesondere kann dann auch die Drosselung im Bypasszweig 11dkby bei voll geöffnetem Bypasszweig 11dkby wesentlich kleiner ausfallen oder sogar weitgehend entfallen, insbesondere wenn motorenspezifisch aus Bauraumgründen nicht dennoch eine Bypassleitung kleinen Durchmessers erforderlich ist.
  • Auch wenn Teilaspekte der erfindungsgemäßen Vorgehensweise auch an Motoren mit HD-EGR genutzt werden können, so ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise in vielen Fällen ganz besonders attraktiv, wenn die erfindungsgemäßen Maßnahmen als Maßnahmenpaket und insbesondere an Motoren mit Niederdruck-EGR zum Einsatz kommen.
  • Niederdruck-EGR-Systeme, z. B. gemäß 1 und 3–6 mit abgasseitiger EGR-Drossel 31dk, bieten hier den ganz besonderen Vorteil, dass im Betrieb mit Abgasrückführung durch die prinzipbedingt geringere Drosselung auf der Frischluftseite im Mittel ein höherer Frischluft- und Abgasdruck im gesamten System vorliegt als bei HD-Systemen, d. h. ein höherer gasseitiger Druck stromauf des Motors, stromab des Motors und auch innerhalb des Motors.
  • Das begünstigt hohe EGR-Massensströme und somit – bei gegebenem Bedarf an Frischluft bzw. Sauerstoff für die Verbrennung – hohe Wärmeübergangsraten am Motor und am EGR-Kühler. Das liegt – auch bei deaktivierter Ladegaskühlung – insbesondere an der erhöhten Dichte des rückgeführten Abgases und der verbesserten Wirksamkeit des Turboladers bei der Niederdruck-EGR gemäß 1 und 3–6.
  • Bei gleichem Ziel-Sauerstoffgehalt des Gemisches aus Frischluft und rückgeführtem Abgas im Brennraum des Motors wird vor diesem Hintergrund letztlich ein höherer EGR-Massenstrom möglich und auch ein weiterer Verstellbereich für heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen, wie z. B. die Verlagerung der Einspritzzeitpunkte.
  • Hinzu kommt insbesondere die Möglichkeit, die EGR-Rate so hoch zu gestalten, dass die Verbrennung bereits ohne Veränderung der Einspritzung relativ zum Betrieb ohne Heizleistungsdefizit deutlich langsamer und mit einem schlechteren Wirkungsgrad abläuft.
  • Deshalb ist bereits ohne den Bypasszweig 11dkby eine deutlich verbesserte Kabinenheizleistung aufgrund der im Vergleich zur HD-EGR höheren EGR-Raten und aufgrund eines höheren Wärmeeintrags am EGR-Kühler und innerhalb des Motors realisierbar.
  • Die schnellere Motorerwärmung verbessert letztlich auch die Wirksamkeit eines thermoelektrischen Generators, wobei ohne Heizleistungsdefizit natürlich die EGR bevorzugt in Richtung optimaler Verbrennung eingestellt wird.
  • Sehr hilfreich ist insbesondere, dass es die erfindungsgemäße Vorwärmung des Kühlmittels und/oder des EGR-Systems bis zum Ventil 14 mittels Drosselung über das Ventil 31dk und/oder sonstige Motorsteuerungsmaßnahmen relativ früh ermöglicht, das Ventil 14 zu öffnen und damit die EGR zu einzuleiten. Mit der Einleitung der EGR kann dann i. a. auch die Drosselung mit dem Ventil 31dk auf relativ kleine Werte eingestellt werden.
  • In den hier gezeigten Beispielen kommt insbesondere hinzu, dass der DPF mit integriertem Oxidationskat 31dpf sicherstellt, dass nur relativ sauberes Abgas durch den EGR-Kühler und/oder den thermoelektrischen Generator strömt.
  • Im Gegensatz zur bisherigen Auffassung der Fachwelt – diese bevorzugt derzeit eindeutig für die potentielle Anordnung eines TEGs im EGR-Zweig die Entnahme des Abgases vor der Turbine 31tt, also eine Hochdruck-EGR, um die Wirksamkeit des TEGs mittels möglichst hoher Abgaseintrittstemperaturen in den TEG zu maximieren – ergibt sich anhand der erfindungsgemäßen Synergien, dass es wesentlich günstiger ist, bei Verwendung eines TEGs, diesen mit einer Niederdruck-EGR zu kombinieren.
  • Die höheren EGR-Massenströme und die exotherme Oxidation unverbrannter Abgasbestandteile im DPF mit Oxikat führen bei einer Niederdruck-EGR letztlich bereits ohne den Zweig 11dkby zu einem – mit einer entsprechenden Situation mit Hochdruck-EGR – vergleichbaren oder besseren Wärmeeintrag im EGR-Kühler und/oder TEG.
  • Insbesondere in Verbindung mit der Deaktivierung des Ladegaskühlers 31k ergibt sich hier ein mehrfacher Vorteil, weil einerseits die aufgeladene und damit am Turboverdichter 31tv erwärmte Frischluft nicht gekühlt wird und andererseits auch das rückgeführte Abgas nicht am Ladegaskühler 31dk gekühlt wird.
  • So bietet zum Beispiel die Ausgestaltung gemäß 1 bei Deaktivierung des Ladegaskühlers 31k die Möglichkeit eines hohen Ladedrucks mit zusätzlicher Erwärmung des rückgeführten Abgases am Turboverdichter 31tv.
  • Auf etwas niedrigerem Niveau ergeben sich aber auch bereits bei der Niederdruck-EGR gemäß 2 analoge Vorteile aufgrund einer – wenn auch im Vergleich zu 1 geringeren – Erhöhung des Ladedrucks relativ zu einer vergleichbaren Hochdruck-EGR und aufgrund der Erwärmung des rückgeführten Abgases am Turboverdichter 31tv.
  • Selbst wenn die saugseitige Drossel 31sdk stromab des Turboverdichters 31tv angeordnet ist, so bietet eine Niederdruck-EGR mit Einleitung des rückgeführten Abgases vor dem Ladeluftkühler 31k und der Deaktivierungsvorrichtung (31b, 31sv) des Ladegaskühlers immer noch gewisse Vorteile bezüglich der rückführbaren Abgasmasse und des Ladedrucks bzw. der Ladungstemperatur im Motor.
  • Letztlich sind die beschriebenen Niederdruck-EGR-Systeme, insbesondere die Systeme nach 1–6, für einen TEG und/oder für die verbesserte Kabinenheizung mit den erfindungsgemäßen Strategien vorteilhaft von der Motorsteuerung ansteuerbar, solange eine Ladeluftkühlerdeaktivierungsvorrichtung (31b, 31sv) verfügbar ist.
  • Auch wenn eine Niederdruck-EGR mit einer abgasseitigen Drosselklappe 31dk zunächst als etwas teurer erscheint als mit einer saugseitigen Drosselklappe 31sdk, z. B. gemäß 2, so ist diese bei Betrachtung aller erfindungsgemäßen Synergien in der Regel letztlich doch am günstigsten.
  • Insbesondere in Verbindung mit der Abscheidung potentieller Rußpartikel im DPF wird anhand obiger Betrachtungen deutlich, dass das Niederdruck-System für EGR-TEGs und/oder Kabinenheizleistungsverbesserungen im Vergleich zur Hochdruck-EGR erheblich im Vorteil ist.
  • Das gilt insbesondere auch in Bezug auf die langfristige Wirksamkeit mit erhöhter Einschalthäufigkeit des EGR-Kühlers und/oder gar Dauerbetrieb von Teilen des EGR-Zweigs, der sich z. T. bei Nutzung der Optionen mit dem Bypasszweig 11dkby ergibt.
  • In Verbindung mit dem zusätzlichen Bypasszweig 11dkby wird insbesondere nicht nur bereits vor Aktivierung der EGR Abgaswärme zurückgewonnen, sondern i. a. auch die Aktivierung der EGR früher im Warmlauf ermöglicht. Insbesondere ist damit je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hardware auch mit und ohne Öffnen des EGR-Ventils 14 ein gewisser Anteil der im Abgas enthaltenen Energie für Kabinenheizzwecke und/oder die thermoelektrische Energieerzeugung nutzbar.
  • Insbesondere wird mit dem zusätzlichen Bypasszweig 11dkby auch die Kraftstoffenergie, die gegebenenfalls zur Steigerung der Kabinenheizleistung mittels heizleistungsorientierter Motorsteuerungsmaßnahmen eingesetzt wird, erheblich besser genutzt als bei heute in der PKW-Grossserie zu findenden Motoren.
  • Dabei ist insbesondere auch das Ansprechverhalten des Turboladers bzw. die schnelle Verfügbarkeit einer erhöhten Frischgasmenge aufgrund des erhöhten Systemdrucks i. a. günstiger als bei einer HD-EGR, welche in der Regel eine Drossel 31sdk im Ansaugsystem verwendet, um hinreichend hohe EGR-Raten zu realisieren bzw. bei der der rückgeführte Abgasmassenstrom an der Turbine 31tt naturgemäß fehlt.
  • Insbesondere leisten die erfindungsgemäßen Zusatzmaßnahmen, die bei hoher EGR-Rate und hohem Kabinenheizleistungsbedarf bzw. im Motorwarmlauf den Ladegaskühler 31k temporär deaktivieren einen signifikanten Zusatzbeitrag.
  • Darüber hinaus stellt der Ladegaskühler 31k – insbesondere in Anwendungen mit permanent offenem Zweig 11dkby oder bei zugunsten des TEG bewusst hohem Volumenstrom im Zweig 11dkby – sicher, dass eine hinreichende Ladegaskühlung auch noch bei relativ hohem Gesamtmassenstrom im Zweig 11eff alleine oder in beiden Zweigen 11eff und 11dkby erfolgt.
  • Vor diesem Hintergrund ist es insbesondere bei einer Vorrichtung zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine 1 mit Aufladung (31tt/31tv) und Ladegaskühlung 31k, mit einer Niederdruckabgasrückführung mit einem ersten EGR-Regelventil 14 und mit einem Niederdruck-EGR-Zweig 11 (11lpegr), welcher der Frischluft aus dem Frischluftpfad 10f unter teilweisem/vollständigem Schließen eines zweiten EGR-Regelventils 31dk im Hauptabgasstrom 10ft über den Niederdruck-EGR-Pfad 11 (11lpegr) stromauf des Ladegaskühlers 31k temporär Abgas zumischt, von besonderem Vorteil, wenn diese
    • • im Niederdruck-EGR-Pfad 11 (11lpegr) einen kühlmittelseitigen Abgasrückführkühler 3 (3teg) mit einem integriertem und/oder einem separaten kühlmittelgekühlten thermoelektrischem Generator zur Stromerzeugung aus dem Abgas aufweist und
    • • eine Position des ersten EGR-Regelventils 14 zwischen EGR-Kühleraustritt und der Zumischungsstelle des rückgeführten Abgases zum Frischluftzweig 10f und
    • • eine am Niederdruck-EGR-Zweig 11 (11lpegr) am ersten EGR-Regelventil 14 oder weiter stromauf angeschlossene Abgasbypassleitung 11dkby, die durch den Abgasrückführkühler 3 (3teg) geströmtes Abgas zumindest temporär, insbesondere unter Verwendung von Drosselmaßnahmen im Strömungszweig 11dkby permanent, zu einer Position stromab des zweiten EGR-Regelventils 31dk in den Hauptabgasstrom 10ft leitet und
    • • insbesondere, dass die Funktion des thermoelektrischen Generators für Kabinenheizzwecke von der Standardbetriebsart Stromerzeugen/Abgaskühlung/Kühlmittelerwärmung zur elektrisch inversen Betriebsart Stromverbrauchen/Abgaserwärmung/Kühlmittelerwärmung umgeschaltet wird und
    • • insbesondere, dass der Heizungswärmetauscher 4 kühlmittelseitig stromab des EGR-Kühlers 3 (3teg) angeordnet ist.
  • Die besonders bevorzugte Anwendung dieser Maßnahmenkombination an einem Motor mit Niederdruck-EGR, z. B. gemäß 4–6, ist u. a. deshalb ganz besonders vorteilhaft, weil das Drosselventil 31dk für einen optimierten Betrieb im gesetzlichen Abgastest, d. h. ohne Heizleistungsentnahme und ohne AC-Betrieb, ohnehin benötigt wird und somit kostenneutral verfügbar ist.
