DE102012223808B4

DE102012223808B4 - Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und Abgasrückführung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012223808B4
Application number: DE102012223808.5A
Authority: DE
Inventors: Yasser Mohammed Sayed Yacoub
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: DE102012223808A1; CN103195558B; CN103195558A; US20130174546A1; US9551302B2

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinder (2), auslassseitig mindestens einer Abgasleitung (3) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (3a) und einlassseitig mindestens einer Ansaugleitung (4) zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem (4a), die ausgestattet ist mit- mindestens einem Abgasturbolader (7) umfassend einen im Ansaugsystem (4a) angeordneten Verdichter (7a) und eine im Abgasabführsystem (3a) angeordnete Turbine (7b),- einer Bypaßleitung (6) zur Umgehung des mindestens einen Zylinders (2), die unter Ausbildung eines einlassseitigen Knotenpunktes (4b) stromabwärts des Verdichters (7a) aus dem Ansaugsystem (4a) abzweigt und stromabwärts der Turbine (7b) in das Abgasabführsystem (3a) mündet,- mindestens einer Abgasrückführung (5), welche eine Rückführleitung (5a) umfasst, die unter Ausbildung eines auslassseitigen Knotenpunktes (3b) stromaufwärts der Turbine (7b) aus dem Abgasabführsystem (3a) abzweigt und in die Bypaßleitung (6) mündet, wobei auslassseitig ein erstes Stellelement (3c) angeordnet ist, welches der Einstellung der durch die Rückführleitung (5a) geführten Abgasmenge dient, dadurch gekennzeichnet, dass- einlassseitig mindestens ein zweites Stellelement (4c) angeordnet ist, welches in einer ersten Position die Bypaßleitung (6) von dem mindestens einen Zylinder (2) trennt und die mindestens eine Ansaugleitung (4) mit dem mindestens einen Zylinder (2) verbindet und in einer zweiten Position die mindestens eine Ansaugleitung (4) von dem mindestens einen Zylinder (2) trennt und die Bypaßleitung (6) mit dem mindestens einen Zylinder (2) verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, auslassseitig mindestens einer Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem und einlassseitig mindestens einer Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem, die ausgestattet ist mit

- mindestens einem Abgasturbolader umfassend einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter und eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine,
- einer Bypaßleitung zur Umgehung des mindestens einen Zylinders, die unter Ausbildung eines einlassseitigen Knotenpunktes stromabwärts des Verdichters aus dem Ansaugsystem abzweigt und stromabwärts der Turbine in das Abgasabführsystem mündet, und
- mindestens einer Abgasrückführung, welche eine Rückführleitung umfasst, die unter Ausbildung eines auslassseitigen Knotenpunktes stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem abzweigt und in die Bypaßleitung mündet, wobei auslassseitig ein erstes Stellelement angeordnet ist, welches der Einstellung der durch die Rückführleitung geführten Abgasmenge dient.

Eine derartige Brennkraftmaschine offenbart beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 023 524 A1 .
Die mindestens eine Abgasleitung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung als zum Abgasabführsystem und die mindestens eine Ansaugleitung als zum Ansaugsystem gehörend anzusehen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der genannten Art mit Flüssigkeitskühlung, bei der in der Rückführleitung der mindestens einen Abgasrückführung eine kühlmittelbetriebene Kühlvorrichtung vorgesehen ist, die mit der Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine in Verbindung steht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren arbeiten.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man grundsätzlich bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren. Um diese Ziele zu erreichen, werden nach dem Stand der Technik verschiedene Maßnahmen ergriffen.
Hinsichtlich der Schadstoffproblematik ist die Reduzierung der Stickoxidemissionen, insbesondere bei den Dieselmotoren, von hoher Relevanz. Da die Bildung der Stickoxide nicht nur einen Luftüberschuß, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Verringerung der Stickoxidemissionen darin, die Verbrennungstemperaturen zu senken.
Dabei ist die Abgasrückführung, d. h. die Rückführung von Abgas aus dem Abgasabführsystem in das Ansaugsystem, zielführend, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate x_AGR bestimmt sich dabei wie folgt: $x_{A G R} = m_{A G R} / (m_{A G R} + m_{F r i s c h l u f t})$
wobei m_AGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und m_Frischluft die dem mindestens einen Zylinder zugeführte und zuvor mittels Verdichter komprimierte Frischluft bezeichnet. Die Ladeluft kann somit im Rahmen der vorliegenden Erfindung neben der Frischluft auch rückgeführtes Abgas mit umfassen.
Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von x_AGR ≈ 60% bis 70% liegen können. Zur Einstellung der rückzuführenden Abgasmenge, d. h. der Rückführrate, ist nach dem Stand der Technik ein Stellelement, welches auch als AGR-Ventil bezeichnet wird, in der Rückführleitung vorgesehen. Die Abgasrückführung (AGR) kann auch zur Reduzierung der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen genutzt werden.
Bei der vorgesehenen Abgasrückführung handelt es sich um eine sogenannte Hochdruck-AGR, bei der das Abgas stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem entnommen und stromabwärts des Verdichters in das Ansaugsystem bzw. eine mit dem Ansaugsystem verbundene oder verbindbare Bypaßleitung eingebracht wird.
Die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist nicht nur mit mindestens einer Abgasrückführung ausgestattet, sondern vielmehr auch mit mindestens einem Abgasturbolader, der einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter und eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine umfaßt.
Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und gleichzeitiger Verwendung einer Hochdruck-AGR ergibt sich ein grundsätzlicher Konflikt, der darin besteht, dass das zwecks Rückführung stromaufwärts der Turbine entnommene Abgas prinzipbedingt nicht durch die Turbine geleitet wird und daher nicht zur Generierung eines Ladedrucks auf der Einlaßseite 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.
Die durch die Rückführleitung der AGR geführte Abgasmenge sowie die durch die Turbine geleitete Abgasmenge sind nur zwei Beispiele für Fluidströme, die im Rahmen des Betriebs einer Brennkraftmaschine bemessen und mittels Stellelementen eingestellt werden müssen.
Häufig wird die Turbine eines Abgasturboladers als Waste-Gate-Turbine mit kleinem Turbinenquerschnitt ausgeführt, um die Drehmomentcharakteristik der Brennkraftmaschine bei niedrigen Drehzahlen zu verbessern. Überschreitet der Abgasmassenstrom eine kritische Größe wird durch Öffnen eines Stellelements ein Teil des Abgasstroms im Rahmen der sogenannten Abgasabblasung mittels Bypaßleitung an der Turbine bzw. dem Turbinenlaufrad vorbei geführt. Das abgeblasene Abgas kann ebenfalls ein Beispiel sein für einen Fluidstrom, der mittels Stellelement eingestellt und gesteuert werden muß.
Weitere Beispiele für einzustellende, d. h. zu steuernde Fluidströme ergeben sich bei Ausstattung der Brennkraftmaschine mit einer Sekundärlufteinblasung bzw. einer Flüssigkeitskühlung, bei der der Zylinderkopf bzw. Zylinderblock mit Kühlmittel führenden Kühlmittelkanälen versehen wird.
Da es nicht das Ziel und die Aufgabe einer Flüssigkeitskühlung ist, der Brennkraftmaschine unter sämtlichen Betriebsbedingungen eine möglichst große Wärmemenge zu entziehen, wird mittels Stellelementen eine bedarfsgerechte Steuerung der Kühlmittelströme und damit der Flüssigkeitskühlung angestrebt, die auch den Betriebsmodi der Brennkraftmaschine Rechnung trägt, in denen es vorteilhafter ist, der Brennkraftmaschine weniger bzw. möglichst wenig Wärme zu entziehen, gegebenenfalls Wärme in die Brennkraftmaschine einzutragen.
Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, dass eine Vielzahl von Fluidströmen im Rahmen des Betriebs einer Brennkraftmaschine eingestellt und mittels Stellelementen gesteuert werden muß. Aus diesem Grund sind Konzepte erforderlich, die die fluidführenden Leitungen in vorteilhafter Weise anordnen und die Anzahl der erforderlichen Stellelemente möglichst gering halten.
Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die im Vergleich mit dem Stand der Technik hinsichtlich der Führung und Steuerung der Fluidströme optimiert ist.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, auslassseitig mindestens einer Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem und einlassseitig mindestens einer Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem, die ausgestattet ist mit

