DE102011078457A1

DE102011078457A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühler

Info

Publication number: DE102011078457A1
Application number: DE102011078457A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kuske; Daniel Roettger; Christian Winge Vigild
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: CN102852623B; CN102852623A; DE102011078457B4; US20130000612A1; US9995204B2

Abstract

Die Efindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit – mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens eine Einlaßöffnung aufweist, – mindestens einer zu einem Ansaugsystem (1) zugehörigen Ansaugleitung (2) zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Ladeluft via Einlaßöffnung, – einem Ladeluftkühler (3), der in der mindestens einen Ansaugleitung (2) vorgesehen ist und mit einer Bypaßleitung (4) ausgestattet ist, die stromaufwärts des Ladeluftkühlers (3) aus der mindestens einen Ansaugleitung (2) abzweigt und stromabwärts des Ladeluftkühlers (3) in die mindestens eine Ansaugleitung (2) einmündet, und – einer Einrichtung (5) zur Steuerung der via Ladeluftkühler (3) und via Bypaßleitung (4) geführten Ladeluftströme. Es soll ein Verfahren aufgezeigt werden, mit dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und insbesondere ein Schütteln der Brennkraftmaschine beim Abschalten vermieden wird. Erreicht wird dies durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass – zur Steuerung der Ladeluftströme ein zweistufig schaltbares Absperrelement (6) und ein stufenlos verstellbares Absperrelement (7) verwendet wird, wobei das zweistufig schaltbare Absperrelement (6), welches parallel zur Bypaßleitung (4) in der mindestens einen Ansaugleitung (2) angeordnet ist, zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung geschaltet wird und mit dem stufenlos zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbaren Absperrelement (7) die Bypaßleitung (4) mehr oder weniger freigeben oder versperrt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit

– mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens eine Einlaßöffnung aufweist,
– mindestens einer zu einem Ansaugsystem zugehörigen Ansaugleitung zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Ladeluft via Einlaßöffnung,
– einem Ladeluftkühler, der in der mindestens einen Ansaugleitung vorgesehen ist und mit einer Bypaßleitung ausgestattet ist, die stromaufwärts des Ladeluftkühlers aus der mindestens einen Ansaugleitung abzweigt und stromabwärts des Ladeluftkühlers in die mindestens eine Ansaugleitung einmündet, und
– einer Einrichtung zur Steuerung der via Ladeluftkühler und via Bypaßleitung geführten Ladeluftströme.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren, Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen.
Brennkraftmaschinen werden zunehmend häufig mit einer Aufladung ausgestattet, wobei die Aufladung in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung ist, bei dem die für den motorischen Verbrennungsprozeß benötigte Ladeluft verdichtet wird, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Ladeluftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.
Vorzugsweise wird, wie auch bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, ein Ladeluftkühler in der Ansaugleitung vorgesehen, mit dem die Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung des mindestens einen Zylinders, d. h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt gewissermaßen eine Verdichtung durch Kühlung.
Ist die Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung (AGR) ausgestattet, wird das mittels AGR auf die Einlaßseite zurückgeführte Abgas mit angesaugter Frischluft gemischt und die auf diese Weise erzeugte Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas bildet die Ladeluft, die dann gegebenenfalls dem Ladeluftkühler zur Kühlung zugeführt wird. Zurückgeführtes Abgas kann grundsätzlich stromaufwärts oder stromabwärts des Ladeluftkühlers in die mindestens eine Ansaugleitung des Ansaugsystems eingeleitet werden.
Es ist nicht das Ziel, der Ladeluft mittels Ladeluftkühlung fortwährend, d. h. unter sämtlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine eine möglichst große Wärmemenge zu entziehen. Vielmehr wird eine bedarfsgerechte Steuerung der Ladeluftkühlung angestrebt, die den unterschiedlichen Betriebsmodi einer Brennkraftmaschine Rechnung trägt und berücksichtigt, dass es vorteilhaft sein kann, der Brennkraftmaschine ungekühlte Ladeluft zu zuführen, beispielsweise in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine oder während der Regeneration eines auslaßseitig im Abgassystem vorgesehenen Partikelfilters. Dabei wird davon ausgegangen, dass ein Anheben der Temperatur der Ladeluft und damit der Zylinderfrischladung die Abgastemperatur ebenfalls erhöht.
Um den Ladeluftkühler umgehen zu können, d. h. die Ladeluft an dem Ladeluftkühler vorbeiführen zu können, wird eine Bypaßleitung vorgesehen, die stromaufwärts des Ladeluftkühlers aus der mindestens einen Ansaugleitung abzweigt und stromabwärts des Ladeluftkühlers wieder in die mindestens eine Ansaugleitung einmündet.
Zur Steuerung der via Ladeluftkühler und via Bypaßleitung geführten Ladeluftströme ist eine Einrichtung erforderlich.
Nach dem Stand der Technik kann in der Bypaßleitung ein vorzugsweise stufenlos verstellbares Absperrelement angeordnet werden, mit dem die Bypaßleitung mehr oder weniger freigeben oder versperrt wird, wodurch der Strömungswiderstand, den die Bypaßleitung der Ladeluftströmung entgegen bringt, variiert und eingestellt wird.
Bei verschlossener, d. h. versperrter Bypaßleitung durchströmt die gesamte Ladeluft den Ladeluftkühler. Ist die Bypaßleitung hingegen mehr oder weniger weit geöffnet, wird der Ladeluftstrom aufgeteilt, wobei nur ein Teil des Ladeluftstroms den Ladeluftkühler passiert und der übrige Ladeluftstrom via Bypaßleitung am Ladeluftkühler vorbei geführt wird. Die Größe der beiden Teilströme hängt dabei von der Stellung des in der Bypaßleitung vorgesehenen Absperrelements ab.
Das vorstehend beschriebene Konzept zur Steuerung der Ladeluftkühlung gestattet bei geöffnetem Absperrelement ein Freigeben der Bypaßleitung und ein Versperren der Bypaßleitung durch Überführen des Absperrelements in die Schließstellung.
