DE102015117965B4 - Abgassystem zur wirksamen Abgaswärmerückgewinnung - Google Patents

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Abstract

Abgassystem eines Fahrzeugs, mit:einem AGR-Kühler (146),einer mit dem AGR-Kühler (146) gekoppelten Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141),einem AGR-Ventil (142) stromabwärts des AGR-Kühlers (146), zum Regeln des Auslassstroms zu einem Brennkraftmaschineneinlass, undeinem innerhalb der Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141) befindlichen Ventil (143) zum Regeln eines Abgasvolumenstroms durch dieselbe, wobei der Abgasvolumenstrom eine an ein Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragene Wärmemenge bestimmt,wobei die Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141) über einen Strang stromabwärts des AGR-Kühlers (146) mit dem AGR-Kühler (146) gekoppelt ist, wobei die Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141) ferner an einen Auslasskanal (348) angeschlossen ist,wobei der Anschluss an den Auslasskanal (348) stromaufwärts eines Abgaskatalysators (71) liegt,wobei das Abgassystem ferner eine im Auslasskanal (348) stromaufwärts der stromaufwärts des Abgaskatalysators (71) angeordneten Anschlussverbindung zwischen der Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141) und dem Auslasskanal (348) positionierte Abgasdrossel (366) aufweist undwobei das in der Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141) befindliche Ventil (143) ein Rückschlagventil ist, das dazu eingerichtet ist, durch Druck aus der Abgasdrossel (366) bei einem vorbestimmten Schwellenwert in eine geöffnete Stellung zu wechseln.

Description

  • Gebiet der Technik
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Abgassystem und Verfahren zum wirksamen Rückgewinnen von Abgaswärme während des Fahrbetriebs.
  • Hintergrund und Kurzbeschreibung
  • Bei Brennkraftmaschinensystemen werden verschiedene Verfahren dazu verwendet, während des Betriebs Brennkraftmaschinenkühlmittel zu erwärmen. Zum Beispiel sind in 1A-C beispielhafte schematische Abgassysteme bisheriger Ausführungen gezeigt. In einem in 1A gezeigten Beispiel enthält das Abgassystem eine gekühlte AGR-Anordnung (AGR für Abgasrückführung), die dazu verwendet wird, Abgaswärme an das Brennkraftmaschinenkühlmittel zu übertragen. Eine gekühlte AGR weist jedoch den Nachteil auf, dass eine Abgaswärmerückgewinnung nur dann stattfinden kann, wenn Abgas in die AGR strömt, was die aus dem System verfügbare Abgaswärmerückgewinnungsmenge begrenzt. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Abgaswärmerückgewinnung nur einen Teil des Abgasstroms ausmacht, der gegenüber dem Gesamtauslassstrom nur 25% oder in manchen Fällen noch weniger ausmachen kann. In 1 B und 1C sind andere Beispiele gezeigt, die umfassen, einen separaten Abgaswärmerückgewinnungswärmetauscher und eine separate Ventilbaugruppe zu verwenden, möglicherweise in Kombination mit einem AGR-Kühler. Die rückgewonnene Abgaswärme kann zwar im Vergleich zu 1A erhöht werden (z. B. über eine gegenüber dem AGR-Strom vollere Abgaswärmerückgewinnung und -unabhängigkeit), ein separater Wärmetauscher kann jedoch groß und schwierig kompakt in einem Fahrzeug einzubauen sein. Außerdem können Wärmetauscher schwer und/oder teuer sein, wodurch sich die Kosten des Fahrzeugs erhöhen. Darüber hinaus kann ein vom AGR-Kühler separater kompakter Einbau eines Abgaswärmerückgewinnungswärmetauschers ferner umfassen, die zusätzliche Einrichtung von der Brennkraftmaschine entfernt zu platzieren, wodurch sich die Temperatur des während des Warmlaufens in die Einrichtung eintretenden Abgases aufgrund der von der thermischen Masse der stromaufwärts gelegenen Komponenten absorbierten Wärme reduziert. Diese Anordnung weist auch den Nachteil auf, dass die während des Warmlaufens der Brennkraftmaschine zur Verfügung stehende Wärmerückgewinnung reduziert ist. Ein noch weiteres (nicht gezeigtes) Beispiel umfasst, einen gekühlten Abgaskrümmer dafür zu verwenden, Wärme aus dem Abgas zu entziehen. Ein Nachteil dieser Anordnung liegt jedoch darin, dass die thermische Masse des Abgaskrümmers groß ist, was zu einer langsamen Kühlmittelerwärmung führt. Ein anderer Nachteil ist, dass der Abgasstrom und der Kühlmittelstrom durch den Abgaskrümmer nicht beide abgeschaltet werden können (z. B. weil ein Abschalten des Kühlmittelstroms zum Kochen des Kühlmittels führen kann). Das Übertragen von Wärme aus dem Abgas an das Brennkraftmaschinenkühlmittel kann somit während bestimmter ungünstiger Situationen veranlasst werden, während derer dies vorzugsweise nicht geschehen sollte, wie etwa bei hoher Temperatur und Hochlastbetrieb.
  • In der DE 698 17 294 T2 wird ein Abgassystem für einen Verbrennungsmotor vorgestellt, das eine Abgaswärmerückgewinnungsleitung und einen Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aufweist. In einer Auslassleitung ist ein Drosselklappenventil, in einer Abgasrückführung ein EGR-Ventil und in der Abgaswärmerückgewinnungsleitung ein weiteres Ventil angeordnet, wobei die Ventile von einer Steuerelektronik in Abhängigkeit vom Betriebsmodus des Motors gesteuert werden. In der JP 2011 - 58 428 A wird ein Abgasrückführsystem gezeigt, bei dem ein Fliehkraftabscheider vorgesehen ist, der in einer Abgasrückführungsleitung Feinstaub sammeln und in einen Abgasstrom stromabwärts eines Turboladers und stromaufwärts eines Katalysators in Abhängigkeit davon abgibt, ob ein Dieselrußpartikelfilter gerade regeneriert wird oder nicht. In der DE 101 15 594 A1 wird ein Abgasrückführsystem für einen Motor beschrieben, das eine Abgasrückführleitung, eine Abgasleitung mit Katalysator und eine Verbindungsleitung aufweist, wobei die Abgasrückführleitung einen Wärmetauscher und ein Ventil und die Abgasleitung ein Abgassteuerventil aufweist, aber die Verbindungsleitung nicht durch ein separates Ventil gesteuert wird.
  • Die Erfinder haben die Problematik solcher Vorgehensweisen erkannt und beschreiben vorliegend ein System gemäß Anspruch 1 zum Erwärmen von Brennkraftmaschinenkühlmittel durch Übertragen von Wärme aus einem Auslassstrom an das Brennkraftmaschinenkühlmittel über einen in einer mit dem AGR-Kühler gekoppelten Abgaswärmerückgewinnungsleitung positionierten Wärmetauscher in Reaktion auf eine AGR-Ventilstellung. Insbesondere wird ein mit einer Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung kombinierter beispielhafter AGR-Kühler angegeben, der es dem Abgas ermöglicht, über einen gegabelten Pfad des AGR-Kühlers Wärme an das Brennkraftmaschinenkühlmittel zu übertragen. Das heißt, ein gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgestaltetes Abgassystem ermöglicht es, Abgas basierend auf der AGR-Ventilsteuerung sowohl zu einer AGR und/oder zum Abgaswärmetauscher zu leiten. Die Anlage ermöglicht ferner ein differentielles Steuern von Auslassströmen, um die Abgase sowohl an die AGR als auch den Abgaswärmetauscher zu verteilen, was ein differentielles Regeln der Auslassströme in diesen ermöglicht, und dadurch ein Regeln der im Betrieb an das Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragenen Wärme. Auf diese Weise wird das technische Ergebnis erzielt, dass Wärme aus dem Abgas unabhängig von der Strömung durch die AGR-Leitung rückgewonnen werden kann und dabei gleichzeitig eine erhöhte Wärmerückgewinnung aus dem Abgas ermöglicht wird. Ein Vorteil dabei ist, dass basierend auf der Regelung der differentiellen Strömung durch den Abgaswärmerückgewinnungsstrang (AGWR-Strang) der Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung bis zu 100% des Auslassstroms der Wärmerückgewinnung zugeteilt werden können. Ein anderer Vorteil ist, dass die Wärmerückgewinnung unter Betriebsbedingungen, bei denen eine Wärmerückgewinnung nachteilig sein kann, zum Beispiel wenn maximale Kühlung gewünscht wird, abgeschaltet werden kann. Bei dieser Anordnung kann das Brennkraftmaschinenkühlmittel während des Betriebs wirksam und zügig, z. B. so schnell wie möglich, erwärmt werden. Ferner ermöglicht ein Abgassystem gemäß der vorliegenden Offenbarung bei dessen Ausführung in einem Fahrzeug eine Größen-, Gewichts- und Kostenreduzierung.
  • Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung alleine oder zusammen mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich werden. Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu bereitgestellt wird, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu bezeichnen, dessen Schutzbereich durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Ausführungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in einem anderen Teil dieser Offenbarung genannten Nachteile beheben.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die hier beschriebenen Vorteile werden beim Lesen eines Beispiels einer Ausführungsform, hier „Ausführliche Beschreibung“ genannt, alleine oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verständlich werden. Es zeigen:
    • 1A-C beispielhafte Abgassysteme bisheriger Ausführungen,
    • 2 ein beispielhaftes Hybridfahrzeugsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung,
    • 3 einen beispielhaften AGR-Kühler, der mit einer Abgaswärmerückgewinnungsleitung gemäß einer ersten beispielhaften Ausgestaltung gekoppelt ist, wobei ein AGWR-Auslass stromaufwärts eines Katalysators an den Auslasskanal angeschlossen ist,
    • 4 eine zweite beispielhafte Ausgestaltung mit einer verkleinerten Ventilausgestaltung,
    • 5 eine dritte beispielhafte Ausgestaltung, wobei eine AGWR-Auslassleitung stromabwärts des Katalysators an den Auslasskanal angeschlossen ist,
    • 6 eine vierte beispielhafte Ausgestaltung, bei der der Einlass des AGR-Kühlers an einer stromabwärts gelegenen Stelle der AGWR-Leitung an die AGWR ankoppelt,
    • 7 und 8 beispielhafte Ablaufschemen zum Wechseln von Auslassbetriebsmodi durch Einstellen des Auslassströmungspfads,
    • 9 ein beispielhaftes Ablaufschema für ein schnelles Erwärmen der Fahrgastraumtemperatur durch Regeln des Auslassstroms zur AGWR-Leitung gemäß der vorliegenden Offenbarung, und
    • 10 eine beispielhafte Fahrzeugbetriebsabfolge bei einem Brennkraftmaschinenkaltstart, zur Veranschaulichung der Verfahren der vorliegenden Offenbarung.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Nach dem Starten eines Autos unter kalten Bedingungen können die Fahrgäste für ein angenehmes Fahrerlebnis eine angebrachte Innenraumerwärmung wünschen. Da die Innenraumluft durch an den Heizungswärmetauscher geleitetes Brennkraftmaschinenkühlmittel erwärmt wird, kann von einer Brennkraftmaschine erzeugte Wärme in manchen Fällen die einzige Hauptwärmequelle für den Fahrgastraum sein. Somit kann, um eine Schwellenwert-Innenraumtemperatur zu erreichen, oberhalb derer es möglich ist, die Brennkraftmaschine während des Fahrbetriebs abzustellen, zum Beispiel um in einem Hybridfahrzeug den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren, die Brennkraftmaschine solange betrieben werden, bis ausreichend Wärme an das Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragen wurde. Aus diesem Grund zeigt 2 ein beispielhaftes Hybridfahrzeugsystem. 3-6 zeigen dann beispielhafte Abgassysteme mit einem an eine gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgestaltete und betriebene Abgaswärmerückgewinnungsleitung gekoppelten AGR-Kühler. 7 und 8 zeigen ferner beispielhafte Verfahren zum Wechseln des Betriebsmodus des Fahrzeugs durch Einstellen eines Auslassströmungspfads basierend auf Ventilzuständen, während 9 das Verfahren bei Verwendung einer beispielhaften Betriebsabfolge darstellt, bei der durch Regeln des Auslassstroms zur AGWR-Leitung die Innenraumlufttemperatur schnell erwärmt wird. 10 zeigt eine beispielhafte Betriebsabfolge beim Kaltstart, um die Ventileinstellungen und Auslassströme ausführlicher darzustellen.
  • In 2 ist nun eine schematische graphische Darstellung eines Zylinders einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine 10 gezeigt, die in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Die Brennkraftmaschine 10 kann zumindest teilweise von einem ein Steuergerät 12 umfassenden Regelungssystem und durch Eingaben eines Fahrzeugführers 132 über eine Eingabeeinrichtung 130 geregelt werden. Bei diesem Beispiel umfasst die Eingabeeinrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals (pedal position, PP). Ein Brennraum (z. B. Zylinder) 30 der Brennkraftmaschine 10 kann Brennraumwände 32 mit einem innerhalb dieser positionierten Kolben 36 enthalten. Bei manchen Ausführungsformen kann eine Oberfläche des Kolbens 36 im Zylinder 30 eine Mulde aufweisen. Der Kolben 36 kann mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass die Hin-und-her-Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem mit zumindest einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Startvorgang der Brennkraftmaschine 10 zu ermöglichen.
  • Der Brennraum 30 kann über einen Einlasskanal 42 Einlassluft aus einem Einlasskanal 44 empfangen und über einen Auslasskanal 48 Verbrennungsgase ausstoßen. Der Einlasskanal 44 und der Auslasskanal 48 können jeweils über ein Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54 selektiv mit dem Brennraum 30 kommunizieren. Bei manchen Ausführungsformen kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
  • Bei diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und Auslassventil 54 mittels Nockensteuerung über ein jeweiliges Nockensteuerungssystem 51 bzw. 53 geregelt werden. Die Nockensteuerungssysteme 51 und 53 können jeweils eine oder mehrere Nocken enthalten und können ein oder mehrere Nockenprofilumschaltungs(cam profile switching; CPS)-, variable Nockenwellenverstellungs(variable cam timing; VCT)-, variable Ventilverstellungs(variable valve timing; VVT)- und/oder variable Ventilhub(variable valve litt; VVL)-Systeme verwenden, die vom Steuergerät 12 dahingehend betrieben werden können, den Ventilbetrieb zu variieren. Die Stellung des Einlassventils 52 und Auslassventils 54 kann jeweils von einem Stellungssensor 55 bzw. 57 bestimmt werden. Bei alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder Auslassventil 54 mittels elektrischer Ventilsteuerung geregelt werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ ein über elektrische Ventilsteuerung geregeltes Einlassventil und ein über Nockensteuerung, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, geregeltes Auslassventil umfassen.
  • Ein Kraftstoffeinspritzventil 66 ist in der Darstellung direkt mit dem Brennraum 30 gekoppelt, um in diesen proportional zur Pulsweite des aus dem Steuergerät 12 über einen elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals FPW (fuel pulse width = Kraftstoff-Impulsweite) Kraftstoff direkt einzuspritzen. Auf diese Weise stellt das Kraftstoffeinspritzventil 66 eine sogenannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 30 bereit. Das Kraftstoffeinspritzventil kann zum Beispiel seitlich am Brennraum oder in der Oberseite des Brennraums montiert sein. Dem Kraftstoffeinspritzventil 66 kann Kraftstoff von einem (nicht gezeigten) Kraftstoffsystem zugeführt werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffverteilerleitung enthält.
  • Ein Zündsystem 88 kann in Reaktion auf ein Zündverstellungssignal (spark advance signal) SA aus dem Steuergerät 12 unter ausgewählten Betriebsmodi über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken an den Brennraum 30 bereitstellen. In der Darstellung sind zwar Fremdzündungskomponenten gezeigt, bei einigen Ausführungsformen können jedoch der Brennraum 30 oder eine oder mehrere Brennräume der Brennkraftmaschine 10 in einem Eigenzündungsmodus, mit oder ohne Zündfunken, betrieben werden. Bei manchen Ausführungsformen kann das Zündsystem ein Doppel-Zündsystem umfassen, das zwei Zündkerzen pro Zylinder umfasst (nicht gezeigt).
