-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung eines Systems zur Führung von Luft eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug. Das System ist mit einem zwischen einer Abgasleitung zum Entspannen des Abgases und einer Ansaugleitung zum Verdichten der Ansaugluft angeordneten Turbolader ausgebildet. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse, einen zwischen dem Verbrennungsmotor und einer Turbinenseite des Turboladers von der Abgasleitung abzweigenden Hochdruck-Strömungspfad mit einem Ventil, einen in Strömungsrichtung des Abgases nach der Turbinenseite des Turboladers abzweigenden Niederdruck-Strömungspfad mit einem Ventil, einen in Strömungsrichtung des angesaugten Luftmassenstroms vor einer Verdichterseite des Turboladers abzweigenden Strömungspfad sowie einen Abgas-Wärmeübertrager auf.
-
Aus dem Stand der Technik sind Systeme der Abgasrückführung von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen bekannt. Bei den gattungsgemäßen Systemen der Abgasrückführung wird der zum Verbrennungsmotor angesaugten Frischluft gekühltes oder ungekühltes Abgas zugemischt, um die gesetzlichen Richtlinien der Abgas/Emissionsvorschriften hinsichtlich der Stickoxide, aber auch der Emission von Kohlenwasserstoffen, von Partikeln beziehungsweise Kohlendioxid zu erfüllen beziehungsweise den Kraftstoffverbrauch zu verringern. Dabei wird aus der motorexternen Abgasstrecke Abgas entnommen und über die Mischung mit Frischluft der erneuten Verbrennung zugeführt.
-
Zur Steuerung eines den Turbolader durchströmenden Massenstroms des Abgases, das heißt der Turbinenseite des Turboladers, wird ein Bypassventil, auch als „Wastegate” bezeichnet, und zur Steuerung des den Turbolader durchströmenden Massenstroms der angesaugten Luft, das heißt der Verdichterseite des Turboladers, wird ein Schubumluftventil als Abblasventil oder Ablassventil, auch als „Blow-Off”-Ventil oder „Pop-Off”-Ventil bezeichnet, verwendet. Bei einem vorbestimmten Ladedruck wird das insbesondere als Klappenventil ausgebildete Bypassventil mittels eines auf der Verdichterseite des Turboladers angeordneten Aktuators geöffnet, sodass zumindest ein Anteil des Massenstroms des Abgases an der Turbine des Turboladers vorbei geleitet wird, um ein Ansteigen der Drehzahl der Turbine zu verhindern. Das Bypassventil wird dabei über eine Regelstange von einem elektrischen Aktuator oder von einer Druckdose gesteuert. Das insbesondere als Sitzventil ausgebildete und über eine Druckdifferenz oder elektrisch gesteuerte Schubumluftventil wird eingesetzt, um den Turbolader bei einem schlagartigen Absinken der Leistungsanforderung an den Motor und damit der schlagartigen Verringerung des Luftmassenstroms durch den Turbolader nicht zu schädigen.
-
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Systeme der Abgasrückführung, wie dieselmotorische Systeme sowie ottomotorische Systeme bekannt, wobei jeweils eine Abgasrückführung im Hochdruckbereich und/oder eine Abgasrückführung im Niederdruckbereich eingesetzt werden. Bei der Abgasrückführung im Niederdruckbereich wird zudem zwischen einer Entnahme des Abgases vor und nach der Abgasnachbehandlung, wie dem Katalysator, unterschieden. Ein System der Abgasrückführung kann dabei einen Abgas-Wärmeübertrager, meist als Sitz- beziehungsweise Tellerventil ausgebildete Ventile sowie Bypassstrecken mit meist als Klappenventil oder als Tellerventil, elektrisch oder als Druckdose ausgebildete Bypassventile aufweisen.
-
In 1 ist ein System 1' zur Führung von Luft eines Verbrennungsmotors 3 mit Anordnungen 2a', 2b' zur Rückführung von Abgas aus dem Stand der Technik dargestellt. Das System 1 weist eine Ansaugleitung 8 zum Ansaugen von Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor 3 auf. Durch die Ansaugleitung 8 wird über die Verdichterseite eines Turboladers 5 in Strömungsrichtung 9 Frischluft aus der Umgebung angesaugt. Die verdichtete Luft wird über einen Ladeluftkühler 10 zum Verbrennungsmotor 3 geleitet und auf die einzelnen Zylinder aufgeteilt. Das bei der Verbrennung erzeugte Abgas wird durch die Abgasleitung 4 über die Turbinenseite des Turboladers 5 abgeleitet. Die Turbinenseite und die Verdichterseite des Turboladers 5 sind, beispielsweise über eine Welle, mechanisch gekoppelt, sodass die Turbine den Verdichter antreibt und so der Luftdurchsatz erhöht beziehungsweise die Ansaugarbeit der Kolben des Verbrennungsmotors 3 vermindert werden. Der Turbolader 5 bezieht die Energie zur Verdichtung der angesaugten Luft folglich aus dem Restdruck der Abgase. Das Abgas wird in Strömungsrichtung 7 des Abgases nach dem Passieren der Turbinenseite des Turboladers 5 sowie Vorrichtungen 6a, 6b zur Nachbehandlung des Abgases in die Umgebung abgeleitet.
-
Die Abgasleitung 4 und die Ansaugleitung 8 sind über Anordnungen 2a', 2b' zur Rückführung von Abgas fluidtechnisch miteinander verbunden, wobei die erste Anordnung 2a' zur Abgasrückführung im Hochdruckbereich und die zweiten Anordnungen 2b' zur Abgasrückführung im Niederdruckbereich betreibbar sind. Die erste Anordnung 2a' verbindet die Abgasleitung 4 in Strömungsrichtung 7 des Massenstroms des Abgases vor der Turbinenseite des Turboladers 5 mit der Ansaugleitung 8 in Strömungsrichtung 9 des angesaugten Luftmassenstroms nach dem Ladeluftkühler 10 und damit nach der Verdichterseite des Turboladers 5. Die zweiten Anordnungen 2b' verbinden die Abgasleitung 4 in Strömungsrichtung 7 des Massenstroms des Abgases nach der Turbinenseite des Turboladers 5 mit der Ansaugleitung 8 in Strömungsrichtung 9 des angesaugten Luftmassenstroms vor der Verdichterseite des Turboladers 5. Die Anordnungen 2a', 2b sind jeweils aus einem Abgas-Wärmeübertrager 11a', 11b' zur Abgaskühlung und einem Ventil 14a', 14b' zur Regelung der Menge und damit der Dosierung des zurückgeführten Massenstroms des Abgases ausgebildet.
-
Eine der Anordnungen 2b' zur Rückführung von Abgas im Niederdruckbereich ermöglicht zudem die Rückführung von sauberem Abgas, da das Abgas in Strömungsrichtung 7 nach einer Vorrichtung 6a zur Nachbehandlung des Abgases entnommen wird.
-
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen der Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors 3 in einem Kraftfahrzeug werden sowohl bei der Abgasrückführung im Hochdruckbereich als auch bei Abgasrückführung im Niederdruckbereich Abgas-Wärmeübertrager 11a', 11b' und Ventile 14a', 14b' mit Aktuatoren sowie Bypässe 12a', 12b' mit Bypassventilen 13a', 13b' mit Aktuatoren eingesetzt. Zudem weisen die Turbolader 5 der herkömmlichen Systeme der Abgasrückführung ein „Wastegate”-Ventil und ein Schubumluftventil jeweils mit Aktuatoren auf.