Hingegen ist die durch den Ladeluftkühler führende Ansaugleitung immer offen, d. h. kontinuierlich geöffnet, und auch im Hinblick auf ihren Strömungsquerschnitt nicht veränderbar. Daher kann der Ladeluftkühler nicht vollständig deaktiviert werden, so dass immer ein Teil des Ladeluftstroms den Ladeluftkühler durchströmt. Dieser Umstand hat zwei nachteilige Effekte. Zum einen wird immer ein Teil des Ladeluftstroms gekühlt, auch wenn der Brennkraftmaschine ausschließlich ungekühlte Ladeluft zugeführt werden soll. Zum anderen wird der mindestens eine Zylinder auch nach Abschalten der Brennkraftmaschine via Ansaugleitung bzw. Ansaugsystem infolge des Ansaugvorganges des mindestens einen auslaufenden Kolbens mit Ladeluft versorgt. Letzteres verursacht ein Schütteln der Brennkraftmaschine bedingt durch den mehrere Arbeitsspiele andauernden Auslaufvorgang.
Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und insbesondere ein Schütteln der Brennkraftmaschine beim Abschalten vermieden wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit

– mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens eine Einlaßöffnung aufweist,
– mindestens einer zu einem Ansaugsystem zugehörigen Ansaugleitung zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Ladeluft via Einlaßöffnung,
– einem Ladeluftkühler, der in der mindestens einen Ansaugleitung vorgesehen ist und mit einer Bypaßleitung ausgestattet ist, die stromaufwärts des Ladeluftkühlers aus der mindestens einen Ansaugleitung abzweigt und stromabwärts des Ladeluftkühlers in die mindestens eine Ansaugleitung einmündet, und
– einer Einrichtung zur Steuerung der via Ladeluftkühler und via Bypaßleitung geführten Ladeluftströme, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
– zur Steuerung der Ladeluftströme ein zweistufig schaltbares Absperrelement und ein stufenlos verstellbares Absperrelement verwendet wird, wobei das zweistufig schaltbare Absperrelement, welches parallel zur Bypaßleitung in der mindestens einen Ansaugleitung angeordnet ist, zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung geschaltet wird und mit dem stufenlos zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbaren Absperrelement die Bypaßleitung mehr oder weniger freigeben oder versperrt wird.

Erfindungsgemäß werden zwei Absperrelemente zur Steuerung der Ladeluftströme vorgesehen. Im Vergleich zum Stand der Technik ist die Brennkraftmaschine mit einem zusätzlichen Absperrelement ausgestattet, welches zweistufig schaltbar und in der mindestens einen Ansaugleitung angeordnet ist. Dieses Absperrelement dient dem Aktivieren bzw. Deaktivieren des Ladeluftkühlers durch Freigeben bzw. Versperren der Ansaugleitung. Damit die Bypaßleitung bzw. der von der Bypaßleitung für die Ladeluftströmung bereitgestellte Strömungsquerschnitt vom Schaltungszustand dieses Absperrelements unbeeinflußt bleibt, wird das Absperrelement in dem Teilstück der Ansaugleitung angeordnet, welches parallel zur Bypaßleitung verläuft.
Das zweistufig schaltbare Absperrelement kann in die Schließstellung überführt werden, wenn der Brennkraftmaschine ungekühlte Ladeluft zugeführt werden soll, beispielsweise nach einem Kaltstart, wenn die Brennkraftmaschine möglichst schnell warmlaufen soll, um die Reibleistung und die Emissionen zu vermindern. Soll ein zur Abgasnachbehandlung vorgesehener Partikelfilter regeneriert werden, ist es ebenfalls hilfreich, die Ladelufttemperatur durch Umgehen der Kühlung anzuheben, um auf diese Weise die Abgastemperatur zu erhöhen. In den beiden genannten Fällen wird dann die Bypaßleitung zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit ungekühlter Ladeluft verwendet.
Zusätzlich zu dem zweistufig schaltbaren Absperrelement verfügt die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine bzw. die Einrichtung zur Steuerung der Ladeluftströme über ein stufenlos zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbares Absperrelement, mit dem der Strömungsquerschnitt der Bypaßleitung stufenlos variiert und eingestellt wird.
Während das zweistufig schaltbare Absperrelement die durch den Ladeluftkühler hindurchführende Ansaugleitung entweder versperrt oder freigibt, kann der via Bypaßleitung geführte Ladeluftstrom unter Verwendung des stufenlos verstellbaren Absperrelements beliebig variiert und gesteuert werden.
Ausgehend von einem schaltbaren Absperrelement in Offenstellung kann der Ladeluftstrom aufgeteilt werden in einen Teilluftstrom, der den Ladeluftkühler passiert, und einen Teilluftstrom, der via Bypaßleitung am Ladeluftkühler vorbei geführt wird. Die Größe der beiden Teilströme hängt dabei von der Stellung des stufenlos verstellbaren Absperrelements ab.
Da die Zufuhr von Ladeluft zu dem mindestens einen Zylinder der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine durch Schließen beider Absperrelemente unterbunden werden kann, wird beim Abschalten der Brennkraftmaschine und Überführen beider Absperrelemente in die Schließstellung ein Schütteln der Brennkraftmaschine bedingt durch einen sich verzögernden Auslaufvorgang vermieden.
Das erfindungsgemäße Verfahren löst die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und insbesondere ein Schütteln der Brennkraftmaschine beim Abschalten vermieden wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das zweistufig schaltbare Absperrelement und/oder das stufenlos verstellbare Absperrelement elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch gesteuert werden, vorzugsweise mittels Motorsteuerung.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als zweistufig schaltbares Absperrelement eine Drosselklappe verwendet wird. Die Drosselklappe ist ein bewährtes und erprobtes Element zur Steuerung des Strömungsquerschnittes einer Ansaugleitung. In Abhängigkeit vom Einzelfall können bei Verwendung einer Drosselklappe als zweistufig schaltbares Absperrelement bereits auf dem Markt verfügbare Drosselklappen verwendet werden, so dass die Herstellungskosten bzw. Bereitstellungskosten für dieses in der Ansaugleitung angeordnete Absperrelement vergleichsweise niedrig sind, d. h. gering gehalten werden können.
