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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasrückführung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einem Abgasturbolader. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Verbrennungskraftmaschine.
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Der Einsatz von Verbrennungskraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren wird weltweit durch die jeweils geltenden Abgasgesetzgebungen reglementiert. Diese umfassen die Berücksichtigung von Stickoxiden, Partikeln, Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Vor allem die Partikel- und Stickstoffemissionen stehen im Fokus der Bestrebungen zur Reduktion. Sie werden z. B. ab 2013/14 für schwere Nutzfahrzeuge mit 0,4 g/kWh Stickoxide und 0,01 g/kWh Partikel durch den Gesetzgeber in Europa begrenzt, wie in der VERORDNUNG (EG) Nr. 595/2009 DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 18. Juni 2009 angegeben ist.
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Stickoxide entstehen während der Verbrennung in einer Verbrennungskraftmaschine auf drei verschiedene Arten. Zum Einen durch den im Kraftstoff gebundenen Stickstoff, der sich bei der Verbrennung mit dem umgebenden Luftsauerstoff verbindet. Zum Anderen durch den so genannten Fenimore-Mechanismus bei niedrigen Temperaturen. Den Hauptanteil bilden die thermischen Stickoxide, die bei Temperaturen oberhalb von 1000°C aus Sauerstoffradikalen und Stickstoffmolekülen entstehen. Um die Entstehung letzterer zu verringern, kann die Verbrennungstemperatur gesenkt oder die Sauerstoffpartialdichte verringert werden. Hierzu wird die Rückführung von Abgas in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Der Stand der Technik von Abgasrückführ-(AGR-)Systemen wird nachfolgende beschrieben. Eine weitere Absenkung von Stickoxidemissionen kann auf zwei Wegen erreicht werden: Einerseits durch die Senkung von Ladelufttemperatur und Temperatur des rückgeführten Abgases, wobei hier keine betriebspunktabhängige schnelle Regelung möglich ist. Andererseits kann die Sauerstoffpartialdichte durch die Erhöhung der AGR-Rate gesenkt werden, wie aus den Dokumenten EDWARDS, S. et al (2008): Emissionskonzepte und Kühlsysteme für Euro 6 bei schweren Nutzfahrzeugen, Motortechnische Zeitschrift, Jhrg. 69, Ausgabe 09/2008, S. 690–700, und EITEL, J. (2008): Motorkühlsysteme und Kühlkomponenten für Euro-5-Nutzfahrzeuge, Automobiltechnische Zeitschrift, Jhrg. 110, Ausgabe 09/2008, S. 810–813 zu entnehmen ist.
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Nach heutigem Stand der Technik wird zwischen innerer und äußerer Abgasrückführung (AGR) unterschieden.
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Innere Abgasrückführung wird durch das Zusammenspiel von Ventilüberschneidung und Gasbewegung realisiert. Die Abgasrückführrate ist dabei an die Ventilsteuerzeiten und damit stark an die Konstruktion der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Motors gekoppelt. Sie kann dynamisch nur unter einem hohen konstruktiven Aufwand variiert werden.
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Äußere Abgasrückführung unterteilt sich bei Verbrennungskraftmaschinen mit Abgasturbolader in Hochdruck- und Niederdruck-AGR. Hierbei ist die Entnahmestelle des Abgases entscheidend. Bei der Hochdruck-AGR wird das Abgas in Strömungsrichtung vor der Turbine des Turboladers entnommen und in Strömungsrichtung nach dem Verdichter dem Frischgas zugeführt. Die Niederdruck-AGR verwendet entspanntes Abgas in Strömungsrichtung hinter der Turbine und führt dies in Strömungsrichtung vor dem Verdichter der Ansaugluft zu.
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Sämtliche AGR-Varianten weisen den Nachteil auf, dass sie stark von Last, Drehzahl und Dynamik abhängig sind. Die Druckverhältnisse zwischen Entnahme- und Mischstelle entscheiden über die Höhe der AGR-Rate. Es existieren Motorbetriebspunkte, in denen eine höhere Abgasrückführrate erwünscht ist, diese aber nicht, oder nur mit großen Nachteilen darstellbar ist. Bekannte Verfahren zur Anhebung der Abgasrückführrate sind die Verwendung einer Abgasklappe oder einer Abgaspumpe. Durch den Einsatz einer Abgasklappe zwischen Entnahmestelle und Turbine wird das Spülgefälle bei Einsatz der Hochdruck-AGR vergrößert und mit steigender Klappenschließung die Abgasrückführrate erhöht. Eine Verschlechterung des Ansprechverhaltens des Turboladers im dynamischen Betrieb kann die Folge sein. Die Verwendung einer Abgaspumpe bei Hoch- oder Niederdruck-AGR kann zu einem trägen Regelkreis führen. Zudem kann sich die Verschmutzung durch Partikel im Abgas negativ auf die Bauteillebensdauer auswirken.
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Ein alternatives System zur Steigerung der Abgasrückführrate wird in ROHRSSEN, K.; HÖFFELER, G. (2011): Das aktive Hoch-AGR-Konzept der IAV, Motortechnische Zeitschrift, Jhrg. 72, Ausgabe 01/2011, S. 34–40, beschrieben. Als nachteilig werden dabei der hohe Aufwand und die Wirkungsgradverluste durch zusätzlichen Einsatz eines Schraubenverdichters gesehen.
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US 2003/0154716 A1 beschreibt ein Abgasrückführungssystem und ein Verfahren zum einfachen und schnellen Einführen von rückgeführtem Abgas in eine interne Verbrennungsmaschine. Das System weist eine Pumpe, einen Tank und ein Ventil verbunden mit der Maschine auf. Abgas wird bei vorher festgelegten Betriebsbedingungen durch Pumpenbetrieb verdichtet und in dem Tank gespeichert. Das Ventil wird selektiv gesteuert, um dosierte rückgeführte Abgasmengen der Maschine zuzuführen. Die Pumpe zur Abgasrückführung ist mit ihrem Einlass an der Abgasleitung angeschlossen.