  • Hinzu kommt, dass die oben beschriebenen Maßnahmen und Effekte zur Maximierung der EGR-Rate und zur Maximierung der am EGR-Kühler bzw. TEG übertragenen Wärme voll greifen, da das Druckniveau im Ansaugtrakt auch bei hohen EGR-Raten relativ hoch ist. Das wiederum ist ein Resultat der spezifischen Niederdruckanordnung mit der bereits beschriebenen Eigenheit, dass alles Abgas durch die Turbine 31tt des Turboladers geht und die Einleitung des rückgeführten Abgases vor dem Verdichter 31tv erfolgt sowie der erfindungsgemäßen Wirkung der Drosselklappe 31dk, d. h. das gegebenenfalls vorhandene saugseitige/ladegasseitige Drosselventil 31sdk ist hier offen. Hinzu kommt die extrem hilfreiche Wechselwirkung der erfindungsgemäßen Deaktivierung des Ladegaskühlers 31k die in vielen Betriebssituationen für eine stark verbesserte Energieausnutzung sorgt, insbesondere für Kabinenheizzwecke und/oder den TEG aber auch für den Motorwarmlauf an sich.
  • Die Vorteile, die sich bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise mit einem Bypasszweig 11dkby und einer Drosselvorrichtung 31dk im Hauptabgasstrom ergeben, sind hier so hoch, dass es auch noch kosteneffektiv ist, wenn ein separates und nicht von der Motorsteuerung 20 betätigtes, autarkes Ventil im Bypasszweig 11dkby, insbesondere ein thermostatisches Ventil, sicherstellt, dass der Zweig 11dkby bei potentieller Überhitzungsgefahr der Bauteile oder des Kühlmittels geschlossen/gedrosselt ist.
  • Analoges gilt zumindest teilweise auch für den Fall, dass der Motor einen Bypasszweig 11dbky zur Nutzung des EGR-Kühlers 3 (3teg) aufweist und dass auf eine für Kabinenheizzwecke besonders bevorzugte Drosselung des Abgasmassenstroms im Bypasszweig 11dbky verzichtet wird. So kann insbesondere das erste EGR-Regelventil 14 ein Dreiwegeventil sein und an der Position 11by sitzen und im Warmlauf die EGR abschalten und dennoch den TEG und/oder EGR-Kühler nutzen und gleichzeitig trocknen, so dass z. B. schneller eine Aktivierung der EGR möglich wird.
  • Insbesondere kann ein solches Ventil im teilerwärmten Zustand das Abgas zwischen den Zweigen lief und 11dkby aufteilen und/oder bei Überhitzungsgefahr einen Zweig oder auch beide Zweige schließen.
  • Noch etwas verfeinerte Ansteuerungsmöglichkeiten ergeben sich insbesondere, wenn anstelle eines Dreiwegeventils 14 neben dem ersten EGR-Regelventil 14 (14a) und dem zweiten EGR-Regelventil 31dk ein drittes von der Motorsteuerung 20 ansteuerbares EGR-Regelventil 14b den Bypasszweig 11dkby bei Bedarf öffnet und schließt.
  • In der Regel ist es bei allen erfindungsgemäßen Anwendungen mit einem zweiten EGR-Regelventil 31dk im Hauptabgasstrom und einer Bypassleitung 11dkby besonders vorteilhaft bzw. z. T. sogar unverzichtbar, so vor zugehen, dass das zweite EGR-Regelventil 31dk stromab einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere stromab eines Katalysators und/oder eines Partikelfilters 31dpf, angeordnet ist und eine Bypassleitung 11dkby Abgas hinter einem EGR-Kühler 3 (3teg) aus dem Abgasrückführzweig 11 (11lpegr) abzweigt und hinter dem zweiten EGR-Regelventil 31dk und vor dem zweiten EGR-Regelventil 31dk nachgeschalteten Abgasnachbehandlungskomponenten, insbesondere vor Abgasnachbehandlungskomtenenten für NOx (31NOx), Schwefel (31H2S) oder zur Schalldämmung (315D), dem Hauptabgasmassenstrom 10ft zuführt. Dadurch ist die volle Wirksamkeit der Abgasreinigung sichergestellt.
  • Bei geringer Verschmutzungsgefahr ist es in Sonderfällen aber auch in manchen Fällen vorteilhaft, wenn das zweite EGR-Regelventil 31dk stromauf einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere stromauf eines Katalysators und/oder eines Partikelfilters 31dpf, im Abgasstrang angeordnet ist und eine Bypassleitung 11dkby Abgas hinter einem EGR-Kühler 3 (3teg) aus dem Abgasrückführzweig 11 (11lpegr) abzweigt und hinter dem zweiten EGR-Regelventil 31dk und vor dem zweiten EGR-Regelventil 31dk nachgeschalteten Abgasnachbehandlungskomponenten, insbesondere vor Abgasnachbehandlungskomtenenten für Ruß und/oder CO und HC (31dpf), NOx (31NOx), Schwefel (31H2S) oder zur Schalldämmung (31SD), dem Hauptabgasmassenstrom 10ft zuführt. In dieser Anordnung ist bei geringer Exothermie der Abgasnachbehandlung insbesondere das Temperaturniveau etwas höher.
  • Insbesondere ist es auch in vorteilhafter Weise möglich, das erfindungsgemäße Gedankengut so anzupassen, dass anstelle einer Niederdruck-EGR eine beliebige Art der EGR, insbesondere eine Hochdruck-EGR mit Abgasentnahme vor einer Turbine 31tt eines Turboladers und/oder Abgaseinleitung in den Verbrennungsfrischluftmassenstrom 10f stromab eines Ladegaskühlers 31k, verwendet wird, und dass zur Verbesserung der Kabinenheizwirkung und/oder der Wirksamkeit/Ausnutzung eines thermoelektrischen Generators im EGR-Zweig (3, 3teg) neben einem stufenlos zur EGR-Regelung von der Motorsteuerung verstellbaren ersten EGR-Regelventil 14 ein zusätzliches Ventil 31dk im Hauptabgasstrom 10ft die Funktion des EGR-Regelventils 31dk übernimmt. Das HD-EGR-typische ladegasseitige Ventil 31sdk kann hierbei wahlweise voll geöffnet werden und/oder an der EGR-Regelung beteiligt.
  • Das erfindungsgemäß eingesetzte Ventil 31dk im Hauptabgasstrom 10ft ermöglicht es bei entsprechend dichter Ausführung insbesondere, einen wichtigen Beitrag zur Überwindung hoher Kabinenheizleistungsdefizite zu leisten, wenn der erfindungsgemäße Zweig 11dkby zum Einsatz kommt und dieser in der Lage ist eine hinreichende Drosselwirkung zu entfalten. In vielen Anwendungen ist es zur Erfüllung der Kabinenheizungsfreigabetests ausreichend, wenn je nach Fahrzeug bei Motordrehzahlen von ca. 1200–1600 1/min bei geschlossenem Ventil 14 und geschlossenem Ventil 31dk ein Abgasgegendruck von 0,2–0,5 bar eingestellt werden kann. Im Extremfall kann das Druckverhältnis im Zweig 11dkby und am Leckagestrom durch das Ventil 31dk aber auch das sogenannte kritische Druckverhältnis überschreiten, die beiden Abgasdurchsätze sind dann durch die Schallgeschwindigkeit begrenzt.
  • In der Regel ist es jedoch ausreichend und aus Kraftstoffsverbrauchsgründen und gegebenenfalls auch aus Geräuschgründen besonders vorteilhaft wenn bei einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine 1 mit externer Abgasrückführung 11 (11lpegr) und einem vom flüssigen Kühlmittel durchströmten Kabinenheizungswärmetauscher 4, EGR-Kühler 3 und/oder thermoelektrischen Generator (TEG) im EGR-Zweig 3teg bei Heizleistungsdefizit ein Drosselventil 31dk im Hauptabgasstrang 10ft in der unteren Motorteillast und bei Motordrehzahlen unter 1500 1/min zumindest temporär einen Abgasdruck unmittelbar stromauf des Drosselventils 31dk relativ zur Umgebung von mindestens 0,2 bar, besonders bevorzugt einen Bereich von 0,2–0,4 bar, einstellt und ein Bypasszweig 11dkby durch den EGR-Kühler/TEG (3, 3teg) geströmtes Abgas stromab des Drosselventils 31dk in den Hauptabgaszweig 10ft einspeist. Das stellt insbesondere auch eine gutes Verhältnis zwischen dem Kraftstoffmehrverbrauch aufgrund des erhöhten Abgasgegendrucks und den Bauteilanforderungen dar und liefert insbesondere einen brauchbaren Abgasvolumenstrom im Zweig 11dkby sowie ein kleines Bauvolumen für diesen Zweig.
  • In diesem Zusammenhang ist insbesondere bei hochmodernen Dieselmotoren zu beachten, dass z. B. bei permanent geschlossenem Ventil 14 und permanent offenem Zweig 11dkby eine alleinige Nutzung eines EGR-Kühlers 3 als Abgaswärmetauscher für den Hauptabgasstrom in der Regel keinen zum Entfall des PTC-Zuheizers ausreichenden Zusatzbeitrag zur Kabinenheizung leisten kann. Deshalb wird erfindungsgemäß insbesondere eine abgasseitige Drosselung und/oder zumindest eine andere Zusatzmaßnahme zur heizleistungsorientierten Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs vorgesehen.
  • Ein erfindungsgemäß besonders vorteilhaft in Richtung kleinen Bauraums ausgelegtes System mit Bypassleitung 11dkby ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung 11dkby über mindestens 200 mm, besonders bevorzugt sogar über 300–700 mm, Länge einen mittleren Strömungsquerschnitt aufweist, der einem Rohr von weniger als 15 mm, insbesondere weniger als 5–12 mm, Innendurchmesser entspricht.
  • Die hier auf den ersten Blick als viel zu hoch erscheinenden Druckverluste relativieren sich insbesondere schnell, wenn die obigen Ausführungen bezüglich der Kabinenheizleistungssteigerung und/oder EGR-Raten-Maximierung und/oder Wärmeeintragsbegrenzung am EGR-Kühler 3 (3teg) Berücksichtigung finden.
  • Um die Abgasnachbehandlung nicht zu benachteiligen, ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zwischen der Entnahmestelle für das rückgeführte Abgas aus dem Hauptabgaszweig und der Wiedereinleitungsstelle des Bypasszweiges 11dkby in den Hauptabgaszweig keine Abgasnachbehandlungskomponente (31dpf, 31NOx, 31H2S) angeordnet ist.
  • Ein solche Vorgehensweise ist in Bezug auf den Bauraum nicht ganz einfach umsetzbar und wird insbesondere vielfach erst durch die besonders bevorzugte Vorgehensweise mit sehr geringen Leitungsquerschnitten des Zweigs 11dkby ermöglicht.
  • In den beschriebenen Anwendungen mit thermoelektrischem Generator im EGR-Zweig, aber auch bei beliebigen Fahrzeuganwendungen, bei denen ein thermoelektrischer Generator Abwärme, insbesondere Abwärme aus dem Abgas oder aus Antriebskomponenten oder aus dessen Subkomponenten, in Strom umwandelt und mit dem gleichen Kühlmittel gekühlt wird wie der Kabinenheizungswärmetauscher 4 beheizt, ergeben sich insbesondere weitere kabinenheizleistungsorientierte Freiheitsgrade, die darin bestehen, den thermoelektrischen Generator in geänderter Weise elektrisch zur Wärmeerzeugung anzusteuern und damit die Kühlmitteltemperatur und die Kabinenheizleistung zu steigern.
  • Im einfachsten Fall betrifft diese Aussage eine Vorrichtung zum Kühlen eines Fahrzeugantriebs und/oder dessen Zusatzkomponenten mit flüssigem Kühlmittel und zum Heizen der Fahrgastzelle mittels eines von diesem flüssigen Kühlmittel durchströmten Heizungswärmetauschers 4, mit einem thermoelektrischem Generator der ebenfalls vom flüssigen Kühlmittel des Fahrzeugantriebs gekühlt wird und dadurch Abwärme über einen thermoelektrischen Effekt, insbesondere den Seebeck-Effekt, in Strom umwandelt, dass Wärme von einer Wärmequelle, insbesondere Wärme aus dem Abgas eines Verbrennungsprozesses, ins flüssige Kühlmittel übertragen wird und dieses erwärmt.
  • Hier hilft es in einem ersten Schritt bereits, wenn der TEG zur Steigerung der Kabinenheizwirkung elektrisch von der Fahrzeugbatterie abgekoppelt und/oder kurzgeschlossen wird.
  • Die Abkoppelung bewirkt zumindest eine reduzierte Wärmeentnahme aus dem Kühlmittel, bei Verbrennungskraftmaschinen aber auch eine Zunahme der Motorlast über die fehlende Entlastung des Bordnetzes bzw. der Lichtmaschine. Dabei sind z. B. 200 W weniger el. Leistung zwar nur vergleichsweise wenig, über die Wirkungsgradkette Antriebsmotor und Lichtmaschine aber doch spürbar.