- mindestens einem Abgasturbolader umfassend einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter und eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine,
- einer Bypaßleitung zur Umgehung des mindestens einen Zylinders, die unter Ausbildung eines einlassseitigen Knotenpunktes stromabwärts des Verdichters aus dem Ansaugsystem abzweigt und stromabwärts der Turbine in das Abgasabführsystem mündet, und
- mindestens einer Abgasrückführung, welche eine Rückführleitung umfasst, die unter Ausbildung eines auslassseitigen Knotenpunktes stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem abzweigt und in die Bypaßleitung mündet, wobei auslassseitig ein erstes Stellelement angeordnet ist, welches der Einstellung der durch die Rückführleitung geführten Abgasmenge dient,

- einlassseitig mindestens ein zweites Stellelement angeordnet ist, welches in einer ersten Position die Bypaßleitung von dem mindestens einen Zylinder trennt und die mindestens eine Ansaugleitung mit dem mindestens einen Zylinder verbindet und in einer zweiten Position die mindestens eine Ansaugleitung von dem mindestens einen Zylinder trennt und die Bypaßleitung mit dem mindestens einen Zylinder verbindet.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt über mindestens zwei bzw. zwei Stellelemente, von denen ein erstes Stellelement auslassseitig und ein zweites Stellelement einlassseitig angeordnet ist. Das erste Stellelement dient der Einstellung der durch die Rückführleitung geführten Abgasmenge und damit gleichzeitig der Einstellung der durch die Turbine geleiteten Abgasmenge.
Dadurch, dass die Brennkraftmaschine mit einer Bypaßleitung der beschriebenen Art ausgestattet ist und die Rückführleitung der Abgasrückführung in diese Bypaßleitung mündet, kann die Rückführleitung im Zusammenwirken mit der Bypaßleitung auch als Abblaseleitung für die Turbine dienen bzw. verwendet werden.
Ein Überführen des zweiten Stellelements in die erste Position trennt die Bypaßleitung von dem mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine. Durch Betätigen, d. h. Verstellen des ersten Stellelements wird dann festgelegt, ob das gesamte Abgas durch die Turbine geleitet wird oder ein Teil des Abgases via Rückführleitung und Bypaßleitung abgeblasen und stromabwärts der Turbine in das Abgasabführsystem geleitet wird.
In dieser ersten Position verbindet das zweite Stellelement gleichzeitig die mindestens eine Ansaugleitung mit dem mindestens einen Zylinder, so dass die gesamte durch den Verdichter geleitete Frischluft und keine Abgase via Ansaugleitung dem mindestens einen Zylinder als Ladeluft zugeführt werden.
Das einlassseitig angeordnete zweite Stellelement kann des Weiteren derart verstellt werden, dass die mindestens eine Ansaugleitung und die Bypaßleitung miteinander und mit dem mindestens einen Zylinder verbunden sind. In dieser Position kann entweder Abgas zurück in den mindestens einen Zylinder geleitet werden, so dass die Ladeluft neben Frischluft auch Abgas mit umfaßt, oder via Bypaßleitung Frischluft in das Abgasabführsystem eingeblasen werden. Im letztgenannten Fall dient die Bypaßleitung der sogenannten Sekundärlufteinblasung.
Schließlich kann das zweite Stellelement in eine zweite Position überführt werden, in der die mindestens eine Ansaugleitung von dem mindestens einen Zylinder getrennt und die Bypaßleitung mit dem mindestens einen Zylinder verbunden ist. In dieser Position wird ausschließlich Abgas und keine Frischluft in den mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingeleitet. Die zweite Position eröffnet zudem die Möglichkeit, bei geschlossener Ansaugleitung das gesamte Abgas durch die Turbine zu führen und anschließend via Bypaßleitung einen Teil des Abgases in den mindestens einen Zylinder zurückzuführen.
Die fluidführenden Leitungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, insbesondere die Frischluft bzw. Ladeluft führenden und Abgas führenden Leitungen, sind vorteilhaft in der Weise angeordnet und miteinander verbunden, dass zur Steuerung der dazugehörigen Fluidströme im Rahmen des Betriebs der Brennkraftmaschine lediglich zwei Stellelemente erforderlich sind.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird folglich die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, die hinsichtlich der Führung und Steuerung der Fluidströme optimiert ist.
Wie bereits beschrieben, wird bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen hin zu kleinen Abgasmengen häufig ein Drehmomentabfall beobachtet, da mit dem Abgasmassenstrom auch das Turbinendruckverhältnis abnimmt und in der Folge das Ladedruckverhältnis. In Grenzen kann Abhilfe mit einer Waste-Gate-Turbine mit kleinerem Turbinenquerschnitt geschaffen werden.
Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann auch dadurch verbessert werden, dass mehrere Turbolader bzw. Turbinen parallel oder in Reihe geschaltet werden. Die dazugehörigen Verdichter können in Reihe oder parallel im Ansaugsystem angeordnet werden.
Vorteilhaft sind aus diesem Grunde insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens zwei Abgasturbolader vorgesehen sind.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Stellelement am auslassseitigen Knotenpunkt angeordnet ist. Diese Anordnung des Stellelementes verhindert, das Abgas in die Rückführleitung bzw. in Richtung Turbine gefördert wird, wenn das Stellelement die Rückführleitung bzw. die Leitung zur Turbine hin versperrt und das Abgas gerade nicht in die betreffende Leitung hinein geleitet werden soll. Bei einer Anordnung des Stellelements in der Rückführleitung bzw. in der Bypaßleitung würde trotz Versperren in die Leitung hinein gefördert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein zweites Stellelement am einlassseitigen Knotenpunkt angeordnet ist, welches zwischen der ersten Position und der zweiten Position verstellbar ist. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass einlaßseitig nicht mehrere Stellelemente vorgesehen werden, sondern nur ein einzelnes Stellelement vorgesehen wird. Vorliegend wird dieses Stellelement am einlassseitigen Knotenpunkt angeordnet. Betreffend die Vorteile der Anordnung am Knotenpunkt anstelle der Anordnung in einer Leitung abseits des Knotenpunktes wird Bezug genommen auf die im Zusammenhang mit der vorstehenden Ausführungsform gemachten Ausführungen.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen dieses zweite Stellelement in mindestens eine dritte Position verstellbar ist, in der die mindestens eine Ansaugleitung und die Bypaßleitung miteinander und mit dem mindestens einen Zylinder verbunden sind.