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DE 10 2006 039 300 A1 betrifft eine Einrichtung zur Frischgasversorgung für eine turboaufgeladene selbstzündende Kolbenbrennkraftmaschine mit Frischgasversorgungsleitung und Abgassammelleitung, zwischen denen eine Abgasrückführung eingebaut ist, umfassend einen rohrförmigen Innenraumabschnitt der Frischgasversorgungsleitung, in denen seitlich ein Druckluftanschluss einmündet, der mit einer Mengenregelvorrichtung versehen ist, sowie eine im Innenraumabschnitt angeordnete verstellbare Klappe zur Durchflussregulierung, wobei der Innenraumabschnitt einen ersten Endanschluss zur Einströmung sowie einen zweiten Endanschluss zur Ausströmung von Ladeluft eines Abgasturboladers aufweist. Die Klappe ist zwischen Druckluftanschluss und dem ersten Endanschluss angeordnet. Das elektronisch gesteuerte, die Abgasdurchflussmenge regelnde Regelventil der Abgasrückführungsvorrichtung ist an die elektronische Steuereinheit der Kolbenbrennkraftmaschine angeschlossen, um eine synchronisierte Betätigung der Klappe mit der Mengenregelvorrichtung und dem Regelventil der Abgasrückführungsvorrichtung zu realisieren. Zur Erzeugung von Druckluft aus Frischluft aus der umgebenden Atmosphäre und zur Speicherung der verdichteten Frischluft in einem Druckluftbehälter ist ein Druckluftkompressor vorgesehen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zur Behebung oder zumindest erheblichen Reduzierung der oben beschriebenen Nachteile ein verbessertes Verfahren und eine verbesserten Vorrichtung zur Rückführung von Abgas in eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass verdichtetes Abgas gespeichert wird und in die Verbrennungskraftmaschine durch eine Gaszuführungseinrichtung über ein Ventil rückgeführt wird.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasrückführung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einem Abgasturbolader, weist auf: eine Abgasrückführungseinrichtung mit einem Rückführventil, die mit einer Abgasleitung und einer Ansaugleitung der zuzuordnenden Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist; mindestens einen Luftpresser zur Verdichtung von entnommenem Abgas, welcher mit der Abgasleitung verbindbar ist; mindestens einen Abgas-Druckbehälter zur Speicherung von verdichtetem Abgas, welcher mit dem Luftpresser verbunden ist; eine Gaszuführeinrichtung, welche mit dem mindestens einen Abgas-Druckbehälter über ein Ventil verbunden sowie mit der Ansaugleitung und mit einem Lufteinlass der zuzuordnenden Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist; und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Vorrichtung.
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Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass aufgrund des gespeicherten Abgases dieses unabhängig von einem Motorbetriebspunkt bedarfsgerecht und in bestimmter Menge zurückgeführt werden kann.
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Dabei ist unter dem Begriff „Motorbetriebspunkt” ein Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine zu verstehen, in welchem eine Abgasrückführung in die Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine erfolgt. Im Unterschied dazu ist unter dem Begriff „Entnahme-Betriebspunkt” ein Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine zu verstehen, in welchem Abgas der Abgasleitung der Verbrennungskraftmaschine entnommen wird.
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Mit der Abgasrückführungseinrichtung mit dem Rückführventil kann das entnommene Abgas sofort mit nur geringer zeitlicher Verzögerung im Wesentlichen direkt wieder in die Ansaugleitung zurückgeführt werden. Durch die Speicherung des verdichteten, in dem „Entnahme-Betriebspunkt” entnommenen Abgases kann dieses unabhängig von dem „Entnahme-Betriebspunkt” mit einem frei wählbaren zeitlichen Abstand dazu in dem „Motorbetriebspunkt” angepasst zurückgeführt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Rückführen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einem Abgasturbolader weist die Verfahrensschritte auf: (S1) Entnehmen von Abgas aus der Verbrennungskraftmaschine in geeigneten Entnahme-Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine; (S2) Verdichten des entnommenen Abgases und von Frischluft; (S3) Speichern des verdichteten Abgases und der verdichteten Frischluft; (S4) Rückführen des gespeicherten Abgases und der gespeicherten Frischluft in einem festlegbaren Verhältnis in die Verbrennungskraftmaschine.
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Nachteile bzgl. des Wirkungsgrads, Regelgüte und/oder Verschmutzung können im Vergleich zum Stand der Technik bedeutend verringert werden.
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In einer Ausführung ist der mindestens eine Luftpresser mit seiner Saugseite über ein Einlassumschaltventil in einer ersten Stellung des Einlassumschaltventils zur Verdichtung von Frischluft mit der Atmosphäre und in einer zweiten Stellung des Einlassumschaltventils zur Verdichtung von Abgas mit der Abgasleitung der zuzuordnenden Verbrennungskraftmaschine verbindbar. So kann mit einem Luftpresser sowohl Abgas als auch Frischluft verdichtet werden. Damit ein vorhandener Luftpresser auch zur Verdichtung von Abgas verwendet werden kann, wird das entnommene Abgas durch geeignete Wärmetauscher gekühlt. Es kann auch zusätzlich getrocknet und auch gefiltert werden, um Partikel von den weiteren Bauteilen fernzuhalten.
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Eine weitere Ausführung sieht vor, dass der mindestens eine Luftpresser mit seinem Auslass über ein Füllumschaltventil in einer ersten Stellung des Füllumschaltventils mit mindestens einem Druckluftbehälter zur Speicherung von durch den Luftpresser verdichteter Frischluft und in einer zweiten Stellung des Füllumschaltventils mit dem mindestens einen Abgas-Druckbehälter zur Speicherung von durch den Luftpresser verdichtetem Abgas verbindbar ist. Damit ist eine separate Speicherung von Abgas und Frischluft möglich. Als Druckluftbehälter kann z. B. ein schon vorhandener Druckluftbehälter einer fahrzeugseitigen Druckluftanlage verwendet werden.
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In vorteilhafter Ausführung sind das Einlassumschaltventils und das Füllumschaltventils derart gekoppelt, dass in der ersten Stellung des Einlassumschaltventils das Füllumschaltventil in seine erste Stellung umgeschaltet ist, und dass in der zweiten Stellung des Einlassumschaltventils das Füllumschaltventil in seine zweite Stellung umgeschaltet ist. Eine Kopplung kann sowohl mechanisch als auch z. B. elektrisch/pneumatisch ausgebildet sein. Alternativ kann z. B. ein gemeinsames Umschaltventil mit zwei getrennten Strömungswegen benutzt werden.
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In einer anderen Ausführung ist die Gaszuführeinrichtung mit dem mindestens einen Druckluftbehälter über ein Ventil und mit dem mindestens einen Abgas-Druckbehälter über ein weiteres Ventil verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, dass z. B. nur Druckluft über das Ventil einstellbar zugeführt wird, nur eine rückzuführende Abgasmenge mittels des weiteren Ventils eingestellt und zugeführt wird, und außerdem Abgas und Druckluft einstellbar zurückgeführt werden können.
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In noch einer anderen Ausführung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Abgas-Druckluftbehälter mit einer Sonde, z. B. eine Lambdasonde, zur Erfassung eines inerten Abgasgehalts versehen ist. Damit ist eine einfache Abgasgehalterfassung möglich, insbesondere wenn eine Lambdasonde benutzt wird, da deren Auswerteschaltungen schon in einem Motorsteuergerät vorhanden sind und z. B. mitbenutzt werden können.