  • Ein Kurzschließen des TEGs bringt darüber hinaus den zusätzlichen Effekt, dass der Strom des TEGs den TEG und das Kühlmittel noch einmal zusätzlich erwärmt und den TEG am eigenen Innenwiderstand erwärmt. Da der Kurzschlussstrom i. a. primär vom Innenwiderstand des TEG abhängt, ist dieser insbesondere größer als im Fall des konventionellen Betriebs als TEG.
  • Im Falle eines konventionellen TEGs ist ein solches Kurzschließen relativ problemlos. Natürlich ist der höhere Strom mit entsprechenden lokalen Stromleitungsquerschnitten, Sicherungen und Schaltern zu berücksichtigen.
  • Noch besser wird die Heizwirkung, wenn der TEG zur Steigerung der Kabinenheizwirkung elektrisch von der Fahrzeugbatterie zumindest zeitweise in umgekehrter Richtung mit Strom versorgt wird und insbesondere, dass eine wechselstromartige Beaufschlagung mit Umkehrung der el. Durchströmungsrichtung erfolgt.
  • Im Heizbetrieb für Kabinenheizzwecke und/oder zum Abdampfen/Verbrennen von abgasseitigen Oberflächenverschmutzungen ist es bei aus vielen Einzelzellen zusammengesetzten thermoelektrischen Generatoren insbesondere vorteilhaft, wenn Einzelzellen oder Einzelzellgruppen so umgeschaltet werden, dass sich im Vergleich zum Normalbetrieb ein reduzierter Innenwiderstand ergibt. Damit kann die im elektrischen Generator dissipierte el. Energie zu Erwärmungszwecken erhöht werden und insbesondere der interne Strom zur Maximierung der Wärmeabgabe am verbleibenden Innenwiderstand erheblich gesteigert.
  • Besonders bevorzugt werden die externen Stromleitungen, Schalt- und Sicherungselemente des TEGs so ausgelegt, dass sie die erhöhten Ströme im Heizbetrieb sicher beherrschen können und/oder nur zeitlich befristet betrieben.
  • Für einen TEG der im EGR-Zweig eines Dieselmotors z. B. für 200 W el Leistungsabgabe ausgelegt ist, kann auf diesem Weg bereits mit einer konventionellen Fahrzeugbatterie mit ca. 14,5 V Lade-Sollspannung letztlich im TEG anstelle eines Stroms von ca. 13,9 A (= 200 W/14,4 V) im Betrieb als TEG im Heizbetrieb ein wesentlich höherer Strom fließen und die Heizleistungsabgabe am Innenwiderstand erheblich steigern. Dabei bedeutet jeder Gewinn an Strom zunächst unmittelbar mehr Wärme am TEG selbst, im Falle der Bestromung aus der Fahrzeugbatterie eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor gleichzeitig eine Erhöhung der Motorlast und damit der motorseitigen Abwärme.
  • Vor diesem Hintergrund sind TEGs von ganz besonderem Interesse, bei denen ein Kurzschlussstrom oder ein Effektivwert des Stromes realisiert wird, der mehr als 1,5-mal, insbesondere mehr als 2–5-mal, so groß ist wie der Nennstrom im Betrieb als thermoelektrischrer Generator zur Entlastung des Bordspannungsnetzes.
  • Die Umkehrung der el. Durchströmungsrichtung oder die el. Abschaltung oder der el. Kurzschluss des thermoelektrischen Generators kann im Zuheizbetrieb nicht nur dazu verwendet werden; die Abgasseite eines thermoelektrischen Generators stark zu erwärmen und damit indirekt auch die Kühlmittelseite, sondern auch um gegebenenfalls die Abgasseite von Ablagerungen zu reinigen.
  • Nachfolgend werden noch einmal explizit einige besonders wichtige Gründe dafür angeführt, warum die erfindungsgemäße Anwendung einschließlich der Übertragung und Anpassung des Gedankenguts der DE 10 2009 042 745.7 ganz besonders für Turbomotoren mit Niederdruck-EGR-Systemen geeignet sind und solche Motoren dabei in Bezug auf die Niederdruck-EGR ganz besonders bevorzugt ähnlich wie in 1–6 aufgebaut sind.
  • 1–6 zeigen alle Niederdruck-EGR-Systeme für Turbomotoren mit Entnahme der EGR stromab der Turbine 31tt des Turboladers und mit einer Einleitung des rückgeführten Abgases stromauf des Ladegaskühlers 31k.
  • Dies liefert im Vergleich zu einer Hochdruck-EGR mit EGR-Entnahme stromauf der Turbine 31tt und EGR-Einleitung stromab des Ladeluftkühlers 31k auch bei hohen EGR-Raten eine ganz besonders gute Kühlwirkung für die Ladeluft. Gleichzeitig strömt der gesamte Abgasmassenstrom durch die Turbine 31tt und ist somit zum Antrieb des Verdichters 31tv verfügbar. Im gesetzlichen Abgastest resultieren hieraus letztlich geringere NOx-Werte aufgrund hoher Ladungsdichte und niedriger Ladungstemperatur bei gleichzeitig relativ hohen EGR-Raten, weshalb Niederdruck-EGR-Systeme für zukünftige Motoren von besonderem Interesse sind.
  • Gleichzeitig kommt in 1–6 eine Deaktivierungsvorrichtung (31b oder 31sv) zur temporären Deaktivierung des Ladegaskühlers 31k zum Einsatz.
  • Diese Deaktivierungsvorrichtung (31b, 31sv), die besonders bevorzugt ebenfalls direkt von der Motorsteuerung 20 beeinflussbar ist, stellt sicher, dass das z. B. mittels der heizleistungsorientierten Kraftstoffeinspritzzeiten und/oder der Drosselung über das Drosselventil 31dk auf höhere Temperaturen angehobene Abgas nicht wieder in erheblichem Maße durch den Ladegaskühler 31k abgekühlt wird.
  • Im Gegenzug ermöglicht die Deaktivierungsvorrichtung (31b, 31sv) bei Bedarf das schnelle Umschalten auf volle Kühlleistung für das Ladegas und insbesondere die erfindungsgemäße Option, bei ausreichender Dimensionierung des EGR-Kühlers (3, 3teg) und des Ladegaskühlers 31k eine gewisse Leckage und/oder eine permanent offene Überströmung in einem Zweig 11dkby zuzulassen.
  • Da die EGR aus Emissionsgründen bzw. aus gesetzlichen Gründen i. a. auch im Warmlauf nicht permanent geschlossen bleiben darf, ist es in der Regel nicht möglich, über längere Zeit alles Abgas über den Zweig 11dkby durch den EGR-Kühler bzw. TEG zu schicken.
  • Dies und die zwingend erforderliche Begrenzung der maximalen Abgastemperatur im Zweig 11eff führt insbesondere auf die überraschende Erkenntnis, dass es in der Regel nicht sehr kosteneffizient ist, den gesamten Zweig 11dkby so auszugestalten, dass er einen geringen Druckverlust und einen hohen Regelbereich für den Abgasmassenstrom aufweist, um im Warmlauf und im Warmbetrieb möglichst viel el. Energie am TEG zu gewinnen und/oder die Kabinenheizleistung kosteneffektiv zu verbessern. Dies gilt umso mehr, für solche Anwendungen, die sehr häufig ohnehin mit relativ hohen EGR-Massenströmen arbeiten.
  • In der unteren Motorteillast mit Motordrehzahlen von beispielsweise weniger als 1600 1/min besteht die thermodynamisch gesehen günstigste Lösung, um z. B. bei 6 die Abgaswärme optimal für den Motorwarmlauf und/oder die Kabinenbeheizung und/oder den TEG zu nutzen, auf den ersten Blick vermeintlich darin, den gesamten Zweig 11dkby einschließlich des EGR-Kühlers (3 (3teg) und des Ventils 14 möglichtst druckverlustarm zu gestalten und die beiden Zweige 11lpegr und 11dkby im Warmlauf so zu beaufschlagen, dass anfangs alles Abgas durch den Zweig 11dkby strömt und dann nach und nach der EGR-Zweig 11lpegr geöffnet wird und der Zweig 11dkby teilweise oder völlig geschlossen.
  • Dieser Weg ist zwar prinzipiell durchaus gangbar, doch führt dieser in vielen Fällen auf Bauraumprobleme und relativ hohe Bauteilkosten, einschließlich Zusatzkosten für den Hitzeschutz. Hinzu kommt, dass bei hohem Kabinenheizleistungsdefizit zumindest in den ersten Minuten des Warmlaufs vielfach ohnehin eine gewisse Erhöhung des Abgasgegendrucks gewünscht ist, was gegebenenfalls wiederum das Ventil 14 noch aufwändiger werden lässt.
  • Hinzu kommt der oben bereits beschriebene Sachverhalt, dass die EGR aus Emissionsgründen bzw. aus gesetzlichen Gründen i. a. ohnehin im Verlauf des Warmlaufs aktiviert werden muss, so dass dann nicht beliebig viel Abgas über den EGR-Kühler strömen darf, um das Risiko der thermischen Überlastung des EGR-Kühlers, des Kühlystems oder des Turboverdichters zu vermeiden.
  • Vor diesem Gesamthintergrund und vor dem speziellen Hintergrund, dass der EGR-Kühler 3 in seiner Funktion als EGR-Kühler aus Emissionsgründen und auch in seiner Kühlfunktion zum Schutz des Turboverdichters ohnehin nur eine begrenzte Abgasmenge kühlen bzw. nutzen kann, sind die wesentlich einfacher und preiswerter umsetzbaren erfindungsgemäßen Varianten mit reduzierten Strömungsquerschnitten und Abgasleitungsdurchmessern im Zweig 11dkby hochattraktiv.
  • Auch die Lösung mit der Entnahmestelle 11by, z. B. in 5, die den Aufwand für das EGR-Ventil 14 im Extremfall auf ein einfaches Auf/Zu-Ventil reduziert, ist ganz ähnlich zu bewerten.
  • Sehr bedeutsam ist es in diesem Zusammenhang natürlich, das Ladegas nur mit dem Ladegaskühler 31k zu kühlen, wenn das aus Motorsicht und in der Gesamtbetrachtung aller Systeme vorteilhaft ist. Das betrifft insbesondere den Motorwarmlauf mit und ohne Heizung/AC-Betrieb insbesondere aber auch Betriebssituationen mit Kabinenheizleistungsdefizit und insbesondere die möglichst effiziente Nutzung eines EGR-TEGs.
  • Mit und ohne Kabinenheizleistungsdefizit gibt es vor diesem Hintergrund eine ganze Reihe von Teillast-Fahrsituationen, wo das gezielte Deaktivieren des Ladegaskühlers 31k synergetische Vorteile bringt, die bisher an Dieselfahrzeugen nicht genutzt werden können, weil die Ladegasdeaktivierung 31b bzw. 31sv nicht verfügbar ist oder nicht optimal angesteuert wird.
  • Für die schnelle Kabinenaufheizung mit heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen ist die Deaktivierung des Ladegaskühlers 31k zusätzlich ein extrem hilfreiches Mittel dafür, dass über die erhöhten Ladegastemperaturen eine kraftstoffverbrauchserhöhende Verschiebung der Kraftstoffeinspritzung/Zündung möglich wird.
  • Insbesondere ist es auch nach Aktivierung der EGR – insbesondere bei sehr hohem Heizleistungsdefizit – vorteilhaft, wenn die kraftstoffverbraucherhöhende Verstimmung der Verbrennung wahlweise durch die Verschiebung der Einspritzzeiten/Zündung und/oder durch eine leichte Drosselung mit dem Ventil 31dk unterstützt wird.
  • Dabei ist es je nach Ventilausgestaltung insbesondere vorteilhaft, wenn neben dem Ventil 31dk zusätzlich das Ventil 14 auf eine drosselnde Zwischenstellung eingestellt wird.
  • ND-EGR-Systeme nach 1–6 haben aufgrund der spezifischen Entnahme des rückgeführten Abgases stromab der Turbine 31tt des Turboladers den ganz besonderen Vorteil, dass im Vergleich zu heutigen Turbomotoren mit Hochdruck-EGR eine wesentlich größere Bandbreite des rückgeführten EGR-Massenstroms einstellbar ist.