-
Damit sind die bekannten, für die sechs verschiedenen Anwendungsoptionen – Abgasrückführung im Hochdruckbereich, Abgasrückführung im Niederdruckbereich, jeweils mit Bypässen sowie Turbolader mit „Wastegate”-Ventil und Schubumluftventil – ausgelegten Systeme der Abgasrückführung mit mindestens zehn verschiedenen Komponenten, das heißt zuzüglich jeweils mit den Abgas-Wärmeübertragern und den Bypassventilen, ausgebildet. Die getrennte Ausbildung der Komponenten hat eine erhöhte Anzahl von Bauteilen, einen erhöhten Bauraumbedarf, ein hohes Gewicht sowie erhöhte Herstellungskosten und Montagekosten zur Folge. Dabei sind sechs der zehn Komponenten Ventile, welche optional elektrisch angesteuert werden.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Abgasrückführung für ein System zur Führung von Luft eines Verbrennungsmotors. Die Vorrichtung soll eine einfache und kompakte Konstruktion aus einer minimalen Anzahl an Komponenten mit minimalem Platzbedarf und einem geringen Gewicht bei mindestens einer gleichen Anzahl an Anwendungsoptionen, wie aus dem Stand der Technik bekannt, aufweisen. Zudem sollen die Kosten für die Herstellung, Wartung und Montage der Vorrichtung minimal sein.
-
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung eines Systems zur Führung von Luft eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug gelöst. Das System ist mit einem zwischen einer Abgasleitung zum Entspannen des Abgases und einer Ansaugleitung zum Verdichten der Ansaugluft angeordneten Turbolader ausgebildet. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse, einen zwischen dem Verbrennungsmotor und einer Turbinenseite des Turboladers von der Abgasleitung abzweigenden Hochdruck-Strömungspfad mit einem Ventil, einen in Strömungsrichtung des Abgases nach der Turbinenseite des Turboladers abzweigenden Niederdruck-Strömungspfad mit einem Ventil, einen in Strömungsrichtung des angesaugten Luftmassenstroms vor einer Verdichterseite des Turboladers abzweigenden Strömungspfad sowie einen Abgas-Wärmeübertrager auf.
-
Nach der Konzeption der Erfindung sind ein erster Strömungspfad mit einem Ventil und ein zweiter Strömungspfad mit einem Ventil ausgebildet, welche mit dem in Strömungsrichtung des angesaugten Luftmassenstroms vor der Verdichterseite des Turboladers abzweigenden Strömungspfad in einen Mündungsbereich münden. Dabei sind zumindest jeweils ein Abschnitt des Hochdruck-Strömungspfades, des Niederdruck-Strömungspfades und der in den Mündungsbereich mündenden Strömungspfade sowie der Abgas-Wärmeübertrager innerhalb des Gehäuses integriert. Das Gehäuse ist zudem als eine zusammenhängende, kompakte Einheit ausgebildet.
-
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Ventil des Hochdruck-Strömungspfades und/oder das Ventil des Niederdruck-Strömungspfades und/oder die Ventile des ersten und/oder des zweiten Strömungspfades, welche in den Mündungsbereich münden, innerhalb des Gehäuses integriert.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse als einstückige Komponente ausgebildet. Das einstückige Gehäuse ist damit auch einteilig. Alternativ ist das Gehäuse mehrteilig ausgebildet und wird bei der Montage der Vorrichtung zu einer zusammenhängenden, kompakten Einheit verbunden.
-
Nach einer weiteren ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Abgas-Wärmeübertrager zwischen dem ersten Strömungspfad und dem zweiten Strömungspfad, die Strömungspfade verbindend, angeordnet. Dabei erstrecken sich der erste Strömungspfad vom Ventil des Hochdruck-Strömungspfades ausgehend und der zweite Strömungspfad vom Ventil des Niederdruck-Strömungspfades ausgehend bis zum Mündungsbereich der Strömungspfade. Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Abgas-Wärmeübertrager innerhalb des zweiten Strömungspfades angeordnet. Dabei münden der Hochdruck-Strömungspfad und der Niederdruck-Strömungspfad ineinander, der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad erstrecken sich zudem jeweils ausgehend von der Mündung des Hochdruck-Strömungspfades und des Niederdruck-Strömungspfades bis zum Mündungsbereich der Strömungspfade.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass ein dritter Strömungspfad ausgebildet ist, welcher in Strömungsrichtung des angesaugten Luftmassenstroms nach der Verdichterseite des Turboladers und von dem Mündungsbereich abzweigt, in welchen auch der in Strömungsrichtung des angesaugten Luftmassenstroms vor der Verdichterseite des Turboladers abzweigende Strömungspfad mündet. Der in Strömungsrichtung des angesaugten Luftmassenstroms vor der Verdichterseite des Turboladers abzweigende Strömungspfad wird im Weiteren auch als vierter Strömungspfad bezeichnet.
-
Der dritte Strömungspfad und der vierte Strömungspfad sind dabei jeweils mit einem Ventil ausgebildet, wobei der dritte Strömungspfad mit Ventil und der vierte Strömungspfad mit Ventil innerhalb des Gehäuses integriert sind.
-
Die Ventile des ersten, zweiten, dritten und vierten Strömungspfades sind bevorzugt jeweils als ein Klappenventil ausgebildet und innerhalb des Mündungsbereichs, insbesondere am Rand des Mündungsbereichs, der Strömungspfade angeordnet.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Ventil des ersten Strömungspfades und das Ventil des zweiten Strömungspfades mit einem gemeinsamen Aktuator zur gleichzeitigen und gemeinsamen Ansteuerung ausgebildet. Die Ventile des ersten und des zweiten Strömungspfades sind dabei bevorzugt jeweils als ein Drei-Wege-Ventil, insbesondere als ein Klappenventil ausgebildet, und innerhalb des Mündungsbereichs, insbesondere am Rand des Mündungsbereichs, der Strömungspfade angeordnet.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Ventil des Hochdruck-Strömungspfades und das Ventil des Niederdruck-Strömungspfades mit einem gemeinsamen Aktuator zur gleichzeitigen und gemeinsamen Ansteuerung ausgebildet. Das Ventil des Hochdruck-Strömungspfades und das Ventil des Niederdruck-Strömungspfades sind dabei bevorzugt jeweils als Tellerventil mit geradliniger Bewegung ausgebildet.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind das Ventil des dritten Strömungspfades und das Ventil des vierten Strömungspfades mit einem gemeinsamen Aktuator zur gleichzeitigen und gemeinsamen Ansteuerung ausgebildet. Die Ventile des dritten und des vierten Strömungspfades sind dabei bevorzugt jeweils als ein Drei-Wege-Ventil, insbesondere als ein Klappenventil ausgebildet, und innerhalb des Mündungsbereichs, insbesondere am Rand des Mündungsbereichs, der Strömungspfade angeordnet.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Ventile des ersten, zweiten, dritten und vierten Strömungspfades mit einem gemeinsamen Aktuator zur gleichzeitigen und gemeinsamen Ansteuerung ausgebildet. Dabei sind die Ventile des ersten, zweiten, dritten und vierten Strömungspfades vorteilhaft zusammengefasst als ein Vier-Wege-Ventil, insbesondere als ein Drehventil, ausgebildet, welches innerhalb des Mündungsbereichs der Strömungspfade angeordnet ist.
-
Das Gehäuse weist bevorzugt Kanäle zum Leiten eines Kühlmittels zum Kühlen von Komponenten der Vorrichtung, insbesondere zum Kühlen des Ventiles des Hochdruck-Strömungspfades, des Ventils des Niederdruck-Strömungspfades beziehungsweise der Ventile der in den Mündungsbereich mündenden ersten und zweiten Strömungspfade, auf. Bei einer Kühlung des Abgas-Wärmeübertragers mit einem Kühlmittel sind die im Gehäuse integrierten Kanäle zum Leiten des Kühlmittels vorteilhaft mit dem vom Kühlmittel beaufschlagten Volumen des Abgas-Wärmeübertragers fluidtechnisch verbunden.