Der Umstand, dass ein vollständiges Absperren der Ansaugleitung mittels Drosselklappe in der Regel nicht realisiert werden kann, d. h. in der Schließstellung der Drosselklappe immer ein mehr oder weniger großer Leckagestrom über die Drosselklappe hinweg zu beobachten ist, ist vorliegend, d. h. im Zusammenhang mit der Funktion dieses Absperrelementes, unschädlich und kann vernachlässigt werden.
Nichtsdestotrotz sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen das zweistufig schaltbare Absperrelement in der Schließstellung die Ansaugleitung vollständig versperrt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als stufenlos verstellbares Absperrelement eine um eine Drehachse verschwenkbare Klappe verwendet wird. Eine Klappe ermöglicht zusammen mit einem dazu korrespondierenden Sitz, der die Klappe in der Schließstellung nahezu gasdicht aufnimmt, ein fast vollständiges Versperren der Bypaßleitung.
Zudem kann eine verschwenkbare Klappe in der Offenstellung dazu genutzt werden, den Querschnitt der Ansaugleitung zu verengen bzw. möglichst weitgehend zu versperren und damit der Ladeluftströmung den Eintritt in den Ladeluftkühler zu erschweren, d. h. dieser Ladeluftströmung einen Widerstand entgegen zu setzen. Im Zusammenwirken mit einem in der Schließstellung befindlichen zweistufig schaltbaren Absperrelement ist dann ein fast vollständiges Versperren der Ansaugleitung möglich.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Einrichtung auf der Einlaßseite des Ladeluftkühlers angeordnet wird. Bei dieser Ausgestaltung des Ansaugsystems kann ein Eintreten von Ladeluft in den Kühler und damit eine kontinuierliche Versorgung des Kühlers mit Ladeluft durch entsprechendes Steuern der Absperrelemente unterbunden werden.
Im Hinblick auf die in Rede stehende Variante sind bei Brennkraftmaschinen, bei denen als stufenlos verstellbares Absperrelement eine um eine Drehachse verschwenkbare Klappe verwendet wird, Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Drehachse stromabwärts des frei verschwenkbaren Endes der Klappe angeordnet wird.
Bei dieser Anordnung der Drehachse trifft die Ladeluftströmung bei sich öffnender Klappe auf die Innenseite der Klappe, d. h. auf die Seite der Klappe, die der Bypaßleitung zugewandt ist. Ein Teil der Ladeluftströmung fängt sich in der Klappe und wird in die Bypaßleitung gelenkt, während die übrige Ladeluftströmung bei geöffneter Ansaugleitung in den Kühler gelangt.
Bei Überführen der Klappe von der Schließstellung in die Offenstellung wird das freie Ende der Klappe entlang eines Kreisbogens um die Drehachse bewegt und zwar in Richtung der Strömung der Ansaugleitung.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen sein, bei denen die Einrichtung auf der Auslaßseite des Ladeluftkühlers angeordnet wird. Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Variante, bei der die Einrichtung auf der Einlaßseite des Ladeluftkühlers angeordnet wird, kann ein Eintreten von Ladeluft in den Kühler und damit ein kontinuierliches Versorgen des Kühlers mit Ladeluft vorliegend nicht unterbunden werden.
Im Hinblick auf die in Rede stehende Variante sind bei Brennkraftmaschinen, bei denen als stufenlos verstellbares Absperrelement eine um eine Drehachse verschwenkbare Klappe verwendet wird, Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Drehachse stromaufwärts des frei verschwenkbaren Endes der Klappe angeordnet wird.
Bei dieser Anordnung der Drehachse trifft die Ladeluftströmung bei sich öffnender Klappe auf die Außenseite der Klappe, d. h. auf die Seite der Klappe, die von der Bypaßleitung abgewandt ist. Der Strömungsquerschnitt der Ansaugleitung wird verengt und die Bypaßleitung wird für die Ladeluft freigegeben.
Bei Überführen der Klappe von der Schließstellung in die Offenstellung wird das freie Ende der Klappe entlang eines Kreisbogens um die Drehachse bewegt und zwar entgegen der Strömungsrichtung in der Ansaugleitung.
Im Rahmen der Kühlung können zuvor noch gasförmig in der Ladeluft enthaltene Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, auskondensieren, wenn die Tautemperatur einer Komponente der gasförmigen Ladeluftströmung unterschritten wird. In Abhängigkeit von der Anordnung des Ladeluftkühlers und aufgrund der Tatsache, dass das ausgeschiedene Kondensat nicht kontinuierlich von der Ladeluftströmung infolge Kinetik dem mindestens einen Zylinder zugeführt wird, kann sich Kondensat im Ladeluftkühler ansammeln, welches dann unvorhersehbar und in größerer Menge schlagartig, beispielweise bei Querbeschleunigung infolge Kurvenfahrt, einer Steigung oder einem Stoß, aus dem Ladeluftkühler in das Ansaugsystem eingebracht wird. Letzteres wird auch als Wasserschlag bezeichnet, der nicht nur zu einer schweren Störung des Betriebs der Brennkraftmaschine, sondern auch zu einer irreversiblen Beschädigung von Bauteilen stromabwärts des Kühlers führen kann.
Wird eine Abgasrückführung vorgesehen, gewinnt diese Problematik mit zunehmender Rückführrate noch an Bedeutung, da mit der Zunahme der rückgeführten Abgasmenge die Anteile der einzelnen Abgaskomponenten in der Ladeluft, insbesondere des im Abgas enthaltenen Wassers, zwangsläufig zunehmen.
Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen, bei denen der Ladeluftkühler vom Eintritt in den Ladeluftkühler zum Austritt aus dem Ladeluftkühler in einem Winkel α geneigt angeordnet ist. Der Ladeluftkühler wird dabei in der Weise in einem Winkel angestellt, dass ein Gefälle zwischen Eintritt und Austritt ausgebildet wird und der Transport eines Kondensats bereits im Kühler schwerkraftgetrieben unterstützt wird, um einem eventuellen Ansammeln entgegen zu wirken. Hinsichtlich des Winkels α wird dabei Bezug genommen auf eine virtuelle durch den Eintritt und den Austritt gelegte Gerade. Vorteilhaft sind Winkel α, für die gilt: α ≥ 5°, vorzugsweise 45° ≥ α ≥ 5°, bzw.: α ≥ 10°, vorzugsweise 90° ≥ α ≥ 10°.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen die geodätische Höhe im Ansaugsystem ausgehend vom Eintritt in den Ladeluftkühler in Strömungsrichtung bis hin zu der mindestens einen Einlaßöffnung des mindestens einen Zylinders kontinuierlich abnimmt. Damit wird gewährleistet, dass die Ladeluftströmung auf dem gesamten Weg ausgehend vom Eintritt in den Ladeluftkühler bis hin zu dem mindestens einen Zylinder keine Steigung zu überwinden hat, d. h. in Strömungsrichtung ein durchgehendes Gefälle vorliegt.
Diese Ausführungsform stellt sicher, dass sich kein Kondensat im Kühler und stromabwärts des Ladeluftkühlers im Ansaugsystem ansammelt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Ladeluftkühler an der geodätisch höchsten Stelle im Ansaugsystem angeordnet ist.
Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens einer auslaßseitigen Abgasleitung zur Abführung der Abgase, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen

– mindestens ein Abgasturbolader zur Aufladung der Brennkraftmaschine vorgesehen wird, der eine in der mindestens einen Abgasleitung angeordnete Turbine und einen in der mindestens einen Ansaugleitung angeordneten Verdichter umfaßt, und
– eine Abgasrückführung vorgesehen wird, welche eine Rückführleitung umfaßt, die stromabwärts der Turbine aus der mindestens einen Abgasleitung abzweigt und stromaufwärts des Verdichters in die mindestens eine Ansaugleitung mündet.

Bei einem Abgasturbolader sind ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt, entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine und versetzt die Welle in Drehung. Die vom Abgasstrom an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung des mindestens einen Zylinders erreicht wird.
Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie unmittelbar von der Brennkraftmaschine bezieht, die verfügbare Leistung also mindert und damit den Wirkungsgrad nachteilig beeinflußt, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.
Mittels Aufladung läßt sich das Lastkollektiv bei sonst gleichen Fahrzeugrandbedingungen zu höheren Lasten hin verschieben, wodurch sich der spezifische Kraftstoffverbrauch reduzieren läßt. Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Bei gezielter Auslegung der Aufladung können auch Vorteile bei den Abgasemissionen erzielt werden. Um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einzuhalten, sind aber weitere Maßnahmen erforderlich, beispielsweise die Rückführung von Verbrennungsgasen von der Auslaßseite auf die Einlaßseite.
Mittels Abgasrückführung (AGR) können die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden. Die Abgasrückführrate x_AGR bestimmt sich dabei zu x_AGR = m_AGR/(m_AGR + m_Frischluft), wobei m_AGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und m_Frischluft die zugeführte Frischluft bezeichnet. Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von x_AGR ≈ 60% bis 70% liegen können.
Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und gleichzeitiger Verwendung einer Abgasrückführung kann sich ein Konflikt ergeben, wenn das rückgeführte Abgas mittels Hochdruck-AGR stromaufwärts der Turbine aus der Abgasleitung entnommen wird und zum Antrieb der Turbine nicht mehr zur Verfügung steht.
Bei einer Steigerung der Abgasrückführrate nimmt der in die Turbine eingeleitete Abgasstrom gleichzeitig ab. Der verminderte Abgasmassenstrom durch die Turbine bedingt ein kleineres Turbinendruckverhältnis, wodurch das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, was gleichbedeutend ist mit einem kleineren Verdichtermassenstrom. Neben dem abnehmenden Ladedruck können sich zusätzliche Probleme beim Betrieb des Verdichters hinsichtlich der Pumpgrenze des Verdichters einstellen. Nachteile können sich auch bei den Schadstoffemissionen ergeben.
Auch aus diesem Grund ist die in Rede stehende Variante vorteilhaft, bei der Abgas, welches die Turbine bereits durchströmt hat, mittels einer Niederdruck-AGR auf die Einlaßseite zurückgeführt wird. Die Niederdruck-AGR umfasst eine Rückführleitung, die stromabwärts der Turbine aus der Abgasleitung abzweigt und stromaufwärts des Verdichters in die Ansaugleitung mündet.
Das mittels Niederdruck-AGR auf die Einlaßseite zurückgeführte Abgas wird stromaufwärts des Verdichters mit Frischluft gemischt. Die auf diese Weise erzeugte Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas bildet die Ladeluft, die dem Verdichter zugeführt und verdichtet wird, wobei die komprimierte Ladeluft stromabwärts des Verdichters im Ladeluftkühler gekühlt wird.
Dabei ist es unschädlich, dass im Rahmen der Niederdruck-AGR Abgas durch den Verdichter hindurchgeführt wird, wenn Abgas verwendet wird, welches stromabwärts der Turbine einer Abgasnachbehandlung, insbesondere im Partikelfilter, unterzogen wurde. Ablagerungen im Verdichter, welche die Geometrie des Verdichters, insbesondere die Strömungsquerschnitte, verändern und auf diese Weise den Wirkungsgrad des Verdichters verschlechtern, sind dann nicht zu befürchten. Die Niederdruck-AGR kann mit einem separaten Kühler ausgestattet werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Ladeluftkühler flüssigkeitsgekühlt ist.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung nach dem Prinzip eines Wärmetauschers in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Bei der Luftkühlung wird die durch den Ladeluftkühler geführte Ladeluft mittels einer Luftströmung gekühlt, die aus dem Fahrtwind resultiert und/oder durch ein Gebläse erzeugt wird. Die Flüssigkeitskühlung erfordert hingegen die Ausbildung eines Kühlkreislaufs, gegebenenfalls unter Verwendung eines bereits bestehenden Kreislaufes, beispielsweise der Motorkühlung bei einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe gefördert, so dass es zirkuliert und den Ladeluftkühler durchströmt. Die von der Ladeluft im Kühler an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird abgeführt und dem Kühlmittel in einem anderen Wärmetauscher wieder entzogen.
