-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versorgung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsluftstrom und zur Ableitung eines Abgasstromes von der Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens einen Frischluftkanal zur Führung des Verbrennungsluftstromes, wenigstens einen Abgaskanal zur Führung des Abgasstromes, wenigstens einen Abgasturbolader mit einem in dem wenigstens einen Frischluftkanal angeordneten Verdichter und mit einer in dem wenigstens einen Abgaskanal angeordneten Turbine, wenigstens eine Niederdruckabgasrückführung mit wenigstens einem stromaufwärts des Verdichters in den wenigstens einen Frischluftkanal mündenden Rückführungskanal zur Führung eines Abgasrückführungsstroms, wenigstens ein stromaufwärts einer Mündung des wenigstens Rückführungskanals in dem wenigstens einen Frischluftkanal angeordnetes einstellbares Drosselorgan zur Drosselung eines Frischluftstroms durch den wenigstens einen Frischluftkanal.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Versorgung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsluftstrom und zur Ableitung eines Abgasstromes von der Brennkraftmaschine, bei dem eine Durchflussmasse eines Frischluftstroms in einem Frischluftkanal mit einem Drosselorgan eingestellt wird und der Frischluftstrom mit einem Abgasrückführungsstrom aus einem Rückführungskanal der Brennkraftmaschine zu einem Verbrennungsluftstrom vermischt wird, der Verbrennungsluftstrom einem Verdichter eines Turboladers zugeführt und verdichtet wird, der verdichtete Verbrennungsluftstrom wenigstens einem Zylinder der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführt wird, wenigstens ein Teil des Abgasstroms der Brennkraftmaschine einer Turbine des Turboladers zum Antreiben des Verdichters zugeführt wird, wenigstens ein Teil des Abgasstroms stromabwärts der Turbine in den Rückführungskanal abgezweigt wird und als Abgasrückführungsstrom dem Frischluftkanal zugeführt wird.
-
Stand der Technik
-
Aus der
DE 20 2007 005 986 U1 ist eine Anordnung zur Versorgung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsluftstrom und zur Ableitung eines Abgasstromes von dem Verbrennungsmotor bekannt. Die Anordnung umfasst einen Frischluftkanal zur Führung des Verbrennungsluftstromes, einen Abgaskanal zur Führung des Abgasstromes, einen Abgasturbolader mit einem im Frischluftkanal angeordneten Verdichter und mit einer im Abgaskanal angeordneten Turbine. Ferner umfasst die Anordnung eine Niederdruckabgasrückführung mit einem stromauf des Verdichters in den Frischluftkanal mündenden Rückführungskanal zur Rückführung eines Abgasrückführungsstroms. In dem Hauptluftkanal des Frischluftkanals ist eine Steuereinrichtung angeordnet, mittels derer ein Hauptluftstrom im Hauptluftkanal betragsmäßig gesteuert beziehungsweise geregelt werden kann.
-
Aus der
US 8 646 271 B2 ist eine Kontrolleinrichtung für eine Abgasrückführung bekannt, welche ein Niederdruck- und ein Hochdruckabgasrückführsystem umfasst.
-
in der
DE 29 08 386 A1 ist eine Einrichtung zum Regeln eines Mengenverhältnisses zwischen Luft, Abgas und Kraftstoff beschrieben, wobei ein Drosselorgan für das Zumischen von Abgas von einem pneumatischen Stellmotor betätigt wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, bei der/dem eine Verbrennung insbesondere im Hinblick auf eine Schadstoffemission verbessert werden kann. Insbesondere soll die Drosselung des Frischluftstroms besser und einfacher gesteuert und/oder geregelt werden können. Ferner soll die Vorrichtung einfach und möglichst platzsparend realisierbar sein.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß wird also ein Druck an der Mündung des wenigstens einen Rückführungskanals in den Frischluftkanal verwendet, um das Drosselorgan zu steuern und/oder zu regeln. Es ist ein Druckabnehmer zum Abnehmen des Drucks mit dem wenigstens einen Rückführungskanal verbunden. Der Druckabnehmer ist geeignet, um den Druck in dem wenigstens einen Rückführungskanal oder eine für den Druck charakteristische Größe zu erfassen. Zusätzlich ist der Druckabnehmer geeignet, den Druck oder die für den Druck charakteristische Größe auf elektrischem, pneumatischem und/oder mechanischem Weg zur Weiterverarbeitung an ein weiteres Bauteil zu übermitteln. Die Drosselung des Frischluftstroms in dem wenigstens einen