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In einer weiteren Ausführung ist der mindestens eine Luftpresser als ein steuerbarer Kompressor ausgebildet. So kann der Luftpresser z. B. eine steuerbare Kupplung oder/und einen separaten elektromotorischen Antrieb aufweisen.
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Eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, mit einem Abgasturbolader weist die oben beschriebene Vorrichtung auf.
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In einer Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass im Verfahrensschritt (S2) Verdichten das entnommene Abgas und die Frischluft abwechselnd von einem gemeinsamen Luftpresser verdichtet werden. Dabei wird eine Saugseite des gemeinsamen Luftpressers zum abwechselnden Verdichten des entnommenen Abgases und der Frischluft durch ein Einlassumschaltventil umgeschaltet. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Luftpresser in einem geeigneten Entnahme-Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine entnommenes Abgas verdichten kann. Da die Saugseite umschaltbar ist, kann der gleiche Luftpresser Frischluft verdichten, wenn kein geeigneter Entnahme-Betriebspunkt vorliegt.
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Weiterhin ist einer anderen Ausführung vorgesehen, dass im Verfahrensschritt (S3) Speichern das verdichtete Abgas in mindestens einem Abgas-Druckbehälter gespeichert wird, und dass die verdichtete Frischluft in mindestens einem zu dem Abgas-Druckbehälter separaten Druckluftbehälter gespeichert wird. Dazu wird in einer Ausführung ein Auslass des gemeinsamen Luftpressers zum Speichern des verdichteten Abgases mit dem mindestens einen Abgas-Druckbehälter und zum Speichern der verdichteten Frischluft mit dem mindestens einen Druckluftbehälter durch ein Füllumschaltventil verbunden. Das Füllumschaltventil kann gleichzeitig mit dem Einlassumschaltventil in entsprechender Weise gesteuert werden.
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In einer alternativen Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass im Verfahrensschritt (S2) Verdichten das entnommene Abgas und die Frischluft jeweils von einem separaten Luftpresser verdichtet werden, wobei im Verfahrensschritt (S3) Speichern das verdichtete Abgas in mindestens einem Abgas-Druckbehälter gespeichert wird, und dass die verdichtete Frischluft in mindestens einem zu dem Abgas-Druckbehälter separaten Druckluftbehälter gespeichert wird. Hierbei kann z. B. ein vorhandener Luftpresser für die fahrzeugseitige Druckluftanlage verbleiben und der zusätzliche Luftpresser ist nur für Abgas vorgesehen. In diesem Fall sind keine Umschaltventile erforderlich.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass im Verfahrensschritt (S3) Speichern ein Bestimmen eines inerten Abgasgehalts in dem mindestens einen Abgas-Druckbehälter für das darin gespeicherte Abgas durchgeführt wird. Dies kann z. B. mittels einer in dem mindestens einen Abgas-Druckbehälter angeordneten Gasmesseinrichtung, z. B. Lambdasonde, durchgeführt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine an einen jeweiligen Motorbetriebspunkt angepasste Abgasrückführung aufgrund der Kenntnis des Inertgas-Gehalts mit größerer Genauigkeit möglich ist.
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Alternativ kann das Bestimmen des inerten Abgasgehalts in dem mindestens einen Abgas-Druckbehälter über ein Rechenmodell durchgeführt werden, wobei das Rechenmodell einen inerten Abgasgehalt des entnommenen Abgases anhand von Messwerten einer motoreigenen Lambdasonde als Grundlage verwendet.
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In einer weiteren Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass im Verfahrensschritt (S4) Rückführen das in dem mindestens einen Abgas-Druckbehälter gespeicherte Abgas und die in dem mindestens einen Druckluftbehälter gespeicherte Frischluft in dem festlegbaren Verhältnis in bestimmter Menge an einen jeweiligen Motorbetriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine angepasst in die Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine eingeblasen werden, wobei das festlegbare Verhältnis anhand des bestimmten inerten Abgasgehalts des gespeicherten Abgases und des jeweiligen Motorbetriebspunkts der Verbrennungskraftmaschine festgelegt wird. Dadurch wird eine frei wählbare Einstellung einer Abgasrückführrate unabhängig vom Entnahme-Betriebspunkt möglich.
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Zusätzlich kann im Verfahrensschritt (S4) Rückführen entnommenes Abgas mittels einer Abgasrückführungseinrichtung AGR direkt in die Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine eingeleitet werden. Dies kann z. B. bei noch nicht gefüllten Druckbehältern erfolgen.
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In einer Alternative kann im Verfahrensschritt (S3) Speichern das verdichtete Abgas in mindestens einem Abgas-Druckbehälter gespeichert werden die verdichtete Frischluft kann auch in dem mindestens einen Abgas-Druckbehälter gespeichert werden, wobei ein Gemisch aus verdichtetem Abgas und verdichteter Frischluft in einer festlegbaren Zusammensetzung durch abwechselndes Verdichten von Abgas und Frischluft gebildet wird. So kann nur ein gemeinsamer Druckbehälter benutzt werden.
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Weiterhin ist dabei vorgesehen, dass die festlegbare Zusammensetzung anhand eines Bestimmens eines inerten Abgasgehalts in dem mindestens einen Abgas-Druckbehälter für das darin gespeicherte Abgas durchgeführt wird. Dies kann z. B. über die oben schon beschriebenen Anordnungen mit einer Lambdasonde möglich sein. So kann der Abgas-Druckbehälter einen vorher festlegbaren Inertgas-Gehalt aufweisen, der z. B. durch Umschalten des Einlassumschaltventils des Luftpressers veränderbar ist.
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In einer anderen Ausführung ist vorgesehen, dass im Verfahrensschritt (S4) Rückführen das in dem mindestens einen Abgas-Druckbehälter gespeicherte Gemisch aus verdichtetem Abgas und verdichteter Frischluft in der festlegbaren Zusammensetzung in bestimmter Menge an einen jeweiligen Motorbetriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine angepasst in die Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine eingeblasen wird. Hierbei kann die Menge an den Motorbetriebspunkt angepasst werden, indem das Ventil entsprechend eingestellt wird. Außerdem ist eine zusätzliche Rückführung von Abgas durch die Abgasrückführeinrichtung möglich.