-
Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung eines Systems zur Führung von Luft eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug gelöst. Die Vorrichtung wird dabei je nach Bedarf in einem der nachfolgenden Modi betrieben:
- – Entnahme von Abgas aus dem Hochdruckbereich und Zuführung des Abgases im Niederdruckbereich unter Abkühlung des Abgases oder
- – Entnahme von Abgas aus dem Hochdruckbereich und Zuführung des Abgases im Niederdruckbereich ohne Abkühlung des Abgases oder
- – Rückführung von Abgas im Niederdruckbereich unter Abkühlung des Abgases oder
- – Rückführung von Abgas im Niederdruckbereich ohne Abkühlung des Abgases oder
- – Frischluftstrom zur Abgasseite oder
- – Entnahme von Abgas aus dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich sowie Zuführung des Abgases im Niederdruckbereich ohne Abkühlung des Abgases oder
- – Entnahme von Abgas aus dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich sowie Zuführung des Abgases im Niederdruckbereich unter Abkühlung des Abgases aus dem Hochdruckbereich oder
- – Entnahme von Abgas aus dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich sowie Zuführung des Abgases im Niederdruckbereich unter Abkühlung des Abgases aus dem Niederdruckbereich.
-
Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung wird die Vorrichtung im Modus zum
- – Leiten des aus dem Verbrennungsmotor ausströmenden Abgases in einer „Waste-Gate”-Funktion in einem Bypass um die Turbinenseite des Turboladers herum
betrieben.
-
Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung wird die Vorrichtung je nach Bedarf in einem der nachfolgenden Modi:
- – Rückführung von Abgas im Hochdruckbereich unter Abkühlung des Abgases oder
- – Rückführung von Abgas im Hochdruckbereich ohne Abkühlung des Abgases oder
- – Leiten eines aus der Umgebung angesaugten Luftmassenstroms in einem Bypass um die Verdichterseite des Turboladers herum zum Verbrennungsmotor ohne Rückführung von Abgas in Form eines Schubumluftventils
betrieben.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Vorrichtung im Modus zum
- – Leiten eines aus der Umgebung angesaugten Luftmassenstroms in einem Bypass um die Verdichterseite des Turboladers herum zum Verbrennungsmotor in Form eines Schubumluftventils sowie Leiten des aus dem Verbrennungsmotor ausströmenden Abgases in einer „Waste-Gate”-Funktion in einem Bypass um die Turbinenseite des Turboladers herum
betrieben.
-
Die erfindungsgemäße kompakte Vorrichtung zur Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:
- – ein Abgas-Wärmeübertrager für Abgas auf Hochdruck oder Niederdruck,
- – minimale Anzahl an Teilen und damit verbunden minimaler Bauraum, minimales Gewicht bei minimalen Kosten für Herstellung, Montage und Wartung, wobei der verringerte Einsatz von Material Ressourcen schont und ein geringeres Gewicht, welches auch das Gewicht des Kraftfahrzeugs und somit die zu bewegende Masse verringert, zu Kraftstoffeinsparung führt und den Ausstoß von Kohlendioxid verringert, sowie
- – Bereitstellen verschiedener Betriebsmodi der Abgasrückführung, um das Motorenkennfeld hinsichtlich der Abgasrückführung besser abzustimmen und den Verbrennungsmotor in Bezug auf Verbrauch effizienter sowie mit geringeren Emissionen und geringerem Schadstoffausstoß zu betreiben.
-
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
-
1: System zur Führung von Luft eines Verbrennungsmotors mit Anordnungen zur Rückführung von Abgas aus dem Stand der Technik,
-
2, 3: System zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors mit einer Vorrichtung zur Abgasrückführung bei Hochdruck oder Niederdruck mit vier Strömungspfaden und in den Strömungspfaden angeordneten Ventilen sowie einem Abgas-Wärmeübertrager,
-
4: Vorrichtung zur Abgasrückführung eines Systems nach 2 mit vier Strömungspfaden und in den Strömungspfaden angeordneten Ventilen sowie einem Abgas-Wärmeübertrager,
-
5: System aus 2 mit gemeinsamen Ansteuerungen jeweils zweier in den Strömungspfaden angeordneter Ventile mittels jeweils eines Aktuators,
-
6: System aus 5 mit gemeinsamer Ansteuerung der innerhalb des Hochdruck-Strömungspfades SHD und des Niederdruck-Strömungspfades SND ausgebildeten Ventile mittels eines Aktuators,
-
7a, 7b: Aktuator zur Ansteuerung zweier Ventile mit einem Antrieb und Stellelementen in Seitenansicht und Draufsicht,
-
7c: Aktuator aus 7b in Verbindung mit den Ventilen,
-
7d: Darstellung der Hubfunktion des Aktuators zur Steuerung der Ventile mit dem Öffnungsgrad der Ventile abhängig vom Rotationswinkel der Stellelemente,
-
8: System aus 2 mit einer Vorrichtung zur Abgasrückführung jeweils mit einem Drei-Wege-Ventil anstelle jeweils zweier in den Strömungspfaden angeordneter Ventile,
-
9, 10: Vorrichtung zur Abgasrückführung eines Systems nach 8 mit vier Strömungspfaden und zwei in den Strömungspfaden angeordneten als Klappenventilen ausgebildeten Drei-Wege-Ventilen sowie dem Abgas-Wärmeübertrager,
-
11: Vorrichtung zur Abgasrückführung eines Systems nach 8 mit vier Strömungspfaden und zwei in den Strömungspfaden angeordneten Drei-Wege-Ventilen, wobei das erste Drei-Wege-Ventil als ein Klappenventil und das zweite Drei-Wege-Ventil als ein Drehventil ausgebildet sind, sowie dem Abgas-Wärmeübertrager,
-
12: System aus 2 mit einer Vorrichtung zur Abgasrückführung mit einem Vier-Wege-Ventil anstelle vier einzelner in den Strömungspfaden angeordneter Ventile,
-
13: Vorrichtung zur Abgasrückführung eines Systems nach 12 mit vier Strömungspfaden und einem zwischen den Strömungspfaden angeordneten Drehventil ausgebildeten Vier-Wege-Ventil sowie dem Abgas-Wärmeübertrager,
-
14, 15: System zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors mit einer Vorrichtung zur Abgasrückführung von Hochdruck oder Niederdruck auf Niederdruck mit drei Strömungspfaden und in zwei Strömungspfaden angeordneten Ventilen sowie einem Abgas-Wärmeübertrager und
-
16: Vorrichtung zur Abgasrückführung eines Systems nach 14 mit Strömungspfaden und in Strömungspfaden angeordneten Ventilen sowie einem Abgas-Wärmeübertrager.
-
Die 2 und 3 zeigen jeweils ein System 1a, 1b zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors 3 mit einer Vorrichtung zur Abgasrückführung 19a, 19a' bei Hochdruck und/oder Niederdruck mit vier Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 und in den Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordneten Ventilen 15, 16, 17, 18 sowie einem Abgas-Wärmeübertrager 11.
-
Durch die Ansaugleitung 8 wird über die Verdichterseite des Turboladers 5 in Strömungsrichtung 9 neben dem Abgas auch Frischluft aus der Umgebung als Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor 3 angesaugt. Die beim Durchströmen der Verdichterseite des Turboladers 5 verdichtete Luft wird über den Ladeluftkühler 10 zum Verbrennungsmotor 3 geleitet und auf die einzelnen Zylinder aufgeteilt. Das bei der Verbrennung erzeugte Abgas wird durch die Abgasleitung 4 über die Turbinenseite des Turboladers 5 abgeleitet. Da die Turbinenseite beispielsweise über eine Welle mit der Verdichterseite des Turboladers 5 mechanisch gekoppelt ist, treibt die Turbine den Verdichter an, sodass der Luftdurchsatz erhöht beziehungsweise die Ansaugarbeit der Kolben des Verbrennungsmotors 3 vermindert werden. Das Abgas wird in Strömungsrichtung 7 nach dem Passieren der Turbinenseite des Turboladers 5 sowie der Vorrichtungen 6a, 6b zur Nachbehandlung des Abgases in die Umgebung abgeführt.