  • Das liegt zum einen daran, dass der Gesamtgasmassenstrom, der durch den Motor geht, auch durch den Turbolader geht und dass dies den Ladedruckaufbau erheblich begünstigt. Bei den typischen Hochdruck-EGR-Systemen heutiger Serienmotoren erfolgt die Abgasentnahme stromauf der Turbine, so dass dieser Abgasanteil der Turbine 31tt fehlt. Ein höherer Ladedruck erweitert im Gegenzug den Spielraum für die EGR-Rate, u. a. weil eine hinreichende Anzahl an Sauerstoffatome pro Zylinderfüllung auch noch bei höherem Abgasanteil vorliegt.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es im Hinblick auf den Ladedruckaufbau und im Hinblick auf ganz besonders hohe Maximalwerte der realisierbaren EGR, wenn die Drosselvorrichtung 31dk zur Erzeugung der Druckdifferenz im EGR-Zweig im Abgasstrang angeordnet ist, so wie in 1 und 3–6.
  • Im Vergleich zu 2 bieten 1 und 3–6 den Einstellspielraum für noch extremere EGR-Raten, u. a. weil die Luftdichte im Frischluftzweig nicht oder nur sehr wenig abgesenkt wird und auch die Ladungsluft am Turboverdichtereintritt, zusammengesetzt aus dem rückgeführten Abgas und der Frischluft, auch bei hohen EGR-Raten auf einem Druckniveau nahe Umgebungsdruck liegt.
  • Der zur Einstellung der gewünschten EGR erforderliche Abgasgegendruck wird dabei von der Drosselklappe 31dk bereitgestellt, was insbesondere bei relativ geringem Frischluftmassenstrom und weit geöffnetem Ventil 14 nur zu einem mäßig erhöhten Druck im Abgasstrang führt, so dass der Turbolader bereits bei relativ kleinen Frischgasmengen aufgrund der hohen durch den Motor und den Turbo strömenden Gasmenge einen guten Ladedruckaufbau zeigt. Mit anderen Worten, die fehlende Drosselung am Ventil 31sdk hebt den Gesamtsystemdruck in allen Bereichen stromauf der Drosselklappe 31dk an, verbunden mit einem höheren Teillastwärmeeintrag für die Motorstruktur und das Kühlmittel und den EGR-Kühler bzw. den TEG.
  • Vor diesem Hintergrund sind die Anordnungen nach 1 und 3–6 mit Niederdruck-EGR und Drosselklappe 31dk im Abgasstrang von ganz besonderem Vorteil für die Verbesserung der Kabinenheizwirkung und die Nutzung eines TEGs im EGR-Zweig.
  • Zusätzlich liefert das bekannt hohe Potential von Niederdruck-EGR-Systemen mit EGR-Einleitung vor dem Turboverdichter 31tv, den Motor mit einem sehr kalten Gemisch aus Frischgas und Abgas zu versorgen, in Kombination mit der erfindungsgemäßen Aktivierung/Deaktivierung der Kühlwirkung des Ladegaskühlers (31k, 31sv) und insbesondere mit der Anordnung einer EGR-Drosselklappe 31dk im Abgasstrang, erfindungsgemäß – insbesondere in der unteren Motorteillast – einen deutlich vergrößerten Spielraum hohe EGR-Raten zu fahren und gleichzeitig auch einen nicht zurückgeführten Teilabgasstrom über den EGR-Kühler zu leiten, ohne Probleme mit den Schadstoffemissionen zu bekommen. Das ist nicht zuletzt für die Kabinenheizleistung und die optimale Ausnutzung eines EGR-TEGs von sehr weitreichender Bedeutung.
  • Mit und ohne EGR-TEG gibt es also zahlreiche sehr gute Gründe, bei turboaufgeladenen Motoren mit Einbindung eines EGR-TEG und/oder bei turboaufgeladenen Motoren mit Kabinenheizleistungsdefizit, die Ladeluft- und Abgassysteme nach einer der Ausgestaltungen gemäß 1 und 3–6 auszuführen und die erfindungsgemäßen Optimierungen bei der Ansteuerung der Einzelkomponenten motorspezifisch bzw. fahrzeuglastenheftspezifisch anzuwenden.
  • Wie bereits erwähnt ist ein HD-Zweig 11hpegr in diesem Zusammenhang als optional anzusehen und kann je nach Anwendung auch entfallen, insbesondere weil die erfindungsgemäßen Vorgehensweisen in den ersten 3–5 Minuten ohnehin in der Regel andere Wege als eine externe HD-EGR bevorzugt.
  • Im Vergleich zu einer optimalen Konfiguration für den gesetzlichen Kraftstoffverbrauchs- bzw. Abgastest kommt man in vielen Fällen mit Niederdruck-EGR-Systemen nach 1 und 3–6 bereits mit einer kostenneutralen Lösung ins Ziel und spart sich vielfach z. B. die Kosten für einen el. PTC-Zuheizer und/oder verbessert die Kabinenheizleistung und/oder verbessert den realen Kraftstoffverbrauch für den Fahrzeugnutzer.
  • Dennoch bleibt abschließend anzumerken, dass eine ganze Reihe der erfindungsgemäßen Verbesserungsansätze, gemäß der eigenständigen und/oder beigeordneten Patentansprüche, natürlich auch an anderen Systemen als in 1 und 3–6 verwendet werden können.
  • Das gilt insbesondere für aufgeladene Motoren, bei denen keine Niederdruck-EGR zum Einsatz kommt, sondern eine Hochdruck-EGR mit ladegasseitiger Drossel 31sdk und zusätzlich ein Drosselventil 31dk im Abgasstrang angeordnet wird, oder wenn anstelle des zusätzlichen Drosselventils 31dk im Abgasstrang eine von der Motorsteuerung 20 angesteuerte Verstellvorrichtung zur Verstellung der Turbinengeometrie eines Turboladers das Druckgefälle zur Durchströmung des Bypasszweigs 11dkby bereitstellt.
  • Analoges gilt insbesondere für die Verwendung eines TEGs für die Erwärmung des Kühlmittels für die Kabinenheizung und/oder die Reinigung abgasseitiger TEG-Oberflächen von Verbrennungsabgas mittels Kurzschließens und/oder Umkehrung der el. Stromrichtung.
  • Die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen sind insbesondere dazu geeignet, teure externe Zuheizer, insbesondere luftseitige PTC-Zuheizer bei allen Motorisierungen einer Fahrzeugplattform einzusparen. Das bedeutet insbesondere, dass nicht mehr aufgrund einzelner Motorisierungen mit Heizleistungsdefizit der Bauraum für einen luftseitigen PTC-Zuheizer im Heizklimagerät vorgehalten werden muss und/oder die zugehörige el. Peripherie vorgesehen. Das vereinfacht die gesamte Fahrzeugbaureihe.
  • Deshalb ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise besonders vorteilhaft, wenn diese einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, insbesondere mit Niederdruck-EGR-System, zugeordnet ist, welches bei keiner Motorisierung einen externen Zuheizer für Kabinenheizzwecke vorsieht, insbesondere keinen el. PTC-Zuheizer zur Beheizung der Kabinenluft.
  • Dabei kommen besonders bevorzugt die beschriebenen zusätzlichen kühlkreislaufseitigen und/oder heizkreislaufseitigen Heizleistungssteigerungsmaßnahmen zum Einsatz, welche auf einer temporären Reduktion des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Verbrennungsmotor 1 und/oder den Heizungszweig 4a beruhen und/oder auf der Verwendung von Hochleistungskabinenwärmetauschern, die an einem Betriebspunkt nahe der thermischen Sättigung betrieben werden. Das hilft insbesondere den Kraftstoffmehrverbrauch in Grenzen zu halten.
  • Das Erreichen der thermischen Sättigung ist dabei abhängig vom Kühlmittel- und Luftmassenstrom durch den Heizungswärmetauscher 4, wobei die erfindungsgemäßen Vorteile insbesondere bereits im Nahbereich der Sättigung und erst recht bei 100%iger Sättigung nutzbar sind.
  • Deshalb ist es insbesondere bereits vorteilhaft, wenn ein Wärmeaustauschgrad/Wärmenutzungsgrad am Heizungswärmetauscher 4 von mindestens 90% bei +10°C warmer Kühlmittel und –20°C kalter Umgebung und bei dem gemäß einer Klimaautomatik automatisch anliegenden Heizungswärmetauscherluftmassenstrom definiert ist.
  • Dieser Wärmeaustauschgrad/Wärmenutzungsgrad liegt besonders bevorzugt bei allen Heizungskühlmittelvolumenströmen an oder zumindest ab einer Mindestmotordrehzahl von beispielsweise 1200–1500 1/min.
  • Mit dieser Definition eines aus der Kühlmittelvorlauftemperatur und der Luftein- und Luftaustrittstemperatur am Heizungswärmetauscher in der bekannten Weise gebildeten Wärmeaustauschgrads (= Wärmenutzungsgrad) können insbesondere sehr viele Fahrzeuge mit moderner Klimaautomatik und anfangs für längere Zeit noch relativ kaltem Kühlmittel – und somit z. T. noch luftseitiger Kaltverblockung – signifikant verbessert werden.
  • Bei ganz besonders effizienten Hochleistungsheizungswärmetauschern wird dieser Kennfeldbereich insbesondere auch in Richtung höherer Kabinenluftmassenströme erweitert.
  • Die erfindungsgemäßen Motorsteuerungsmaßnahmen zur Steigerung der Kabinenheizleistung sind in der Regel dazu geeignet, den Entfall des als Technologie-Standard geltenden luftseitigen PTC-Zuheizers bei verbesserten Schadstoffemissionen und Kraftstoffverbräuchen zu realisieren. Das macht diese Maßnahmen insbesondere über den potentiellen Vorwurf erhaben, als sogenannte „Emission Defeat Device” gesetzliche Vorgaben zu verletzen, weil sie außerhalb des gesetzlichen Abgastests eine nicht zu erwartende Verschlechterung der Emissionen liefern.
  • Die erfindungsgemäße Verbesserung ist z. T. erst dann besonders effizient, wenn eine möglichst wirksame Ladegaskühlerdeaktivierung verfügbar ist. Eine ladegasseitige Abschaltung ist hier i. a. ganz besonders wirksam, da sie eine geringe thermische Trägheit und geringe Wärmeverluste ermöglicht. Besonders bevorzugt kommt deshalb eine Ladegaskühlerdeaktivierung (31b) zum Einsatz, welche aus einem von der Motorsteuerung 20 schaltbaren ladegasseitigen Ladegaskühlerbypasszweig 10b besteht.
  • Da die Ladegaskühlerdeaktivierung erfindungsgemäß primär im Teillastbetrieb und bei noch relativ kaltem Motor zum Einsatz kommt, ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Ladegaskühlerbypasszweig 10b einen mittleren Strömungsquerschnitt aufweist, der weniger als 50% des mittleren Strömungsquerschnitts der am Ladegaskühler angeschlossenen Ladegasleitungen (10a, 10ab, 12) beträgt und/oder bei Motoren von 1,5–2,5 l Hubraum anstelle der typischen 50–60 mm einen mittleren Innendurchmesser von weniger als 25 mm aufweist. Das reduziert die Oberflächenwärmeverluste und die Bauteilkosten und vereinfacht insbesondere die Bauraumsituation.
  • Zum einfacheren Verständnis einiger besonders wichtiger Teilaspekte der erfindungsgemäßen Vorgehensweise einschließlich der DE 10 2009 042 745.7 wird nachfolgend noch einmal exemplarisch und insbesondere mit groben Zahlenrichtwerten auf besonders bevorzugt einstellbare Zustände zur Verbesserung der Kabinenheizleistung unter Inkaufnahme eines Kraftstoffmehrverbrauchs eingegangen. Dabei wird zur Diskussion potentieller erfindungsgemäßer Einstellungen exemplarisch das System nach 1 zu Grunde gelegt.
  • Als Basis dient wieder eine Fahrt mit 50 km/h mit einem typischen 2 l Turbodieselmotor bei einer Motordrehzahl von z. B. 1500 1/min, mit Motoreinstellparametern, wie sie z. B. bei Fahrzeugen der Golfklasse bei vielen Herstellern zu finden sind.
  • Nach bereits weiter oben erfolgter Rechnung hat ein derartiger Motor bei einer Luftdichte von 1,2 kg/m3 und einem Hubraum von 2,0 l einen Referenzfrischluftmassenstrom von mL,ref = ((1500/2)/60)·2,0/1000·1,2) = 0,030 kg/s.
  • Im Kaltstart bei tiefen Umgebungstemperaturen ist die EGR in der Regel zunächst deaktiviert und der effektive Frischluftmassenstrom liegt ohne heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen in der gleichen Größenordnung, d. h. auf etwa 30 g/s.