  • Der Einlasskanal 42 kann Drosseln 62 und 63 enthalten, die jeweils eine Drosselklappe 64 bzw. 65 aufweisen. Bei diesem speziellen Beispiel können die Stellungen der Drosselklappen 64 und 65 vom Steuergerät 12 über Signale variiert werden, die an einen den Drosseln 62 und 63 zugeordneten elektrischen Motor oder Aktuator bereitgestellt werden, eine Ausgestaltung, die gemeinhin als elektronische Drosselregelung (electronic throttle control; ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise können die Drossel 62 und 63 so betrieben werden, dass sie die dem Brennraum 30, neben anderen Brennkraftmaschinenzylindern, bereitgestellte Einlassluft variieren. Die Stellungen der Drosselklappe 64 und 65 können dem Steuergerät 12 mittels Drosselstellungssignalen (throttle position, TP) bereitgestellt werden. Der Einlasskanal 42 kann einen Luftmassensensor 120 und einen Einlasskrümmerdrucksensor 122 enthalten, um entsprechende Signale MAF und MAP an das Steuergerät 12 bereitzustellen. Ferner kann der Einlasskanal 44 eine Ladungsverwirbelungsklappe 45 zum Regeln der Intensität der im Brennraum 30 stattfindenden Ladungsbewegung umfassen.
  • Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungs(AGR)-System einen gewünschten Teil des Abgases aus dem Auslasskanal 48 über einen Hochdruck-AGR-Kanal 140 zum Einlasskanal 44 leiten. Das System ist zwar so beschrieben, dass es eine Hochdruck-AGR verwendet, bei manchen Beispielen kann jedoch auch oder alternativ dazu ein Niederdruck-AGR- Kanal enthalten sein. Bei Ausführungen, bei denen die Brennkraftmaschine nicht turboaufgeladen ist, kann auch eine selbstansaugende AGR eingesetzt werden. Die Menge der dem Einlasskanal 44 bereitgestellten AGR kann vom Steuergerät 12 über ein Hochdruck-AGR-Ventil 142 variiert werden. Bei manchen Ausführungsformen kann eine Drossel im Auslass enthalten sein, um beim Betreiben der AGR zu helfen. Ferner kann ein AGR-Sensor 144 innerhalb des AGR-Kanals angeordnet sein und eine Anzeige des Drucks und/oder der Temperatur und/oder der Konzentration des Abgases bereitstellen. Alternativ dazu kann die AGR durch einen basierend auf Signalen aus dem MAF-Sensor (stromaufwärts), MAP (Einlasskrümmerdruck), MAT (Einlasskrümmertemperatur) und Kurbelwellendrehzahlsensor berechneten Wert geregelt werden. Ferner kann die AGR basierend auf einem Abgas-O2-Sensor und/oder einem Einlasssauerstoffsensor (Einlasskrümmer) geregelt werden. Unter manchen Bedingungen kann das AGR-System dazu verwendet werden, die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb des Brennraums zu regulieren. 2 zeigt ein Hochdruck-AGR-System, bei dem die AGR von stromaufwärts einer Turbine eines Turboladers zu stromabwärts eines Verdichters eines Turboladers geleitet wird. Ferner kann das Hochdruck-AGR-System, wie in 2 gezeigt, einen Hochdruck-AGR-Kühler 146 enthalten, um zum Beispiel Wärme aus den AGR-Gasen an Brennkraftmaschinenkühlmittel zu übertragen.
  • Gemäß der vorliegenden Beschreibung ist die Hochdruck-AGR 140 mit einer Abgasrückgewinnungsleitung 141 (AGWR) kombiniert. Der Einfachheit halber kann daher ein gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgestaltetes Abgassystem einen gegabelten Pfad enthalten, der es ermöglicht, Wärme aus Abgasen ohne Rückführung der Abgase zu einem Brennkraftmaschineneinlass an das Kühlmittel zu übertragen. Als ein Beispiel dazu kann eine AGWR-Leitung parallel zum Hauptauslassstrom angeordnet zum Abgassystem hinzugefügt werden, was einen kompakten Einbau im Motorraum ermöglicht. Weiterhin kann ein anderer, vom Abgasrohr zum Einlasskrümmer verlaufender Strang einen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher enthalten, um Wärme aus dem Auslassstrom an das Kühlmittel zu übertragen. Ventile ermöglichen es dem System dann, in der nachfolgend beschriebenen Weise mehrere Funktionen auszuführen. Die bereitgestellte AGWR-Menge kann vom Steuergerät 12 über ein AGWR-Ventil 143 variiert werden.
  • Die Brennkraftmaschine 10 kann ferner in manchen Ausführungsformen eine Verdichtungseinrichtung wie einen Turbolader oder mechanischen Lader mit zumindest einem entlang des Einlasskanals 44 angeordneten Verdichter 162 enthalten. Für einen Turbolader kann der Verdichter 162 zumindest teilweise (z. B. über eine Welle) von einer entlang des Auslasskanals 48 angeordneten Turbine 164 angetrieben werden. Für einen mechanischen Lader kann der Verdichter 162 zumindest teilweise von der Brennkraftmaschine und/oder einer Elektromaschine angetrieben werden und keine Turbine enthalten. Das einem oder mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine über einen Turbolader oder mechanischen Lader bereitgestellte Maß an Verdichtung kann somit vom Steuergerät 12 variiert werden.
  • In der Darstellung ist ein Abgassensor 126 stromaufwärts eines Abgasreinigungssystems 71 und stromabwärts der Turbine 164 mit dem Auslasskanal 48 gekoppelt. Der Sensor 126 kann ein beliebiger für die Bereitstellung einer Anzeige des Abgasluft/Kraftstoff-Verhältnisses geeigneter Sensor sein, wie etwa eine lineare Sauerstoffsonde, auch universelle oder Breitband-Lambdasonde genannt (universal exhaust gas oxygen; UEGO), eine bistabile Sauerstoff- bzw. Lambdasonde (exhaust gas oxygen; EGO), eine beheizte Lamdasonde (heated EGO; HEGO), eine NOx-, HC- oder CO-Sonde.
  • Die Abgasreinigungseinrichtung 71 ist stromabwärts des Abgassensors 126 entlang des Auslasskanals 48 angeordnet gezeigt. Die Abgasreinigungseinrichtungen 71 können ein selektives katalytisches Reduktionssystem (selective catalytic reduction, SCR), ein Dreiwege-Katalysator (three-way catalyst, TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungseinrichtungen oder Kombinationen davon sein. Zum Beispiel kann die Einrichtung 71 ein Dreiwege-Katalysator (TWC) sein und eine Einrichtung 72 kann ein Partikelfilter (PF) sein. Ferner kann bei manchen Ausführungsformen im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 die Abgasreinigungseinrichtung 71 periodisch regeneriert werden, indem zumindest ein Zylinder der Brennkraftmaschine innerhalb eines bestimmten Kraftstoff/Luft-Verhältnisses betrieben wird. Bei manchen Ausführungsformen kann in der Brennkraftmaschine 10 die eine oder die andere der Einrichtungen 71 und 72 vorhanden sein.
  • Das Steuergerät 12 ist in 2 als Mikrocomputer dargestellt, mit einer Mikroprozessoreinheit (CPU) 102, Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen (I/O) 104, einem elektronischen Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das in diesem speziellen Beispiel als Festwertspeicherchip (read only memory, ROM) 106 dargestellt ist, einem Arbeitsspeicher (random access memory, RAM) 108, einem batteriebetriebenen Diagnosespeicher (keep alive memory, KAM) 110 und einem Datenbus. Das Steuergerät 12 kann zusätzlich zu den bereits erläuterten Signalen verschiedene Signale aus mit der Brennkraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich eine Messung der angesaugten Luftmassenströmung (mass air flow, MAF) aus dem Luftmassensensor 120, der Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature, ECT) aus einem mit einem Kühlmantel 114 gekoppelten Temperatursensor 112, einem Profilzündaufnahmesignal (profile ignition pickup, PIP) aus einem mit der Kurbelwelle 40 gekoppelten Hall-Sensor 118 (oder anderen Sensortyp), einer Drosselposition (throttle position; TP) aus einem Drosselstellungssensor, und einem Einlasskrümmer-Absolutdrucksignal (absolute manifold pressure, MAP) aus dem Sensor 122. Ein Brennkraftmaschinendrehzahlsignal, RPM, kann vom Steuergerät 12 aus dem Profilzündaufnahmesignal (PIP) erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP aus einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, eine Anzeige eines Unterdrucks oder Drucks im Einlasskrümmer bereitzustellen. Man beachte, dass verschiedene Kombinationen der oben genannten Sensoren verwendet werden können, wie etwa ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor, oder umgekehrt. Im stöchiometrischen Betrieb kann der MAP-Sensor eine Anzeige des Brennkraftmaschinendrehmoments liefern. Ferner kann dieser Sensor, zusammen mit der erfassten Brennkraftmaschinendrehzahl, eine Schätzung der in den Zylinder eingeführten Ladung (einschließlich Luft) bereitstellen. Bei einem Beispiel dazu kann der Sensor 118, der auch als Brennkraftmaschinendrehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen liefern.