Rückführungskanal kann mittels dem Drosselorgan abhängig von dem Druck oder der entsprechenden charakteristischen Größe erfolgen. Das Drosselorgan kann direkt, platz- und bauteilsparend mit dem Druckabnehmer verbunden sein. Eine zusätzliche Datenverarbeitung, insbesondere mittels einer Motorsteuereinheit der Brennkraftmaschine, ist so nicht erforderlich. Vorteilhafterweise ist zusätzlich ein Referenzdruckabnehmer zum Abnehmen eines Drucks im Frischluftkanal stromaufwärts der Mündung des wenigstens einen Rückführungskanals steuer- und/oder regelbar mit dem Drosselorgan verbunden. Auf diese Weise kann eine Druckdifferenz zwischen dem Druck im Frischluftkanal und dem Druck im Rückführungskanal zur Steuerung und/oder Regelung des Drosselorgans verwendet werden. So kann mit dem Drosselorgan mithilfe der Drosselung unter vorgebbaren Bedingungen ein Spülgefälle der Abgasrückführung auf der Niederdruckseite vergrößert werden. Durch die Vergrößerung des Spülgefälles kann die Abgasrückführung und damit die Verbrennung insbesondere im Hinblick auf eine Schadstoffemission verbessert werden. Auf diese Weise kann die Emission insbesondere von Stickoxiden vermindert werden. Die Drosselung kann einfach abhängig vom Zustand des Turboladers erfolgen. Je schneller die Turbine des Turboladers und damit der Verdichter angetrieben wird, desto größer wird ein Unterdruck im Frischluftkanal stromaufwärts der Mündung des Rückführungskanals. Die Drosselung des Frischluftstroms kann vorteilhafterweise proportional zu einem Druckunterschied zwischen dem Druck in dem Rückführungskanal und dem Druck in dem Frischluftkanal erfolgen. Je größer der Druckunterschied ist, desto stärker kann der Frischluftstrom gedrosselt werden. Dadurch kann der Unterdruck im Frischluftkanal stromaufwärts der Mündung und damit der Druckunterschied zwischen dem Druck in dem wenigstens einen Rückführungskanal und dem Druck in dem wenigstens einen Frischluftkanal weiter vergrößert werden. Auf diese Weise kann ein verstärkender Effekt erreicht werden.
-
Der Druckabnehmer weist eine Steuerleitung auf, welche den wenigstens einen Rückführungskanal drucktechnisch mit einer Schaltdruckkammer eines Druckaktuators, insbesondere einer Unterdruckdose oder einer Überdruckdose, verbindet, mit dem das Drosselorgan betätigbar verbunden ist. Die Steuerleitung kann vorteilhafterweise eine Fluidleitung sein. Der Druckaktuator kann so über die Steuerleitung mit dem Druck beaufschlagt werden, welcher im Bereich einer Abnahmestelle für den Druck in dem wenigstens einen Rückführungskanal herrscht. Mit dem herrschenden Druck kann der Druckaktuator einfach mechanisch betätigt werden. Die durch den Druck hervorgerufene Betätigungskraft kann direkt an das Drosselorgan übermittelt werden. Eine Stellenergie zur Betätigung des Drosselorgans kann so direkt von dem im Rückführungskanal herrschenden Druck abgeleitet werden. Somit wird für die Betätigung des Drosselorgans kein separater Aktuator, insbesondere kein elektronischer oder pneumatischer Steller, benötigt, für dessen Betätigung eine separate Energiequelle erforderlich ist.
-
Die Referenzdruckkammer des Druckaktuators ist stromaufwärts der Mündung des wenigstens einen Rückführungskanals, insbesondere im Bereich des Drosselorgans, drucktechnisch mit dem Frischluftkanal verbunden. Auf diese Weise kann einfach der Druckaktuator mittels des Unterschieds zwischen dem an der Abnahmestelle im Rückführungskanal herrschenden Druck, welcher in der Schaltdruckkammer anliegt, und dem in dem Frischluftkanal herrschenden Druck, welcher in der Referenzdruckkammer anliegt, gesteuert und/oder geregelt werden. So kann einfach ein Regelkreis realisiert werden. Unterdruckdosen und Überdruckdosen haben den Vorteil, dass eine Membran, die die Schaltdruckkammer von der Referenzdruckkammer trennt, einfach mechanisch mit dem Drosselorgan verbunden werden kann. Vorteilhafterweise kann die Membran mit einer Drosselklappe des Drosselorgans verbunden sein. Ein Ausschlag der Membran, welcher durch einen Druckunterschied zwischen der Schaltdruckkammer und der Referenzdruckkammer hervorgerufen werden kann, kann direkt an das Drosselorgan übermittelt werden. Ein Druckverlust im Frischluftkanal an der Mündung des wenigstens einen Rückführungskanals kann verwendet werden, um das Drosselorgan zu steuern und/oder zu regeln.