Wie bereits ausgeführt wurde, kann in dieser Position des zweiten Stellelements Abgas der dem mindestens einen Zylinder zugeführten Frischluft beigemischt werden, insbesondere aber auch Frischluft via Bypaßleitung im Rahmen einer Sekundärlufteinblasung in das Abgasabführsystem eingeblasen werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Rückführleitung der mindestens einen Abgasrückführung eine Kühlvorrichtung vorgesehen ist, um das Abgas zu kühlen.
Eine in der Rückführleitung vorgesehene Kühlvorrichtung ist zielführend, um die Temperatur im heißen Abgasstrom zu senken und damit die Dichte der Abgase zu steigern. Es erfolgt gewissermaßen eine Kompression infolge Kühlung. Auf diese Weise lassen sich die zur Senkung der Stickoxidemissionen erforderlichen hohen Rückführraten realisieren.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung nach dem Prinzip eines Wärmetauschers in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Bei der Luftkühlung wird der durch den Kühler geführte Gasstrom 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 Kühler durchströmt. Die von der Ladeluft im Kühler an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird abgeführt und dem Kühlmittel in einem anderen Wärmetauscher bzw. an anderer Stelle 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, eine Flüssigkeitskühlung zu verwenden, da die abzuführende Wärmemenge vergleichsweise groß sein kann.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Kühlvorrichtung der Abgasrückführung eine kühlmittelbetriebene Kühlvorrichtung ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Brennkraftmaschine mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet ist, da eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung thermisch besonders hoch belastet ist und erhöhte Anforderungen an die Kühlung zu stellen sind.
Bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen, bei denen die Kühlvorrichtung der Abgasrückführung eine kühlmittelbetriebene Kühlvorrichtung ist, sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen diese Kühlvorrichtung mit der Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine in Verbindung steht.
Diese Ausführungsform der Brennkraftmaschine gestattet es, unter Verwendung der kühlmittelbetriebenen Kühlvorrichtung - beispielsweise während der Warmlaufphase bzw. nach einem Kaltstart - Wärme von der heißen Abgasströmung in das Kühlmittel einzubringen und auf diese Weise den Aufheizvorgang der Brennkraftmaschine zu unterstützen, d. h. zu beschleunigen.
Um die Reibleistung und damit den Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine zu reduzieren, wird eine zügige Erwärmung des Motoröls angestrebt. Eine schnelle Erwärmung des Motoröls während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine sorgt für eine entsprechend schnelle Abnahme der Viskosität des Öls und damit für eine Verringerung der Reibung bzw. Reibleistung, insbesondere in den mit Öl versorgten Lagern, beispielsweise den Lagern der Kurbelwelle.
Grundsätzlich kann einer schnellen Erwärmung des Motoröls zur Reduzierung der Reibleistung Vorschub geleistet werden durch eine schnelle Aufheizung der Brennkraftmaschine selbst, die wiederum dadurch unterstützt, d. h. forciert, wird, dass der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase möglichst wenig Wärme mittels Kühlmittel entzogen wird bzw. Wärme unter Ausnutzung des heißen Abgases zusätzlich in die Brennkraftmaschine eingetragen wird.
Die Verbindung der kühlmittelbetriebenen Kühlvorrichtung mit der Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine ermöglicht, dass beide Kühlungen bestimmte Komponenten gemeinsam nutzen, beispielsweise eine Pumpe zur Förderung des Kühlmittels. Die Anzahl der Bauteile wird dadurch verringert, was hinsichtlich des Gewichts der Antriebseinheit vorteilhaft ist und ein dichtes Packaging im Motorraum unterstützt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen im Abgasabführsystem stromabwärts der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen ist. Zu Reduzierung der Schadstoffemissionen ist es vorteilhaft, das Abgas einer Brennkraftmaschine einer Abgasnachbehandlung zu unterziehen. Hierzu können im Bedarfsfall Partikelfilter, Speicherkatalysatoren, Oxidationskatalysatoren, Drei-Wege-Katalysatoren oder SCR-Katalysatoren eingesetzt werden, auch in Kombination.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Stellelement und/oder das zweite Stellelement als um eine Achse verschwenkbare Klappe ausgebildet sind.
Die Stellelemente können auch als Ventile, insbesondere 3-3-Wege-Ventile mit drei Anschlüssen und drei Schaltpositionen, ausgebildet sein. Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Stellelemente elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar sind, vorzugsweise mittels Motorsteuerung. Die Stellelemente können zweistufig bzw. mehrstufig schaltbar oder stufenlos verstellbar sein.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine einer zuvor genannten Art aufzuzeigen, bei der