  • Das Speichermedium Festwertspeicher 106 kann mit maschinell lesbaren Daten programmiert werden, die vom Prozessor 102 zur Durchführung der nachfolgend beschriebenen Verfahren, sowie anderer zu erwartender, nicht speziell aufgeführter Varianten, ausführbare Befehle darstellen.
  • Wie oben beschrieben, zeigt 2 nur einen Zylinder einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine, und jeder Zylinder kann analog dazu seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzventil, Zündkerze, usw. umfassen.
  • Um nun zu einer Beschreibung des mit kombinierten AGR- und AGWR-Einrichtungen ausgestalteten Abgassystems zu kommen, so zeigen 3-6 beispielhafte Systeme gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Als ein Beispiel dazu kann das Abgassystem eines Fahrzeugs einen AGR-Kühler, eine mit dem AGR-Kühler gekoppelte Abgaswärmerückgewinnungsleitung, ein AGR-Ventil stromabwärts des AGR-Kühlers zum Regeln des Auslassstroms zu einem Brennkraftmaschineneinlass, und ein innerhalb der Abgaswärmerückgewinnungsleitung befindliches Ventil zum Regeln eines Abgasvolumenstroms durch dieselbe umfassen, wobei der Abgasvolumenstrom eine an ein Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragene Wärmemenge bestimmt. Bei manchen beispielhaften Ausführungsformen umfasst das System die über einen Strang stromabwärts des AGR-Kühlers mit dem AGR-Kühler gekoppelte Abgaswärmerückgewinnungsleitung, wobei die Abgaswärmerückgewinnungsleitung ferner an einen Auslasskanal angeschlossen ist, wobei der Anschluss an den Auslasskanal stromaufwärts eines Abgaskatalysators liegt. Der Anschluss an den Auslasskanal kann jedoch auch stromabwärts eines Abgaskatalysators positioniert sein, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
  • Um eine Auslassströmung durch die AGR- und/oder die AGWR-Einrichtung zu erhöhen, kann das Abgassystem ferner eine Abgasdrossel umfassen, die im Auslasskanal stromaufwärts der Anschlussverbindung zwischen der Abgaswärmerückgewinnungsleitung und dem Auslasskanal stromaufwärts des Katalysators positioniert ist. Bei anderen Ausführungsformen kann das in der Abgaswärmerückgewinnungsleitung befindliche Ventil ein passives Einwegeventil sein, das in Reaktion auf einen über einem Schwellenwert liegenden Auslassstrom geöffnet wird. In noch anderen Ausführungsformen kann ein Einlassventil im AGR-Kühler stromaufwärts des AGR-Kühlers positioniert sein. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Abgaswärmerückgewinnungsleitung in einer alternativen Anordnung mit dem AGR-Kühler gekoppelt sein. Zum Beispiel kann die Abgaswärmerückgewinnungsleitung auf einer stromaufwärts gelegenen Seite statt einer stromabwärts gelegenen Seite mit dem AGR-Kühler gekoppelt sein. Somit können die innerhalb der Abgaswärmerückgewinnungsleitung gelegenen Ventile stromaufwärts des AGR-Kühlers positioniert sein. Um die Größe innerhalb des Motorraums zu reduzieren und ferner einen kompakten Einbau des Systems zu verbessern, kann das Abgassystem eine Ausgestaltung mit der Abgaswärmerückgewinnungsleitung nahe bei einem Abgaskrümmer parallel zum Auslasskanal positioniert aufweisen.
  • 3 zeigt eine erste beispielhafte Ausgestaltung 300, in der der beispielhafte AGR-Kühler 140 mit der AGWR-Leitung 141 gekoppelt ist, und in der der AGWR-Auslass stromaufwärts eines Katalysators z. B. der Einrichtung 71 an den Auslasskanal angeschlossen ist. Der Einfachheit halber ist die Brennkraftmaschine 10 schematisch als Vierzylinderbrennkraftmaschine mit reihenförmiger Anordnung gezeigt. Alternativ dazu können jedoch andere Brennkraftmaschinenanordnungen verwendet werden. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf Sechszylindermotoren, Reihenmotoren mit vier oder sechs Zylindern, Zwölfzylindermotoren, Viertakt-Gegenkolbenmotoren und andere Brennkraftmaschinentypen angewendet werden. Einlassluft aus den Einlasskanälen 44 (z. B. ist ein Einlasskanal beschriftet) wird zum Einlasskrümmer 304 geführt und weiter in Zylinder 30, wo die Verbrennung stattfindet. Nach der Verbrennung werden Abgase zu den Auslasskanälen 48 geführt (z. B. ist ein Auslasskanal beschriftet), wo einzelne Auslassströme aus jedem Zylinder in der Darstellung zum Beispiel in das Abgasrohr 348 kombiniert werden. Danach können Abgase gemäß den beschriebenen Verfahren entlang der verschiedenen Pfade geleitet werden. In 3 enthält der Auslasskanal 348 zusätzlich zum AGR-Ventil 142 und AGWR-Ventil 143, die dazu verwendet werden, im Betrieb einen oder mehrere Auslassstrompfade einzustellen, eine Drossel 366.
  • Die Ventilsteuerung ermöglicht, dass Abgase durch die verschiedenen gezeigten Kanäle umgeleitet werden können. In manchen Fällen können basierend auf den festgestellten Brennkraftmaschinenzuständen alle, keine, oder ein Teil der Abgase umgeleitet werden. Mit anderen Worten, der Auslassstrom kann unabhängig durch jeden der Pfade verteilt werden, oder als Kombination von zwei oder mehr seiner Pfade. Zum Beispiel kann unter einem ersten Satz einiger Bedingungen das Fahrzeug in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden, um Abgase direkt über den Abgaskrümmer 348 freizusetzen. Auf diese Weise wird das Hybridfahrzeug basierend auf verschiedenen Betriebsmodi beschrieben, die Auslassströme im gesamten Abgassystem umleiten, bevor sie das Fahrzeug über ein Abgasrohr verlassen. Als ein anderes Beispiel kann das Fahrzeug unter einem zweiten Satz von Bedingungen in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden, um Wärme an das Brennkraftmaschinenkühlmittel zu übertragen, indem Abgase zur AGWR 141 geleitet werden. Ebenso kann das Fahrzeug unter einem von den anderen verschiedenen dritten Satz von Bedingungen in einem dritten Betriebsmodus betrieben werden, um Abgase an die Brennkraftmaschine 10 rückzuführen, indem der Auslassstrom zum Einlasskrümmer 304 geleitet wird. Der Einfachheit halber wird in der präsentierten Beschreibung während dieser Betriebsmodi (z. B. dem ersten bis dritten Modus) im Wesentlichen der gesamte Auslassstrom entlang der angegebenen Pfade eingestellt. Jedoch kann unter noch einem anderen Satz von Bedingungen, der als vierter Satz von Bedingungen bezeichnet wird, das Fahrzeug in einem vierten Betriebsmodus betrieben werden, um die Abgase basierend auf den Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen durch zwei oder mehr der Pfade (z. B. 50% der Strömung zum direkten Abgas und 50% der Strömung an die AGWR) zu verteilen. Die Verfahren werden unter Bezug auf Einstellungen beschrieben, die vorgenommen werden, um einen Fahrzeuginnenraum nach einem Brennkraftmaschinenkaltstart zu beheizen. Dies ist jedoch nicht einschränkend und andere beispielhafte Situationen und Betriebsszenarien sind möglich. Zum Beispiel kann das Brennkraftmaschinenkühlmittel auch erwärmt werden, um den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine durch ein Absenken der Ölviskosität zu erhöhen.