Aufgrund der wesentlich höheren Wärmekapazität einer Flüssigkeit gegenüber Luft können mit der Flüssigkeitskühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als dies mit einer Luftkühlung möglich ist. Aus diesem Grund ist es besonders bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung vorteilhaft, wenn der Ladeluftkühler flüssigkeitsgekühlt ist, da die abzuführende Wärmemenge vergleichsweise groß sein kann.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen eine zusätzliche Abgasrückführung vorgesehen wird, welche eine Leitung umfaßt, die stromaufwärts der Turbine aus der mindestens einen Abgasleitung abzweigt und stromabwärts des Verdichters in die mindestens eine Ansaugleitung mündet.
Das Vorsehen einer Hochdruck-AGR kann erforderlich werden bzw. hilfreich sein, um die zur Reduzierung der Stickoxidemissionen erforderlichen hohen Rückführraten zu generieren. Zu berücksichtigen ist, dass die Rückführung von Abgas aus der Abgasleitung in die Ansaugleitung eine Druckdifferenz, d. h. ein Druckgefälle, zwischen der Auslaßseite und der Einlaßseite erfordert. Zur Erzielung der geforderten hohen Abgasrückführraten ist darüber hinaus ein hohes Druckgefälle erforderlich.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen die Leitung stromabwärts des Ladeluftkühlers in die mindestens eine Ansaugleitung mündet. Das mittels Hochdruck-AGR rückgeführte Abgas ist in der Regel nicht nachbehandelt. Vielmehr handelt es sich um die Rohemissionen der Brennkraftmaschine, weshalb das Abgas vorzugsweise nicht durch den Ladeluftkühler hindurchgeführt werden sollte, um Verschmutzungen des Kühlers zu vermeiden.
Vorteilhaft sind dennoch Ausführungsformen, bei denen in der Leitung der Hochdruck-AGR ein zusätzlicher Kühler vorgesehen wird. Dieser zusätzliche Kühler senkt die Temperatur im heißen Abgasstrom und steigert damit die Dichte der Abgase. Die Temperatur der Zylinderfrischladung wird hierdurch weiter gesenkt, wodurch auch der zusätzliche Kühler zu einer besseren Füllung des Brennraums mit Frischgemisch beiträgt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen mit dem stufenlos verstellbare Absperrelement in der Schließstellung die Bypaßleitung und in der Offenstellung die mindestens eine Ansaugleitung versperrt. Diese Variante gestattet es, den Ladeluftstrom sowohl vollständig durch den Ladeluftkühler als auch vollständig via Bypaßleitung am Ladeluftkühler vorbei zu führen und dies unabhängig vom Schaltungszustand des zweistufig schaltbaren Absperrelementes in der Ansaugleitung.
Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen mit dem stufenlos verstellbaren Absperrelement in der Schließstellung die Bypaßleitung versperrt wird und in der Offenstellung die mindestens eine Ansaugleitung zumindest verengt wird. Ein mehr oder weniger großer Leckagestrom über die Drosselklappe ist zu beobachten.
Neben seiner eigentlichen Funktion, die Bypaßleitung mehr oder weniger freizugeben bzw. zu versperren, wird das stufenlos verstellbare Absperrelement vorliegend auch dazu verwendet, der Ladeluftströmung den Eintritt in den Ladeluftkühler zu erschweren, d. h. diese Ladeluftströmung spürbar zu blockieren.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das stufenlos verstellbare Absperrelement geschlossen wird und das zweistufig schaltbare Absperrelement geöffnet wird, um den gesamten Ladeluftstrom durch den Ladeluftkühler zu leiten und zu kühlen.
Die gesamte Ladeluft wird auf diese Weise vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt. Dabei steigert der Kühler die Dichte der Ladeluft. Durch diese Verdichtung wird dem mindestens einen Zylinder eine größere Luftmasse zugeführt. Vorteilhaft ist dies insbesondere bei einer hohen Leistungsanforderung bzw. einer hohen mittels Niederdruck-AGR generierten Rückführrate.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das stufenlos verstellbare Absperrelement zumindest teilweise geöffnet wird und das zweistufig schaltbare Absperrelement geöffnet wird, um den Ladeluftstrom teilweise durch den Ladeluftkühler zu leiten und teilweise via Bypaßleitung am Ladeluftkühler vorbei zu führen. Der Ladeluftstrom wird stromaufwärts des Kühlers aufgeteilt, wobei sich die Temperatur der Zylinderfrischladung entsprechend dem Aufteilungsverhältnis beim Mischen der Ladeluftteilströme stromabwärts des Kühlers einstellt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das stufenlos verstellbare Absperrelement vollständig geöffnet wird und das zweistufig schaltbare Absperrelement geschlossen wird, um den Ladeluftstrom im Wesentlichen via Bypaßleitung am Kühler vorbei zu führen.
Vorliegend wird der Ladeluftkühler deaktiviert, so dass – wenn überhaupt – ein vernachlässigbarer Anteil des Ladeluftstroms den Ladeluftkühler durchströmt. Dieser Schaltungszustand der Absperrelemente ist insbesondere für zwei Betriebsmodi der Brennkraftmaschine vorteilhaft. Zum einen kann der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase nahezu ausschließlich ungekühlte Ladeluft zugeführt werden, so dass nach einem Kaltstart eine schnelle Aufheizung erfolgt. Günstig ist dies insbesondere hinsichtlich der Reibleistung und der Schadstoffemissionen. Zum anderen kann der Brennkraftmaschine während der Regeneration eines auslaßseitig im Abgassystem vorgesehenen Partikelfilters ungekühlte Ladeluft zugeführt werden, wodurch sich die Abgastemperatur anheben läßt, so dass der Partikelfilter schneller sein Regenerationstemperatur erreicht. Die zur Regeneration eines Partikelfilters erforderliche Temperatur beträgt bei fehlender katalytischer Unterstützung etwa 550°C.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das stufenlos verstellbare Absperrelement nur teilweise geöffnet wird und das zweistufig schaltbare Absperrelement geschlossen wird, um den Ladeluftstrom im Wesentlichen via Bypaßleitung am Kühler vorbei zu führen und dabei zu drosseln.