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In noch einer anderen Ausführung wird im Verfahrensschritt (S4) das Rückführen mittels einer fahrzeugeigenen Gasgehaltmesseinrichtung, z. B. Lambdasonde, geregelt. Diese Lambdasonde ist z. B. schon in der Abgasleitung des Fahrzeugs vorhanden und erfasst den aktuellen Inertgas-Gehalt des Abgases. Die Regelung kann mit der Steuereinrichtung oder dem Motorsteuergerät realisiert werden, indem für den jeweiligen Motorbetriebspunkt ein Sollwert des Inertgas-Gehalt des Abgases mit dem aktuellen Inertgas-Gehalt des Abgases verglichen wird. Anhand dieses Vergleichs kann gespeichertes Abgas in entsprechender Dosierung und Mischung mit gespeicherter Druckluft in die Ansaugleitung eingeleitet werden. Damit ist eine Regelung vorteilhaft realisierbar.
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Das oben beschriebene Verfahren kann mit der oben erläuterten Vorrichtung zur Abgasrückführung durchgeführt werden.
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Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich im Vergleich zu den herkömmlichen AGR-Verfahren und AGR-Systemen einige Vorteile. Die Abgasrückführrate kann in allen Motorbetriebspunkten beliebig angepasst werden, sofern der Abgas-Druckbehälter ausreichend mit Abgas gefüllt ist. In Übergangsphasen kann die direkte Abgasrückführungseinrichtung einzeln oder zugeschaltet verwendet werden. Insbesondere bei dynamischem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine kann durch eine Frischlufteinblasung die Motordynamik deutlich erhöht werden, wobei durch die synchrone Zufuhr von rückgeführtem, in dem Abgas-Druckbehälter gespeichertem Abgas gleichzeitig die Stickoxidemissionen gesenkt werden können. Da das Abgas in Strömungsrichtung hinter dem Partikelfilter entnommen wird, erfolgt keine Verunreinigung durch im Abgas enthaltene Partikel. Zudem wird die Dynamik des Abgasturboladers nicht – wie bei einer Abgasstauklappe – verschlechtert. Eine dynamische Regelung des Systems, d. h. der Abgasrückführung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann aufgrund der Verwendung einer Lambdasonde ermöglicht werden.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasrückführung; und
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2 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gleiche Bauelemente bzw. Funktionseinheiten mit gleicher Funktion sind mit gleichen Bezugszeichen in den Figuren gekennzeichnet.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit einem Abgasturbolader 10 und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung V zur Abgasrückführung.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verbrennungskraftmaschine 1 ein Dieselmotor mit sechs Zylindern 2, einer Ansaugleitung 3 und einer Abgasleitung 4. Der Abgasturbolader 10 weist eine Abgasturbine 11a auf, die über eine Welle 11b mit einem Verdichter 11c gekoppelt ist. Die Ansaugleitung 3 ist über eine Gaszuführeinrichtung 14 mit dem Verdichter 11c des Abgasturboladers 10 verbunden. Zwischen der Gaszuführeinrichtung 14 und dem Verdichter 11c ist hier ein Ladeluftkühler 13 angeordnet. Der Verdichter 11c des Abgasturboladers 10 ist an einem Lufteinlass 5 für Frischgas FG angeschlossen. Unter dem Begriff Frischgas ist hier auch Frischluft aus der Atmosphäre zu verstehen. In dieser Rohrleitung kann auch ein (nicht gezeigter) Luftfilter eingesetzt sein.
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In der Abgasleitung 4 ist stromabwärts vor einem Partikelfilter 12 und einem Abgasauslass 6 für Abgas AG der Verbrennungskraftmaschine 1 die Abgasturbine 11a des Abgasturboladers 10 angeordnet und wird von dem Abgas AG angetrieben. Diese Drehbewegung der Abgasturbine 11a wird über die Welle 11b auf den Verdichter 11c übertragen.
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Stromabwärts hinter einem nicht näher bezeichneten Abgaskrümmer der Abgasleitung 4 ist noch vor der Abgasturbine 11a eine Abgasrückführungseinrichtung AGR vorgesehen. Die Abgasrückführungseinrichtung AGR ist mit einer ersten Entnahmeleitung 7 an die Abgasleitung 4 und mit einem Zuleitungsabschnitt 7a an die Ansaugleitung 3 angeschlossen. Zwischen der ersten Entnahmeleitung 7 und dem Zuleitungsabschnitt 7a ist ein Rückführventil 8 vor einem Wärmetauscher 9 angeordnet. Das Rückführventil 8 kann zum Beispiel ein Magnetventil oder ein Pneumatikventil sein.
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Die Gaszuführeinrichtung 14 ist über einen Frischgaseinlass 14a mit dem Ladeluftkühler 13 stromabwärts des Verdichters 11c zum Einlass von verdichtetem und ggf. gekühltem Frischgas FG aus dem Lufteinlass 5 verbunden. Ein Auslass 14b der Gaszuführeinrichtung 14 ist in der Nähe des Zuleitungsabschnitts 7a der Abgasrückführungseinrichtung AGR an der Ansaugleitung 3 angeschlossen.
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Außerdem ist die Gaszuführeinrichtung
14 zur Zuführung von zusätzlichem Gas, z. B. Druckluft, in die Ansaugleitung
3 vorgesehen und ist in diesem Beispiel ein Frischgasleitungsabschnitt, wie er in der
DE 10 2006 008 783 A1 und
DE 10 2006 008 785 A1 im Zusammenhang mit einer zugehörigen Drucklufterzeugung beschrieben wird. Das zusätzliche Gas kann hier entweder Druckluft oder rückgeführtes Abgas sein. Dies wird unten noch ausführlich beschrieben.
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Ein nicht gezeigtes Motorsteuergerät ist mit hier nicht dargestellten Einspritzanlagen der Zylinder 2 verbunden. Es kann auch mit einer nicht gezeigten Steuereinheit der Gaszuführeinrichtung 14 verbunden sein. Das Motorsteuergerät 8 steuert die Verbrennungskraftmaschine 1 in bekannter Weise und wird nicht weiter erläutert. Über die Verbindung mit der Gaszuführeinrichtung 14 erhält es weitere Messdaten der Gaszuführeinrichtung 14.
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Die Vorrichtung V zur Abgasrückführung umfasst die Abgasrückführungseinrichtung AGR mit der ersten Entnahmeleitung 7, mindestens einen Luftpresser 20 mit mindestens einer zweiten Entnahmeleitung 15, mindestens einen Abgas-Druckbehälter 28, die Gaszuführeinrichtung 14, und eine Steuereinrichtung 30.