  • Wie oben bereits angemerkt, ist es beim Starten eines Hybridfahrzeugs unter kalten Bedingungen wünschenswert, das Brennkraftmaschinenkühlmittel so schnell wie möglich zu erwärmen, um es zu ermöglichen, die Brennkraftmaschine des Hybridfahrzeugs abzuschalten, um den Kraftstoffverbrauch im Betrieb zu reduzieren. Das Erwärmen des Brennkraftmaschinenkühlmittels ermöglicht es, den Innenraum zu erwärmen, da erwärmtes Brennkraftmaschinenkühlmittel zum Heizungswärmetauscher geleitet wird, um die Fahrgastraumluft zu erwärmen. Von der Brennkraftmaschine erzeugte Wärme stellt eine Hauptwärmequelle zur Erwärmung des Fahrgastraums dar. Aus diesem Grund kann die Brennkraftmaschine weiter arbeiten, bis eine, basierend auf einer vom Fahrzeugführer angegebenen Innenraumtemperatur, zufriedenstellend hohe Kühlmitteltemperatur erreicht ist.
  • Wenn das AGR-Ventil 142 zumindest teilweise geöffnet ist, ist eine gekühlte AGR-Funktion aktiviert. Das AGWR-Ventil 143 wirkt somit dahingehend, zu verhindern, dass ungekühltes Abgas aus dem Auslasskanal in den Einlasskrümmer eintritt. Wenn das AGR-Ventil 142 geöffnet ist, und die Abgasdrossel 366 teilweise geschlossen ist, wird die AGR-Funktion dadurch verbessert, dass der Druck am AGR-Strangeinlass erhöht wird, wodurch sich ein Abgasrückführungsvolumenstrom in den Einlasskrümmer erhöht. Wenn das AGR-Ventil 142 geschlossen ist und das AGWR-Ventil 143 zumindest teilweise geöffnet ist, ist eine AGWR-Funktion aktiviert. Ein Schließen der Abgasdrossel 366 kann dazu verwendet werden, die Druckdifferenz zwischen dem Einlass- und Auslassstrang des kombinierten AGR/AGWR-Systems zu regeln. Eine Druckdifferenz an der Abgasdrossel 366 bewirkt, dass Abgas durch den AGR-Kanal 140 und die AGWR-Leitung 141, wo über den Wärmetauscher Wärme an das Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragen wird, strömt. Wenn das AGWR-Ventil 143 ein aktives Ventil ist, kann der Volumenstrom durch die AGWR-Leitung 141 über das AGWR-Ventil eingestellt werden. Wenn jedoch das AGWR-Ventil 143 ein passives Ventil ist, kann der Abgasvolumenstrom basierend auf der Auslassdrossel 366 und/oder dem AGR-Ventil 142 eingestellt werden. Wenn das AGR-Ventil 142 zumindest teilweise geöffnet ist und das AGWR-Ventil 143 zumindest teilweise geöffnet ist, sind sowohl die Abgaswärmerückgewinnung als auch die gekühlten AGR-Funktionen aktiviert. Der Öffnungsgrad der jeweiligen Ventile kann dazu verwendet werden, den Durchsatz und damit jeweils die Verteilung von Gasen in den Einlasskrümmer 304 und die Abgaswärmerückgewinnungsleitung AGWR 141 zu regeln. Wenn Abgasströme gleichzeitig durch beide Leitungen verteilt werden, kann die Abgasdrossel 366 dahingehend gesteuert werden, den Volumenstrom durch beide Leitungen zu regeln. Wie oben angemerkt, kann ein Erhöhen des Schließgrads der Abgasdrossel 366 die Druckdifferenz zwischen dem Einlass- und dem Auslassstrang des AGR/AGWR-Systems erhöhen, wodurch sich der Volumenstrom der Gase durch die kombinierten AGR/AGWR-Leitungen erhöht.
  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können ausgestaltet sein, ähnliche Funktionen bereitzustellen, aber mit verschiedenen oder verkleinerten Leitungssystem- und/oder Ventilanordnungen. Erfindungsgemäß ist in einer Anordnung das AGWR-Ventil 143 ein Rückschlagventil, das durch Druck aus der Abgasdrossel 366 bei einem vorbestimmten Schwellenwert in eine geöffnete Stellung gezwungen wird. Bei Nutzung der Abgaswärmerückgewinnung kann somit die Abgasdrossel 366 in eine teilweise oder ganz geschlossene Stellung gesteuert werden, wodurch eine Kraft erzeugt wird, durch die sich das passive Einwegeventil, z. B. das AGWR-Ventil 143, öffnet. Umgekehrt kann, wenn eine gekühlte AGR, entweder alleine oder in Kombination mit Abgaswärmerückgewinnung, genutzt werden soll, das Rückschlagventil verhindern, dass ungekühltes Abgas über die AGWR-Leitung 141 in den Einlasskrümmer zurückgeleitet wird.
  • 4 zeigt eine zweite beispielhafte Ausgestaltung 400, mit einer verkleinerten VentilAusgestaltung. In 4 ist das AGWR-Ventil 443 eine Kombination aus Abgasdrosselventil und Auslassventil. Zum Beispiel kann das AGWR-Ventil 443 bei manchen Ausführungen die Form entweder einer Scharnierklappe oder eines Klappenventils annehmen. Somit wird, wenn das AGWR-Ventil 443 geschlossen wird, verhindert, dass ungekühltes Abgas über die AGWR-Leitung 141 in den Einlasskrümmer rückgeführt wird. Wenn jedoch das AGWR-Ventil 443 geöffnet wird, kann der Auslassstrom gleichzeitig im Auslasskrümmer 348 (z. B. dem Hauptabgasrohr) gedrosselt werden und auch durch die AGWR-Einrichtung zum Auslass des Auslassstrangs strömen. Auf diese Weise stellt ein Öffnen des AGWR-Ventils 443 einen Druckabfall bereit, der einen Auslassstrom durch den Wärmetauscher herbeiführt und es gleichzeitig ermöglicht, dass Abgas direkt über das Abgasrohr freigesetzt wird. Bei manchen Ausführungsformen kann zum weiteren Regeln des Abgasstroms durch den AGR-Kühler im AGR-Kanal 140 stromaufwärts des Hochdruck-AGR-Kühlers 146 ein stromaufwärts gelegenes Einlassventil enthalten sein.
  • 5 zeigt eine dritte beispielhafte Ausgestaltung 500, bei der eine AWGR-Auslassleitung stromabwärts des ersten Katalysators (z. B. der Einrichtung 71) an den Auslasskanal angeschlossen ist. In der Darstellung ist der Auslass des Strangs in eine Position stromabwärts des Katalysators verlegt. Wenn das AGWR-Ventil 143 geöffnet wird, entwickelt sich ein Druckabfall am Katalysator, der einen Auslassstrom durch die AGWR-Leitung 141 herbeiführt. Bei einer Ausgestaltung mit dieser Anordnung kann mit einem Steuern des Abgasstromvolumens durch den Strang der AGWR-Leitung 141 auch der katalytischen Aktivität des Katalysators Rechnung getragen werden, damit das Fahrzeug neben dem Erwärmen des Brennkraftmaschinenkühlmittels über die über einen Wärmetauscher an das Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragene Abgaswärme auch die Abgase vor der Freisetzung in die Atmosphäre ausreichend katalysieren kann.
