DE102013209107A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Elektromaschine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens - Google Patents

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Peter Schmitz
Werner Willems
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Zylinder (1, 2, 3, 4), bei der – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung (6a) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (6) anschließt, – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung (5a) zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem (5) anschließt, – mindestens eine Rückführleitung (7a) vorgesehen ist, die zwecks Abgasrückführung (7) vom Abgasabführsystem (6) abzweigt und unter Ausbildung eines Knotenpunktes (7c) in das Ansaugsystem (5) einmündet, wobei ein Stellelement (7b) in der Rückführleitung (7a) und ein Absperrelement (5b) stromaufwärts des Knotenpunktes (7c) im Ansaugsystem (5) vorgesehen ist, und – eine Elektromaschine (8) vorgesehen ist, die mit der Brennkraftmaschine (10) kinematisch mechanisch untrennbar antriebsverbunden ist und fähig ist, Leistung von der Brennkraftmaschine (10) aufzunehmen. Es soll ein Verfahren dieser Art aufgezeigt werden, mit dem ein optimierter Betrieb der Elektromaschine (8) insbesondere im Rahmen der Energierückgewinnung ermöglicht wird. Erreicht wird dies mit einem Verfahren, bei dem – im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine (10) das Absperrelement (5b) in die Schließstellung überführt wird und das Stellelement (7b) geöffnet wird, um die Ladungswechselverluste und damit die Reibleistung der Brennkraftmaschine (10) mittels Abgasrückführung (7) zu mindern und den Wirkungsgrad der Energierückgewinnung mittels Elektromaschine (8) zu erhöhen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der
    • – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,
    • – jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem anschließt,
    • – mindestens eine Rückführleitung vorgesehen ist, die zwecks Abgasrückführung vom Abgasabführsystem abzweigt und unter Ausbildung eines Knotenpunktes in das Ansaugsystem einmündet, wobei ein Stellelement in der Rückführleitung und ein Absperrelement stromaufwärts des Knotenpunktes im Ansaugsystem vorgesehen ist, und
    • – eine Elektromaschine vorgesehen ist, die mit der Brennkraftmaschine kinematisch mechanisch untrennbar antriebsverbunden ist und fähig ist, Leistung von der Brennkraftmaschine aufzunehmen.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend genannten Art. Eine Brennkraftmaschine wird beispielsweise als Antrieb für ein Kraftfahrzeug verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen.
  • Nach dem Stand der Technik werden Brennkraftmaschinen mit verschiedenen Nebenaggregaten ausgestattet, die für den Betrieb der Brennkraftmaschine und des Kraftfahrzeuges erforderlich sind. Für den Antrieb der Nebenaggregate, zu denen auch Elektromaschinen gehören können, werden häufig Riemenantriebe oder Kettenantriebe eingesetzt.
  • Da für den Antrieb der Nebenaggregate ein Teil der in der Brennkraftmaschine durch die chemische Umsetzung des Kraftstoffes gewonnenen Leistung genutzt wird, ist man grundsätzlich bemüht, den Antrieb der Nebenaggregate möglichst effektiv zu gestalten, d. h. die durch den Antrieb der Nebenaggregate bedingte Reibleistung der Brennkraftmaschine möglichst gering zu halten, um den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu erhöhen.
  • Ein Beispiel für eine Elektromaschine, die bei Brennkraftmaschinen als Nebenaggregat Verwendung findet, ist die als Generator dienende Lichtmaschine, die elektrische Energie erzeugt, welche in einem Akkumulator für eine weitere Verwendung zwischengespeichert wird.
  • Dabei handelt es sich um eine Elektromaschine, die mit der Brennkraftmaschine kinematisch mechanisch untrennbar antriebsverbunden ist, beispielsweise über einen Riemenantrieb, und fähig ist, Leistung von der Brennkraftmaschine aufzunehmen.
  • Sogenannte Hybrid-Antriebe umfassen neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine, welche Leistung aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
  • Im Gegensatz zu der Lichtmaschine ist die Elektromaschine des Hybrid-Antriebs nicht untrennbar, d. h. dauerhaft antriebsverbunden mit der Brennkraftmaschine, sondern vielmehr antriebsverbindbar, d. h. bei Bedarf mit der Brennkraftmaschine verbindbar bzw. von der Brennkraftmaschine zu trennen.