-
In dem wenigstens einen Rückführungskanal ist wenigstens ein Abgasrückführungsventil angeordnet und der wenigstens eine Druckabnehmer ist strömungstechnisch zwischen dem Abgasrückführungsventil und der Mündung in den wenigstens einen Frischluftkanal mit dem wenigstens einen Rückführungskanal verbunden. Mit dem Abgasrückführungsventil kann der Abgasrückführungsstrom durch den Rückführungskanal eingestellt werden. Mit dem Druckabnehmer kann der in dem Rückführungskanal zwischen dem Abgasrückführungsventil und der Mündung herrschende Druck zur Steuerung und/oder Regelung des Drosselorgans verwendet werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Drosselorgan eine steuer- und/oder regelbare Ansaugluftdrossel aufweisen. Eine Ansaugluftdrossel kann einfach aufgebaut sein. Sie kann einfach in dem Frischluftkanal angeordnet sein. Mit einer Ansaugluftdrossel kann eine Masse des Frischluftstroms durch den Frischluftkanal einfach und präzise eingestellt werden.
-
Vorteilhafterweise kann in dem wenigstens einen Frischluftkanal ein Mischer angeordnet sein, in den der wenigstens eine Rückführungskanal münden kann und mit dem der Abgasrückführungsstroms mit einem Frischluftstrom gemischt werden kann. Der Mischer kann sozusagen als Mündung des Rückführungskanals in den Frischluftkanal dienen. Mit dem Mischer kann einfach eine Mischung des zugeführten Abgasrückstroms mit dem Frischluftstrom verbessert werden. Auf diese Weise kann die Verbrennung insbesondere in Hinblick auf die Schadstoffemission verbessert werden. Der Mischer kann einen Druckverlust in dem Frischluftkanal erzeugen.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch das Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst. So kann mit dem Drosselorgan mithilfe der Drosselung unter vorgebbaren Bedingungen ein Spülgefälle der Abgasrückführung auf der Niederdruckseite erhöht werden. Durch die Erhöhung der Spülgefälles kann die Abgasrückführung und damit die Verbrennung insbesondere in Hinblick auf die Schadstoffemission verbessert werden. Auf diese Weise kann die Emission insbesondere von Stickoxiden vermindert werden. Durch die von einer Differenz des in dem Rückführungskanal herrschenden Drucks und eines in dem Frischluftkanal vor der Mischung herrschenden Drucks abhängige Drosselung kann einfach die Durchflussmasse des Frischluftstroms geregelt werden. So kann vorteilhafterweise eine progressive Drosselung des Frischluftstroms realisiert werden.
-
Die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgezeigten Merkmale und Vorteile gelten für das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch die einzige
-
1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Turbolader und einer Abgasrückführung.
-
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
In der einzigen 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine 10 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einer Vorrichtung 12 zur Versorgung mit einem Verbrennungsluftstrom 14 und zur Ableitung eines Abgasstroms 16 versehen. Die Vorrichtung 12 umfasst einen Frischluftkanal 18, einen Abgaskanal 20, einen Abgasturbolader 22 sowie eine Niederdruck-Abgasrückführung 24 mit einem Rückführungskanal 26. Ferner umfasst die Vorrichtung 12 optional eine Hochdruck-Abgasrückführung 28 mit einem Hochdruck-Rückführungskanal 30, in dem ein hier nicht weiter interessierender Hochdruckwärmetauscher 32 zur Abkühlung des aus dem Abgaskanal 20 abgezweigten und dem Frischluftkanal 18 zugeführten Abgases angeordnet ist.
-
Der Abgasstrom 16 wird aus der Brennkraftmaschine 10 mittels eines Abgaskrümmers 34 gesammelt und über den Abgaskanal 20 abgeleitet. Der Verbrennungsluftstrom 14 für die Verbrennung von Dieselkraftstoff in der Brennkraftmaschine 10 wird durch den Frischluftkanal 18 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt. Hierbei tritt ein Frischluftstrom 48, der einen Teil des Verbrennungsluftstroms 14 ausmacht, eingangsseitig durch einen im Frischluftkanal 18 angeordneten Luftfilter 36 hindurch. Der Verbrennungsluftstrom 14 wird mittels eines Ansaugkrümmers 38 den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 10 zugeführt.