-
Die Abgasleitung 4 und die Ansaugleitung 8 sind über eine Vorrichtung 19a, 19a' zur Abgasrückführung fluidtechnisch miteinander verbunden, wobei die Vorrichtung 19a, 19a' zur Abgasrückführung im Hochdruckbereich und/oder im Niederdruckbereich betreibbar ist. Die Vorrichtung 19a, 19a' zur Abgasrückführung verbindet die Abgasleitung 4 in Strömungsrichtung 7 des Massenstroms des Abgases vor der Turbinenseite des Turboladers 5 mit der Ansaugleitung 8 in Strömungsrichtung 9 des angesaugten Luftmassenstroms nach dem Ladeluftkühler 10 und damit nach der Verdichterseite des Turboladers 5 im Hochdruckbereich ebenso wie die Abgasleitung 4 in Strömungsrichtung 7 des Massenstroms des Abgases nach der Turbinenseite des Turboladers 5 mit der Ansaugleitung 8 in Strömungsrichtung 9 des angesaugten Luftmassenstroms vor der Verdichterseite des Turboladers 5 im Niederdruckbereich.
-
Die Vorrichtung 19a, 19a' weist dabei den Abgas-Wärmeübertrager 11 zur Abgaskühlung sowie zur Regelung der Menge und damit der Dosierung des zurückgeführten Massenstroms des Abgases jeweils ein innerhalb des Hochdruck-Strömungspfades SHD ausgebildetes Ventil 14a und ein innerhalb des Niederdruck-Strömungspfades SND ausgebildetes Ventil 14b auf. Der Abgas-Wärmeübertrager 11 ist bei der Ausführungsform der Vorrichtung 19a des Systems 1a nach 2 zwischen den Strömungspfaden 51 und S2 angeordnet. Die Strömungspfade S1 und S2 erstrecken sich jeweils von einem der Ventile 14a, 14b des Hochdruck-Strömungspfades SHD beziehungsweise des Niederdruck-Strömungspfades SND bis zu einem Mündungsbereich. Innerhalb der Strömungspfade S1 und S2 ist jeweils ein Ventil 15, 16 ausgebildet. Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 19a' des Systems 1b nach 3 ist, im Gegensatz zur Ausführungsform nach 2 der Abgas-Wärmeübertrager 11 innerhalb des Strömungspfades S2 zwischen dem Ventil 16 und dem Mündungsbereich angeordnet. Der Hochdruck-Strömungspfad SHD und der Niederdruck-Strömungspfad SND werden in Strömungsrichtung des Abgases nach den Ventilen 14a, 14b zusammengeführt und als ein gemeinsamer Kanal geleitet, bevor die Strömungspfade S1, S2 von dem gemeinsamen Kanal abzweigen.
-
Vom Mündungsbereich aus erstrecken sich in Strömungsrichtung des Abgases sowohl beim System 1a aus 2 als auch beim System 1b aus 3 jeweils zwei weitere Strömungspfade S3, S4, wobei der Strömungspfad S3 als Komponente des Hochdruck-Strömungspfades SHD zwischen dem Ladeluftkühler 10 und dem Verbrennungsmotor 3 und der Strömungspfad S4 als Komponente des Niederdruck-Strömungspfades SND vor der Verdichterseite des Turboladers 5 in die Ansaugleitung 8 münden. Auch innerhalb der Strömungspfade S3 und S4 ist jeweils ein Ventil 17, 18 ausgebildet.
-
In 4 ist eine Vorrichtung 19a zur Abgasrückführung des Systems 1a nach 2 mit einem Gehäuse 20a dargestellt. In dem Gehäuse 20a sind die in den vier Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordneten Ventilen 15, 16, 17, 18, das innerhalb des Hochdruck-Strömungspfades SHD ausgebildete Ventil 14a und das innerhalb des Niederdruck-Strömungspfades SND ausgebildete Ventil 14b sowie der Abgas-Wärmeübertrager 11 integriert. Das kompakt und einstückig/einteilig oder mehrteilig ausgebildete Gehäuse 20a führt alle Strömungspfade S1, S2, S3, S4, den Hochdruck-Strömungspfad SHD sowie den Niederdruck-Strömungspfad SND zusammen und umfasst alle Ventile 14a, 14b, 15, 16, 17, 18.
-
Die als Einlass des Abgases in die Vorrichtung 19a angeordneten Ventile 14a, 14b sind jeweils als ein Sitzventil beziehungsweise ein Tellerventil ausgebildet und jeweils in einer angedeuteten Längsrichtung hin und her beweglich. Das entweder durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD oder den Niederdruck-Strömungspfad SND in die Vorrichtung 19a einströmende Abgas kann je nach Bedarf durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 oder im Bypass an dem Abgas-Wärmeübertrager 11 vorbei in den Mündungsbereich 21 geführt werden. Der Abgas-Wärmeübertrager 11 ist dabei beispielhaft als U-durchströmter Wärmeübertrager ausgebildet.
-
Die in den vier Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordneten Ventile
15,
16,
17,
18 sind jeweils als Klappenventil ausgebildet und in einer angedeuteten Drehrichtung um eine Drehachse beweglich. Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform sind die Ventile
15,
16,
17,
18 als Sitzventil beziehungsweise Tellerventil ausgebildet. In der Darstellung nach
4 sind alle Ventile
14a,
14b,
15,
16,
17,
18 geschlossen. Die Vorrichtung
19a kann in den in nachfolgender Tabelle aufgeführten Schaltungsvarianten betrieben werden. Die Strömungspfade beziehungsweise die dazugehörigen Ventile sind jeweils mit den Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Schaltstellungen der Ventile
14a,
14b,
15,
16,
17,
18 werden mit „g” für geschlossen und „o” für offen angegeben.