  • Das liegt nicht zuletzt daran, dass der Turbolader nur einen vergleichsweise geringen Ladedruck aufbauen kann und/oder nicht auf den maximal möglichen Ladedruck eingestellt wird, u. a. um die thermischen Verluste über den Abgasenthalpiestrom zu begrenzen und/oder um die Motorreibleistung seitens der Ladungswechselverluste zu minimieren.
  • Ausgehend von diesem „Normalzustand ohne EGR” schlägt die erfindungsgemäße Vorgehensweise insbesondere vor, den Ladedruck zu maximieren, so dass sich z. B. ein erhöhter Ladedruck ergibt, z. B. ein Ladedruck von 1,5–1,7 bar und ein Frischluftmassenstrom von beispielsweise 45 g/s und aufgrund der deaktivierten externen EGR und der relativ kleinen Kraftstoffmasse auch ein Abgasmassenstrom von etwa 45 g/s.
  • In Verbindung mit dem Einbau bzw. der Aktivierung einer Ladegaskühlerumgehung 31b liefert das neben einem gewissen Kraftstoffmehrverbrauch bereits eine verbesserte Kabinenheizwirkung.
  • Besonders gut wird die Kabinenheizwirkung, wenn gleichzeitig die Einspritzung so verschoben wird, dass der Kraftstoffmehrverbrauch zunimmt und sich die Abgastemperatur und die Abgasenthalpie zusätzlich erhöhen. Damit steigt im Gegenzug wiederum der Ladedruck und die Ladetemperatur, etc., so wie auch in der DE 10 2009 042 745.7 beschrieben. Dabei ist insbesondere zu beachten, dass die oben angegebenen 45 g/s Frischluftmassenstrom am angegebenen Betriebspunkt bei manchen Motoren letztlich erst in Verbindung mit diesen Wechselwirkungen zur heizleistungsorientierten Kraftstoffverbrauchserhöhung realisierbar sind.
  • Insbesondere liefert bereits die Erhöhung der Abgasenthalpie durch in Richtung eines Kraftstoffmehrverbrauchs modifizierte Einspritzzeiten und/oder entsprechender Verbrennungsführung eine gewisse Erhöhung des Ladedrucks, selbst wenn das Aufladesystem keine Vorrichtung zur Variation des Ladedrucks aufweist, so dass die obengenannte Vorgehensweise – mit gewissen Abstrichen – vorteilhaft zur Heizleistungsverbesserung einsetzbar ist. Der Frischluftmassenstrom ohne externe EGR liegt dann trotz der erfindungsgemäßen Ladeluftkühlerdeaktivierung besonders bevorzugt immer noch bei etwa 30–35 g/s.
  • Ergänzend oder alternativ zur Veränderung der Einspritzzeiten wird erfindungsgemäß u. a. vorgeschlagen, den Kraftstoffverbrauch mittels der zweiten EGR-Drosselklappe 31dk durch einen erhöhten Abgasgegendruck im Hauptabgasstrang zu erhöhen. Bei geschlossenem EGR-Ventil 14 und geringer/keiner Ventilüberschneidung der Ladungswechselventile des Motors fällt der Frischluftmassenstrom – ausgehend vom obigen Beispiel mit 45 g/s bei maximiertem Ladedruck und ohne Drosselung mit dem Ventil 31dk – je nach Ausmaß der Drosselung nur um einige g/s, z. B. auf z. B. 35–40 g/s.
  • Bei Verfügbarkeit einer relativ dichten Drosselklappe 31dk kann es je nach Kabinenheizleistungsbedarf aber auch besonders günstig sein, eine sehr starke Drosselung vorzunehmen und den Frischluftmassenstrom auf Werte im Bereich von 20–35 g/s einzustellen. Ein kleinerer Frischluftmassenstrom bedeutet dann auch einen kleineren Abgasmassenstrom und geringere Abgasverluste im Vergleich zum obigen Fall mit 45 g/s ohne Drosselung.
  • Die optimale Drosseleinstellung ist zum einen motorabhängig und richtet sich u. a. nach der vorliegenden und/oder der gegebenenfalls einstellbaren Ventilüberschneidung der Ladungswechselventile aber auch danach, in wieweit die Drosselung alleine den benötigten Kraftstoffmehrverbrauch induzieren soll/kann oder ob zusätzlich heizleistungssteigernde Kraftstoffeinspritzzeiten etc. verwendet werden können.
  • Insbesondere ist eine extrem starke Absenkung des Frischluftmassenstroms bei deaktivierter externer EGR nicht ohne Weiteres möglich, u. a. wegen potentieller Kraftstoffverdünnung und zunehmender Schadstoffemissionen.
  • Dennoch ist hier, insbesondere bei geringem Heizleistungsdefizit und zur Kraftstoffeinsparung, unter anderem auch eine Vorgehensweise sinnvoll einsetzbar, die bei mäßiger Drosselung mit dem Ventil 31dk eine sehr hohe interne EGR einstellt, indem eine entsprechende Ventilüberschneidung eingestellt wird oder am Basismotor bereits vorhanden ist und wobei keine oder nur eine geringfügige Verstellung der Einspritzzeiten vorgenommen wird. Der Frischluftmassenstrom wird dabei bevorzugt nicht kleiner als ca. 20–25 g/s eingestellt.
  • Derartige oder ähnliche Vorgehensweisen mit hoher interner EGR sind insbesondere dann besonders interessant, wenn die externe EGR bei manchen Motoren bzw. Betriebsbedingungen für längere Zeit nicht aktiviert werden kann und insbesondere wenn eine Ladegaskühlerdeaktivierung gar nicht verfügbar ist.
  • Bei aktivierter externer EGR und hohen externen EGR-Raten mit entsprechender Turboladerwirkung ist es bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise insbesondere durchaus möglich, den Frischluftmassenstrom und den Abgasmassenstrom auf Werte deutlich unter 20 g/s zu senken. Werte von 10–15 g/s sind hier aufgrund der erfindungsgemäßen Synergien nicht nur realisierbar, sondern besonders empfehlenswert für eine gute Kabinenheizleistung bei geringem Kraftstoffmehrverbrauch.
  • Wenn der Motor weitgehend erwärmt ist sind letztlich kraftstoffoptimale Ladedrücke und kraftstoffoptimale externe EGR-Raten mit Ladegaskühlerdeaktivierung das Mittel der Wahl, um kleine Kabinenheizleistungsdefizite zu beheben.
  • Diese Zahlenbeispiele an einem 2 l Turbodieselmotor bei 50 km/h sind natürlich alle nur als exemplarisch zu betrachten und wurden in der beispielhaften Bestückung von 1 mit i. a. vorteilhaften Zahlenwerten insbesondere stark vereinfachend beschrieben bzw. begründet, um die Erfindung abschließend noch einmal grob zu umschreiben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009042745 [0001, 0002, 0003, 0016, 0018, 0021, 0031, 0034, 0040, 0040, 0041, 0050, 0052, 0053, 0060, 0068, 0072, 0085, 0086, 0087, 0090, 0094, 0104, 0124, 0202, 0202, 0202, 0203, 0229, 0231, 0233, 0335, 0377, 0384]
    • DE 10249541 [0016]
    • DE 1024954 [0018]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • MTZ 04/2009, S. 272–281 [0024]
    • ATZ 12/2009, S. 901 [0025]
    • „Wärmemanagement des Kraftfahrzeugs VII”, Juni 2010, S. 360–366 [0026]

Claims (57)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine 1 mit Aufladung (31tt/31tv) und Ladegaskühlung 31k, mit einer Niederdruckabgasrückführung mit einem ersten EGR-Regelventil 14 und mit einem Niederdruck-EGR-Zweig 11 (11lpegr), welcher der Frischluft aus dem Frischluftpfad 10f unter teilweisem/vollständigem Schließen eines zweiten EGR-Regelventils 31dk im Hauptabgasstrom 10ft über den Niederdruck-EGR-Pfad 11 (11lpegr) stromauf des Ladegaskühlers 31k temporär Abgas zumischt und mit einer Kühlmittelpumpe (7 und/oder 2), die Kühlmittel des Motorkühlkreislaufs zu einem Kabinenheizungswärmetauscher 4 und schließlich zurück zur Brennkraftmaschine 1 fördert, dadurch gekennzeichnet, • dass der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine bei erhöhtem Abwärmebedarf, insbesondere bei hohem Kabinenheizbedarf, seitens der Motorsteuerung 20 temporär dadurch künstlich erhöht wird, dass das erste EGR-Regelventil 14 schließt und das zweite EGR-Regelventil 31dk eine Drosselung des Hauptabgasstroms in Richtung der maximal zulässigen Werte des im Brennraum verbleibenden Restgases und/oder des Abgasgegendrucks vornimmt und/oder • dass die Motorsteuerung bei geschlossenem, offenem oder regelndem erstem EGR-Regelventil 14 kabinenheizleistungsfördernde Einstellungen mit einem künstlichem Kraftstoffmehrverbrauch relativ zum Normalbetrieb ohne zusätzlichen Kabinenheizleistungsbedarf vornimmt, indem – eine Einstellung des effektiv beim Ladungswechsel am Brennraum anliegenden Ladedrucks der Frischluft in Richtung auf den maximal möglichen Wert erfolgt, insbesondere auf einen Wert, der mindestens 25% oberhalb des Umgebungsdruckes oder des Ladedrucks beim Normalbetrieb liegt und der bevorzugt mindestens 1,5 bar bei Fahrzeugstillstand und mindestens 1,9 bar bei Konstantfahrten von 40 bis 50 km/h beträgt, und/oder – indem eine solche Verschiebung des (der) Kraftstoffeinspritzzeitpunktes(e) erfolgt, dass die erste(n) Einspritzung(en) vor OT um mindestens 5°KW in Richtung früher verlegt ist (sind) und/oder die letzte(n) Einspritzungen nach OT um mindestens 5°KW in Richtung später, und/oder – dass der effektive Frischluftmassenstrom mL,eff der Verbrennung zur Minderung eines Kabinenheizleistungsdefizits bei Motordrehzahlen unter 1500 1/min im Verlauf des Warmlaufs zumindest temporär, insbesondere nach der Aktivierung der externen EGR über das erste EGR-Regelventil 14, kleiner ist als 50% eines mit dem Hubvolumen VH, der Motordrehzahl n und der Umgebungsluftdichte rohL,Umgebung gemäß der Gleichung mL,ref = ((n/2)/60)·Vh·rohL,Umgebung) gebildeten Referenzfrischluftmassenstroms mL,ref und • und insbesondere, dass dabei eine Ladegaskühlerdeaktivierung erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer ersten Phase mit geschlossenem ersten EGR-Regelventil 14 ergänzende oder im Verlaufe des Warmlaufs alternative Heizleistungssteigerungsmaßnahmen zum Einsatz kommen, die keinen zusätzlichen heizleistungsorientierten Kraftstoffmehrverbrauch induzieren, insbesondere • dass eine Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes durch die Brennkraftmaschine in Richtung der für den sicheren Motorbetrieb zulässigen und/oder für die Heizleistung besonders bevorzugten Werte erfolgt und/oder • dass eine Ladegaskühlerdeaktivierung erfolgt und/oder • dass im Verlauf des Warmlaufs die interne oder externe EGR aktiviert wird und die Drosselung mit dem Ventil 31dk reduziert, und/oder dass ergänzende oder im Verlaufe des Warmlaufs alternative Heizleistungssteigerungsmaßnahmen zum Einsatz kommen, die einen zusätzlichen heizleistungsorientierten Kraftstoffmehrverbrauch induzieren, insbesondere • dass eine Aufteilung in je eine separate Verbrennung vor dem oberen Totpunkt und nach dem oberen Totpunkt eine Erhöhung der Brennraumwandtemperatur und der Verdichtungstemperatur des Brenngases zum Brennbeginn relativ zur entsprechenden Kurbelwellenstellung im Normalbetrieb ohne kabinenheizleistungsorientierte Kraftstoffverbrauchserhöhung bewirkt (bewirken) und/oder • dass die Kraftstoffeinspritzung und/oder Zündung und/oder die EGR-Rate auch bei aktivierter EGR von der Motorsteuerung so eingestellt wird, dass sich ein Kraftstoffmehrverbrauch zugunsten verbesserter Kabinenheizwirkung ergibt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrfache Einspritzung des Kraftstoffs mit ersten und zweiten Einspritzungen erfolgt und hierdurch zwei separate in sich weitgehend, insbesondere zu mehr als 90%, abgeschlossene Verbrennungen erzeugt werden, wobei die Verschiebung der ersten Einspritzung(en) derart in Richtung früh erfolgt, dass die Umsetzung des für die erste Verbrennung eingebrachten Kraftstoffs vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes weitgehend abgeschlossen ist und dass die Verschiebung der zweiten Einspritzung(en) derart in Richtung spät erfolgt, dass die zweite Verbrennung hinter dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes beginnt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmasse der ersten vor OT abgeschlossenen Verbrennung 40–60% der Kraftstoffmasse der nach OT beginnenden Verbrennung beträgt, und insbesondere, dass jeweils eine erste Haupteinspritzung vor OT mit angelagerter(n) Voreinspritzung(en) und eine zweite Hauteinspritzung nach OT mit angelagerter(n) Voreinspritzung(en) erfolgt.