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Die zweite Entnahmeleitung 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Ende in Strömungsrichtung des Abgases AG hinter dem Partikelfilter 12 und vor dem Abgasauslass 6 an die Abgasleitung 4 angeschlossen. Das andere Ende der zweiten Entnahmeleitung 15 ist mit einem Abgaswärmetauscher 16 und einem dazu in Reihe angeordneten Abgastrocker 17 verbunden. Der Abgastrockner 17 seinerseits ist über einen Verbindungsabschnitt 15a an einem Abgaseinlass 18a eines Einlassumschaltventils 18 angeschlossen.
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Das Einlassumschaltventil 18 weist einen weiteren Einlass, nämlich einen Frischlufteinlass 18b, auf, welcher hier über eine Frischluftleitung 31 mit dem Leitungsabschnitt zwischen dem Verdichter 11c des Abgasturboladers 10 und dem Lufteinlass 5 für Frischgas FG verbunden ist. Der Frischlufteinlass 18b kann aber auch z. B. nur mit einem Luftfilter versehen sein, ohne dass eine zusätzliche Leitung für Frischluft vorgesehen ist, wie leicht vorstellbar ist. Ein Auslass 18c des Einlassumschaltventils 18 ist über eine Luftpresserleitung 19 mit einem Einlass, d. h. der Saugseite, des Luftpressers 20 verbunden.
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Der Luftpresser 20 ist zum Beispiel ein von der Verbrennungskraftmaschine 1 angetriebener Kompressor, wie in 1 angedeutet ist. Er kann aber auch z. B. elektrisch angetrieben sein. Der Luftpresser 20 ist in dieser Ausführung ein üblicher Luftpresser für das Druckluftsystem eines Nutzfahrzeugs. An einen Ausgang des Luftpressers 20 ist ein Lufttrockner 22 über eine Füllsammelleitung 21 angeschlossen. Eine weitere Füllsammelleitung 21a verbindet den Lufttrockner 22 mit einem Fülleinlass 23a eines Füllumschaltventils 23, welches zwei Auslässe besitzt. Ein erster Füllauslass 23b ist über eine erste Füllleitung 24 an einem Druckluftbehälter 25 angeschlossen. Der Abgas-Druckbehälter 28 ist über eine zweite Füllleitung 27 mit dem zweiten Füllauslass 23c des Füllumschaltventils 23 verbunden. Die jeweiligen Anschlüsse der Füllleitungen 24, 27 an dem jeweils zugeordneten Druckbehälter 25, 28 sind mit üblichen, nicht gezeigten Druckregleranordnungen ausgestattet.
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Der Druckluftbehälter 25 ist zur Speicherung von komprimierter Frischluft vorgesehen, wobei der Abgas-Druckbehälter 28 zur Speicherung von komprimiertem Abgas dient. In einer unten erläuterten Variante kann der Abgas-Druckbehälter 28 komprimiertes Abgas und komprimierte Frischluft gemeinsam speichern. Der Druckluftbehälter 25 steht über eine erste Druckleitung 24a mit einem ersten Ventil 26 in Verbindung. Eine zweite Druckleitung 27a verbindet den Abgas-Druckbehälter 28 mit einem zweiten Ventil 29. Die Ventile 26 und 29 sind jeweils zur Zuführung von komprimiertem Gas aus dem jeweiligen Druckbehälter 25, 28 in die Gaszuführeinrichtung 14 mit ihren Ausgängen mit geeigneten Anschlüssen der Gaszuführeinrichtung 14 verbunden.
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Die Steuereinrichtung 30 steht mit dem Rückführventil 8, dem Einlassumschaltventil 18, dem Füllumschaltventil 23, den Ventilen 26 und 29, nicht gezeigten Drucksensoren in den Druckbehältern 25, 28 und der nicht dargestellten Motorsteuerung in Verbindung. Die Steuereinrichtung 30 kann auch mit dem Luftpresser 20 verbunden sein, wenn dieser in einer nicht gezeigten Ausgestaltung z. B. eine interne steuerbare Kupplung und/oder einen elektromotorischen Antrieb besitzt.
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Die Vorrichtung V weist mehrere Funktionen auf. Eine Funktion ist eine Füllung der Druckbehälter 25 und 28. Zur Füllung werden zunächst entnommenes Abgas und Frischluft verdichtet und dann in den Druckbehältern 25 und 28 gespeichert. Eine weitere Funktion dient dazu, das Abgas in die Verbrennungskraftmaschine 1 zurückzuführen.
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Zur Füllung der Druckbehälter 25 und 28 kann die Vorrichtung V in zwei verschiedenen Füllbetriebszuständen betrieben werden.
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In einem ersten Füllbetriebszustand komprimiert der Luftpresser 20 Frischgas FG und der Druckluftbehälter 25 wird mit komprimiertem Frischgas gefüllt. In der in 1 gezeigten Stellung des Einlassumschaltventils 18 ist dies dazu derart in eine erste Stellung umgeschaltet, dass der Auslass 18c mit dem Frischlufteinlass 18b verbunden ist. Auf diese Weise ist der Einlass des Luftpressers 20 über die Frischluftleitung 31 mit dem Lufteinlass 5 verbunden und komprimiert Frischgas FG. Natürlich kann die Frischluftleitung 31 auch auf andere Weise mit der Atmosphäre verbunden sein. Übliche Luftfilter sind hier nicht gezeigt, aber vorstellbar. Das komprimierte Frischgas wird über die Füllsammelleitung 21 an den Lufttrockner 22 geleitet und durch diesen getrocknet. Durch die Füllsammelleitung 21a gelangt das getrocknete, komprimierte Frischgas an den Fülleinlass 23a des Füllumschaltventils 23 und in dessen hier gezeigter Stellung zu dem Füllauslass 23b, von welchem es durch die erste Füllleitung 24 in den Druckluftbehälter 25 geleitet und in diesem gespeichert wird.
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Die zweite Entnahmeleitung 15a ist durch das Einlassumschaltventil 18 in diesem Fall verschlossen.
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In einem zweiten Füllbetriebszustand der Vorrichtung V komprimiert der Luftpresser 20 über die zweite Entnahmeleitung 15, 15a entnommenes Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1, das dann in dem Abgas-Druckbehälter 28 gespeichert wird.
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Wird durch die Steuereinrichtung 30 festgestellt, dass z. B. der Druckluftbehälter 25 bereits gefüllt ist (also genügend Druckluft z. B. für eine Druckluftbremsanlage des Fahrzeugs zur Verfügung steht), und z. B. anhand verschiedener Parameter ein geeigneter Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 1, welche beispielsweise durch eine motoreigene Lambdasonde ermittelbar sind, vorliegt, schaltet die Steuereinrichtung 30 das Einlassumschaltventil 18 so um, dass nun der Auslass 18c mit dem Abgaseinlass 18a verbunden ist. Dadurch ist die Saugseite des Luftpressers 20 mit der zweiten Entnahmeleitung 15a verbunden, und der Luftpresser 20 kann Abgas verdichten. Außerdem schaltet die Steuereinrichtung 30 dann gleichzeitig das Füllumschaltventil 23 derart um, dass der Fülleinlass 23a mit dem Füllauslass 23c verbunden ist. So kann das durch den Luftpresser 20 verdichtete Abgas in den Abgas-Druckbehälter 28 gefördert und darin gespeichert werden.