| Funktion | SHD
14a | SND
14b | S1
15 | S2
16 | S3
17 | S4
18 |
| I | Abgas auf Hochdruck gekühlt | o | g | g | o | o | g |
| II | Abgas auf Hochdruck ungekühlt | o | g | o | g | o | g |
| III | Abgas von Hochdruck auf Niederdruck gekühlt | o | g | g | o | g | o |
| IV | Abgas von Hochdruck auf Niederdruck ungekühlt | o | g | o | g | g | o |
| V | Abgas auf Niederdruck gekühlt | g | o | o | g | g | o |
| VI | Abgas auf Niederdruck ungekühlt | g | o | g | o | g | o |
| VII | Turbolader 5 mit Schubumluft/Blow-Off-Funktion | g | g | - | - | o | o |
| VIII | Frischluftstrom zur Abgasseite | g | o | - | o | o | g |
| IX | Turbolader 5 mit Bypass/Wastgate-Funktion | o | o | - | - | g | g |
| X | Abgas von Niederdruck und Hochdruck auf Niederdruck ungekühlt | o | o | o | o | g | o |
| XI | Abgas von Niederdruck und Hochdruck auf Niederdruck, Abgas auf Hochdruck gekühlt | o | o | g | o | g | o |
| XII | Abgas von Niederdruck und Hochdruck auf Niederdruck, Abgas auf Niederdruck gekühlt | o | o | o | g | g | o |
| XIII | Turbolader 5 mit Schubumluft/Blow-Off-Funktion und Turbolader 5 mit Bypass/Wastgate-Funktion | o | o | g | g | o | o |
-
Nach Funktion I wird die Vorrichtung 19a als Anordnung zur Rückführung von Abgas im Hochdruckbereich unter Abkühlung des Abgases betrieben. Das Abgas wird durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD in die Vorrichtung 19a, durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 und das geöffnete Ventil 16 in den Mündungsbereich 21 eingeleitet sowie durch den Strömungspfad S3 zum Verbrennungsmotor 3 abgeführt. Nach Funktion II wird die Vorrichtung 19a als Anordnung zur Rückführung von Abgas im Hochdruckbereich ohne Abkühlung des Abgases betrieben. Das Abgas wird durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD in die Vorrichtung 19a, im Bypass am Abgas-Wärmeübertrager 11 vorbei und durch das geöffnete Ventil 15 in den Mündungsbereich 21 eingeleitet sowie durch den Strömungspfad S3 zum Verbrennungsmotor 3 abgeführt. Nach Funktion III wird die Vorrichtung 19a als Anordnung zur Entnahme von Abgas im Hochdruckbereich unter Abkühlung des Abgases und Zuführung des Abgases im Niederdruckbereich betrieben. Das Abgas wird durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD in die Vorrichtung 19a, durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 und das geöffnete Ventil 16 in den Mündungsbereich 21 eingeleitet sowie durch den Strömungspfad S4 zur Verdichterseite des Turboladers 5 abgeführt. Nach Funktion IV wird die Vorrichtung 19a als Anordnung zur Entnahme von Abgas im Hochdruckbereich ohne Abkühlung des Abgases und Zuführung des Abgases im Niederdruckbereich betrieben. Das Abgas wird durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD in die Vorrichtung 19a, im Bypass am Abgas-Wärmeübertrager 11 vorbei und durch das geöffnete Ventil 15 in den Mündungsbereich 21 eingeleitet sowie durch den Strömungspfad S4 zur Verdichterseite des Turboladers 5 abgeführt. Nach Funktion V wird die Vorrichtung 19a als Anordnung zur Rückführung von Abgas im Niederdruckbereich unter Abkühlung des Abgases betrieben. Das Abgas wird durch den Niederdruck-Strömungspfad SND in die Vorrichtung 19a, durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 und das geöffnete Ventil 15 in den Mündungsbereich 21 eingeleitet sowie durch den Strömungspfad S4 zur Verdichterseite des Turboladers 5 abgeführt. Nach Funktion VI wird die Vorrichtung 19a als Anordnung zur Rückführung von Abgas im Niederdruckbereich ohne Abkühlung des Abgases betrieben. Das Abgas wird durch den Niederdruck-Strömungspfad SND in die Vorrichtung 19a, im Bypass am Abgas-Wärmeübertrager 11 vorbei und das geöffnete Ventil 16 in den Mündungsbereich 21 eingeleitet sowie durch den Strömungspfad S4 zur Verdichterseite des Turboladers 5 abgeführt. Nach Funktion VII wird die Vorrichtung 19a lediglich als Schubumluftventil betrieben. Dabei wird der in Strömungsrichtung 9 aus der Umgebung angesaugte Luftmassenstrom um die Verdichterseite des Turboladers 5 und den Ladeluftkühler 10 herum zum Verbrennungsmotor 3 geleitet. Dem aus der Umgebung angesaugten Luftmassenstrom wird kein Abgas zugemischt. Nach Funktion VIII wird die Vorrichtung 19a derart betrieben, einen Frischluftstrom zur Abgasseite zu leiten. Dabei wird der in Strömungsrichtung 9 aus der Umgebung angesaugte Luftmassenstrom beim Durchströmen der Verdichterseite des Turboladers 5 verdichtet und über den Ladeluftkühler 10 durch das geöffnete Ventil 17 in die Vorrichtung 19a eingeleitet sowie durch das geöffnete Ventil 16 und das geöffnete Ventil 14b am Abgas-Wärmeübertrager 11 vorbei zur Vorrichtung 6b zur Nachbehandlung des Abgases geführt. Die Frischluft wird somit in Strömungsrichtung 7 des Massenstroms des Abgases vor die Vorrichtung 6b geleitet, um die Nachbehandlung des Abgases, beispielsweise durch Nachoxidation von unverbranntem Kraftstoff, zu verbessern. Die Funktion VIII kann in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors 3 auch zur schnelleren Aufheizung eines Katalysators, als eine Vorrichtung 6b zur Nachbehandlung des Abgases, genutzt werden. Nach Funktion IX wird die Vorrichtung 19a lediglich als Bypass beziehungsweise „Wastegate”-Ventil betrieben. Dabei wird das in Strömungsrichtung 7 aus dem Verbrennungsmotor 3 ausströmende Abgas um die Turbinenseite des Turboladers 5 herum geleitet. Nach Funktion X wird die Vorrichtung 19a als Anordnung zur Entnahme von Abgas im Niederdruckbereich und im Hochdruckbereich ohne Abkühlung des Abgases und Zuführung des Abgases im Niederdruckbereich betrieben. Sowohl durch den Niederdruck-Strömungspfad SND als auch durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD wird Abgas in die Vorrichtung 19a, im Bypass am Abgas-Wärmeübertrager 11 vorbei und durch die geöffneten Ventil 15, 16 der Strömungspfade S1, S2 in den Mündungsbereich 21 eingeleitet sowie durch den Strömungspfad S4 zur Verdichterseite des Turboladers 5 abgeführt. Die Ventile 15, 16 können dabei auch derart eingestellt werden, um für die Leitung des Abgases günstige Druckgefälle bezüglich der Aufteilung des Abgases durch Niederdruckbereich und den Hochdruckbereich zu erzielen. Nach Funktion XI wird die Vorrichtung 19a als Anordnung zur Entnahme von Abgas im Niederdruckbereich und im Hochdruckbereich unter Abkühlung des Abgases aus dem Hochdruckbereich und Zuführung des Abgases im Niederdruckbereich betrieben. Sowohl durch den Niederdruck-Strömungspfad SND als auch durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD wird Abgas in die Vorrichtung 19a eingeleitet. Das durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD eingeleitete Abgas wird durch Abgas-Wärmeübertrager 11 geleitet, dabei abgekühlt und anschließend mit dem durch den Niederdruck-Strömungspfad SND eingeleiteten Abgas vermischt und durch das geöffnete Ventil 16 in den Mündungsbereich 21 geführt sowie durch den Strömungspfad S4 zur Verdichterseite des Turboladers 5 abgeführt. Nach Funktion XII wird die Vorrichtung 19a als Anordnung zur Entnahme von Abgas im Niederdruckbereich und im Hochdruckbereich unter Abkühlung des Abgases aus dem Niederdruckbereich und Zuführung des Abgases im Niederdruckbereich betrieben. Sowohl durch den Niederdruck-Strömungspfad SND als auch durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD wird Abgas in die Vorrichtung 19a eingeleitet. Das durch den Niederdruck-Strömungspfad SND eingeleitete Abgas wird durch Abgas-Wärmeübertrager 11 geleitet, dabei abgekühlt und anschließend mit dem durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD eingeleiteten Abgas vermischt und durch das geöffnete Ventil 15 in den Mündungsbereich 21 geführt sowie durch den Strömungspfad S4 zur Verdichterseite des Turboladers 5 abgeführt. Nach Funktion XIII wird die Vorrichtung 19a als Schubumluftventil und als Bypass beziehungsweise „Wastegate”-Ventil betrieben. Dabei werden einerseits der in Strömungsrichtung 9 aus der Umgebung angesaugte Luftmassenstrom um die Verdichterseite des Turboladers 5 und den Ladeluftkühler 10 herum zum Verbrennungsmotor 3 und andererseits das in Strömungsrichtung 7 aus dem Verbrennungsmotor 3 ausströmende Abgas um die Turbinenseite des Turboladers 5 herum geleitet. Dem aus der Umgebung angesaugten Luftmassenstrom wird kein Abgas zugemischt.