Wird der ungekühlte Ladeluftstrom zusätzlich gedrosselt und dem mindestens einen Zylinder auf diese Weise im momentanen Betriebspunkt unüblich wenig Ladeluft zugeführt, d. h. weniger als durch den Sollwert vorgeschrieben, wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder angefettet, wodurch die Abgastemperaturen angehoben werden. Ein auslaßseitig im Abgassystem vorgesehener Partikelfilter erreicht die Regenerationstemperatur noch schneller.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das stufenlos verstellbare Absperrelement geschlossen wird und das zweistufig schaltbare Absperrelement geschlossen wird, um die Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Ladeluft zu unterbinden.
Vorliegend wird das Ansaugsystem durch Überführen beider Absperrelemente in die Schließstellung deaktiviert, so dass – wenn überhaupt – nur noch ein vernachlässigbarer Anteil des Ladeluftstroms in den mindestens einen Zylinder gelangt.
Eine Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Ladeluft beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird auf diese Weise unterbunden und damit ein Schütteln der Brennkraftmaschine bedingt durch einen sich verzögernden Auslaufvorgang des Triebwerks.
Der Schaltungszustand der beiden Absperrelemente gemäß der in Rede stehenden Verfahrensvariante kann auch zur Realisierung einer Motorbremse dienen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet wird, die eine weitergehende Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes gestattet. Dabei sind im Eintrittsbereich der Turbine verstellbare Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades rotieren die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine.
Verfügt die Turbine über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich im Eintrittsbereich angeordnet, d. h. starr fixiert. Bei einer variablen Geometrie hingegen sind die Leitschaufeln – wie ausgeführt – zwar stationär angeordnet, aber nicht völlig unbeweglich, sondern um ihre Achse drehbar, so dass auf die Anströmung der Laufschaufeln Einfluß genommen werden kann.
Nichtsdestotrotz können auch Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers mit einer festen Turbinengeometrie ausgebildet wird. Gegenüber einer variablen Geometrie vereinfacht dies den Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Laders mittels Motorsteuerung erheblich. Zudem ergeben sich durch die einfachere Bauweise der Turbine Kostenvorteile hinsichtlich des Abgasturboladers.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen mindestens zwei Abgasturbolader vorgesehen werden.
Bei Einsatz eines einzelnen Abgasturboladers ist ein Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl zu beobachten. Dieser Effekt ist unerwünscht. Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis abhängt. Eine Verringerung der Motorendrehzahl führt zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis. Dies hat zur Folge, dass zu niedrigeren Drehzahlen hin das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, was gleichbedeutend ist mit einem Drehmomentabfall.
Die Drehmomentcharakteristik kann durch Einsatz mehrerer Abgasturbolader verbessert werden, beispielsweise mittels mehrerer in Reihe geschalteter Abgasturbolader.
Durch das in Reihe Schalten von zwei Abgasturboladern, von denen ein Abgasturbolader als Hochdruckstufe und ein Abgasturbolader als Niederdruckstufe dient, kann das Verdichterkennfeld in vorteilhafter Weise aufgeweitet werden und zwar sowohl hin zu kleineren Verdichterströmen als auch hin zu größeren Verdichterströmen.
Insbesondere ist bei dem als Hochdruckstufe dienenden Abgasturbolader ein Verschieben der Pumpgrenze hin zu kleineren Verdichterströmen möglich, wodurch auch bei kleinen Verdichterströmen hohe Ladedruckverhältnisse erzielt werden können, was im unteren Teillastbereich die Drehmomentcharakteristik deutlich verbessert. Erreicht wird dies durch eine Auslegung der Hochdruckturbine auf kleine Abgasmassenströme und Vorsehen einer Bypaßleitung, mit der bei zunehmendem Abgasmassenstrom zunehmend Abgas an der Hochdruckturbine vorbeigeführt wird. Die Bypaßleitung zweigt hierzu stromaufwärts der Hochdruckturbine von der Abgasleitung ab und mündet stromabwärts der Turbine wieder in die Abgasleitung, wobei in der Bypaßleitung ein Absperrelement angeordnet ist, um den an der Hochdruckturbine vorbeigeführten Abgasstrom zu steuern.
Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann des Weiteren durch mehrere parallel geschaltete Turbolader mit entsprechend kleinen Turbinenquerschnitten verbessert werden, die sukzessive zugeschaltet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den 1 bis 5 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch einen Teil des Ansaugsystems einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine umfassend die Einrichtung zur Steuerung der Ladeluftströme in einem ersten Schaltungszustand,
2 schematisch und in einer Vergrößerung die in 1 kenntlich gemachte Einzelheit Y mit der Einrichtung in einem zweiten Schaltungszustand,
3 schematisch und in einer Vergrößerung die in 1 kenntlich gemachte Einzelheit Y mit der Einrichtung in einem dritten Schaltungszustand,
4 schematisch und in einer Vergrößerung die in 1 kenntlich gemachte Einzelheit Y mit der Einrichtung in einem vierten Schaltungszustand, und
5 schematisch und in einer Vergrößerung die in 1 kenntlich gemachte Einzelheit Y mit der Einrichtung in einem fünften Schaltungszustand.
1 zeigt schematisch einen Teil des Ansaugsystems 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine umfassend die Einrichtung 5 zur Steuerung der Ladeluftströme in einem ersten Schaltungszustand.