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Dazu wird Abgas nach Entspannung durch die Abgasturbine 11a des Abgasturboladers 10 stromabwärts hinter dem Partikelfilter 12 durch die zweite Entnahmeleitung 15 vor dem Abgasauslass 6 entnommen, indem das Abgas durch das entsprechend umgeschaltete Einlassumschaltventil 18 in den Luftpresser 20 strömen kann. Mittels des Abgaswärmetauschers 16 erfolgt z. B. eine Abkühlung des entnommenen Abgases. Ferner kann mit dem Abgastrockner 17 eine Trocknung des entnommenen Abgases vorgenommen werden. Der Luftpresser 20 komprimiert das entnommene Abgas und presst es durch den Lufttrockner 22 und das umgeschaltete Füllumschaltventil 23 durch die zweite Füllleitung 27 in den Abgas-Druckbehälter 28.
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Mit anderen Worten, in dem ersten Füllbetriebszustand der Vorrichtung V wird Frischgas FG komprimiert und in dem Druckluftbehälter 25 gespeichert. In dem zweiten Füllbetriebszustand der Vorrichtung V wird Abgas in geeigneten Entnahme-Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine 1 entnommen, komprimiert und separat von dem komprimierten Frischgas parallel zu dem Druckluftbehälter 25 in dem Abgas-Druckbehälter 28 gespeichert. Durch das Einlassumschaltventil 18 und das Füllumschaltventil 23 kann die Saugseite des Luftpressers 20, die durch die Luftpresserleitung 19 mit dem Auslass 18c des Einlassumschaltventils 18 verbunden ist, zwischen Abgas und Frischgas umgeschaltet werden. So ist die Versorgung des herkömmlichen Druckluftsystems weiterhin gewährleistet.
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Die Funktion der Rückführung von Abgas erfolgt zum Einen mittels der Abgasrückführungseinrichtung AGR und zum Anderen durch Zuführung von Abgas mittels der Gaszuführeinrichtung 14.
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Durch ein nicht näher gezeigtes, entsprechend gestaltetes Einblaseventil in der Gaszuführeinrichtung 14 können sowohl die in dem Druckluftbehälter 25 gespeicherte Druckluft über das erste Ventil 26 und das in dem Abgas-Druckbehälter 28 gespeicherte komprimierte Abgas in die Ansaugleitung 3 der Verbrennungskraftmaschine 1 separat und/oder in einem geeigneten Verhältnis eingeblasen werden. Auch die Ventile 26 und 29 können als solche Einblaseventile ausgebildet sein. Auf diese Weise kann eine so genannte Abgasrückführrate unabhängig von einem Entnahme-Betriebspunkt frei gewählt werden. Der Begriff „betriebspunktunabhängig” bedeutet hierbei, dass die Wahl der Abgasrückführrate sowohl an einen Motorbetriebspunkt anpassbar ist, und unabhängig von dem Entnahme-Betriebspunkt frei gewählt werden kann, denn das geeignete Verhältnis kann anhand des in dem Abgas-Druckbehälter 28 zuvor gespeicherten Abgases entsprechend dosiert werden und ist nicht von einer momentanen Abgasproduktion der Verbrennungskraftmaschine 1 in einem Entnahme-Betriebspunkt abhängig, wie z. B. bei der Abgasrückführungseinrichtung AGR, bei welcher das Abgas, in einer momentanen Abgasproduktion direkt aus der Abgasleitung 4 in die Ansaugleitung 3 zurückgeführt wird. Die Steuereinrichtung 30 ermöglicht es daher so, dass in Abhängigkeit von einem Motorbetriebspunkt, den die Steuereinrichtung durch Verbindung mit dem Motorsteuergerät von diesem erfasst, die erforderliche Menge an verdichtetem Abgas und auch von zusätzlicher Druckluft in den Frischluftpfad in die Ansaugleitung 3 bedarfsgerecht eingebracht wird. Mit anderen Worten kann die Abgasrückführrate an den jeweiligen Motorbetriebspunkt angepasst werden. Hierzu steuert die Steuereinrichtung 30 die Ventile 26 und 29 in entsprechender Weise auf und zu bzw. stellt sie entsprechend ein. Die Ventile 26 und 29 können natürlich auch stufenlos ausgebildet sein, so dass eine stufenlose Einstellung der Einblasmengen von komprimiertem Abgas und Druckluft möglich ist.
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Zur Abgasrückführung direkt in die Ansaugleitung 3 kann auch die Abgasrückführungseinrichtung AGR als so genannte Hochdruck-Abgasrückführung verwendet werden, z. B. wenn der Abgas-Druckbehälter 28 noch kein gespeichertes, komprimiertes Abgas enthält. Eine Steuerung des Rückführventils 8 erfolgt auch durch die Steuereinrichtung 30. Die Vorrichtung V zur Abgasrückführung kann somit die Abgasrückführrate mit der Abgasrückführungseinrichtung AGR und der Gaszuführeinrichtung 14 kombinieren oder einzeln verwenden.
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Ein System zur Speicherung und Einblasung von Frischluft wird z. B. in den Dokumenten
WO 2006/089779 A1 ,
WO 2008/022769 A1 und
WO 2006/089780 A1 beschrieben.
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In Varianten, die nicht dargestellt sind, sich aber leicht aus der 1 herleiten lassen und sowohl einzeln als auch in Kombination möglich sind, kann in einer Variante z. B. die Entnahmeleitung 15 stromaufwärts vor dem Partikelfilter 12 mit der Abgasleitung 4 verbunden sein.
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In einer weiteren Variante ist diese Entnahmestelle, d. h. die Verbindung der Entnahmeleitung 15 mit der Abgasleitung 4, stromaufwärts vor der Abgasturbine 11a des Abgasturboladers angeordnet. Hierdurch sind in dem Abgas-Druckbehälter 28 höhere Drücke zur Speicherung des entnommenen Abgases realisierbar, da der Eingangsdruck des Abgases in der Luftpresserleitung 19 an der Saugseite des Luftpressers 20 höher ist.
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Es kann ein gesonderter Luftpresser 20 für das Abgas verwendet werden. Dieser kann mechanisch mit der Verbrennungskraftmaschine 1 gekoppelt sein oder über einen Elektromotor betrieben werden. Auch ein Kombinationsantrieb ist natürlich möglich.