-
Aus 5 geht das System 1a zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors 3 aus 2 mit der Vorrichtung zur Abgasrückführung 19a bei Hochdruck oder Niederdruck mit den vier Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 und den darin angeordneten Ventilen 15, 16, 17, 18 sowie dem Abgas-Wärmeübertrager 11 mit gemeinsamen Ansteuerungen jeweils zweier der in den Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordneten Ventile 15, 16, 17, 18 mittels jeweils eines Aktuators 22, 23 hervor.
-
Die innerhalb der Strömungspfade S1 und S2 angeordneten Ventile 15 und 16 sowie die innerhalb der Strömungspfade S3 und S4 angeordneten Ventile 17 und 18 sind als sogenannte Doppelventile mit jeweils einem Aktuator 22, 23 angetrieben ausgebildet. Der Aktuator 22 dient der Steuerung der Ventile 15, 16 und der Aktuator 23 dient der Steuerung der Ventile 17, 18. Die gemeinsam bewegten Ventile 15 und 16 sowie die gemeinsam bewegten Ventile 17 und 18 können dabei unabhängig voneinander jede Stellung zwischen offen und geschlossen einnehmen.
-
6 zeigt das System 1a aus 5 zusätzlich mit einer gemeinsamen Ansteuerung der innerhalb des Hochdruck-Strömungspfades SHD und des Niederdruck-Strömungspfades SND ausgebildeten Ventile 14a, 14b mittels eines Aktuators 24. Auch die Ventile 14a und 14b sind als sogenannte Doppelventile mit dem gemeinsamen Aktuator 24 angetrieben ausgebildet. Die somit gemeinsam bewegten Ventile 14a und 14b können dabei wiederum unabhängig voneinander jede Stellung zwischen offen und geschlossen einnehmen.
-
In den 7a und 7b ist ein Aktuator 22, 23, 24 als Ventiltrieb zur Ansteuerung zweier Ventile mit einem Antrieb 25 und zwei Stellelementen 26, 27 in einer Seitenansicht beziehungsweise in einer Draufsicht gezeigt. Der Antrieb 25 kann mit einem Getriebe ausgebildet sein und ist über eine Welle mit den Stellelementen 26, 27 mechanisch verbunden, sodass eine Drehung der Welle eine Drehung der Stellelemente 26, 27 bewirkt. Die Stellelemente 26, 27 weisen eine runde beziehungsweise abgerundete Form auf und sind exzentrisch zur Welle, in Längsrichtung der Welle beabstandet und parallel sowie um die Achse der Welle verdreht zueinander angeordnet. Aus 7c geht der Aktuator nach 7b mit den zwei Stellelementen 26, 27 jeweils in Verbindung mit einem Ventil 14a, 15, 17 und 14b, 16, 18 hervor. Infolge der unterschiedlich um die Achse der Welle verdrehten sowie zur Welle exzentrischen Anordnung der Stellelemente 26, 27 werden die Teller der Ventile 14a, 15, 17 und 14b, 16, 18 unterschiedlich gehoben und gesenkt und damit die Ventile 14a, 15, 17 und 14b, 16, 18 unterschiedlich geöffnet und geschlossen. 7d stellt die Hubfunktion der Aktuatoren 22, 23, 24 zur Steuerung der Ventile 14a, 15, 17 und 14b, 16, 18 mit dem Öffnungsgrad der Ventile 14a, 15, 17 und 14b, 16, 18 abhängig vom Rotationswinkel der Stellelemente 26, 27 dar. Die Stellelemente 26, 27 weisen äußere Formen beziehungsweise in radialer Richtung ausgebildete Konturen auf, mit welchen bei Rotation der Stellelemente 26, 27 folgende Hubfunktionen ausführbar sind. Bei der Rotation der Welle und damit der Stellelemente 26, 27 im Bereich ab 0° wird das Ventil 14a, 15, 17 öffnend betätigt, während das Ventil 14b, 16, 18 geschlossen bleibt. Bei der Rotation der Welle im Bereich zwischen etwa 100° und etwa 215° wird das Ventil 14a, 15, 17 schließend betätigt, während das Ventil 14b, 16, 18 öffnend betätigt wird. In einem Zwischenbereich von 100° bis 215° sind mit dem Ventil 14a, 15, 17 und dem Ventil 14b, 16, 18 beide Ventile zumindest teilweise geöffnet.
-
Bei der Rotation der Welle im Bereich zwischen etwa 215° und etwa 320° wird das Ventil 14b, 16, 18 schließend betätigt, während das Ventil 14a, 15, 17 geschlossen bleibt. Im Bereich von 320° bis 360° beziehungsweise 0° sind beide Ventile 14a, 15, 17 und 14b, 16, 18 geschlossen.
-
Neben der Ausführungsform der Aktuatoren nach den 7a bis 7c sind auch andere, beispielsweise lineare, elektrische oder hydraulische Systeme denkbar. Dabei können die Systeme für lediglich ein oder zwei oder drei Ventilpaare angewendet werden.
-
Die 8 zeigt das System 1a aus 2 mit einer Vorrichtung 19b, 19c, 19d zur Abgasrückführung mit jeweils einem Drei-Wege-Ventil 28, 29, 30 anstelle der jeweils zwei in den Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordneten Ventile 15, 16, 17, 18. Dabei ersetzt das erste Drei-Wege-Ventil 28 die Ventile 15, 16 aus den Strömungspfaden S1, S2, während das zweite Drei-Wege-Ventil 29, 30 die Ventile 17, 18 aus den Strömungspfaden S3, S4 ersetzt. Die Ausführungsformen einer Vorrichtung 19b, 19c, 19d des Systems 1a nach 8 gehen aus den 9 bis 11 hervor. Infolge der Ausbildung der Drei-Wege-Ventile 28, 29 werden die möglichen Funktionen, welche jeweils zwei geschlossene Strömungspfade S1 und S2 oder S3 und S4 erfordern, im Vergleich zur Ausbildung der Vorrichtung 19a gemäß 4, eingeschränkt.
-
In den 9 und 10 sind Vorrichtungen 19b, 19c zur Abgasrückführung des Systems 1a nach 8 jeweils mit einem Gehäuse 20b, 20c dargestellt. In den Gehäusen 20b, 20c sind die in den vier Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordneten, als Klappenventile ausgebildeten Drei-Wege-Ventile 28, 29, das innerhalb des Hochdruck-Strömungspfades SHD ausgebildete Ventil 14a und das innerhalb des Niederdruck-Strömungspfades SND ausgebildete Ventil 14b sowie der Abgas-Wärmeübertrager 11 integriert. Die kompakt und einstückig/einteilig oder mehrteilig ausgebildeten Gehäuse 20b, 20c führen alle Strömungspfade S1, S2, S3, S4, den Hochdruck-Strömungspfad SHD sowie den Niederdruck-Strömungspfad SND zusammen und umfassen alle Ventile 14a, 14b, 28, 29.
-
Die als Einlass des Abgases in die Vorrichtung 19b, 19c angeordneten Ventile 14a, 14b sind jeweils wiederum als ein Sitzventil beziehungsweise ein Tellerventil ausgebildet und in der angedeuteten Längsrichtung hin und her beweglich. Das entweder durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD oder den Niederdruck-Strömungspfad SND in die Vorrichtung 19b, 19c einströmende Abgas kann je nach Bedarf durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 oder im Bypass an dem Abgas-Wärmeübertrager 11 vorbei in den Mündungsbereich 21 geführt werden. Der Abgas-Wärmeübertrager 11 ist wiederum beispielhaft als U-durchströmter Wärmeübertrager ausgebildet.
-
Die in den vier Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordneten Drei-Wege-Ventile 28, 29 sind in einer jeweils angedeuteten Drehrichtung um eine Drehachse beweglich. In den Darstellungen nach den 9 und 10 sind die Ventile 14a und 14b sowie die Strömungspfade S1 und S3 geschlossen. Die Drei-Wege-Ventile 28, 29 der Vorrichtung 19b gemäß 9 und in der Vorrichtung 19c gemäß 10 sind jeweils zwischen zwei Endstellungen klappbar, wobei die Drehachsen jeweils am Rand des Mündungsbereichs 21 und jeweils zwischen den zwei Einmündungen der Strömungspfade S1, S2 beziehungsweise S3, S4 in den Mündungsbereich 21 angeordnet sind.