  • 6 zeigt eine vierte beispielhafte Ausgestaltung 600, bei der der Einlass des AGR-Kühlers an einer stromabwärts gelegenen Stelle der AGWR-Leitung an die AGWR ankoppelt. Bei dieser Anordnung kann das stromabwärts der AGWR-Leitung 141 gelegene AWGR-Ventil 143 gleichzeitig den Auslassstrom drosseln und auch den Volumenstrom durch die Abgasrückgewinnungsleitung steuern. Wenn das AWGR-Ventil 143 geöffnet und das AGR-Ventil 142 geschlossen ist, kann Wärme aus dem Abgassystem an das Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragen werden. Alternativ dazu kann, wenn das AGR-Ventil 142 geöffnet ist, ein Auslassstrom durch die AGR-Leitung 140 in der durch die Pfeile angegebenen Richtung stattfinden. Auf dieselbe, oben beschriebene Weise kann bewirkt werden, dass Abgas durch die gesamten, durch die Strömungspfeile angegebenen verschiedenen Pfade fließt, indem Ventile innerhalb des Abgassystems eingestellt werden. Daher kann, auch wenn die Anordnung anders ist, das kombinierte AGR- und AWGR-Abgassystem es auch ermöglichen, dass die Wärme aus den Abgasen unter verschiedenen Bedingungen, z. B. kalten Bedingungen, an das Kühlmittel übertragen wird. Wie gezeigt, kann der Wärmetauscher, z. B. der Hochdruck-AGR-Kühler 146 alternativ dazu in manchen Fällen ausgestaltet sein, Wärme gleichzeitig aus dem AGR-Kanal 140 und der AGWR-Leitung 141 zu entziehen.
  • Um nun zu einer Beschreibung der Verfahren zu kommen, so zeigen 7 und 8 beispielhafte Ablaufschemen für das Wechseln von Abgassystembetriebsmodi durch Einstellen des Auslassstrompfads gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • 7 zeigt ein beispielhaftes Ablaufschema 700 für das Wechseln von Betriebsmodi des Abgassystems durch Einstellen eines Auslassstrompfads über eine oder mehrere Ventileinstellungen. Wie oben angemerkt, werden die Betriebsmodi der Einfachheit halber mit Bezug auf Auslassströme durch jeden der Pfade (d. h. durch den Auslasskanal, die AGR-Leitung oder die AGWR-Leitung) und über eine Kombination der verschiedenen Pfade (z. B. über zwei oder mehr der Leitungen) beschrieben. In 7 angegebene Betriebseinstellungen werden mit Bezug auf die erste beispielhafte Ausgestaltung 300 der 3 beschrieben.
  • Bei 702 umfasst das Verfahren 700 ein Bestimmen der Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen. Zum Beispiel kann eine Brennkraftmaschinentemperatur und/oder Kühlmitteltemperatur bestimmt werden, um festzustellen, ob während des Brennkraftmaschinenbetriebs Wärme an das Kühlmittel übertragen werden soll. Das hier bereitgestellte Beispiel ist ein Brennkraftmaschinenkaltstart, bei dem Abgaswärme aus dem Brennkraftmaschinenabgassystem an das Kühlmittel übertragen wird. Der Vorteil des offenbarten Abgassystems und der Betriebsverfahren liegt darin, dass die Rate der Kühlmittelerwärmung (z. B. und damit die Rate der Fahrzeuginnenraumerwärmung) basierend auf der im Betrieb an das Kühlmittel übertragenen Wärmemenge geregelt werden kann, da eine erhebliche Menge von Wärme aus der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs durch das Abgasrohr freigesetzt werden kann. Durch eine Umleitung des Auslassstroms an die mit der Abgaswärmerückgewinnungsleitung gekoppelte Abgasrückführleitung kann vorteilhafterweise zumindest ein Teil der Wärme aus der Brennkraftmaschine während des Betriebs an das Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragen werden. Insbesondere ermöglichen es die beschriebenen Verfahren, dass Wärme unabhängig vom An/Aus-Zustand der AGR rückgewonnen werden kann. Mit anderen Worten, die Abgaswärmerückgewinnung ist nicht auf den AGR-Strom beschränkt, da bis zu 100% des Auslassstroms zur Wärmerückgewinnung an den Wärmetauscher oder die Abgaswärmerückgewinnungsleitung geleitet werden können (z. B. durch Schließen des AGR-Ventils 142 und der Abgasdrossel 366 und Öffnen des AGWR-Ventils 143).
  • Basierend auf den Brennkraftmaschinenbetriebsgedingungen kann bei 704 das Verfahren 700 bestimmen, ob das Fahrzeug im 1. Abgasmodus betrieben werden soll. Falls, z. B. basierend auf einem ersten Satz von Bedingungen, der 1. Abgasmodus indiziert ist, dann können eine oder mehrere Ventileinstellungen vorgenommen werden, um Abgase direkt über den Abgaskrümmer oder -kanal freizusetzen, wie bei Kästchen 706 angegeben. Zum Beispiel können das AGR-Ventil 142 und das AGWR-Ventil 143 geschlossen werden (d. h. in eine geschlossene Stellung gesteuert werden), was bewirkt, dass ausgestoßene Gase direkt über das Abgasrohr (oder den Auslasskanal) freigesetzt werden.
  • Alternativ dazu fährt, falls das Steuergerät (z. B. das Steuergerät 12) bestimmt, dass die Bedingungen solcherart sind, dass das Fahrzeug in einem anderen Betriebsmodus zu betreiben ist, das Verfahren 700 zu Kästchen 710 fort, wo eine Entscheidung bezüglich des Fahrzeugbetriebs über den 2. Abgasmodus getroffen wird, um Abgas durch die Abgaswärmerückgewinnungsleitung zu leiten und dabei Wärme an das Kühlmittel zu leiten. Falls das Fahrzeug im 2. Abgasmodus betrieben werden soll, zum Beispiel weil ein zweiter Satz von Bedingungen festgestellt wird, die sich vom ersten Satz von Bedingungen unterscheiden, können eine oder mehrere Ventileinstellungen vorgenommen werden, um Abgase durch die AGWR-Leitung 141 zu leiten, um Wärme an das Kühlmittel zu übertragen, wie bei Kästchen 712 angegeben. Als ein Beispiel dazu können das AGR-Ventil 142 und die Abgasdrossel 366 geschlossen werden, während das AGWR-Ventil 143 geöffnet wird, um den Abgasluftstrompfad durch die AGWR-Leitung 141 einzustellen.
  • Falls das Abgassystem bei Kästchen 710 nicht im 2. Abgasmodus betrieben werden soll, fährt das Verfahren 700 zu Kästchen 720 weiter, wo eine Entscheidung bezüglich der Abgasrückführung getroffen wird. Falls das Fahrzeug im 3. Abgasmodus betrieben werden soll, zum Beispiel, weil ein dritter Satz von Bedingungen festgestellt wird, der sich von dem ersten oder zweiten Satz von Bedingungen unterscheidet, können eine oder mehrere Ventileinstellungen vorgenommen werden, um zumindest einen Teil der Abgase durch die AGR-Leitung und zurück in den Brennkraftmaschineneinlass rückzuführen, um zum Beispiel durch Rückführung des Auslassstroms zurück in die Brennkraftmaschine, wie bei Kästchen 722 angegeben, Emissionen zu reduzieren. Als ein Beispiel dazu kann das AGR-Ventil 142 geöffnet sein und die Abgasdrossel 366 basierend auf den Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen gesteuert werden, während das AGWR-Ventil 143 geschlossen ist. Diese Ventileinstellungen ermöglichen es, dass der Auslassstrompfad durch die AGR-Leitung 140 und auf den Brennkraftmaschineneinlass, z. B. den Einlasskrümmer 304 zu geleitet wird. In einigen Fällen kann ein höherer oder erhöhter AGR-Volumenstrom durch Drosseln des Auslassventils erreicht werden. Zum Beispiel kann das Auslassventil gedrosselt werden, während der Einlassunterdruck reduziert wird, um einen Abgasvolumenstrom durch den AGR-Kühler zu erhöhen.
  • Der durch das Kästchen 720 angegebene vierte Abgasmodus bezieht sich auf einen verteilten Abgasstrom durch sowohl die AGR- als auch die AWGR-Leitung, zusätzlich zum Auslasskanal. Mit anderen Worten, die ausgestoßenen Gase werden durch die basierend auf Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen und einer gewünschten Kühlmittelerwärmungsrate indizierten Abgaspfade geleitet. Auf diese Weise können eines oder mehrere der Ventile in eine Stellung eingestellt oder gesteuert werden, die den Auslassstrom basierend auf den festgestellten Bedingungen durch die verschiedenen Leitungen verteilt.