Dargestellt ist ein Abschnitt des Ansaugsystems 1 der Brennkraftmaschine, welches eine Ansaugleitung 2 zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Ladeluft umfaßt. In der Ansaugleitung 2 ist ein Ladeluftkühler 3 vorgesehen, mit dem die Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler 3 senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, wodurch eine Kompression durch Kühlung erfolgt.
Um den Kühler 3 umgehen zu können, zweigt stromaufwärts des Ladeluftkühlers 3, d. h. auf der Einlaßseite 8a des Kühlers 3, eine Bypaßleitung 4 aus der Ansaugleitung 2 ab, die stromabwärts des Ladeluftkühlers 3, d. h. auf der Auslaßseite 8b des Kühlers 3, wieder in die Ansaugleitung 2 einmündet.
Zur Steuerung der via Ladeluftkühler 3 und via Bypaßleitung 4 geführten Ladeluftströme ist eine Einrichtung 5 vorgesehen, die ein zweistufig zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung schaltbares Absperrelement 6 umfaßt, welches parallel zu der Bypaßleitung 4 in der Ansaugleitung 2 angeordnet ist, und ein stufenlos zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbares Absperrelement 7 aufweist, welches die Bypaßleitung 4 mehr oder weniger freigibt oder versperrt.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird eine Drosselklappe 6a als zweistufig schaltbares Absperrelement 6 und eine um eine Drehachse 7b verschwenkbare Klappe 7a als stufenlos verstellbares Absperrelement 7 verwendet, wobei sich im dargestellten Schaltungszustand sowohl die Drosselklappe 6a als auch die verschwenkbare Klappe 7a in der Offenstellung befindet. Die Klappe 7a verengt in der Offenstellung die Ansaugleitung 2, weshalb der Ladeluftströmung trotz geöffneter Drosselklappe 6a der Eintritt in den Ladeluftkühler 3 erschwert wird, d. h. die Ansaugleitung 2 spürbar blockiert wird. Nichtsdestotrotz ist ein kleiner Leckagestrom über die Drosselklappe 6a hinweg zu beobachten. Der dargestellte Schaltungszustand eignet sich zur Unterstützung der Regeneration eines auslaßseitig im Abgassystem vorgesehenen Partikelfilters sowie für die Warmlaufphase nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
Die Einrichtung 5 ist vorliegend auf der Einlaßseite 8a des Ladeluftkühlers 3 angeordnet, wobei die Drehachse 7b der Klappe 7a stromabwärts des frei verschwenkbaren Endes 7c der Klappe 7a am Eintritt in die Bypaßleitung 4 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung der Drehachse 7b trifft die Ladeluftströmung bei sich öffnender Klappe 7a auf die Innenseite 7d der Klappe 7a, die der Bypaßleitung 4 zugewandt ist. Bei Überführen der Klappe 7a von der Schließstellung in die Offenstellung wird das freie Ende 7c der Klappe 7a entlang eines Kreisbogens um die Drehachse 7b in Strömungsrichtung der Ansaugleitung 2 bewegt.
2 zeigt schematisch und in einer Vergrößerung die in 1 kenntlich gemachte Einzelheit Y mit der Einrichtung 5 in einem zweiten Schaltungszustand.
Es sollen nur die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten Schaltungszustand erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Bei dem in 2 dargestellten Schaltungszustand befinden sich sowohl das stufenlos verstellbare Absperrelement 7, d. h. die Klappe 7a, als auch das zweistufig schaltbare Absperrelement 6, d. h. die Drosselklappe 6a, in der Schließstellung. Durch Überführen der beiden Absperrelemente 6, 7 in die Schließstellung wird das Ansaugsystem 2 deaktiviert, so dass der mindestens eine Zylinder nicht weiter mit Ladeluft versorgt wird. Beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird dadurch ein Schütteln vermieden.
3 zeigt schematisch und in einer Vergrößerung die in 1 kenntlich gemachte Einzelheit Y mit der Einrichtung 5 in einem dritten Schaltungszustand.
Es sollen nur die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten Schaltungszustand erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Bei dem in 3 dargestellten Schaltungszustand befindet sich das stufenlos verstellbare Absperrelement 7, d. h. die Klappe 7a, in der Schließstellung und das zweistufig schaltbare Absperrelement 6, d. h. die Drosselklappe 6a, in der Offenstellung. Auf diese Weise wird der gesamte Ladeluftstrom durch den Ladeluftkühler 3 geleitet und gekühlt.
4 zeigt schematisch und in einer Vergrößerung die in 1 kenntlich gemachte Einzelheit Y mit der Einrichtung 5 in einem vierten Schaltungszustand.
Es sollen nur die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten Schaltungszustand erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Bei dem in 4 dargestellten Schaltungszustand ist das stufenlos verstellbare Absperrelement 7, d. h. die Klappe 7a, nur teilweise geöffnet und das zweistufig schaltbare Absperrelement 6, d. h. die Drosselklappe 6a, befindet sich in der Offenstellung. Der Ladeluftstrom wird vorliegend teilweise durch den Ladeluftkühler 3 geleitet und teilweise via Bypaßleitung 4 am Ladeluftkühler 3 vorbei geführt. Der Ladeluftstrom wird somit einlaßseitig aufgeteilt, wobei sich entsprechend dem Aufteilungsverhältnis beim Mischen der Ladeluftteilströme auslaßseitig des Kühlers die Temperatur der Zylinderfrischladung einstellt.
5 zeigt schematisch und in einer Vergrößerung die in 1 kenntlich gemachte Einzelheit Y mit der Einrichtung 5 in einem fünften Schaltungszustand.
Es sollen nur die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten Schaltungszustand erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Bei dem in 5 dargestellten Schaltungszustand ist das stufenlos verstellbare Absperrelement 7, d. h. die Klappe 7a, nur teilweise geöffnet und das zweistufig schaltbare Absperrelement 6, d. h. die Drosselklappe 6a, befindet sich in der Schließstellung. Der Ladeluftstrom wird vorliegend nicht aufgeteilt, da die Drosselklappe 6a geschlossen ist. Infolge der nur teilweise geöffneten Klappe 7a wird die in die Bypaßleitung 4 eintretende Ladeluftströmung gedrosselt.