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Der Abgas-Druckbehälter 28 kann als ein gemeinsamer Druckbehälter für Druckluft und komprimiertes Abgas zum Einsatz kommen. Das darin enthaltene Gasgemisch kann durch wechselnde Umschaltung von Frischluft und Abgas in seiner Zusammensetzung durch die Steuereinrichtung 30 mittels geeigneter Sensoren, z. B. Lambdasonde in dem gemeinsamen Abgas-Druckbehälter 28 eingestellt und bei Bedarf über die Gaszuführeinrichtung 14 der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeführt werden.
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Je nach Entnahmestelle des Abgases durch die zweite Entnahmeleitung 15, 15a kann auf die in den Abgaspfad (zweite Entnahmeleitungen 15 und 15a) und Luftpfad (Frischluftleitung 31 und evtl. Füllsammelleitungen 21 und 21a) eingebauten Zusatzbauteile Luft-/Abgastrockner und Luft-/Abgaskühler verzichtet werden, oder diese können an anderer Stelle eingebaut sein.
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3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasrückführung einer Verbrennungskraftmaschine 1. Das Verfahren kann mit der oben beschriebenen Vorrichtung V durchgeführt werden.
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In einem ersten Verfahrensschritt S1 Entnehmen von Abgas wird Abgas aus der Abgasleitung 4 der Verbrennungskraftmaschine 1 entnommen. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung V wird das Abgas stromabwärts hinter der Abgasturbine 11a des Abgasturboladers 10 und nach dem Partikelfilter 12 über die zweite Entnahmeleitung 15 entnommen. Somit erfolgt keine Verunreinigung der nachgeschalteten Komponenten durch im Abgas enthaltene Partikel. Da die Abgasproduktion der Verbrennungskraftmaschine 1 von Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine 1 abhängig ist, wird das Abgas in geeigneten Motorbetriebspunkten entnommen, welche durch eine (nicht gezeigte) motoreigene Lambdasonde bestimmbar sind. Außerdem kann das entnommene Abgas gekühlt (Abgaswärmetauscher 16) und/oder getrocknet (Abgastrockner 17) werden. Falls eine Entnahme vor dem Partikelfilter 12 erfolgt, kann auch ein Partikelfilter bzw. eine Abgasreinigungseinrichtung in der Entnahmeleitung 15, 15a und/oder stromaufwärts des Luftpressers 20 vorgesehen sein.
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In einem zweiten Verfahrensschritt S2 Verdichten werden das entnommene Abgas und Frischluft verdichtet. Hierbei kann ein gemeinsamer Luftpresser 20 für Frischluft und Abgas verwendet werden, wobei ein abwechselndes Verdichten von Frischluft und Abgas erfolgt. Dabei wird der Einlass des gemeinsamen Luftpressers 20 mittels des Einlassumschaltventils 18 entsprechend von der zweiten Entnahmeleitung 15, 15a auf die Frischluftleitung 31 und zurück umgeschaltet. Es ist aber auch möglich, dass zwei separate Luftpresser 20, jeweils für Abgas und für Frischluft, eingesetzt werden. Dabei können Abgas und Frischluft jeweils unabhängig voneinander verdichtet werden.
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In einem dritten Verfahrensschritt S3 Speichern erfolgt das ein Speichern von verdichtetem Abgas bzw. verdichteter Frischluft in den Druckbehältern 25, 28 durch Füllen eines jeweiligen Druckbehälters 25, 28 mit dem jeweiligen verdichteten Gas. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit dem einen Luftpresser 20 ist dessen Auslass durch das Füllumschaltventil 23 mit dem Druckluftbehälter 25 und dem Abgas-Druckbehälter 28 umschaltbar verbunden. Dabei sind das Einlassumschaltventil 18 und das Füllumschaltventil 23 untereinander so gekoppelt, dass beim Verdichten von Abgas das Einlassumschaltventil 18 den Einlass des Luftpressers 20 mit der Entnahmeleitung 15a und das Füllumschaltventil 23 den Auslass des Luftpressers 20 mit dem Abgas-Druckbehälter 28 und beim Verdichten von Frischluft das Einlassumschaltventil 18 den Einlass des Luftpressers 20 mit der Frischluftleitung 31 und das Füllumschaltventil 23 den Auslass des Luftpressers 20 mit dem Druckluftbehälter 25 verbindet. Außerdem erfolgt ein Trocknen des komprimierten Abgases oder der komprimierten Frischluft durch den Lufttrockner 22.
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In der oben angegebenen Variante mit nur einem, d. h. gemeinsamen, Abgas-Druckbehälter 28 entfällt das Füllumschaltventil 23. Dabei wird beim Speichern ein Gemisch aus verdichtetem Abgas und verdichteter Frischluft in einem festlegbaren Verhältnis durch abwechselndes Verdichten von Abgas und Frischluft erzeugt und in dem gemeinsamen Abgas-Druckbehälter 28 gespeichert. Dieses Verhältnis kann z. B. durch die Steuereinrichtung 30 mittels entsprechenden Umschaltens des Einlassumschaltventils 18 in geeigneter Weise gebildet werden.
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Weiterhin wird im Verfahrensschritt S3 ein Bestimmen eines inerten Abgasgehalts, d. h. des Inertgas-Gehalts, in dem Abgas-Druckbehälter 28 für das darin gespeicherte Abgas bzw. im Fall eines gemeinsamen Abgas-Druckbehälters 28 für das darin gespeicherte Gemisch aus Abgas und Frischluft durchgeführt. Dazu kann eine entsprechende Gasmesseinrichtung, z. B. eine Lambdasonde in dem Abgas-Druckbehälter 28 vorgesehen sein. Diese Lambdasonde ist dann mit der Steuereinrichtung 30 verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, ein Bestimmen der Gaszusammensetzung über ein Rechenmodell, z. B. einen bestimmten Algorithmus, durchzuführen, da der Inertgas-Gehalt in dem entnommenen Abgas während des Füllens/Speicherns aufgrund der motoreigenen Lambdasonde bekannt ist.
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Im Verfahrensschritt S4 Rückführen wird das Abgas mit einer festlegbaren Abgasrückführrate in die Verbrennungskraftmaschine 1 wieder zurückgeführt, indem es in bestimmter Menge und bestimmter Zusammensetzung an den jeweiligen Motorbetriebspunkt angepasst in die Ansaugleitung 3 eingeblasen wird. Dazu ist es erforderlich, dass die im Verfahrensschritt S3 ermittelten Werte des inerten Abgasgehalts des in dem Abgas-Druckbehälter 28 gespeicherten Abgases bzw. Gemisches von der Steuereinrichtung 30 erfasst bzw. bestimmt werden. Außerdem wird der jeweilige Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 1 anhand von Werten des Motorsteuergerätes durch die Steuereinrichtung 30 ermittelt.