  • Die Auslassströme wurden zwar einfach basierend auf Ventil-An/Aus-Zuständen im 1., 2. und 3. Betriebsmodus beschrieben, in einem in einem Fahrzeug eingebauten Abgassystem können Abgase jedoch überall in einer Kombination von Pfaden unter im Wesentlichen allen Bedingungen verteilt werden. Daher können die verschiedenen angegebenen Abgasmodi auch basierend auf während des Fahrzyklus erwarteter Kühlmittelerwärmungs- und Auslassstrombedingungen ausgeführt und verwaltet werden. Zum Beispiel kann unter heißen Bedingungen (z. B. wenn die Brennkraftmaschinentemperatur einen Temperaturschwellenwert überschreitet) Brennkraftmaschinenwärme aus dem Fahrzeug durch das Abgasrohr freigesetzt werden, statt die Wärme über einen Wärmetauscher, z. B. einen Kühler, an das Brennkraftmaschinenkühlmittel zu übertragen. Alternativ dazu kann unter kalten Bedingungen Brennkraftmaschinenwärme zur Verwendung im Fahrzeug an das Kühlmittel übertragen werden, während ein Teil des Abgases über den Auslasskanal freigesetzt wird.
  • Die Verfahren können innerhalb einer Einrichtung implementiert werden, die einen mit einer Abgaswärmerückgewinnungsleitung gekoppelten AGR-Kühler umfasst. Die Verfahren können, wie beschrieben, umfassen, ein AGR-Ventil stromabwärts des AGR-Kühlers zu steuern, um einen Abgasstrom zu einem Brennkraftmaschineneinlass und einen Abgasstrom zur Abgaswärmerückgewinnungsleitung einzustellen, und eine Wärmemenge zu regeln, die aus dem an die Abgaswärmerückgewinnungsleitung verteilten Abgasstrom über einen Wärmetauscher an ein Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragen wird. Gemäß der Beschreibung kann das Regeln der Wärmeübertragung umfassen, das AGR-Ventil zu öffnen, um den Abgasstrom zum Brennkraftmaschineneinlass zu erhöhen und dabei gleichzeitig den Abgasstrom zur Abgaswärmerückgewinnungsleitung zu verringern, wobei das Schließen des AGR-Ventils den Abgasstrom zur Abgaswärmerückgewinnungsleitung erhöht, und dabei gleichzeitig den Abgasstrom zum Brennkraftmaschineneinlass verringert. Durch Integration einer Abgasdrossel kann jedoch ein Abgasstrom zum AGR-Kühler durch Steuern der Abgasdrossel weiter geregelt werden.
  • Als ein Beispiel dazu zeigt 8 das Verfahren 800 zum Wechseln von Betriebsmodi des Abgassystems durch Einstellen des Auslassstrompfads basierend auf den Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen. Bei 810 stellt das Steuergerät (z. B. das Steuergerät 12) den An/Aus-Zustand der Brennkraftmaschine fest. Falls die Brennkraftmaschine an ist und läuft, fährt das Verfahren 800 zum Entscheidungs-Kästchen 820 fort, wo das Steuergerät 12 ferner bestimmt, ob das Kühlmittel zu erwärmen ist, zum Beispiel weil die Kühlmitteltemperatur unter einen Temperaturschwellenwert fällt. Alternativ dazu kann das Steuergerät 12 ausgestaltet sein, falls die Brennkraftmaschine während des Betriebs des Fahrzeugs aus ist, dem Fahrzeug über eine alternative Energiequelle wie einen Elektromotor Energie bereitzustellen.
  • Bei 820 bestimmt das Steuergerät ferner, ob das Kühlmittel zu erwärmen ist, und ob zumindest ein Teil des Abgases zur Brennkraftmaschine zurückzuleiten ist, wie bei Kästchen 830 und 840 angegeben, was die oben angegebenen vier Betriebsmodi ergibt.
  • Zum Beispiel können, falls eine Kühlmittelerwärmung erfolgen soll (z. B. Ja bei Entscheidungs-Kästchen 820) und das Steuergerät 12 bestimmt, dass kein Abgas zur Brennkraftmaschine geleitet werden soll (z. B. Nein bei Entscheidungs-Kästchen 830), Ventileinstellungen vorgenommen werden, um das Abgassystem im zweiten Abgasmodus zu betreiben, indem Abgas durch die Abgaswärmerückgewinnungsleitung geleitet wird, um Wärme an das Kühlmittel zu übertragen, wie bei Kästchen 834 angegeben. In einigen Fällen kann der zweite Abgasmodus umfassen, das Abgas sowohl über die Abgaswärmerückgewinnungsleitung als auch direkt über den Auslasskanal freizusetzen und dabei Wärme an das Kühlmittel zu übertragen. In anderen Fällen können jedoch bis zu 100% des Abgases durch die Abgaswärmerückgewinnungsleitung geleitet werden, um die im Betrieb an das Kühlmittel übertragene Wärme zu erhöhen. Darüber hinaus können, falls eine Kühlmittelerwärmung stattfinden soll (z. B. Ja bei Entscheidungs-Kästchen 820) und das Steuergerät 12 bestimmt, dass basierend auf den Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen (z. B. Ja bei Entscheidungs-Kästchen 830) zumindest ein Teil des Abgases an die Brennkraftmaschine rückgeführt werden soll, Ventileinstellungen in der bereits beschriebenen Weise vorgenommen werden, um den Fahrzeugbetrieb in den vierten Abgasmodus einzustellen, in dem ein Teil der Abgase in den Brennkraftmaschineneinlass zurückgeleitet werden, während auch Abgase durch die Abgaswärmerückgewinnungsleitung und den Auslasskanal geleitet werden, wie bei Kästchen 832 gezeigt. Auf diese Weise kann die Verteilung der ausgestoßenen Gase durch Einstellen eines Luftstroms überall in den verschiedenen Abgasleitungen während des Fahrzeugsbetriebs eingestellt werden, um die an das Kühlmittel übertragene Wärmemenge, und damit eine Kühlmittelerwärmungsrate, zu regeln.
  • Alternativ dazu können, falls keine Kühlmittelerwärmung erfolgen soll (z. B. Nein bei Entscheidungskästchen 820) und das Steuergerät 12 bestimmt, dass kein Abgas zur Brennkraftmaschine geleitet werden soll (z. B. Nein bei Entscheidungs-Kästchen 840), Ventileinstellungen vorgenommen werden, um das Abgassystem im ersten Abgasmodus zu betreiben, indem die Abgase direkt über den Auslasskanal freigesetzt werden, wie bei Kästchen 844 angegeben. Falls jedoch keine Kühlmittelerwärmung erfolgen soll (z. B. Nein bei Entscheidungs-Kästchen 820) und das Steuergerät 12 bestimmt, dass zumindest ein Teil des Abgases basierend auf den Brennkraftmaschinenbedingungen (z. B. Ja bei Entscheidungs-Kästchen 840) zur Brennkraftmaschine geleitet werden soll, können Ventileinstellungen vorgenommen werden, um das Abgassystem im dritten Abgasmodus zu betreiben, indem die Abgase in den Brennkraftmaschineneinlass rückgeführt werden, wie bei Kästchen 842 angegeben. Zum Beispiel kann zumindest ein Teil der Abgase an die Brennkraftmaschine rückgeführt werden, während die restlichen Abgase direkt über den Auslasskanal freigesetzt werden.
  • 9 zeigt ein beispielhaftes Ablaufschema 900 für ein schnelles Erwärmen der Innenraumluft durch Regeln des Auslassstroms zur AGWR-Leitung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie hier beschrieben, können die Verfahren vorteilhafterweise eine wirksame und schnelle Rückgewinnung von Wärme aus der Brennkraftmaschine während des Betriebs bereitstellen. Der Einfachheit halber sind die Verfahren mit Bezug auf das Aufwärmen eines Fahrzeuginnenraums nach einem Brennkraftmaschinenkaltstart beschrieben. Andere Beispiele sind jedoch möglich und fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.