-
Der Abgasturbolader 22 weist einen im Frischluftkanal 18 angeordneten Verdichter 40, sowie eine im Abgaskanal 20 angeordnete Turbine 42 auf, wobei die vom im Abgaskanal 20 geführten Abgasstrom 16 angetriebene Turbine 42 ihrerseits den Verdichter 40 antreibt. Der Verdichter 40 erhöht den Ladedruck des hindurchtretenden Verbrennungsluftstroms 14. Stromabwärts des Verdichters 40 ist ferner in dem Frischluftkanal 18 ein Hochdruck-Drosselventil 44 angeordnet.
-
Zwischen dem Luftfilter 36 und dem Verdichter 40 ist in dem Frischluftkanal 18 ein Heißfilm-Luftmassenmesser 46 angeordnet. Mit dem Heißfilmmassenmesser 46 kann eine Durchflussmasse des Frischluftstroms 48 hinter dem Luftfilter 36 bestimmt und beispielsweise an ein nicht gezeigtes Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine 10 übermittelt werden. In Strömungsrichtung hinter dem Heißfilm-Luftmassenmesser 46 ist in dem Frischluftkanal 18 eine Ansaugluftdrossel 50 einer Drosseleinrichtung 51 der Vorrichtung 12 angeordnet, mit der der Frischluftstrom 48 im Frischluftkanal 18 gedrosselt werden kann. Stromabwärts der Ansaugluftdrossel 50 befindet sich im Frischluftkanal 18 ein Mischer 52 der Niederdruck-Abgasrückführung 24.
-
Die Niederdruck-Abgasrückführung 24 verfügt ferner über einen Abgasrückführungskühler 54 zur Kühlung eines Abgasrückführungsstroms 56, welcher in dem Rückführungskanal 26 angeordnet ist. Zwischen dem Abgasrückführungskühler 54 und einem Abgaseinlass 58 des Mischers 52 ist ein Abgasrückführungsventil 60 in dem Rückführungskanal 26 angeordnet. Der Mischer 52 verfügt also über eine Mündung des Rückführungskanals 26 in den Frischluftkanal 18. Mit dem Mischer 52 wird der Abgasrückführungsstroms 56 mit dem Frischluftstrom 48 vermischt. Der Mischer 52 bewirkt darüber hinaus einen Druckverlust in dem Frischluftkanal 18. Mit dem Abgasrückführungsventil 60 kann eine Durchflussmasse des Abgasrückführungsstroms 56 eingestellt werden.
-
Zwischen dem Abgasrückführungsventil 60 und dem Abgaseinlass 58 zweigt eine Drucksteuerleitung 62 der Drosseleinrichtung 51 von dem Rückführungskanal 26 ab. Eine Verbindungsöffnung zwischen der Drucksteuerleitung 62 und dem Rückführungskanal 26 definiert eine Abnahmestelle 64 für den im Rückführungskanal 26 herrschenden Druck. Die Drucksteuerleitung 62 und die Abnahmestelle 64 dienen also als Druckabnehmer zur Abnahme des in dem Rückführungskanal 26 herrschenden Drucks.
-
Das der Abnahmestelle 64 abgewandte Ende der Drucksteuerleitung 62 führt in eine Schaltdruckkammer 66 eines als Überdruckdose ausgelegten Druckaktuators 68 der Drosseleinrichtung 51. Die Schaltdruckkammer 66 ist über eine Membran 70 von einer Referenzdruckkammer 72 des Druckaktuators 68 getrennt. Die Referenzdruckkammer 72 ist drucktechnisch im Bereich der Ansaugluftdrossel 50 mit dem Frischluftkanal 18 verbunden, sodass in der Referenzdruckkammer 72 der Druck anliegt, welcher in dem Frischluftkanal 18 herrscht. Vorzugsweise ist die Referenzdruckkammer 72 drucktechnisch mit einem Bereich stromabwärts einer Drosselklappe 73 der Ansaugluftdrossel 50 mit dem Frischluftkanal 18 verbunden. Die Referenzdruckkammer 72 kann aber auch mit einem Bereich des Frischluftkanals 18 stromaufwärts der Drosselklappe 73 verbunden sein. Die Membran 70 ist mechanisch mit der Drosselklappe 73 der Ansaugluftdrossel 50 verbunden, derart, dass ein Ausschlag der Membran 70 die Drosselklappe 73 entsprechend öffnen oder schließen kann.
-
Stromabwärts der Turbine 42 sind in dem Abgaskanal 20 vor der Abzweigung des Rückführungskanals 26 ein Dieselpartikelfilter 74 zur Entfernung von Dieselpartikeln und nach der Abzweigung eine Abgasdrossel 76 angeordnet.