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Aus diesen Werten errechnet die Steuereinrichtung 30 mit einem geeigneten Rechenprogramm oder/und anhand von gespeicherten Tabellenwerten die zu dem jeweiligen Motorbetriebspunkt gehörigen Abgasrückführrate. Natürlich können auch Korrekturfaktoren unterschiedlicher Art einbezogen werden.
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Dann wird anhand des berechneten Wertes der Abgasrückführrate mittels der von der Steuereinrichtung 30 gesteuerten Ventile 26 und 29 in dem Fall der zwei unterschiedlichen Druckbehälter 25, 28 zuvor gespeichertes Abgas und zuvor gespeicherte Druckluft in einem geeigneten Verhältnis durch die Gaszuführeinrichtung 14 in die Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine 1 eingeblasen. Mit anderen Worten, es wird ein entsprechendes Gemisch aus zuvor gespeichertem Abgas und zuvor gespeicherter Druckluft gebildet und eingeblasen. Natürlich kann auch nur gespeichertes Abgas verwendet werden. Es kann auch nur eine Drucklufteinblasung erfolgen, wodurch die Motordynamik erhöht werden kann. Dadurch ist auch die Zusammensetzung des dabei produzierten Abgases beeinflussbar. In dem Fall der Variante mit einem gemeinsamen Abgas-Druckbehälters 28 mit dem darin schon gespeicherten Gemisch wird keine weitere Gemischbildung zum Einblasen erforderlich.
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Außerdem ist es möglich, die Abgasrückführrate zusätzlich oder nur durch die Abgasrückführungseinrichtung AGR zu beeinflussen. Dazu ist es erforderlich, dass die Steuereinrichtung 30 auch den aktuellen Messwert der motoreigenen Lambdasonde zum Bestimmen des inerten Abgasgehalts des momentanen Abgases verwendet Die Vorrichtung V kann mit diesem Verfahren die Vorteile erzielen, die im Folgenden aufgelistet sind.
- – Die Abgasrückführrate kann in allen Motorbetriebspunkten beliebig angepasst werden, sofern ausreichend Abgas zuvor verdichtet und gespeichert worden ist.
- – Bei dynamischem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 kann durch eine Frischlufteinblasung die Motordynamik deutlich erhöht werden, wobei durch die synchrone Zufuhr von Abgas (zuvor gespeichertes Abgas und/oder Abgas aus der Abgasrückführungseinrichtung AGR) gleichzeitig die Stickoxidemissionen gesenkt werden können.
- – Durch eine Entnahme des Abgases stromabwärts hinter dem Partikelfilter 12 erfolgt keine Verunreinigung der nachgeschalteten Funktionseinheiten durch Partikel.
- – Da keine Abgasstauklappe vorhanden ist, wird zudem die Dynamik des Abgasturboladers 10 beibehalten.
- – Aufgrund der motoreigenen Lambdasonde (und evtl. zusätzlicher Lambdasonde(n) für das gespeicherte Abgas) kann eine dynamische Regelung (z. B. des Einblasens von Abgas) ermöglicht werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche modifizierbar.
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So ist es denkbar, dass der Druckluftbehälter 25 auch die Druckluft für ein Druckluftsystem des zugehörigen Fahrzeugs speichert.
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Es kann möglich sein, dass z. B. zwei zweite Entnahmeleitungen 15 an verschiedenen Punkten mit der Abgasleitung 4, z. B. in Strömungsrichtung vor und hinter der Abgasturbine 11a, verbunden und über ein weiteres Ventil umschaltbar sind.
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Es ist weiterhin denkbar, dass zwei Luftpresser 20 vorgesehen sind, von denen der eine zur Verdichtung von Abgas mit Speicherung in dem Abgas-Druckbehälter 28 und der andere zur Verdichtung von Frischluft für ein fahrzeuginternes Druckluftsystem mit einem dazugehörigen Druckluftbehälter dient. Dieser Druckluftbehälter ist aber nicht mit der Gaszuführeinrichtung 14 verbindbar, so dass der Abgas-Druckbehälter 28 zur Speicherung von verdichtetem Abgas und verdichteter Frischluft verwendet wird. Die verdichtete Frischluft wird von dem Luftpresser zur Verdichtung von Frischluft über ein Umschaltventil an dessen Auslass zur Speicherung in dem Abgas-Druckbehälter 28 abgezweigt.
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Die Ventile 8, 18, 23, 26, 29 können auch pneumatisch oder elektro-pneumatisch steuerbar sein.
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Die Steuereinrichtung 30 kann Bestandteil eines Motorsteuergerätes sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbrennungskraftmaschine
- 2
- Zylinder
- 3
- Ansaugleitung
- 4
- Abgasleitung
- 5
- Lufteinlass
- 6
- Abgasauslass
- 7
- Erste Entnahmeleitung
- 7a
- Zuleitungsabschnitt
- 8
- Rückführventil
- 9
- Wärmetauscher
- 10
- Abgasturbolader
- 11a
- Abgasturbine
- 11b
- Welle
- 11c
- Verdichter
- 12
- Partikelfilter
- 13
- Ladeluftkühler
- 14
- Gaszuführeinrichtung
- 14a
- Frischgaseinlass
- 14b
- Auslass
- 15
- Entnahmeleitung
- 15a
- Verbindungsabschnitt
- 16
- Abgaswärmetauscher
- 17
- Abgastrockner
- 18
- Einlassumschaltventil
- 18a
- Abgaseinlass
- 18b
- Frischlufteinlass
- 18c
- Auslass
- 19
- Luftpresserleitung
- 20
- Luftpresser
- 21, 21a
- Füllsammelleitung
- 22
- Lufttrockner
- 23
- Füllumschaltventil
- 23a
- Fülleinlass
- 23b, 23c
- Füllauslass
- 24
- Erste Füllleitung
- 24a
- Erste Druckleitung
- 25
- Druckluftbehälter
- 26
- Erstes Ventil
- 27
- Zweite Füllleitung
- 27a
- Zweite Druckleitung
- 28
- Abgas-Druckbehälter
- 29
- Zweites Ventil
- 30
- Steuereinrichtung
- 31
- Frischluftleitung
- AG
- Abgas
- AGR
- Abgasrückführungseinrichtung
- FG
- Frischgas, Frischluft
- S1...4
- Verfahrensschritte
- V
- Vorrichtung