  5. Verfahren zur bedarfsweisen Erhöhung der kühlmittelseitigen Motorabwärme für Kabinenheizzwecke an Kraftfahrzeugen mit aufgeladenen Verbrennungsmotoren, welche eine Niederdruck-Abgasrückführung mit einem Ladegaskühler 31k aufweisen, der das am Verdichter 31tv verdichtete Mischgas bestehend aus der von der Umgebung angesaugten Verbrennungsfrischluft 10f und dem niederdruckseitig rückgeführtem Abgas 11lpegr kühlt, insbesondere Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung 20 nach erfolgtem Kaltstart während des Warmlaufs mit Kabinenheizleistungsdefizit • unterhalb eines Aufwärmkriteriums des Motors 1 oder des Ladegaskühlers 31k und/oder eines EGR-Kühlers 3 im Niederdruck-EGR-Zweig 11lpegr mit einem EGR-Ventil 14 den Niederdruck-EGR-Zweig 11lpegr geschlossen hält und ein Abgasdrosselventil 31dk im Hauptabgasstrom 10ft stromab der Abgasentnahmestelle der Niederdruck-Abgasrückführung in Richtung starker Drosselung verstellt wird, so dass eine erhöhte motorinterne Abgasrückführung und/oder der Kraftstoffmehrverbrauch aufgrund erhöhter Ladungswechselverluste das Kühlmittel schneller erwärmt und insbesondere • dass dies mit einer kraftstoffverbrauchserhöhenden Verschiebung der Einspritzzeiten einhergeht, und insbesondere • dass bei Überschreiten dieses Aufwärmkriteriums des Motors oder des Ladegaskühlers 31k und/oder des EGR-Kühlers 3 das EGR-Ventil 14 die Niedendruck-Abgasrückführung im Zweig 11lpegr aktiviert und in Verbindung mit dem Abgasdrosselventil 31dk die Zielwerte der EGR-Raten, insbesondere kabinenheizleistungsorientierte EGR-Raten von mehr als 40%, eingestellt werden.
  6. Verfahren zur bedarfsweisen Erhöhung der kühlmittelseitigen Motorabwärme für Kabinenheizzwecke an Kraftfahrzeugen mit aufgeladenen Verbrennungsmotoren, welche eine Niederdruck-Abgasrückführung mit einem Ladegaskühler 31k aufweisen, der das am Verdichter 31tv verdichtete Mischgas 10ab bestehend aus der von der Umgebung angesaugten Verbrennungsfrischluft 10f und dem niederdruckseitig rückgeführtem Abgas 11lpegr kühlt, insbesondere Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung 20 • unterhalb eines ersten Aufwärmkriteriums des Motors 1 oder des Ladegaskühlers 31k und/oder eines EGR-Kühlers 3 im Niederdruck-EGR-Zweig 11lpegr mit einem EGR-Ventil 14 den Niederdruck-EGR-Zweig 11lpegr schließt und ein Abgasdrosselventil 31dk im Hauptabgasstrom 10ft stromab der Abgasentnahmestelle der Niederdruck-Abgasrückführung offen hält und insbesondere den Ladedruck und den Verbrennungsfrischluftmassenstrom 10f in Richtung der Maximalwerte einstellt und • dass bei Überschreiten dieses ersten Aufwärmkriteriums das Abgasdrosselventil 31dk in Richtung Drosselung verstellt wird und das EGR-Ventil 14 geschlossen bleibt, so dass eine hohe motorinterne Abgasrückführung und/oder der Kraftstoffmehrverbrauch aufgrund erhöhter Ladungswechselverluste das Kühlmittel schneller erwärmt, wobei dies insbesondere mit einer kraftstoffverbrauchserhöhenden Verschiebung der Einspritzzeiten einhergeht, und • dass bei Überschreiten eines zweiten Aufwärmkriteriums des Motors oder des Ladegaskühlers 31k und/oder des EGR-Kühlers 3 das EGR-Ventil 14 die Niederdruck-Abgasrückführung im Zweig 11lpegr aktiviert und in Verbindung mit dem Abgasdrosselventil 31dk die Zielwerte der EGR-Raten, insbesondere kabinenheizleistungsorientierte EGR-Raten von mehr als 40%, eingestellt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Niederdruck-EGR im Zweig 11lpegr anhand eines Aufwärmkriteriums erfolgt, das Mindesttemperaturen der mit dem Abgas in Kontakt tretenden Oberflächen der Bauteile im Niederdruck-EGR-Zweig 11lpegr und/oder im Mischgaszweig 10ab, insbesondere Mindestoberflächentemperaturen von mehr als 25°C und/oder oberhalb des Taupunktes des lokal anliegenden Gasgemischs, anhand des vorherigen Motorbetriebs ohne Niederdruck-EGR sicherstellt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Niederdruck-EGR im Zweig 11lpegr erst bei Überschreiten einer Mindestkühlmitteltemperatur, insbesondere bei Überschreiten einer Mindestkühlmitteltemperatur von +25°C, erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladegaskühler 31k mit einer Vorrichtung (31sv, 31b), insbesondere mit einer kühlluftseitigen oder einer kühlwasserseitigen Abschaltvorrichtung 31sv zur Verbesserung der Kabinenheizwirkung deaktiviert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motor mit variablen Steuerzeiten der Einlass- und/oder Auslassventile zum Einsatz kommt und die Phasen mit geschlossenem EGR-Ventil 14 durch eine heizleistungsorientierte Veränderung der Ventilsteuerzeiten mittels der Motorsteuerung 20 eingestellt werden, wobei insbesondere die motorinterne EGR in Richtung der maximal möglichen Werte eingestellt wird und wobei insbesondere zugunsten eines reduzierten Kraftstoffmehrverbrauchs auf die heizleistungsorientierte Maximierung der abgasseitigen Drosselung und der Ladungswechselverluste verzichtet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass hohe motorinterne EGR-Raten bei zwei verschiedenen heizleistungsorientierten Stellungen der motorseitigen Ladungswechselventile in Abhängigkeit vom Ausmaß des Heizleistungsdefizits eingestellt werden, so dass bei sehr hohem Heizleistungsdefizit eine möglichst starke Drosselung am Abgasdrosselventil 31dk mit vergleichsweise hohem Kraftstoffmehrverbrauch erfolgt und bei moderatem Heizleistungsdefizit eine möglichst schwache Drosselung am Abgasdrosselventil 31dk mit vergleichsweise geringem Kraftstoffmehrverbrauch.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass im Vergleich zum Motornormalbetrieb als maßgebliche/einzige kabinenheizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen ein permanentes Schließen des EGR-Ventils 14 sowie eine Maximierung der motorinternen EGR-Rate durch ein Drosseln des Abgasdrosselventils 31dk und insbesondere zusätzlich ein Verstellen der Steuerzeiten der Motoreinlass- und/oder Motorauslassventile erfolgen.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass es ausschließlich im Motorleerlauf bei stehendem Fahrzeug angewendet wird und/oder im Schubbetrieb und/oder bei Fahrten bergab mit Motorlasten nahe/kleiner Null.
  14. Vorrichtung zur bedarfsweisen Erhöhung der kühlmittelseitigen Motorabwärme für Kabinenheizzwecke an Kraftfahrzeugen mit aufgeladenen Verbrennungsmotoren, welche eine Niederdruck-Abgasrückführung mit einem Ladegaskühler 31k aufweisen, der das am Verdichter 31tv verdichtete Mischgas 10ab bestehend aus der von der Umgebung angesaugten Verbrennungsfrischluft 10f und dem niederdruckseitig rückgeführtem Abgas 11 (11lpegr) kühlt, insbesondere Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung 20 nach erfolgtem Kaltstart während des Warmlaufs mit Kabinenheizleistungsdefizit • unterhalb eines Aufwärmkriteriums des Motors 1 und/oder des Ladegaskühlers 31k und/oder eines EGR-Kühlers 3 im Niederdruck-EGR-Zweig 11lpegr mit einem EGR-Ventil 14 den Niederdruck-EGR-Zweig 11lpegr geschlossen hält und ein Abgasdrosselventil 31dk im Hauptabgasstrom 10ft stromab der Abgasentnahmestelle der Niederdruck-Abgasrückführung in Richtung starker Drosselung verstellt wird, so dass eine hohe motorinterne Abgasrückführung und/oder ein Kraftstoffmehrverbrauch aufgrund erhöhter Ladungswechselverluste das Kühlmittel schneller erwärmen und insbesondere • dass dies mit einer kraftstoffverbrauchserhöhenden Verschiebung der Einspritzzeiten einhergeht, und insbesondere • dass bei Überschreiten dieses Aufwärmkriteriums des Motors 1 oder des Ladegaskühlers 31k und/oder des EGR-Kühlers 3 das EGR-Ventil 14 die Niederdruck-Abgasrückführung im Zweig 11lpegr aktiviert und in Verbindung mit dem Abgasdrosselventil 31dk die Zielwerte der EGR-Raten, insbesondere kabinenheizleistungsorientierte EGR-Raten von mehr als 40%, eingestellt werden.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur temporären Kabinenheizleistungssteigerung die Motorleerlaufdrehzahl im Fahrzeugstillstand um mindestens 30%, insbesondere auf 1200–1500 1/min, angehoben wird.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–15, dadurch gekennzeichnet, dass diese einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor und Niederdruck-EGR-System zugeordnet ist, welches keinen externen Zuheizer für Kabinenheizzwecke, insbesondere keinen el. PTC-Zuheizer zur Beheizung der Kabinenluft, aufweist und insbesondere, dass kühlkreislaufseitige und/oder heizkreislaufseitige Heizleistungssteigerungsmaßnahmen zum Einsatz kommen, welche auf einer temporären Reduktion des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Verbrennungsmotor 1 und/oder den Heizungszweig 4a beruhen und/oder auf der Verwendung von Hochleistungskabinenwärmetauschern, die an einem Betriebspunkt nahe der thermischen Sättigung betrieben werden, welcher insbesondere durch einen Wärmeaustauschgrad/Wärmenutzungsgrad am Heizungswärmetauscher 4 von mindestens 90% bei +10°C warmem Kühlmittel und –20°C kalter Umgebung und bei dem gemäß einer Klimaautomatik automatisch anliegenden Heizungswärmetauscherluftmassenstrom definiert ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffmehrverbrauch in der den Stadtverkehr repräsentierenden ECE-Phase gemäß der Bedingungen des gesetzlichen Abgastests (MVEURO/MVEGA), aber mit Umgebungs- und Starttemperaturen von –7°C und einer Kabinenheizungseinstellung auf vollen Heizkomfort, nicht größer ist, als der Kraftstoffverbrauchsunterschied, der sich bei einem Betrieb eines baugleichen Fahrzeugs durch das Hinzuschalten einer luftseitigen elektrischen PTC-Zusatzheizung gleichen Heizkomforts ergibt und insbesondere, dass der mittlere Kraftstoffverbrauchsunterschied mit und ohne heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen über die ECE-Phase weniger als 15% und/oder 1,5 l/100 km beträgt.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–17, dadurch gekennzeichnet, dass der über die ersten 15 Minuten gemittelte Kraftstoffmehrverbrauch im Standard-Heizungstest gemäß VDA mit 50 km/h im größten ruckelfrei fahrbaren Gang bei Umgebungs- und Starttemperaturen von –20°C und einer Kabinenheizungseinstellung auf vollen Heizkomfort, nicht größer ist, als der Kraftstoffverbrauchsunterschied, der sich bei einem Betrieb eines baugleichen Fahrzeugs durch das Hinzuschalten einer luftseitigen elektrischen PTC-Zusatzheizung gleichen Heizkomforts einstellt, und insbesondere, dass dabei der Kraftstoffverbrauchsunterschied mit und ohne heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen weniger als 10% und/oder 0,7 l/100 km beträgt.