  • Ein Konzept aus dem Stand der Technik sieht vor, die Elektromaschine des Hybrid-Antriebs zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe anzuordnen und zwischen der Elektromaschine und der Brennkraftmaschine eine Kupplung vorzusehen, die bei Bedarf geöffnet bzw. geschlossen wird. Die herkömmliche Anfahrkupplung ist dabei zwischen dem Getriebe und der Elektromaschine angeordnet.
  • Wird die Elektromaschine als Hilfsantrieb verwendet, um zusätzlich Leistung an die Brennkraftmaschine abzugeben, wird die Kupplung zur Brennkraftmaschine geschlossen. Zur Energierückgewinnung wird diese Kupplung geöffnet, um die Elektromaschine von der Brennkraftmaschine zu trennen, wobei die Elektromaschine über die Räder des Fahrzeuges und via Antriebsstrang und Getriebe infolge der Fahrzeugbewegung und Fahrzeugträgheit angetrieben wird und als Generator Leistung aufnimmt. Die Elektromaschine nimmt dabei die Leistung nicht von der Brennkraftmaschine auf. Vielmehr ist die Elektromaschine von der Brennkraftmaschine getrennt, damit die Ladungswechselverluste einer im Schleppbetrieb bzw. Schubbetreib befindlichen Brennkraftmaschine den Wirkungsgrad der Energierückgewinnung nicht schmälern.
  • Das Vorsehen einer zusätzlichen Kupplung zwischen der Elektromaschine und der Brennkraftmaschine ist eine sehr kostenintensive Maßnahme, weshalb nach dem Stand der Technik diese Kupplung häufig weggelassen wird. Das Ergebnis sind Hybrid-Antriebe, bei denen die Elektromaschine des Hybrid-Antriebs untrennbar, d. h. dauerhaft antriebverbunden ist mit der Brennkraftmaschine. Diese Konzepte sind zwar kostengünstig, haben aber einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad bei der Energierückgewinnung, da auch in diesem Betriebsmodus die Elektromaschine kinematisch mechanisch untrennbar mit der Brennkraftmaschine verbunden ist und die Ladungswechselverluste der dann im Schleppbetrieb bzw. Schubbetreib befindlichen Brennkraftmaschine den Wirkungsgrad der Energierückgewinnung schmälern.
  • Die vorstehend beschriebenen technischen Zusammenhänge machen deutlich, dass Verfahren erforderlich sind, mit denen Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art, die mit einer Elektromaschine ausgestattet sind, im Schubbetrieb effektiver betrieben werden können. Die Zielsetzung derartiger Verfahren sollte sein, den Wirkungsgrad der Energierückgewinnung zu optimieren bzw. im Vergleich zum Stand der Technik zu erhöhen.
  • Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem ein optimierter Betrieb der Elektromaschine insbesondere im Rahmen der Energierückgewinnung ermöglicht wird.
  • Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
  • Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der
    • – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,
    • – jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem anschließt,
    • – mindestens eine Rückführleitung vorgesehen ist, die zwecks Abgasrückführung vom Abgasabführsystem abzweigt und unter Ausbildung eines Knotenpunktes in das Ansaugsystem einmündet, wobei ein Stellelement in der Rückführleitung und ein Absperrelement stromaufwärts des Knotenpunktes im Ansaugsystem vorgesehen ist, und
    • – eine Elektromaschine vorgesehen ist, die mit der Brennkraftmaschine kinematisch mechanisch untrennbar antriebsverbunden ist und fähig ist, Leistung von der Brennkraftmaschine aufzunehmen,
    das dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • – im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine das Absperrelement in die Schließstellung überführt wird und das Stellelement geöffnet wird, um die Ladungswechselverluste und damit die Reibleistung der Brennkraftmaschine mittels Abgasrückführung zu mindern und den Wirkungsgrad der Energierückgewinnung mittels Elektromaschine zu erhöhen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Ladungswechselverluste der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb dadurch vermindert, dass Abgas via Rückführleitung von der Auslassseite auf die Einlassseite zurückgeführt und den im Schleppbetrieb betriebenen Zylindern zugeführt wird.