- in der Rückführleitung der mindestens einen Abgasrückführung eine kühlmittelbetriebene Kühlvorrichtung vorgesehen ist, die mit der Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine in Verbindung steht,
- am auslaßseitigen Knotenpunkt ein erstes Stellelement angeordnet ist, welches der Einstellung der durch die Rückführleitung geführten Abgasmenge dient, und
- am einlaßseitigen Knotenpunkt ein zweites Stellelement angeordnet ist, welches in mindestens drei Positionen überführbar ist, wobei in der dritten Position die mindestens eine Ansaugleitung und die Bypaßleitung miteinander und mit dem mindestens einen Zylinder verbunden sind,

- die Stellelemente in Abhängigkeit vom Betrieb der Brennkraftmaschine verstellt werden, um das Abgas und die Ladeluft bedarfsgerecht durch das Ansaugsystem und das Abgasabführsystem zu leiten.

Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren. Insbesondere wird Bezug genommen auf die verfahrenstechnischen Merkmale, welche im Rahmen der Beschreibung der Brennkraftmaschine erörtert werden, und die Betätigung bzw. Verstellung der Stellelemente und ihre Positionen.
Die drei folgenden Verfahrensvarianten gemäß den Ansprüchen 10 bis 12 betreffen die Einstellung bzw. Verstellung des zweiten Stellelementes und die drei grundsätzlichen Positionen dieses zweiten Stellelements. Jede dieser drei Varianten bzw. Positionen kann mit den Einstellungen des ersten Stellelementes gemäß den Ansprüchen 13 bis 15 kombiniert werden.
Vorteilhaft sind grundsätzlich Verfahrensvarianten, bei denen das zweite Stellelement in die erste Position überführt wird, so dass die gesamte durch den Verdichter geleitete Frischluft und keine Abgase via Ansaugleitung dem mindestens einen Zylinder als Ladeluft zugeführt werden.
In dieser Position des zweiten Stellelements wird kein Abgas in den mindestens einen Zylinder zurückgeführt. Durch geeignetes Verstellen des ersten Stellelements können dann verschiedene Betriebsmodi realisiert bzw. vorteilhaft unterstützt werden.
Beispielsweise kann die Rückführleitung versperrt werden, so dass das gesamte Abgas durch die Turbine geleitet wird und zur Generierung eines möglichst hohen Ladedrucks auf der Einlaßseite zur Verfügung steht bzw. genutzt wird. Vorteilhaft ist dies insbesondere bei hohen Lasten bzw. Vollast, d. h. zur Realisierung eines hohen Drehmomentes.
Das erste Stellelement kann auch derart verstellt werden, dass ein Teil des Abgases durch die Rückführleitung und der verbleibende Teil des Abgases durch die Turbine geleitet werden.
Da das in der ersten Position befindliche zweite Stellelement eine Abgasrückführung unterbindet, fungiert die zumindest teilweise freigegebene Rückführleitung zusammen mit der Bypaßleitung vorliegend als Abblaseleitung, über welche Abgas an der Turbine vorbei geführt wird. Das Abblasen von Abgas führt zu einer Reduzierung des Ladedrucks auf der Einlaßseite, damit zu einer Abnahme der in die Zylinder eingeleiteten Luftmasse und folglich zu einer Leistungsabsenkung. Diese im Rahmen des sogenannten De-rating vornehmbare Maßnahme senkt die thermische Belastung der Brennkraftmaschine durch Reduzierung der Leistung bzw. des Mitteldrucks. In diesem Betriebszustand wird zusätzlich das abgeblasene Abgas in der Kühlvorrichtung gekühlt, wodurch sich die thermische Belastung von im Abgasabführsystem vorgesehenen Abgasnachbehandlungssystemen verringern läßt.
Das abgeblasene Abgas kann zudem nach einem Kaltstart bzw. in der Warmlaufphase genutzt werden, um Wärme mittels der kühlmittelbetriebenen Kühlvorrichtung in die Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine und damit in die Brennkraftmaschine selbst einzutragen. Dies unterstützt in vorteilhafter Weise den Aufheizvorgang der Brennkraftmaschine, wodurch sowohl die Reibleistung als auch die Emissionen, insbesondere der unverbrannten Kohlenwasserstoffe, spürbar reduziert werden.
Weiter forciert werden kann dieser Aufheizvorgang dadurch, dass das erste Stellelement derart verstellt wird, dass gar kein Abgas mehr durch die Turbine geleitet, sondern das gesamte Abgas durch die Rückführleitung geführt wird. Die in die Brennkraftmaschine eingetragene Wärmemenge wird dadurch vergrößert bzw. maximiert, wobei die Brennkraftmaschine infolge Deaktivierung des Abgasturboladers wie ein Saugmotor arbeitet.
Vorteilhaft sind auch Verfahrensvarianten, bei denen das zweite Stellelement in die dritte Position überführt wird, in der die mindestens eine Ansaugleitung und die Bypaßleitung miteinander und mit dem mindestens einen Zylinder verbunden sind.