Der in 5 dargestellte Schaltungszustand kann im Hinblick auf die Regeneration eines auslaßseitig im Abgassystem vorgesehenen Partikelfilters vorteilhaft sein, um die Regenerationstemperatur schneller zu erreichen.
Eine geöffnete Klappe 7a zusammen mit einer verschlossenen Drosselklappe 6a ist – wie bereits für 1 ausgeführt – auch im Hinblick auf die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine vorteilhaft.
Bezugszeichenliste

1: Ansaugsystem
2: Ansaugleitung
3: Ladeluftkühler
4: Bypaßleitung
5: Einrichtung zur Steuerung der Ladeluftströme, Einrichtung
6: zweistufig schaltbares Absperrelement
6a: Drosselklappe
7: stufenlos verstellbares Absperrelement
7a: verschwenkbare Klappe
7b: Drehachse der Klappe, Drehachse
7c: frei verschwenkbares Ende
7d: Innenseite der Klappe
7e: Außenseite der Klappe
8a: Eintritt in den Ladeluftkühler, Einlaßseite des Ladeluftkühlers
8b: Austritt aus dem Ladeluftkühler Auslaßseite des Ladeluftkühlers
α: Neigung des Ladeluftkühlers
AGR: Abgasrückführung
m_AGR: Masse an zurückgeführtem Abgas
m_Frischluft: Masse an zugeführter Frischluft bzw. Verbrennungsluft
x_AGR: Abgasrückführrate

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit – mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens eine Einlaßöffnung aufweist, – mindestens einer zu einem Ansaugsystem (1) zugehörigen Ansaugleitung (2) zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Ladeluft via Einlaßöffnung, – einem Ladeluftkühler (3), der in der mindestens einen Ansaugleitung (2) vorgesehen ist und mit einer Bypaßleitung (4) ausgestattet ist, die stromaufwärts des Ladeluftkühlers (3) aus der mindestens einen Ansaugleitung (2) abzweigt und stromabwärts des Ladeluftkühlers (3) in die mindestens eine Ansaugleitung (2) einmündet, und – einer Einrichtung (5) zur Steuerung der via Ladeluftkühler (3) und via Bypaßleitung (4) geführten Ladeluftströme, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Steuerung der Ladeluftströme ein zweistufig schaltbares Absperrelement (6) und ein stufenlos verstellbares Absperrelement (7) verwendet wird, wobei das zweistufig schaltbare Absperrelement (6), welches parallel zur Bypaßleitung (4) in der mindestens einen Ansaugleitung (2) angeordnet ist, zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung geschaltet wird und mit dem stufenlos zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbaren Absperrelement (7) die Bypaßleitung (4) mehr oder weniger freigeben oder versperrt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als zweistufig schaltbares Absperrelement (6) eine Drosselklappe (6a) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als stufenlos verstellbares Absperrelement (7) eine um eine Drehachse (7b) verschwenkbare Klappe (7a) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) auf der Einlaßseite (8a) des Ladeluftkühlers (3) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem als stufenlos verstellbares Absperrelement (7) eine um eine Drehachse (7b) verschwenkbare Klappe (7a) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (7b) stromabwärts des frei verschwenkbaren Endes (7c) der Klappe (7a) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) auf der Auslaßseite (8b) des Ladeluftkühlers (3) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem als stufenlos verstellbares Absperrelement (7) eine um eine Drehachse (7b) verschwenkbare Klappe (7a) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (7b) stromaufwärts des frei verschwenkbaren Endes (7c) der Klappe (7a) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer auslaßseitigen Abgasleitung zur Abführung der Abgase, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein Abgasturbolader zur Aufladung der Brennkraftmaschine vorgesehen wird, der eine in der mindestens einen Abgasleitung angeordnete Turbine und einen in der mindestens einen Ansaugleitung (2) angeordneten Verdichter umfaßt, und – eine Abgasrückführung vorgesehen wird, welche eine Rückführleitung umfaßt, die stromabwärts der Turbine aus der mindestens einen Abgasleitung abzweigt und stromaufwärts des Verdichters in die mindestens eine Ansaugleitung (2) mündet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Abgasrückführung vorgesehen wird, welche eine Leitung umfaßt, die stromaufwärts der Turbine aus der mindestens einen Abgasleitung abzweigt und stromabwärts des Verdichters in die mindestens eine Ansaugleitung (2) mündet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem stufenlos verstellbaren Absperrelement (7) in der Schließstellung die Bypaßleitung (4) versperrt wird und in der Offenstellung die mindestens eine Ansaugleitung (2) zumindest verengt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlos verstellbare Absperrelement (7) geschlossen wird und das zweistufig schaltbare Absperrelement (6) geöffnet wird, um den gesamten Ladeluftstrom durch den Ladeluftkühler (3) zu leiten und zu kühlen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlos verstellbare Absperrelement (7) zumindest teilweise geöffnet wird und das zweistufig schaltbare Absperrelement (6) geöffnet wird, um den Ladeluftstrom teilweise durch den Ladeluftkühler (3) zu leiten und teilweise via Bypaßleitung (4) am Ladeluftkühler (3) vorbei zu führen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlos verstellbare Absperrelement (7) vollständig geöffnet wird und das zweistufig schaltbare Absperrelement (6) geschlossen wird, um den Ladeluftstrom im Wesentlichen via Bypaßleitung (4) am Kühler (3) vorbei zu führen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlos verstellbare Absperrelement (7) nur teilweise geöffnet wird und das zweistufig schaltbare Absperrelement (6) geschlossen wird, um den Ladeluftstrom im Wesentlichen via Bypaßleitung (4) am Kühler (3) vorbei zu führen und dabei zu drosseln.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlos verstellbare Absperrelement (7) geschlossen wird und das zweistufig schaltbare Absperrelement (6) geschlossen wird, um die Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Ladeluft zu unterbinden.