  • Die abgeschalteten im Schleppbetrieb befindlichen Zylinder nehmen zwar weiter am Ladungswechsel teil. Die Rückführleitung sorgt aber quasi als Kurzschlussleitung für einen gewissen Druckausgleich zwischen der Einlassseite und der Auslassseite, wobei die Ladungswechselverluste durch die geänderten Druckverhältnisse vermindert bzw. minimiert werden. Die verminderten Ladungswechselverluste führen zu einer geringeren Reibleistung der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb und damit zu einem höheren Wirkungsgrad im Rahmen der Energierückgewinnung mittels Elektromaschine.
  • Die zusätzliche Kupplung, die gemäß dem Stand der Technik vorgesehen wird, um die Elektromaschine von der Brennkraftmaschine im Rahmen der Energierückgewinnung zu trennen und die Ladungswechselverluste zu eliminieren, entfällt und mit dieser Kupplung auch die Kosten.
  • Die Ladungswechselverluste mit Hilfe von schaltbaren bzw. variablen Ventiltrieben zu reduzieren ist vorliegend nicht zielführend, da schaltbare Ventiltriebe wie variable Ventiltriebe sehr kostenintensiv sind und der Einsatz derartiger Ventiltriebe den durch den Wegfall der zusätzlichen Kupplung erzielten Kostenvorteil wieder zunichtemachen würde.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt, mit dem ein optimierter Betrieb der Elektromaschine insbesondere im Rahmen der Energierückgewinnung ermöglicht wird.
  • Dadurch, dass im Schubbetrieb heißes Abgas durch die Zylinder geleitet wird, können die Zylinder nicht abkühlen. Vorteile hat dies insbesondere hinsichtlich der Schadstoffemissionen, insbesondere hinsichtlich der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, da die nicht befeuerten Zylinder unmittelbar nach Beendigung des Schubbetriebs wieder ihre Betriebstemperatur erreichen bzw. aufweisen.
  • Weitere vorteilhafte Verfahrensvarianten gemäß den Unteransprüchen werden im Folgenden erläutert.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen mittels Stellelement der Druck im Ansaugsystem stromaufwärts des mindestens einen Zylinders in der Art eingestellt wird, dass die Ladungswechselverluste weitestgehend gemindert werden. Je geringer die Ladungswechselverluste ausfallen desto höher ist der Wirkungsgrad im Rahmen der Energierückgewinnung mittels Elektromaschine.
  • In der Praxis hat sich gezeigt, dass ein vollständiger Druckausgleich zwischen der Einlassseite und der Auslassseite nicht zielführend ist bei der Reduzierung der Ladungswechselverluste, sondern vielmehr ein leichter Unterdruck.
  • Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen mittels Stellelement ein Unterdruck im Ansaugsystem stromaufwärts des mindestens einen Zylinders eingestellt wird.
  • Als vorteilhaft haben sich in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens erwiesen, bei denen ein Unterdruck pintake im Ansaugsystem eingestellt wird mit: 0.6bar < pintake < 0.9bar.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ein Unterdruck pintake im Ansaugsystem eingestellt wird mit: 0.65bar < pintake < 0.85bar.
  • Vorteilhaft sind dabei auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ein Unterdruck pintake im Ansaugsystem eingestellt wird mit: 0.7bar < pintake < 0.8bar.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Elektromaschine ein Generator zur Leistungsaufnahme verwendet wird.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Generator zur Leistungsaufnahme eine Lichtmaschine verwendet wird.
  • Eine Lichtmaschine ist, wie eingangs bereits erwähnt, ein für den Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeuges erforderliches Nebenaggregat. Insofern ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren für die Optimierung des Betriebs dieses obligatorisch bei Brennkraftmaschinen vorgesehenen Nebenaggregats zu nutzen und zur Anwendung zu bringen.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen eine Elektromaschine verwendet wird, die fähig ist, als Hilfsantrieb zusätzlich Leistung an die Brennkraftmaschine abzugeben.
  • Eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Elektromaschine bildet einen Hybrid-Antrieb, wobei vorliegend die Elektromaschine untrennbar, d. h. dauerhaft antriebverbunden ist mit der Brennkraftmaschine.