In dieser Position des zweiten Stellelements kann durch entsprechendes Verstellen des ersten Stellelementes Abgas zurück in den mindestens einen Zylinder geführt werden, so dass die Ladeluft neben Frischluft auch rückgeführtes Abgas mit umfaßt. Vorteilhaft ist dies zur Reduzierung der Stickoxidemissionen, insbesondere bei bereits aufgeheizter bzw. heißer Brennkraftmaschine.
Das erste Stellelement kann dabei in der Art verstellt werden, dass ein Teil des Abgases oder das gesamte Abgas durch die Rückführleitung geführt wird. Letzteres ist besonders vorteilhaft zur Verringerung des Abgasgegendrucks und damit zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei Teillast.
Wird das gesamte Abgas durch die Turbine geleitet, kann im Rahmen einer Sekundärlufteinblasung Frischluft via Bypaßleitung in das Abgasabführsystem eingeblasen werden. Das gesamte Abgas dient einlaßseitig der Erzeugung des Ladedrucks, welcher auch der Förderung der Sekundärluft dient und daher maßgeblich die in das Abgasabführsystem eingeblasene Sekundärluftmenge mitbestimmt. Mittels Sekundärlufteinblasung können im Abgasabführsystem angeordnete Abgasnachbehandlungssystem gekühlt werden. Des Weiteren stellt die Sekundärlufteinblasung eine mögliche Maßnahme im Rahmen eines De-rating dar, um die thermische Belastung der Brennkraftmaschine durch Reduzierung der den Zylindern zugeführten Luftmenge zu senken.
Vorteilhaft sind auch Verfahrensvarianten, bei denen das zweite Stellelement in die zweite Position überführt wird, so dass ausschließlich zurückgeführte Abgase und keine durch den Verdichter geleitete Frischluft via Ansaugleitung dem mindestens einen Zylinder als Ladeluft zugeführt werden.
Unabhängig von der Position des ersten Stellelements ist bzw. wird die Einleitung von Frischluft in die Zylinder unterbunden, was beispielsweise im Schubbetrieb sinnvoll sein kann. Auf welche Weise und wie viel Abgas zurückgeführt wird, hängt hingegen von der Position des ersten Stellelementes ab.
Das erste Stellelement kann in der Art verstellt werden, dass ein Teil des Abgases oder das gesamte Abgas durch die Rückführleitung geleitet wird. Ein Teil des durch die Rückführleitung geführten Abgases wird dann via Ansaugleitung dem mindestens einen Zylinder zugeführt und ein Teil des Abgases wird via Bypaßleitung bei Umgehung der Turbine in das Abgasabführsystem eingespeist.
Vorteile bietet dies beispielsweise im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, in welchem die Kraftstoffversorgung vorzugsweise unterbrochen wird. Das heiße rückgeführte Abgas stellt sicher, dass die Brennkraftmaschine während des Schubbetriebs nicht auskühlt bzw. weniger stark abkühlt. Dies wirkt sich günstig auf die Schadstoffemissionen aus, insbesondere auf die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, wenn die Brennkraftmaschine im Anschluß an den Schubbetrieb wieder in den befeuerten Betrieb überführt wird.
Das in der zweiten Position befindliche zweite Stellelement sorgt für ein erhöhtes Druckgefälle zwischen Abgasabführsystem und Ansaugsystem und damit für eine hohe Abgasrückführrate während des Schubbetriebs. Die Brennkraftmaschine saugt bei versperrter Ansaugleitung Abgas via Bypaßleitung an, was die Pumpverluste, d. h. die Ladungswechselverluste, in der Art einer Motorbremse erhöht.
Vorteilhaft sind auch Varianten, bei denen das erste Stellelement derart verstellt wird, dass das gesamte Abgas durch die Turbine geleitet wird. Die Brennkraftmaschine saugt dann Abgas via Bypaßleitung aus dem Abgasabführsystem an. Vorteilhaft an dieser Verfahrensvariante ist insbesondere, dass das gesamte Abgas der Turbine zur Erzeugung eines hohen Ladedrucks auf der Einlaßseite bereitgestellt wird. Dadurch wird ein schnelles Ansprechen der Brennkraftmaschine gewährleistet, sobald das zweite Stellelement ausgehend von der zweiten Position in eine andere Position überführt wird.
Das für den Schubbetrieb der Brennkraftmaschine Gesagte gilt in analoger Weise auch für einen Bremsbetrieb der Brennkraftmaschine.
Aus den bereits vorstehend genannten Gründen sind die drei folgenden Verfahrensvarianten betreffend das erste Stellelement vorteilhaft.
Zum einen sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass

- das erste Stellelement derart verstellt wird, dass kein Abgas durch die Rückführleitung geführt, sondern das gesamte Abgas durch die Turbine geleitet wird.

Vorteilhaft sind auch Verfahrensvarianten, bei denen

- das erste Stellelement derart verstellt wird, dass ein Teil des Abgases durch die Rückführleitung und der verbleibende Teil des Abgases durch die Turbine geleitet werden.