  19. Verfahren oder Vorrichtung für Motoren mit Niederdruck-Abgasrückführung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1–18, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung 20 die externe Abgasrückführung im Gegensatz zum Normalbetrieb ohne Heizleistungsdefizit deaktiviert, wobei insbesondere ein EGR-Ventil 14 schließt, und • in einer ersten vom Normalbetrieb abweichenden Betriebsart, mit Einstellungen zum Freibrennen eines Dieselpartikelfilters 31dpf oder einer anderen Abgasnachbehandlungskomponente, eine Drosselung des Verbrennungsfrischluftmassenstroms mit einer saugseitigen oder ladegasseitigen Drosselklappe 31sdk vornimmt, so dass sich die Ladungsdichte im Brennraum und im Abgasstrang reduziert und • dass die Motorsteuerung in einer zweiten vom Normalbetrieb abweichenden Betriebsart, mit Einstellungen zur temporären Kabinenheizleistungssteigerung, die saugseitige Drosselklappe 31sdk öffnet und eine abgasseitige Drosselung des Verbrennungsfrischluftmassenstroms mit einer abgasseitigen Drosselklappe 31dk vornimmt, durch welche insbesondere der gesamte das Abgassystem in Richtung Umgebung verlassende Hauptabgasstrom 10ft strömt, so dass sich die Ladungsdichte im Brennraum und im Abgasstrang erhöht und insbesondere, dass damit die Kabinenheizwirkung bei Heizleistungsdefizit mittels der Motorsteuerung verbessert wird.
  20. Verfahren oder Vorrichtung für Motoren mit Niederdruck-Abgasrückführung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1–19, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung 20 die externe Abgasrückführung im Gegensatz zum Normalbetrieb ohne Heizleistungsdefizit deaktiviert, wobei insbesondere ein EGR-Ventil 14 schließt, und • in einer ersten vom Normalbetrieb abweichenden Betriebsart, mit Einstellungen zur Vorwärmung des Abgassystems vor dem Einleiten der Kraftstoffzusatzeinspritzung für das Freibrennen eines Dieselpartikelfilters 31dpf oder einer anderen Abgasnachbehandlungskomponente, eine abgasseitige Drosselung des Verbrennungsfrischluftmassenstroms mit einer Drosselklappe 31dk vornimmt, durch welche der gesamte das Abgassystem in Richtung Umgebung verlassende Hauptabgasstrom 10ft strömt, so dass sich die Ladungsdichte im Brennraum und im Abgasstrang erhöht und die Vorwärmung des Abgassystems vor der Zusatzeinspritzung verbessert wird und • in einer zweiten vom Normalbetrieb abweichenden Betriebsart, mit Einstellungen mit Kraftstoffzusatzeinspritzung zum Freibrennen eines Dieselpartikelfilters 31dpf oder einer anderen Abgasnachbehandlungskomponente, eine Drosselung des Verbrennungsfrischluftmassenstroms mit einer saugseitigen oder ladegasseitigen Drosselklappe 31sdk vornimmt, so dass sich die Ladungsdichte im Brennraum und im Abgasstrang reduziert und • dass die Motorsteuerung in einer dritten vom Normalbetrieb abweichenden Betriebsart, mit Einstellungen zur temporären Kabinenheizleistungssteigerung, eine abgasseitige Drosselung des Verbrennungsfrischluftmassenstroms mit der Drosselklappe 31dk vornimmt, so dass sich die Ladungsdichte im Brennraum und im Abgasstrang erhöht und die Kabinenheizwirkung verbessert wird.
  21. Verfahren für Motoren mit Niederdruck-Abgasrückführung und Drosselvorrichtung 31dk im Hauptabgasmassenstrom 10ft, insbesondere Verfahren mit Merkmalen nach einem der Ansprüche 1–20, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung 20 • bei Eintreten eines ersten Umschaltkriteriums, das eine Fahrsituation mit stehendem/gebremstem Fahrzeug und Kabinenzuheizbedarf kennzeichnet und • bei gleichzeitigem Eintreten eines zweitens Umschaltkriteriums, das einen verfügbaren Mindestzeitabstand zum erneuten Anfahren/Beschleunigen charakterisiert und insbesondere durch eine entsprechende Position des Bremspedals und/oder der Handbremse und/oder der Kupplung gekennzeichnet ist, • eine abgasseitige Drosselung des Verbrennungsfrischluftmassenstroms mit einer abgasseitigen Drosselklappe 31dk vornimmt, durch welche insbesondere der gesamte das Abgassystem in Richtung Umgebung verlassende Hauptabgasstrom 10ft strömt, und • insbesondere, dass die Motorsteuerung 20 die externe Abgasrückführung deaktiviert indem das EGR-Ventil 14 schließt und • insbesondere dass ergänzend eine kabinenheizleistungsunterstützende Verstellung der Einspritzzeiten in Richtung Kraftstoffmehrverbrauch erfolgt.
  22. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–21, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor einen Ladegaskühler 31k für die Kühlung des Mischgases aus Verbrennungsfrischluft und rückgeführtem Abgas aufweist und zusätzlich einen kühlwassergekühlten EGR-Kühler 3 in einem Niederdruck-EGR-Zweig 11 (11lpegr), der lediglich das rückgeführte Abgas in einer ersten Abkühlstufe kühlt, und insbesondere, dass dieser kühlmittelseitig stromauf des Heizungswärmetauschers 4 im Heizungszweig 4a und/oder stromauf des Verdichters 31tt eines Turboladers angeordnet ist.
  23. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–22, dadurch gekennzeichnet, dass neben einem Ladegaskühler 31k für die Kühlung des Mischgases aus Verbrennungsfrischluft und rückgeführtem Abgas ein kühlwassergekühlter thermoelektrischer Generator 3teg oder ein EGR-Kühler 3 mit integriertem thermoelektrischem Generator (TEG) in einem separaten Niederdruck-EGR-Zweig 11 (11lpegr) angeordnet ist und in einer ersten Stufe lediglich das rückgeführte Abgas kühlt und insbesondere, dass dieser kühlmittelseitig stromauf des Heizungswärmetauschers 4 im Heizungszweig 4a und/oder stromauf des Verdichters 31tt eines Turboladers angeordnet ist.
  24. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator im Normalbetrieb zur Gewinnung elektrischen Stroms aus der Kühlung des Abgases unter Wärmeabgabe ans Kühlmittel verwendet wird und bei Kabinenheizdefizit durch Umkehrung der el. Verschaltung zur Beheizung des Abgases unter gleichzeitiger Steigerung der Kabinenheizleistung.
  25. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–24, dadurch gekennzeichnet, dass das erste EGR-Regelventil 14 stromab des EGR-Kühlers 3 (3teg) und/oder des thermoelektrischen Generators 3teg in der Niederdruck-EGR-Leitung 11 (11lpergr) angeordnet ist und eine Bypassleitung 11dkby zumindest temporär Abgas von einer Position 11by zwischen dem Abgasaustritt aus dem EGR-Kühler 3 (3teg) und dem Abgaseintritt oder dem Inneren des ersten ERG-Regelventils 14 entnimmt und stromab des zweiten EGR-Regelventils 31dk in den Hauptabgasmassenstrom 10ft einspeist, so dass sich ein Gesamtabgasmassenstrom 10ftges ergibt.
  26. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–25, dadurch gekennzeichnet, dass das erste EGR-Regelventil 14 ein einfaches Auf/Zu-Ventil ohne Zwischenstellungen ist und die Regelung der rückgeführten Abgasmenge mittels der Motorsteuerung 20 durch das zweite EGR-Regelventil 31dk erfolgt.
  27. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–26, dadurch gekennzeichnet, dass das erste EGR-Regelventil 14 stromab einer Verzweigungsposition 11by für den Bypasszweig 11dkby angeordnet ist, so dass bei geschlossenem erstem EGR-Regelventil 14 ein permanenter aber geometrisch genau definierter und mit dem zweiten EGR-Regelventil 31dk veränderbarer Leckageabgasstrom in der Bypassleitung 11dbky anliegt.
  28. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–27, dadurch gekennzeichnet, dass die strömungsbestimmenden Strömungsquerschnitte und Leitungslängen des Zweigs 11dkby so dimensioniert sind, dass bei voll geöffnetem erstem EGR-Regelventil 14 der Leckageabgasmassenstrom in der Bypassleitung 11dbky im zeitlichen Mittel über 3–5 Sekunden stets weniger als 30% des zur Frischluftleitung 10f geförderten EGR-Massenstroms beträgt.
  29. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–28, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung 11dkby Rohrleitungsabschnitte von insgesamt mindestens 200 mm Länge aufweist und dass in diesem Bereich ein mittlerer Strömungsquerschnitt von weniger als 190 mm2 (= 0,5·(3,14·222)/4) mm2) vorliegt.
  30. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–29, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung 11dkby mindestens eine Drosselstelle 11drbl mit einem engsten Strömungsquerschnitt aufweist, der kleiner ist als 50% des Strömungsquerschnitts des voll geöffneten ersten EGR-Regelventils 14 oder eine beliebige andere Drosselstelle mit vergleichbarer Drosselwirkung.
  31. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–30, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung 11dkby mindestens eine Drosselstelle, insbesondere eine Strömungsblende 11drbl, mit einem engsten Strömungsquerschnitt von weniger als 144 mm2 aufweist.
  32. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30–31, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und die Funktionen der Entnahmestelle 11by der Bypassleitung 11dkby in das erste EGR-Regelventil 14 integriert sind.
  33. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–25 sowie 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Entnahmestelle 11by der Bypassleitung 11dkby in das erste EGR-Regelventil 14 integriert ist und dieses als Mehrwegeventil mittels der Motorsteuerung neben der EGR-Regelung auch eine Regelung/Absperrung des Bypasszweigs 11dkby übernimmt.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und die Funktionen der Entnahmestelle 11by der Bypassleitung 11dkby einschließlich der Begrenzung eines permanenten aber begrenzten Abgasvolumenstroms im Bypasszweig 11dkby in das erste EGR-Regelventil 14 integriert sind.
  35. Vorrichtung zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine 1 mit Aufladung (31tt/31tv) und Ladegaskühlung 31k, mit einer Niederdruckabgasrückführung mit einem ersten EGR-Regelventil 14 und mit einem Niederdruck-EGR-Zweig 11 (11lpegr), welcher der Frischluft aus dem Frischluftpfad 10f unter teilweisem/vollständigem Schließen eines zweiten EGR-Regelventils 31dk im Hauptabgasstrom 10ft über den Niederdruck-EGR-Pfad 11 (11lpegr) stromauf des Ladegaskühlers 31k temporär Abgas zumischt und mit einer Kühlmittelpumpe (7 und/oder 2), die Kühlmittel des Motorkühlkreislaufs zu einem Kabinenheizungswärmetauscher 4 und schließlich zurück zur Brennkraftmaschine 1 fördert, insbesondere Vorrichtung mit Merkmalen nach einem der Ansprüche 1–34, dadurch gekennzeichnet, dass diese • im Niederdruck-EGR-Pfad 11 (11lpegr) einen kühlmittelseitigen Abgasrückführkühler 3 (3teg) mit einem integriertem und/oder einem separaten kühlmittelgekühlten thermoelektrischem Generator zur Stromerzeugung aus dem Abgas aufweist und • eine Position des ersten EGR-Regelventils 14 zwischen EGR-Kühleraustritt und der Zumischungsstelle des rückgeführten Abgases zum Frischluftzweig 10f und • eine am Niederdruck-EGR-Zweig 11 (11lpegr) am ersten EGR-Regelventil 14 oder weiter stromauf angeschlossene Abgasbypassleitung 11dkby, die durch den Abgasrückführkühler 3 (3teg) geströmtes Abgas zumindest temporär, insbesondere unter Verwendung von Drosselmaßnahmen im Strömungszweig 11dkby permanent, zu einer Position stromab des zweiten EGR-Regelventils 31dk in den Hauptabgasstrom 10ft leitet und • insbesondere, dass die Funktion des thermoelektrischen Generators für Kabinenheizzwecke von der Standardbetriebsart Stromerzeugen/Abgaskühlung/Kühlmittelerwärmung zu einer elektrisch inversen Betriebsart Stromverbrauchen/Abgaserwärmung/Kühlmittelerwärmung umgeschaltet wird und • insbesondere, dass der Heizungswärmetauscher 4 kühlmittelseitig stromab des EGR-Kühlers 3 (3teg) angeordnet ist und • insbesondere dass der Ladegaskühler 31k mit einer Schaltvorrichtung (31b, 31sv schaltbar ist.
  36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–35, dadurch gekennzeichnet, dass ein separates und nicht von der Motorsteuerung 20 betätigtes, autarkes Ventil im Bypasszweig 11dkby, insbesondere ein thermostatisches Ventil, sicherstellt, dass der Zweig 11dkby bei potentieller Überhitzungsgefahr der Bauteile oder des Kühlmittels geschlossen/gedrosselt ist.