-
Über den Rückführungskanal 26 der Niederdruck-Abgasrückführung 24 wird bei bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 10 ein Abgasrückführungsstrom 56 vom Abgasstrom 16 abgezweigt und stromaufwärts des Verdichters 40 des Abgasturboladers 22 mithilfe des Mischers 52 dem Frischluftstrom 48 zugemischt. Die Mischung aus dem Abgasstrom 16 und dem Frischluftstrom 48 stromabwärts des Mischers 52 bildet den Verbrennungsluftstrom 14.
-
Mit dem Abgasrückführungsventil 60 kann dabei eine Durchflussmasse des Abgasrückführungsstroms 56 verändert werden. Ist das Abgasrückführungsventil 60 geschlossen, so ist ein Druck im Frischluftkanal 18 stromaufwärts des Mischers 52 abhängig vom Zustand des Abgasturboladers 22. Je schneller der Verdichter 40 angetrieben wird, desto größer wird der im Frischluftkanal 18 im Bereich der Ansaugluftdrossel 50 herrschende Unterdruck. Aufgrund des Unterdrucks wird die Membran 70 des Druckaktuators 68 entsprechend ausgelenkt, wodurch die Ansaugluftdrossel 50 weiter geschlossen wird. Je größer die Druckdifferenz ist zwischen dem Druck in der Schaltdruckkammer 66, also an der Abnahmestelle 64 des Rückführungskanals 26, und dem Druck in der Referenzdruckkammer 72, also in dem Frischluftkanal 18 stromaufwärts des Mischers 52, desto weiter wird die Ansaugluftdrossel 50 geschlossen. Hierdurch vergrößert sich der Unterdruck in dem Frischluftkanal 18 stromaufwärts des Mischers 52 weiter. Dies führt zu einem verstärkenden Effekt bezüglich der Drosselung des Frischluftstroms 48 mit der Ansaugluftdrossel 50. Mit der Drosseleinrichtung 51 wird so ein Regelsystem zur Regelung des Frischluftstroms 48 realisiert. Ein Spülgefälle der Abgasrückführung vor der Zumischung des Abgasrückführungsstroms 56 wird erhöht. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Druck im Rückführungskanal 26 an der Abnahmestelle 64 und dem Druck im Frischluftkanal 18 im Bereich der Ansaugluftdrossel 50.
-
Wird das Abgasrückführungsventil 60 teilweise oder ganz geöffnet, wird eine Differenz zwischen dem an der Abnahmestelle 64 in dem Rückführungskanal 26 herrschenden Druck und dem im Bereich der Ansaugluftdrossel 50 im Frischluftkanal 18 herrschenden Druck verändert. Dadurch verändert sich die Auslenkung der Membran 70 des Aktuators 68 und somit der Grad der Drosselung der Ansaugluftdrossel 50. Durch die Veränderung des Grades der Drosselung der Ansaugluftdrossel 50 wird andererseits der im Frischluftkanal 18 herrschende Druck verändert, was wiederum die Druckdifferenz zwischen der Schaltdruckkammer 66 und der Referenzdruckkammer 72 verändert. So wird die Auslenkung der Membran 70 und damit der Grad der Drosselung der Ansaugluftdrossel 50 geregelt.
-
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 12 zur Versorgung einer Brennkraftmaschine 10 mit einem Verbrennungsluftstrom 14 und zur Ableitung eines Abgasstroms 16 und eines Verfahrens zum betreiben einer solchen sind unter anderem folgende Modifikationen möglich:
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf eine Brennkraftmaschine 10 eines Kraftfahrzeugs. Vielmehr kann sie auch bei andersartigen Brennkraftmaschinen, beispielsweise Industriemotoren, eingesetzt werden. Anstelle eines Dieselmotors kann auch eine andersartige Brennkraftmaschine, beispielsweise ein Ottomotor, vorgesehen sein.
-
Falls die Brennkraftmaschine 10 nicht als Dieselmotor ausgelegt ist, kann auf den Dieselpartikelfilter 74 verzichtet werden.
-
Der Druckaktuator 68 kann statt als Überdruckdose auch als Unterdruckdose ausgelegt sein.
-
Anstatt des Heißfilm-Luftmassenmessers 46 kann auch ein andersartiger Sensor zur Bestimmung der Durchflussmasse des Frischluftstroms 48 vorgesehen sein.
-
Strömungstechnisch hinter dem Verdichter 40 kann in dem Frischluftkanal 18 auch ein Ladeluftkühler zum abkühlen des verdichteten Verbrennungsluftstroms 14 vorgesehen sein.