-
Die Vorrichtungen 19b, 19c können im Wesentlichen auch in der oben zur Vorrichtung 19a zur Abgasrückführung nach 4 angegebenen Tabelle aufgeführten Schaltungsvarianten betrieben werden. Allerdings sind die Vorrichtungen 19b, 19c nicht mit den Funktionen IX und XIII betreibbar, da bei den Funktionen IX und XIII jeweils die zwei Strömungspfade S1 und S2 oder S3 und S4 geschlossen sind, was mit den Drei-Wege-Ventilen 28, 29 nicht zu realisieren ist.
-
11 zeigt eine Vorrichtung 19d zur Abgasrückführung des Systems 1a nach 8 mit einem Gehäuse 20d. In dem Gehäuse 20d sind das in den zwei Strömungspfaden S1, S2 angeordnete, als Klappenventil ausgebildete Drei-Wege-Ventil 28, das in den zwei Strömungspfaden S3, S4 angeordnete, als Drehventil ausgebildete Drei-Wege-Ventil 30, das innerhalb des Hochdruck-Strömungspfades SHD ausgebildete Ventil 14a und das innerhalb des Niederdruck-Strömungspfades SND ausgebildete Ventil 14b sowie der Abgas-Wärmeübertrager 11 integriert. Die kompakt und einstückig/einteilig oder mehrteilig ausgebildeten Gehäuse 20d führt alle Strömungspfade S1, S2, S3, S4, den Hochdruck-Strömungspfad SHD sowie den Niederdruck-Strömungspfad SND zusammen und umfasst alle Ventile 14a, 14b, 28, 30.
-
Die als Einlass des Abgases in die Vorrichtung 19d angeordneten Ventile 14a, 14b sind jeweils, wie bei den zuvor genannten Ausführungsformen, als ein Sitzventil beziehungsweise ein Tellerventil ausgebildet und in Längsrichtung hin und her beweglich. Das entweder durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD oder den Niederdruck-Strömungspfad SND in die Vorrichtung 19d einströmende Abgas kann je nach Bedarf durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 oder im Bypass an dem Abgas-Wärmeübertrager 11 vorbei in den Mündungsbereich 21 geführt werden. Der Abgas-Wärmeübertrager 11 ist, wie bei den zuvor genannten Ausführungsformen, beispielhaft als U-durchströmter Wärmeübertrager ausgebildet.
-
Die in den vier Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordneten Drei-Wege-Ventile 28, 30 sind in den angedeuteten Drehrichtungen jeweils um eine Drehachse beweglich. In der Darstellung nach 11 sind die Ventile 14a und 14b sowie die Strömungspfade S1, S3 und S4 geschlossen. Das Drei-Wege-Ventil 28 ist zwischen zwei Endstellungen klappbar, wobei die Drehachse am Rand des Mündungsbereichs 21 und zwischen den zwei Einmündungen der Strömungspfade S1, S2 in den Mündungsbereich 21 angeordnet ist. Das Drei-Wege-Ventil 30 ist zwischen zwei Endstellungen drehbar, wobei die Drehachse innerhalb des Mündungsbereichs 21, bevorzugt symmetrisch zu den zwei Einmündungen der Strömungspfade S3, S4 angeordnet ist.
-
Die Vorrichtung 19d kann im Wesentlichen auch in der oben zur Vorrichtung 19a zur Abgasrückführung nach 4 angegebenen Tabelle aufgeführten Schaltungsvarianten betrieben werden. Allerdings ist die Vorrichtung 19d nicht mit der Funktion XIII betreibbar, da bei der Funktion XIII die zwei Strömungspfade S1 und S2 geschlossen sind, was mit dem Drei-Wege-Ventil 28 nicht möglich ist.
-
Die 12 zeigt das System 1a aus 2 mit einer Vorrichtung 19e zur Abgasrückführung mit einem Vier-Wege-Ventil 31 anstelle der vier jeweils in den Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordneten Ventilen 15, 16, 17, 18. Das Vier-Wege-Ventil 31 ist somit zwischen den Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordnet.
-
13 zeigt eine Vorrichtung 19e zur Abgasrückführung des Systems 1a nach 12 mit einem Gehäuse 20e. In dem Gehäuse 20e sind das zwischen den Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordnete, als zentrales Drehventil ausgebildete Vier-Wege-Ventil 31, das innerhalb des Hochdruck-Strömungspfades SHD ausgebildete Ventil 14a und das innerhalb des Niederdruck-Strömungspfades SND ausgebildete Ventil 14b sowie der Abgas-Wärmeübertrager 11 integriert. Die kompakt und einstückig/einteilig oder mehrteilig ausgebildeten Gehäuse 20e führt alle Strömungspfade S1, S2, S3, S4, den Hochdruck-Strömungspfad SHD sowie den Niederdruck-Strömungspfad SND zusammen und umfasst alle Ventile 14a, 14b, 31.
-
Die als Einlass des Abgases in die Vorrichtung 19e angeordneten Ventile 14a, 14b sind jeweils, wie bei den zuvor genannten Ausführungsformen, als ein Sitzventil beziehungsweise ein Tellerventil ausgebildet und in Längsrichtung hin und her beweglich. Das entweder durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD oder den Niederdruck-Strömungspfad SND in die Vorrichtung 19e einströmende Abgas kann je nach Bedarf durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 oder im Bypass an dem Abgas-Wärmeübertrager 11 vorbei geführt werden. Der Abgas-Wärmeübertrager 11 ist wiederum, wie bei den zuvor genannten Ausführungsformen, beispielhaft als U-durchströmter Wärmeübertrager ausgebildet.
-
Das zwischen den vier Strömungspfaden S1, S2, S3, S4 angeordnete Vier-Wege-Ventil 31 ist in den angedeuteten Drehrichtungen um eine Drehachse beweglich. In der Darstellung nach 13 sind die Ventile 14a und 14b sowie die Strömungspfade S2 und S3 geschlossen. Die Strömungspfade S1 und S4 sind geöffnet. Das Vier-Wege-Ventil 31 ist mit einem im Querschnitt kreisrunden, um die Drehachse drehbaren Verstellelement ausgebildet. Das Verstellelement weist eine Durchgangsöffnung auf, welche sich von einem ersten Ende aus mit einem gleichmäßigen Querschnitt erstreckt und zum zweiten Ende hin einen erweiterten Querschnitt aufweist. Der Querschnitt der Durchgangsöffnung kann vom ersten Ende zum zweiten Ende auch kontinuierlich erweitert ausgebildet sein. Die Querschnitte an den Enden der Durchgangsöffnung korrespondieren mit den Ausgestaltungen der Strömungspfade S1, S2, S3, S4 innerhalb des Gehäuses 20e, das heißt mit den Anordnungen und Querschnitten der Strömungspfade S1, S2, S3, S4 im Bereich des Verstellelements derart, dass je nach den in der oben genannten Tabelle aufgeführten Funktionen die Strömungspfade S1, S2, S3, S4 geöffnet oder geschlossen werden können. Die Vorrichtung 19e kann somit in allen der oben zur Vorrichtung 19a zur Abgasrückführung nach 4 angegebenen Tabelle aufgeführten Schaltungsvarianten betrieben werden.
-
In den 14 und 15 sind Systeme 1c, 1d zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors 3 mit einer Vorrichtung 19f, 19f' zur Abgasrückführung von Hochdruck oder Niederdruck auf Niederdruck mit drei Strömungspfaden S1, S2 S4 und in den zwei Strömungspfaden S1, S2 angeordneten Ventilen 15, 16 sowie einem Abgas-Wärmeübertrager 11 dargestellt.