  • Die Elektromaschine kann nicht nur als Generator fungieren und Leistung von der Brennkraftmaschine aufnehmen, sondern auch als Elektromotor betrieben werden und zusätzlich Leistung an die Brennkraftmaschine abgeben.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Elektromaschine bei abgeschalteter Brennkraftmaschine als Antrieb verwendet wird. Dann dient die Elektromaschine nicht nur als Hilfsantrieb, der zusätzlich Leistung abgibt. Vielmehr ersetzt die Elektromaschine als Elektromotor die Brennkraftmaschine als Antrieb vollständig.
  • Die zweite Teilaufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens einer vorstehend genannten Art bereitzustellen, wird gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der
    • – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,
    • – jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem anschließt, und
    • – mindestens eine Rückführleitung vorgesehen ist, die zwecks Abgasrückführung vom Abgasabführsystem abzweigt und unter Ausbildung eines Knotenpunktes in das Ansaugsystem einmündet, wobei ein Stellelement in der Rückführleitung und ein Absperrelement stromaufwärts des Knotenpunktes im Ansaugsystem vorgesehen ist,
    und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • – eine Elektromaschine vorgesehen ist, die mit der Brennkraftmaschine kinematisch mechanisch untrennbar antriebsverbunden ist und fähig ist, Leistung von der Brennkraftmaschine aufzunehmen.
  • Das bereits für das erfindungsgemäße Verfahren Gesagte gilt auch für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich des Verfahrens gemachten Ausführungen.
  • Dadurch, dass die Elektromaschine erfindungsgemäß kinematisch mechanisch untrennbar mit der Brennkraftmaschine antriebsverbunden ist, d. h. auf eine Trennung, beispielsweise mittels Kupplung, verzichtet wird, kann die Elektromaschine an jeder beliebigen und damit an einer geeigneten Stelle mit der Brennkraftmaschine verbunden werden.
  • Die verschiedenen Verfahrensvarianten erfordern teils unterschiedliche Brennkraftmaschinen.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Elektromaschine eine Lichtmaschine ist, die eine Betriebsspannung von 48Volt hat. Die zunehmenden Anforderungen an das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges könnten es zukünftig erforderlich machen, Lichtmaschinen mit einer Betriebsspannung von 48Volt anstatt wie bisher mit 12Volt vorzusehen. So sind die Komfortansprüche deutlich gestiegen und aktive steuerbare Fahrwerke erhöhen den Bedarf an elektrischer Energie erheblich. Auch gesetzliche Vorschriften, wie beispielsweise das Erfordernis einer On-Board-Diagnose spezifischer Schadstoffemissionen bzw. spezifischer Schadstoffkomponenten zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit von Abgasnachbehandlungssystemen, könnten zu einem erhöhten Verbrauch elektrischer Energie führen. Die Erwärmung des Motoröls bzw. einzelner Abgasnachbehandlungssysteme vor einem Kaltstart bzw. im Rahmen der Warmlaufphase könnte den Einsatz elektrischer Energie erforderlich machen.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Elektromaschine fähig ist, als Hilfsantrieb zusätzlich Leistung an die Brennkraftmaschine abzugeben.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein zusätzlicher Akkumulator vorgesehen ist, welcher zur Unterstützung der Elektromaschine bei der Leistungsabgabe und/oder der Leistungsaufnahme verwendbar ist.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Absperrelement im Ansaugsystem eine Drosselklappe ist.
  • Handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um einen Ottomotor, bei dem die Laststeuerung im Rahmen einer sogenannten Quantitätsregelung mittels einer im Ansaugsystem vorgesehenen Drosselklappe erfolgt, nämlich durch Verstellen der Drosselklappe der Druck der angesaugten Luft hinter der Drosselklappe und damit die Luftmasse eingestellt werden, ist es vorteilhaft, diese Drosselklappe auch als Absperrelement zu verwenden, so dass kein zusätzliches Absperrelement vorgesehen werden muss.