  37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–35, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Bypasszweig 11dbky zur erweiterten Nutzung des EGR-Kühlers 3 (3teg) bei partiell oder vollständig unterbundener EGR aufweist, und dass auf eine für Kabinenheizzwecke besonders bevorzugte Drosselung des Abgasmassenstroms im Bypasszweig 11dbky verzichtet wird.
  38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass das erste EGR-Regelventil 14 ein Dreiwegeventil ist und an der Position 11by sitzt.
  39. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem ersten EGR-Regelventil 14 (14a) und dem zweiten EGR-Regelventil 31dk ein drittes von der Motorsteuerung 20 ansteuerbares EGR-Regelventil 14b den Bypasszweig 11dkby bei Bedarf öffnet und schließt.
  40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–39, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite EGR-Regelventil 31dk stromab einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere stromab eines Katalysators und/oder eines Partikelfilters 31dpf, angeordnet ist und eine Bypassleitung 11dkby Abgas hinter einem EGR-Kühler 3 (3teg) aus dem Abgasrückführzweig 11 (11lpegr) abzweigt und hinter dem zweiten EGR-Regelventil 31dk und vor dem zweiten EGR-Regelventil 31dk nachgeschalteten Abgasnachbehandlungskomponenten, insbesondere vor Abgasnachbehandlungskomtenenten für NOx (31NOx), Schwefel (31H2S) oder zur Schalldämmung (31SD), dem Hauptabgasmassenstrom 10ft zuführt.
  41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–39, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite EGR-Regelventil 31dk stromauf einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere stromauf eines Katalysators und/oder eines Partikelfilters 31dpf, angeordnet ist und eine Bypassleitung 11dkby Abgas hinter einem EGR-Kühler 3 (3teg) aus dem Abgasrückführzweig 11 (11lpegr) abzweigt und hinter dem zweiten EGR-Regelventil 31dk und vor dem zweiten EGR-Regelventil 31dk nachgeschalteten Abgasnachbehandlungskomponenten, insbesondere vor Abgasnachbehandlungskomtenenten für Ruß und/oder CO und HC (31dpf), NOx (31NOx), Schwefel (31H2S) oder zur Schalldämmung (31SD), dem Hauptabgasmassenstrom 10ft zuführt.
  42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–41, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Niederdruck-EGR eine beliebige Art der EGR, insbesondere eine Hochdruck-EGR mit Abgasentnahme vor einer Turbine 31tt eines Turboladers und/oder mit Abgaseinleitung in den Verbrennungsfrischluftmassenstrom 10f stromab des Ladegaskühlers 31k, verwendet wird, und dass zur Verbesserung der Kabinenheizwirkung und/oder der Wirksamkeit/Ausnutzung eines thermoelektrischen Generators im EGR-Zweig (3, 3teg) neben einem stufenlos zur EGR-Regelung von der Motorsteuerung verstellbaren ersten EGR-Regelventil 14 und einem saugseitigen/ladeluftseitigen Drosselventil 31sdk ein zusätzliches Ventil 31dk im Hauptabgasstrom 10ft die Funktion des EGR-Regelventils 31dk gemäß der Ansprüche 1–41 übernimmt.
  43. Vorrichtung zur Kühlung eines Fahrzeugantriebs einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine 1 mit externer Abgasrückführung 11 (11lpegr) und einem vom flüssigen Kühlmittel durchströmten Kabinenheizungswärmetauscher 4 sowie einem EGR-Kühler 3 und/oder thermoelektrischen Generator (3teg) im EGR-Zweig, insbesondere Vorrichtung nach einem der Merkmale 1–42, dadurch gekennzeichnet, dass bei Heizleistungsdefizit ein Drosselventil 31dk im Hauptabgasstrang 10ft in der unteren Motorteillast und bei Motordrehzahlen unter 1500 1/min zumindest temporär einen Abgasdruck unmittelbar stromauf des Drosselventils 31dk relativ zur Umgebung von mindestens 0,2 bar einstellt und ein Bypasszweig 11dkby durch den EGR-Kühler/TEG (3, 3teg) geströmtes Abgas stromab des Drosselventils 31dk in den Hauptabgaszweig 10ft einspeist.
  44. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Entnahmestelle für das rückgeführte Abgas aus dem Hauptabgaszweig und der Wiedereinleitungsstelle des Bypasszweiges 11dkby in den Hauptabgaszweig keine Abgasnachbehandlungskomponente (31dpf, 31NOx, 31H2S) angeordnet ist.
  45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43–44, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung 11dkby über mindestens 200 mm Länge einen mittleren Strömungsquerschnitt aufweist, der einem Rohr von weniger als 15 mm Innendurchmesser entspricht.
  46. Vorrichtung zum Kühlen eines Fahrzeugantriebs und/oder dessen Zusatzkomponenten mit flüssigem Kühlmittel und zum Heizen der Fahrgastzelle mittels eines von diesem flüssigen Kühlmittel durchströmten Heizungswärmetauschers, mit einem thermoelektrischem Generator der ebenfalls vom flüssigen Kühlmittel des Fahrzeugantriebs gekühlt wird und dadurch Abwärme über einen thermoelektrischen Effekt, insbesondere den Seebeck-Effekt, in Strom umwandelt, dass Wärme von einer Wärmequelle, insbesondere Wärme aus dem Abgas eines Verbrennungsprozesses, ins flüssige Kühlmittel übertragen wird und dieses erwärmt, insbesondere Vorrichtung in Verbindung mit einem der Merkmale der Ansprüche 1–45, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zur Steigerung der Kabinenheizwirkung elektrisch von der Fahrzeugbatterie abgekoppelt und/oder kurzgeschlossen wird.
  47. Vorrichtung zum Kühlen eines Fahrzeugantriebs und/oder dessen Zusatzkomponenten mit flüssigem Kühlmittel und zum Heizen der Fahrgastzelle mittels eines von diesem flüssigen Kühlmittel durchströmten Heizungswärmetauschers, mit einem thermoelektrischem Generator der ebenfalls vom flüssigen Kühlmittel des Fahrzeugantriebs gekühlt wird und dadurch Abwärme über einen thermoelektrischen Effekt, insbesondere den Seebeck-Effekt, in Strom umwandelt, dass Wärme von einer Wärmequelle, insbesondere Wärme aus dem Abgas eines Verbrennungsprozesses, ins flüssige Kühlmittel übertragen wird und dieses erwärmt, insbesondere Vorrichtung in Verbindung mit einem der Merkmale der Ansprüche 1–45, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zur Steigerung der Kabinenheizwirkung elektrisch von der Fahrzeugbatterie zumindest zeitweise in umgekehrter Richtung mit Strom versorgt wird und insbesondere, dass zur Steigerung der Wärmeabgabe und/oder zum Überhitzungsschutz der Gasseite eine wechselstromartige Beaufschlagung mit Umkehrung der el. Durchströmungsrichtung erfolgt.
  48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 46–47, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kurzschlussstrom oder ein Effektivwert des Stromes realisiert wird, der mehr als 1,5-mal, insbesondere mehr als 2 bis 5-mal, so groß ist, wie die Nennleistung im Normalbetrieb als thermoelektrischrer Generator zur Entlastung des Bordspannungsnetzes.
  49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 46–48, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrung der el. Durchströmungsrichtung oder die el. Abschaltung des thermoelektrischen Generators dazu verwendet wird, die Abgasseite eines thermoelektrischen Generators stark zu erwärmen und so von Ablagerungen zu reinigen.
  50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–49, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine 31tt eines Turboladers eine Leitschaufelverstellung aufweist oder der Turbolader mehrstufig aufgebaut ist, und dass die Aufladung gleichzeitig mit der Drosselung des Abgasmassenstroms mittels eines Ventils 31dk, welches im Hauptabgasstrang 10ft stromab der Turbine 31tt angeordnet ist, in Richtung maximalen Ladedrucks eingestellt wird.
  51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–50, dadurch gekennzeichnet, dass keine Niederdruck-EGR zum Einsatz kommt sondern eine Hochdruck-EGR, und dass anstelle des zusätzlichen Drosselventils 31dk eine von der Motorsteuerung 20 angesteuerte Verstellvorrichtung zur Verstellung der Turbinengeometrie eines Turboladers das Druckgefälle zur Durchströmung des Bypasszweigs 11dkby bereitstellt.
  52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–50, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motor mit einer Niederdruck-EGR einen Ladegaskühler 31k und eine von der Motorsteuerung 20 angesteuerte Ladegaskühlerdeaktivierungsvorrichtung (31b, 31sv) aufweist, welche an mindestens einem Betriebspunkt mit vergleichbarer Motorlast seitens des Fahrzeugantriebs • bei einer ersten emissionsoptimalen Einstellung mit Abgasrückführung deaktiviert ist, so dass das Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas optimal gekühlt wird und • bei einer zweiten kabinenheizleistungsoptimalen Einstellung mit Abgasrückführung aktiviert, so dass Ladegaskühler 31k unwirksam ist und das Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas nicht gekühlt wird.
  53. Vorrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladegaskühler 31k mittels einer ladegasseitigen Vorrichtung 31b oder kühlwasserseitigen Vorrichtung 31sv deaktiviert wird, und dass das Ansaugsystem des Motors und der Motor selbst zumindest bei sehr kalter Umgebung durch einen Betrieb ohne EGR vorgewärmt werden, bevor die Motorsteuerung die EGR aktiviert.
  54. Niederdruck-EGR-Vorrichtung für aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, insbesondere Niederdruck-EGR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–50 oder 52–53, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte Abgas bei aktivierter externer EGR vor der Verdichtung am Verdichter 31tv mit dem Verbrennungsfrischluftmassenstrom des Zweigs 10f gemischt und durch die Verdichtung am Verdichter 31tv zusätzlich erwärmt wird, und • dass das so erwärmte Ladegas, bestehend aus Verbrennungsfrischluft und rückgeführtem Abgas, durch eine Deaktivierung/Umgehung des Ladegaskühlers 31K im Motorwarmlauf und/oder bei Kabinenheizleistungsdefizit auf einem im Vergleich zum Normalbetrieb mit aktiviertem/durchströmtem Ladegaskühler 31 erhöhten Niveau gehalten wird, und insbesondere • dass durch die Motorsteuerung 20 temporär eine Verbesserung des Kabinenheizpotentials eingestellt wird, indem in Situationen mit hohem Kabinenheizbedarf, insbesondere bis zum Erreichen einer Mindestkühlmitteltemperatur, ein Kraftstoffmehrverbrauch mit erhöhter Abgastemperatur induziert wird, welcher bei deaktivierter/umgangener Ladegaskühlung 31k in verstärktem Maße der Kabinenheizleistung zugute kommt, indem – eine verbesserte Nutzung der Abgasenthalpie in Form des rückgeführten Abgases einschließlich dessen Verdichtung und der hieraus resultierenden Erwärmung am Verdichter 31tv und/oder – eine verbesserte Nutzung der Abgasenthalpie in Form der Steigerung des ladeluftseitigen Verdichtungsdruckes und der ladeluftseitigen Verdichtungstemperatur in Wechselwirkung mit einem von der Abgasturbine 31tt angetriebenen Turboverdichter 31tv erfolgt, und insbesondere, dass die Nutzung der Steigerung des ladeluftseitigen Verdichtungsdruckes und der ladeluftseitigen Verdichtungstemperatur mittels Ladegaskühlerdeaktivierung ohne Aktivierung der externen EGR erfolgt.
  55. Vorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass die externe EGR zur Vereinfachung der Applikation und/oder zur Vermeidung von Risiken für den Turboverdichter 31tv im frühen Warmlauf, insbesondere die ersten 3–5 Minuten, deaktiviert ist.
  56. Vorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass die externe EGR zur Vereinfachung der Applikation und/oder zur Vermeidung von Risiken für den Turboverdichter 31tv so lange deaktiviert ist, bis die Kühlmitteltemperatur und/oder das Kabinenheizpotential keine Einstellung der Motor in Richtung Kraftstoffmehrverbrauch mehr erfordert oder bis angesichts der Systemerwärmung kein Risiko mehr für den Turboverdichter besteht.
  57. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–56, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladegaskühlerdeaktivierung (31b) zum Einsatz kommt, welche aus einem von der Motorsteuerung 20 schaltbaren ladegasseitigen Ladegaskühlerbypasszweig 10b besteht und insbesondere, dass dieser Ladegaskühlerbypasszweig 10b einen mittleren Strömungsquerschnitt aufweist, der weniger als 50% des mittleren Strömungsquerschnitts der am Ladegaskühler angeschlossenen Ladegasleitungen (10a, 10ab, 12) beträgt und/oder einen mittleren Innendurchmesser von weniger als 25 mm aufweist.
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