-
Die Abgasleitung 4 und die Ansaugleitung 8 sind über die Vorrichtung 19f, 19f' zur Abgasrückführung fluidtechnisch miteinander verbunden, wobei die Vorrichtung 19f, 19f' zur Abgasrückführung mit Abgas aus dem Hochdruckbereich und/oder dem Niederdruckbereich beaufschlagbar ist und das Abgas der Frischluft im Niederdruckbereich zugeführt wird. Im Vergleich zu den Ausführungsformen nach den 2 und 3 weisen die Vorrichtungen 19f, 19f' keinen Strömungspfad S3 als Verbindung zur Hochdruckseite des Ansaugbereiches zwischen der Verdichterseite des Turboladers 5 und dem Verbrennungsmotor 3 auf. Damit entfallen auch die Ventile 17, 18 der Strömungspfade S3, S4.
-
Die Vorrichtung 19f, 19f' zur Abgasrückführung verbindet die Abgasleitung 4 in Strömungsrichtung 7 des Massenstroms des Abgases vor der Turbinenseite des Turboladers 5 und nach der Turbinenseite des Turboladers 5 im Hochdruckbereich mit der Ansaugleitung 8 in Strömungsrichtung 9 des angesaugten Luftmassenstroms vor der Verdichterseite des Turboladers 5 im Niederdruckbereich. Die Vorrichtung 19f, 19f' weist dabei den Abgas-Wärmeübertrager 11 zur Abgaskühlung sowie zur Regelung der Menge und damit der Dosierung des zurückgeführten Massenstroms des Abgases jeweils ein innerhalb des Hochdruck-Strömungspfades SHD ausgebildetes Ventil 14a und ein innerhalb des Niederdruck-Strömungspfades SND ausgebildetes Ventil 14b auf. Der Abgas-Wärmeübertrager 11 ist bei der Ausführungsform der Vorrichtung 19f des Systems 1c nach 14 zwischen den Strömungspfaden 51 und S2 angeordnet. Die Strömungspfade S1 und S2 erstrecken sich dabei jeweils von einem der Ventile 14a, 14b des Hochdruck-Strömungspfades SHD beziehungsweise des Niederdruck-Strömungspfades SND bis zu einem Mündungsbereich. Innerhalb der Strömungspfade S1 und S2 ist jeweils ein Ventil 15, 16 ausgebildet. Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 19f' des Systems 1d nach 15 ist, im Gegensatz zur Ausführungsform nach 14 der Abgas-Wärmeübertrager 11 innerhalb des Strömungspfades S2 zwischen dem Ventil 16 und dem Mündungsbereich angeordnet. Der Hochdruck-Strömungspfad SHD und der Niederdruck-Strömungspfad SND werden in Strömungsrichtung des Abgases nach den Ventilen 14a, 14b zusammengeführt und als ein gemeinsamer Kanal geleitet, bevor die Strömungspfade S1, S2 von dem gemeinsamen Kanal abzweigen.
-
Vom Mündungsbereich aus erstreckt sich in Strömungsrichtung des Abgases sowohl beim System 1c aus 14 als auch beim System 1d aus 15 jeweils ein Strömungspfad S4, wobei der Strömungspfad S4 als Komponente des Niederdruck-Strömungspfades SND vor der Verdichterseite des Turboladers 5 in die Ansaugleitung 8 mündet.
-
In 16 ist eine Vorrichtung 19f zur Abgasrückführung des Systems 1c nach 14 mit einem Gehäuse 20f dargestellt. In dem Gehäuse 20f sind die in den Strömungspfaden S1, S2 angeordneten Ventile 15, 16, das innerhalb des Hochdruck-Strömungspfades SHD ausgebildete Ventil 14a und das innerhalb des Niederdruck-Strömungspfades SND ausgebildete Ventil 14b sowie der Abgas-Wärmeübertrager 11 integriert. Das kompakt und einstückig/einteilig oder mehrteilig ausgebildete Gehäuse 20f führt alle Strömungspfade S1, S2, S4, den Hochdruck-Strömungspfad SHD sowie den Niederdruck-Strömungspfad SND zusammen und umfasst alle Ventile 14a, 14b, 15, 16.
-
Die als Einlass des Abgases in die Vorrichtung 19f angeordneten Ventile 14a, 14b sind jeweils als ein Sitzventil beziehungsweise ein Tellerventil ausgebildet und jeweils in einer angedeuteten Längsrichtung hin und her beweglich. Das entweder durch den Hochdruck-Strömungspfad SHD oder den Niederdruck-Strömungspfad SND in die Vorrichtung 19f einströmende Abgas kann je nach Bedarf durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 oder im Bypass an dem Abgas-Wärmeübertrager 11 vorbei geführt werden. Der Abgas-Wärmeübertrager 11 ist dabei beispielhaft wiederum als U-durchströmter Wärmeübertrager ausgebildet.
-
Unabhängig von den verschiedenen Ausführungsformen können das Ventil 14a des Hochdruck-Strömungspfades SHD und das Ventil 14b des Niederdruck-Strömungspfades SND mit einem Aktuator 24 zur gleichzeitigen und gemeinsamen Ansteuerung ausgebildet sein.
-
Die in den Strömungspfaden S1, S2 angeordneten Ventile 15, 16 sind jeweils als Klappenventil ausgebildet und in einer angedeuteten Drehrichtung um eine Drehachse beweglich. Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform sind die Ventile 15, 16 als Sitzventil beziehungsweise Tellerventil ausgebildet. In der Darstellung nach 16 sind alle Ventile 14a, 14b, 15, 16 geschlossen. Lediglich die in der oben genannten Tabelle aufgeführten Funktionen I, II, VII und XIII der Ausführungsform der Vorrichtung 19a nach 4 sind mit der Vorrichtung 19f nach 14 nicht umsetzbar, da vor allem der Strömungspfad S3 als Verbindung von der Vorrichtung 19f zum Hochdruckbereich nicht ausgebildet ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1a, 1b, 1c, 1d, 1'
- System zur Führung von Luft
- 2a'
- Anordnung zur Rückführung von Abgas Hochdruck
- 2b'
- Anordnung zur Rückführung von Abgas Niederdruck
- 3
- Verbrennungsmotor
- 4
- Abgasleitung
- 5
- Turbolader
- 6a, 6b
- Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases
- 7
- Strömungsrichtung Massenstrom des Abgases
- 8
- Ansaugleitung
- 9
- Strömungsrichtung angesaugter Luftmassenstrom
- 10
- Ladeluftkühler
- 11, 11a', 11b'
- Abgas-Wärmeübertrager
- 12a', 12b'
- Bypass
- 13a', 13b'
- Bypassventil
- 14a, 14a'
- Ventil Hochdruck
- 14b, 14b'
- Ventil Niederdruck
- 15
- Ventil Strömungspfad S1
- 16
- Ventil Strömungspfad S2
- 17
- Ventil Strömungspfad S3
- 18
- Ventil Strömungspfad S4
- 19a, 19a', 19b, 19c
- Vorrichtung zur Abgasrückführung
- 19d, 19e, 19f, 19f'
- Vorrichtung zur Abgasrückführung
- 20a, 20b, 20c
- Gehäuse
- 20d, 20e, 20f
- Gehäuse
- 21
- Mündungsbereich
- 22, 23, 24
- Aktuator
- 25
- Antrieb
- 26, 27
- Stellelement
- 28, 29
- Drei-Wege-Ventil
- 30
- Drei-Wege-Ventil
- 31
- Vier-Wege-Ventil
- S1, S2, S3, S4
- Strömungspfad
- SHD
- Hochdruck-Strömungspfad
- SND
- Niederdruck-Strömungspfad