  • Aber auch bei Dieselmotoren kann eine Drosselklappe im Ansaugsystem vorgesehen sein, beispielsweise zur Rußbegrenzung, die dann vorteilhafterweise als Absperrelement eingesetzt wird.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Abgasleitungen eine Gesamtabgasleitung bilden und die Ansaugleitungen eine Gesamtansaugleitung bilden und die Rückführleitung von der Gesamtabgasleitung abzweigt und in die Gesamtansaugleitung einmündet. Andere Ausführungsformen könnten mehrere Rückführleitungen erforderlich machen bzw. eine sich verästelnde Rückführleitung mit Abzweigungen zu den einzelnen Abgasleitungen bzw. Ansaugleitungen der Zylinder.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Kondensator vorgesehen ist, welcher zur Unterstützung der Elektromaschine bei der Leistungsabgabe und/oder der Leistungsaufnahme verwendbar ist.
  • Der Kondensator speichert die Energie in Form von getrennten elektrischen Ladungen und zeichnet sich durch die Möglichkeit einer schnellen Entladung aus, d. h. durch die Fähigkeit, schnell große Mengen an Energie bereitstellen zu können.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
  • 1 schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
  • 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine 10. Es handelt sich um einen Vier-Zylinder-Reihenmotor 10, bei dem die vier Zylinder 1, 2, 3, 4 entlang der Längsachse des Zylinderkopfes, d. h. in Reihe, angeordnet sind.
  • Jeder Zylinder 1, 2, 3, 4 verfügt über eine Ansaugleitung 5a zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem 5 und eine Abgasleitung 6a zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem 6. Die Abgasleitungen 6a führen zu einer Gesamtabgasleitung 6b zusammen und die Ansaugleitungen 5a bilden eine Gesamtansaugleitung 5d aus.
  • Eine Elektromaschine 8 ist vorgesehen, die mit der Brennkraftmaschine 10 kinematisch mechanisch untrennbar antriebsverbunden ist, wozu eine mechanische Verbindung 9 dient. Die Elektromaschine 8 ist fähig, Leistung von der Brennkraftmaschine 10 aufzunehmen oder als Hilfsantrieb zusätzlich Leistung an die Brennkraftmaschine 10 abzugeben.
  • Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einer Abgasrückführung 7 ausgestattet. Hierzu zweigen Rückführleitungen 7a aus dem Abgasabführsystem 6, vorliegend den Abgasleitungen 6a der einzelnen Zylinder 1, 2, 3, 4, ab und münden unter Ausbildung von Knotenpunkten 7c in die Ansaugleitungen 5a der Zylinder 1, 2, 3, 4 und damit in das Ansaugsystem 5.
  • Stromaufwärts der Knotenpunkte 7c ist ein Absperrelement 5b in der Gesamtansaugleitung 5d des Ansaugsystems 5 vorgesehen, welches in der Schließstellung die Zufuhr von Frischluft zu den Zylindern 1, 2, 3, 4 unterbindet. Ein im Abgasrückführsystem 7 vorgesehenes Stellelement 7b dient der Einstellung der zurückgeführten Abgasmenge und insbesondere der Einstellung des Unterdrucks pintake im Ansaugsystem 5 stromabwärts des Absperrelementes 5b im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 10.
  • Im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 10 wird die als Absperrelement 5b dienende Drosselklappe 5c in die Schließstellung überführt und das in der Rückführleitung 7a angeordnete Stellelement 7b zwecks Abgasrückführung geöffnet, um die Ladungswechselverluste und damit die Reibleistung der Brennkraftmaschine 10 zu mindern und den Wirkungsgrad der Energierückgewinnung mittels Elektromaschine 8 zu erhöhen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erster Zylinder
    2
    zweiter Zylinder
    3
    dritter Zylinder
    4
    vierter Zylinder
    5
    Ansaugsystem
    5a
    Ansaugleitung eines Zylinders
    5b
    Absperrelement
    5c
    Drosselklappe
    5d
    Gesamtansaugleitung
    6
    Abgasabführsystem
    6a
    Abgasleitung eines Zylinders
    6b
    Gesamtabgasleitung
    7
    Abgasrückführsystem
    7a
    Rückführleitung
    7b
    Stellelement
    7c
    Knotenpunkt
    8
    Elektromaschine
    9
    mechanische Verbindung
    10
    Brennkraftmaschine, Vier-Zylinder-Reihenmotor
    pintake
    Unterdruck im Ansaugsystem