Vorteilhaft sind des Weiteren Verfahrensvarianten, bei denen

- das erste Stellelement derart verstellt wird, dass kein Abgas durch die Turbine geleitet, sondern das gesamte Abgas durch die Rückführleitung geführt wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform der Brennkraftmaschine gemäß den 1 bis 10 näher beschrieben. Hierbei zeigt:

1 schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine,
2 schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit den beiden Stellelementen in einem ersten Schaltungszustand,
3 schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit den beiden Stellelementen in einem zweiten Schaltungszustand,
4 schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit den beiden Stellelementen in einem dritten Schaltungszustand,
5 schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit den beiden Stellelementen in einem vierten Schaltungszustand,
6 schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit den beiden Stellelementen in einem fünften Schaltungszustand,
7 schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit den beiden Stellelementen in einem sechsten Schaltungszustand,
8 schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit den beiden Stellelementen in einem siebten Schaltungszustand,
9 schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit den beiden Stellelementen in einem achten Schaltungszustand, und
10 schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit den beiden Stellelementen in einem neunten Schaltungszustand.

1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 und repräsentativ einen Zylinder 2. Die Fluidströme sind nicht kenntlich gemacht.
Die Brennkraftmaschine 1 verfügt auslassseitig über eine Abgasleitung 3 zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem 3a und einlassseitig über eine Ansaugleitung 4 zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem 4a.
Die Brennkraftmaschine 1 ist zwecks Aufladung mit einem Abgasturbolader 7 ausgestattet, dessen Verdichter 7a in der Ansaugleitung 4 des Ansaugsystems 4a und dessen Turbine 7b in der Abgasleitung 3 des Abgasabführsystems 3a angeordnet ist.
Die Brennkraftmaschine 1 ist zudem mit einer Bypaßleitung 6 zur Umgehung des Zylinders 2 versehen, welche unter Ausbildung eines einlassseitigen Knotenpunktes 4b stromabwärts des Verdichters 7a aus dem Ansaugsystem 4a abzweigt und stromabwärts der Turbine 7b wieder in das Abgasabführsystem 3a einmündet.
Des Weiteren ist die Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasrückführung 5 ausgestattet, die eine Rückführleitung 5a umfaßt, welche unter Ausbildung eines auslassseitigen Knotenpunktes 3b stromaufwärts der Turbine 7b aus dem Abgasabführsystem 3a abzweigt und in die Bypaßleitung 6 mündet. Es handelt sich bei der Abgasrückführung 5 der in 1 dargestellten Brennkraftmaschine 1 somit um eine Hochdruck-AGR 5.
In der Rückführleitung 5a ist eine Kühlvorrichtung 5b zum Kühlen des Abgases vorgesehen. Die Kühlvorrichtung 5b ist vorliegend eine kühlmittelbetriebene Kühlvorrichtung 5b, die mit der Motorkühlung 8, d. h. der Flüssigkeitskühlung 8 der Brennkraftmaschine 1, einen gemeinsamen Kühlkreislauf ausbildet. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe 8a gefördert, so dass es in der Brennkraftmaschine 1 zirkuliert und ebenso die Kühlvorrichtung 5b durchströmt. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird dem Kühlmittel in einem anderen Wärmetauscher bzw. Radiator bei Bedarf wieder entzogen.
Diese Ausführung des Kühlkreislaufs gestattet es auch, während der Warmlaufphase bzw. nach einem Kaltstart Wärme von der heißen Abgasströmung unter Verwendung der Kühlvorrichtung 5b in das Kühlmittel und auf diese Weise in die Brennkraftmaschine 1 einzubringen.
Am auslassseitigen Knotenpunkt 3b ist ein erstes Stellelement 3c angeordnet, welches der Einstellung der durch die Rückführleitung 5a geführten Abgasmenge dient und damit auch der Einstellung der durch die Turbine 7b geführten Abgasmenge.
Am einlassseitigen Knotenpunkt 4b ist ein zweites Stellelement 4c angeordnet, welches in einer ersten Position die Bypaßleitung 6 vom Zylinder 2 trennt und die Ansaugleitung 4 mit dem Zylinder 2 verbindet (siehe auch 2 bis 4). In einer zweiten Position des Stellelements 4c wird die Ansaugleitung 4 von dem Zylinder 2 getrennt und die Bypaßleitung 6 mit dem Zylinder 2 verbunden (siehe auch 8 bis 10). In einer dritten Position des zweiten Stellelements 4c sind die Ansaugleitung 4 und die Bypaßleitung 6 miteinander und mit dem Zylinder 2 verbunden (siehe auch 5 bis 7).
Im Abgasabführsystem 3a ist stromabwärts der Turbine 7b des Abgasturboladers 7 ein Abgasnachbehandlungssystem 9 vorgesehen.
Die 2 bis 10 zeigen die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 mit den beiden Stellelementen 3c, 4c in verschiedenen Schaltzuständen, d. h. Positionen. Die Fluidströme sind kenntlich gemacht, wobei der Frischluftstrom als gestrichelte Linie und der Abgasstrom als durchgezogene Linie dargestellt sind. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1.
2 zeigt schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 mit den beiden Stellelementen 3c, 4c in einem ersten Schaltungszustand.
Das zweite Stellelement 4c befindet sich in der ersten Position, in der die Bypaßleitung 6 vom Zylinder 2 getrennt und die Ansaugleitung 4 mit dem Zylinder 2 verbunden ist. Die gesamte durch den Verdichter 7a geleitete Frischluft und keine Abgase werden via Ansaugleitung 4 dem Zylinder 2 als Ladeluft zugeführt.
Das erste Stellelement 3c ist in der Art eingestellt, dass das gesamte Abgas durch die Turbine 7b geleitet wird und damit zur Ladedruckerhöhung auf der Einlaßseite beiträgt. Auf diese Weise lassen sich hohe Lasten bzw. hohe Drehmomente realisieren.
3 zeigt schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 mit den beiden Stellelementen 3c, 4c in einem zweiten Schaltungszustand. Es sollen nur die Unterschiede zu dem in 2 dargestellten Schaltungszustand erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 2. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten Schaltungszustand ist das erste Stellelement 3c bei dem in 3 dargestellten Schaltungszustand in der Art eingestellt, dass ein Teil des Abgases durch die Rückführleitung 5a und der verbleibende Teil des Abgases durch die Turbine 7b geleitet werden.