Claims (16)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Zylinder (1, 2, 3, 4), bei der – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung (6a) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (6) anschließt, – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung (5a) zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem (5) anschließt, – mindestens eine Rückführleitung (7a) vorgesehen ist, die zwecks Abgasrückführung (7) vom Abgasabführsystem (6) abzweigt und unter Ausbildung eines Knotenpunktes (7c) in das Ansaugsystem (5) einmündet, wobei ein Stellelement (7b) in der Rückführleitung (7a) und ein Absperrelement (5b) stromaufwärts des Knotenpunktes (7c) im Ansaugsystem (5) vorgesehen ist, und – eine Elektromaschine (8) vorgesehen ist, die mit der Brennkraftmaschine (10) kinematisch mechanisch untrennbar antriebsverbunden ist und fähig ist, Leistung von der Brennkraftmaschine (10) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass – im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine (10) das Absperrelement (5b) in die Schließstellung überführt wird und das Stellelement (7b) geöffnet wird, um die Ladungswechselverluste und damit die Reibleistung der Brennkraftmaschine (10) mittels Abgasrückführung (7) zu mindern und den Wirkungsgrad der Energierückgewinnung mittels Elektromaschine (8) zu erhöhen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Stellelement (7b) der Druck im Ansaugsystem (5) stromaufwärts des mindestens einen Zylinders (1, 2, 3, 4) in der Art eingestellt wird, dass die Ladungswechselverluste weitestgehend gemindert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Stellelement (7b) ein Unterdruck im Ansaugsystem (5) stromaufwärts des mindestens einen Zylinders (1, 2, 3, 4) eingestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterdruck pintake im Ansaugsystem (5) eingestellt wird mit: 0.6bar < pintake < 0.9bar.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterdruck pintake im Ansaugsystem (5) eingestellt wird mit: 0.65bar < pintake < 0.85bar.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterdruck pintake im Ansaugsystem (5) eingestellt wird mit: 0.7bar < pintake < 0.8bar.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektromaschine (8) ein Generator zur Leistungsaufnahme verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Generator zur Leistungsaufnahme eine Lichtmaschine verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektromaschine (8) verwendet wird, die fähig ist, als Hilfsantrieb zusätzlich Leistung an die Brennkraftmaschine (10) abzugeben.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (8) bei abgeschalteter Brennkraftmaschine (10) als Antrieb verwendet wird.
  11. Brennkraftmaschine (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einem Zylinder (1, 2, 3, 4), bei der – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung (6a) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (6) anschließt, – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung (5a) zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem (5) anschließt, und – mindestens eine Rückführleitung (7a) vorgesehen ist, die zwecks Abgasrückführung (7) vom Abgasabführsystem (6) abzweigt und unter Ausbildung eines Knotenpunktes (7c) in das Ansaugsystem (5) einmündet, wobei ein Stellelement (7b) in der Rückführleitung (7a) und ein Absperrelement (5b) stromaufwärts des Knotenpunktes (7c) im Ansaugsystem (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Elektromaschine (8) vorgesehen ist, die mit der Brennkraftmaschine (10) kinematisch mechanisch untrennbar antriebsverbunden ist und fähig ist, Leistung von der Brennkraftmaschine (10) aufzunehmen.
  12. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (8) eine Lichtmaschine ist, die eine Betriebsspannung von 48Volt hat.
  13. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (8) fähig ist, als Hilfsantrieb zusätzlich Leistung an die Brennkraftmaschine (10) abzugeben.
  14. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Akkumulator vorgesehen ist, welcher zur Unterstützung der Elektromaschine (8) bei der Leistungsabgabe und/oder der Leistungsaufnahme verwendbar ist.
  15. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (5b) im Ansaugsystem (5) eine Drosselklappe (5c) ist.
  16. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitungen (6a) eine Gesamtabgasleitung (6b) bilden und die Ansaugleitungen (5a) eine Gesamtansaugleitung (5d) bilden und die Rückführleitung (7a) von der Gesamtabgasleitung (6b) abzweigt und in die Gesamtansaugleitung (5d) einmündet.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3072764A1 (de) * 2015-03-26 2016-09-28 MAN Truck & Bus AG Betriebsverfahren für einen segelbetrieb bei einem hybridfahrzeug

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