Das in der ersten Position befindliche zweite Stellelement 4c verhindert eine Abgasrückführung, so dass die Rückführleitung 5a vorliegend zusammen mit der Bypaßleitung 6 eine Abblaseleitung betreffend die Turbine 7b ausbildet. Das Abblasen des Abgases reduziert den Ladedruck auf der Einlaßseite und damit die in den Zylinder 2 eingeleitete Luftmasse. Die thermische Belastung der Brennkraftmaschine 1 sinkt ebenfalls.
Nach einem Kaltstart kann das abgeblasene Abgas dazu genutzt werden, Wärme via Kühlvorrichtung 5b in die Brennkraftmaschine 1 einzutragen, was den Aufheizvorgang der Brennkraftmaschine 1 beschleunigt.
Das erste Stellelement kann auch - wie in 4 dargestellt - derart verstellt werden, dass kein Abgas mehr durch die Turbine 7b geleitet, sondern das gesamte Abgas durch die Rückführleitung 5a geführt wird. 4 zeigt schematisch die beiden Stellelemente 3c, 4c in diesem dritten Schaltungszustand. Die Brennkraftmaschine 1 arbeitet in diesem Schaltungszustand infolge der vollständig überbrückten Turbine 7b wie ein Saugmotor.
5 zeigt schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 mit den beiden Stellelementen 3c, 4c in einem vierten Schaltungszustand. Es sollen nur die Unterschiede zu den vorstehend beschriebenen Schaltungszuständen erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf die 2 bis 4. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Das zweite Stellelement 4c befindet sich in einer dritten Position, in der die Ansaugleitung 4 und die Bypaßleitung 6 miteinander und mit dem Zylinder 2 verbunden sind. In dieser Position des zweiten Stellelements 4c kann durch entsprechendes Verstellen des ersten Stellelementes 3c Abgas zurück in den Zylinder 2 geführt werden, so dass in den Zylinder 2 neben Frischluft auch rückgeführtes Abgas eingeleitet wird.
Gemäß 5 ist das erste Stellelement 3c derart eingestellt, dass ein Teil des Abgases durch die Rückführleitung 5a und der verbleibende Teil des Abgases durch die Turbine 7b geleitet werden. Vorteilhaft ist dies zur Reduzierung der Stickoxidemissionen.
6 zeigt schematisch die Brennkraftmaschine 1 mit den beiden Stellelementen 3c, 4c in einem fünften Schaltungszustand. Es sollen nur die Unterschiede zu dem in 5 dargestellten Schaltungszustand erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 5. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Das erste Stellelement ist gemäß 6 in der Art eingestellt, dass das gesamte Abgas durch die Turbine 7b geleitet wird und einlaßseitig der Erzeugung eines ausreichend hohen Ladedrucks dient. Via Bypaßleitung 6 kann Sekundärluft in das Abgasabführsystem 3a eingeblasen werden.
7 zeigt schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 mit den beiden Stellelementen 3c, 4c in einem sechsten Schaltungszustand. Es sollen nur die Unterschiede zu dem in 5 dargestellten Schaltungszustand erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 5. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Das erste Stellelement 3c ist in der Art eingestellt, dass das gesamte Abgas durch die Rückführleitung 5a geführt wird. Dadurch wird der Abgasgegendruck verringert und ein verbesserter Wirkungsgrad im Teillastbereich erzielt.
8 zeigt schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 mit den beiden Stellelementen 3c, 4c in einem siebten Schaltungszustand. Es sollen nur die Unterschiede zu den vorstehend beschriebenen Schaltungszuständen erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf die 2 bis 7. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Das zweite Stellelement 4c befindet sich in der zweiten Position, in der die Ansaugleitung 4 von dem Zylinder 2 getrennt und die Bypaßleitung 6 mit dem Zylinder 2 verbunden ist, so dass ausschließlich rückgeführtes Abgas und keine durch den Verdichter 7a geleitete Frischluft via Ansaugleitung 4 dem Zylinder 2 als Ladeluft zugeführt wird bzw. werden kann. Unabhängig von der Position des ersten Stellelements 3c wird die Einleitung von Frischluft in den Zylinder 2 unterbunden, was im Schubbetrieb sinnvoll sein.
Das erste Stellelement 3c ist vorliegend in der Art eingestellt, dass ein Teil des Abgases durch die Rückführleitung 5a geleitet wird, welches via Ansaugleitung 4 dem Zylinder 2 zugeführt wird oder via Bypaßleitung 6 bei Umgehung der Turbine 7b in das Abgasabführsystem 3a gelangt. Das in der zweiten Position befindliche zweite Stellelement 4c sorgt für ein erhöhtes Druckgefälle zwischen Abgasabführsystem 3a und Ansaugsystem 4a und damit für eine hohe Ab gasrückführrate.
9 zeigt schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 mit den beiden Stellelementen 3c, 4c in einem achten Schaltungszustand. Es sollen nur die Unterschiede zu dem in 8 dargestellten Schaltungszustand erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 8. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Das erste Stellelement 3c ist in der Art eingestellt, dass das gesamte Abgas durch die Rückführleitung 5a geleitet wird.
10 zeigt schematisch die in 1 dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 mit den beiden Stellelementen 3c, 4c in einem neunten Schaltungszustand. Es sollen nur die Unterschiede zu dem in 8 dargestellten Schaltungszustand erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 8. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Das erste Stellelement 3c ist in der Art eingestellt, dass das gesamte Abgas durch die Turbine 7b geleitet wird. Der Zylinder 2 saugt dann Abgas via Bypaßleitung 6 aus dem Abgasabführsystem 3a an, wobei das Abgas zuvor die Turbine 7b durchströmt hat.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Zylinder
3: Abgasleitung
3a: Abgasabführsystem
3b: auslassseitiger Knotenpunkt
3c: erstes Stellelement, AGR-Ventil
4: Ansaugleitung
4a: Ansaugsystem
4b: einlassseitiger Knotenpunkt
4c: zweites Stellelement
5: Abgasrückführung
5a: Rückführleitung
5b: Kühlvorrichtung, Wärmetauscher
6: Bypaßleitung
7: Abgasturbolader
7a: Verdichter
7b: Turbine
8: Flüssigkeitskühlung, Motorkühlung
8a: Pumpe
9: Abgasnachbehandlungssystem
AGR: Abgasrückführung
m_AGR: Masse an zurückgeführtem Abgas
m_Frischluft: Masse an zugeführter Frischluft bzw. Verbrennungsluft
x_AGR: Abgasrückführrate

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinder (2), auslassseitig mindestens einer Abgasleitung (3) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (3a) und einlassseitig mindestens einer Ansaugleitung (4) zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem (4a), die ausgestattet ist mit - mindestens einem Abgasturbolader (7) umfassend einen im Ansaugsystem (4a) angeordneten Verdichter (7a) und eine im Abgasabführsystem (3a) angeordnete Turbine (7b), - einer Bypaßleitung (6) zur Umgehung des mindestens einen Zylinders (2), die unter Ausbildung eines einlassseitigen Knotenpunktes (4b) stromabwärts des Verdichters (7a) aus dem Ansaugsystem (4a) abzweigt und stromabwärts der Turbine (7b) in das Abgasabführsystem (3a) mündet, - mindestens einer Abgasrückführung (5), welche eine Rückführleitung (5a) umfasst, die unter Ausbildung eines auslassseitigen Knotenpunktes (3b) stromaufwärts der Turbine (7b) aus dem Abgasabführsystem (3a) abzweigt und in die Bypaßleitung (6) mündet, wobei auslassseitig ein erstes Stellelement (3c) angeordnet ist, welches der Einstellung der durch die Rückführleitung (5a) geführten Abgasmenge dient, dadurch gekennzeichnet, dass - einlassseitig mindestens ein zweites Stellelement (4c) angeordnet ist, welches in einer ersten Position die Bypaßleitung (6) von dem mindestens einen Zylinder (2) trennt und die mindestens eine Ansaugleitung (4) mit dem mindestens einen Zylinder (2) verbindet und in einer zweiten Position die mindestens eine Ansaugleitung (4) von dem mindestens einen Zylinder (2) trennt und die Bypaßleitung (6) mit dem mindestens einen Zylinder (2) verbindet.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellelement (3c) am auslassseitigen Knotenpunkt (3b) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Stellelement (4c) am einlassseitigen Knotenpunkt (4b) angeordnet ist, welches zwischen der ersten Position und der zweiten Position verstellbar ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zweite Stellelement (4c) in mindestens eine dritte Position verstellbar ist, in der die mindestens eine Ansaugleitung (4) und die Bypaßleitung (6) miteinander und mit dem mindestens einen Zylinder (2) verbunden sind.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (5a) der mindestens einen Abgasrückführung (5) eine Kühlvorrichtung (5b) vorgesehen ist, um das Abgas zu kühlen.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) mit einer Flüssigkeitskühlung (8) ausgestattet ist.
Brennkraftmaschine (1) mit Flüssigkeitskühlung (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (5b) der Abgasrückführung (5) eine kühlmittelbetriebene Kühlvorrichtung (5b) ist und mit der Flüssigkeitskühlung (8) in Verbindung steht.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasabführsystem (3a) stromabwärts der Turbine (7b) des mindestens einen Abgasturboladers (7) mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem (9) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betreiben einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der - in der Rückführleitung (5a) der mindestens einen Abgasrückführung (5) eine kühlmittelbetriebene Kühlvorrichtung (5b) vorgesehen ist, die mit der Flüssigkeitskühlung (8) der Brennkraftmaschine (1) in Verbindung steht, - am auslassseitigen Knotenpunkt (3b) ein erstes Stellelement (3c) angeordnet ist, welches der Einstellung der durch die Rückführleitung (5a) geführten Abgasmenge dient, und - am einlassseitigen Knotenpunkt (4b) ein zweites Stellelement (4c) angeordnet ist, welches in mindestens drei Positionen überführbar ist, wobei in der dritten Position die mindestens eine Ansaugleitung (4) und die Bypaßleitung (6) miteinander und mit dem mindestens einen Zylinder (2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass - die Stellelemente (3c, 4c) in Abhängigkeit vom Betrieb der Brennkraftmaschine (1) verstellt werden, um das Abgas und die Ladeluft bedarfsgerecht durch das Ansaugsystem (4a) und das Abgasabführsystem (3a) zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - das zweite Stellelement (4c) in die erste Position überführt wird, so dass die gesamte durch den Verdichter (7a) geleitete Frischluft und keine Abgase via Ansaugleitung (4) dem mindestens einen Zylinder (2) als Ladeluft zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - das zweite Stellelement (4c) in die dritte Position überführt wird, in der die mindestens eine Ansaugleitung (4) und die Bypaßleitung (6) miteinander und mit dem mindestens einen Zylinder (2) verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - das zweite Stellelement (4c) in die zweite Position überführt wird, so dass ausschließlich zurückgeführte Abgase und keine durch den Verdichter (7a) geleitete Frischluft via Ansaugleitung (4) dem mindestens einen Zylinder (2) als Ladeluft zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass - das erste Stellelement (3c) derart verstellt wird, dass kein Abgas durch die Rückführleitung (5a) geführt, sondern das gesamte Abgas durch die Turbine (7b) geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass - das erste Stellelement (3c) derart verstellt wird, dass ein Teil des Abgases durch die Rückführleitung (5a) und der verbleibende Teil des Abgases durch die Turbine (7b) geleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass - das erste Stellelement (3c) derart verstellt wird, dass kein Abgas durch die Turbine (7b) geleitet, sondern das gesamte Abgas durch die Rückführleitung (5a) geführt wird.