  • Auf diese Weise kann das Verfahren 900 ein Verfahren zum Erwärmen von Brennkraftmaschinenkühlmittel während des Warmlaufens der Brennkraftmaschine sein, das umfasst, in Reaktion auf eine AGR-Ventilstellung Wärme aus einem Auslassstrom über einen in einer Abgaswärmerückgewinnungsleitung positionierten Wärmetauscher an das Brennkraftmaschinenkühlmittel zu übertragen. Als ein Beispiel dazu kann die AGR-Ventil-Stellung stufenlos variabel sein und somit dazu verwendet werden, einen Abgasvolumenstrom zur Abgaswärmerückgewinnungsleitung zu bestimmen, wobei der Abgasvolumenstrom dazu verwendet wird, basierend auf den Brennkraftmaschinenbedingungen die an das Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragene Wärmemenge zu regeln. Somit kann, wenn das AGR-Ventil geöffnet wird, auch ein AGR-Volumenstrom zur Brennkraftmaschine erhöht werden, wobei der erhöhte Volumenstrom zur Brennkraftmaschine den Volumenstrom zur Abgaswärmerückgewinnungsleitung verringert. Wenn jedoch ein AGWR-Ventil integriert und mit der Abgaswärmerückgewinnungsleitung gekoppelt ist, um den Volumenstrom durch diese zu regeln, können das AGR-Ventil und die AGWR-Ventile unabhängig voneinander oder synchron eingestellt werden, um den Abgasvolumenstrom zur Abgasrückgewinnungsleitung zu regeln, um die an das Kühlmittel übertragene Wärme zu regeln. Die an das Kühlmittel übertragene Wärme wird erhöht, um die Erwärmungsrate in einem Fahrzeuginnenraum zu erhöhen. Außerdem kann, wenn ein separates AGWR-Ventil integriert ist, der Volumenstrom zur Abgaswärmerückgewinnungsleitung unabhängig vom AGR-Betrieb stattfinden wenn das AGR-Ventil geschlossen ist. Eine in einen Auslasskanal platzierte Abgasdrossel kann einen Volumenstrom zur Brennkraftmaschine und/oder zur Abgaswärmerückgewinnungsleitung weiter erhöhen, wie oben ausführlicher beschrieben. Da das Verfahren mit Bezug auf einen Kaltstart in einem Hybridfahrzeug beschrieben wird, können die Verfahren ferner umfassen, die Brennkraftmaschine in Reaktion darauf, dass eine Innenraumlufttemperatur einen Temperaturschwellenwert überschreitet, die Brennkraftmaschine abschalten, wobei die Innenraumlufttemperatur in Reaktion auf die an das Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragene Wärme erhöht wird.
  • Bei 902 umfasst das Verfahren 900 ein Bestimmen, ob das Fahrzeug einen Brennkraftmaschinenkaltstart durchlaufen hat. Zum Beispiel kann eine für einen kurzen Zeitraum nicht verwendete Brennkraftmaschine auf einen Punkt abkühlen, an dem eine Temperatur (z. B. eine Brennkraftmaschinentemperatur) unter einen Schwellenwert absinkt. Falls ein Kaltstart festgestellt wird, fährt das Verfahren 900 zu Kästchen 910 fort, wo eine Bestimmung getroffen wird, ob der Fahrzeuginnenraum erwärmt werden soll. Falls jedoch die Brennkraftmaschinenbedingungen solcherart sind, dass kein Brennkraftmaschinenkaltstart ausgeführt werden soll, dann fährt das Verfahren 900 zu Kästchen 904 fort, indem es Ventileinstellungen vornimmt, um Wärme direkt über den Auslasskrümmer oder -kanal freizusetzen. Zum Beispiel können, wie in Bezug auf Verfahren 700 von 7 beschrieben, sowohl das AGR- als auch das AGWR-Ventil geschlossen werden, um das Abgassystem im 1. Abgasmodus zu betreiben, während Brennkraftmaschinengase direkt über den Auslasskanal ausgestoßen werden.
  • Um zu Kästchen 910 zurückzukommen, so fährt das Verfahren 900, falls der Fahrzeuginnenraum beheizt werden soll, zu Kästchen 912 fort, indem es Wärme an das Kühlmittel überträgt, um den Fahrzeuginnenraum weiter erwärmen. Zum Beispiel kann das AGWR-Ventil geöffnet werden, um einen erhöhten Volumenstrom zur AGWR zu erzeugen. Als ein Beispiel kann im Wesentlichen der gesamte Auslassstrom (z. B. 100% im 2. Abgasmodus) durch die AGWR-Leitung geleitet werden, um Wärme an das Brennkraftmaschinenkühlmittel zu übertragen. Als anderes Beispiel kann jedoch ein Teil des Auslassstroms durch die AGWR-Leitung geleitet werden, während der Rest der Strömung durch das Abgasrohr und/oder die AGR-Leitung zur Brennkraftmaschine geleitet wird. Ferner kann in einigen Fällen die durch die AGWR-Leitung geleitete Auslassströmungsmenge auf der übertragenen Wärme und damit der im Fahrzeuginnenraum gewünschten Erwärmungsrate basieren. Auf diese Weise kann die an das Kühlmittel übertragene Wärmemenge eingestellt werden, um eine optimale Innenraumerwärmungsrate zu erzielen, wodurch ermöglicht wird, dass die Umgebungsluft schnell erwärmt wird. Alternativ dazu fährt das Verfahren 900, falls keine Innenraumerwärmung gewünscht wird, zum Beispiel weil das Steuergerät 12 bestimmt, dass die Umgebungstemperatur einen von einem Heizelement angegebenen Vorgabewert überschreitet, oder weil ein Fahrzeugführer einen Heizungsregelungsbefehl manuell eingestellt hat, zu Kästchen 904 fort und steuert eine Abgasrückführungsmenge basierend auf den Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen.
  • Um zu Kästchen 912 zurückzukommen, so fährt das Verfahren 900 nach Aktivieren des Abgaswärmerückgewinnungselements zu Kästchen 920 fort, wo eine Bestimmung bezüglich des Erwärmungsumfangs getroffen wird. Auf diese Weise kann ein Temperaturschwellenwert integriert werden, der die Temperatur des Fahrzeuginnenraums angibt. Falls die Innenraumtemperatur den Temperaturschwellenwert überschreitet, kann dann das Verfahren 900 Betriebseinstellungen basierend auf der Temperatur über dem Temperaturschwellenwert vornehmen, um die Brennkraftmaschine abzuschalten, während dem Fahrzeug Energie über eine alternative Energiequelle bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann ein Hybridfahrzeug zusätzlich zur Brennkraftmaschine auch einen Elektromotor enthalten, der von einer elektrischen Energieversorgung angetrieben wird. Vom Fahrzeug zugeführte Energie kann somit vom Elektromotor bereitgestellt werden, was zu einem reduzierten Kraftstoffverbrauch und somit zu reduzierten Emissionen führt. Falls die Innenraumtemperatur unter den Temperaturschwellenwert absinkt, kann das System weiter den Volumenstrom durch die AGWR-Leitung steuern, da die Wärmeübertragungsrate an das Kühlmittel während der Erwärmung des Fahrzeuginnenraums verwaltet wird. Wenn der Innenraum dann aufgewärmt ist, kann bei 922 die Brennkraftmaschine abgeschaltet werden und das Fahrzeug über die im Fahrzeug befindliche alternative Energiequelle angetrieben werden. Somit umfasst das Verfahren 900 ferner, die Brennkraftmaschine in Reaktion darauf, dass die Innenraumlufttemperatur einen Schwellenwert überschreitet, und/oder dass die Innenraumlufttemperatur in Reaktion auf an das Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragene Wärme eingestellt wird, und/oder einen Heizungsregelungsbefehl abgestellt werden. Zum Beispiel kann ein Fahrzeugführer einen Heizungsregelungsbefehl durch Drücken eines Knopfes oder einer Taste manuell einstellen, um die Wärmemenge zu reduzieren, die den Fahrzeuginnenraum erwärmt.
  • 10 zeigt einen beispielhaften Kaltstart-Betriebsablauf eines Hybridfahrzeugs, um die soeben beschriebenen Verfahren zu veranschaulichen. In 10 ist im oberen Kurvenbild eine beispielhafte Brennkraftmaschinenlast 1010 gezeigt, zusammen mit den verschiedenen angegebenen Auslassstrompfaden (z. B. 1020, 1030 und 1040) für die beispielhafte verkleinerte Ventilausgestaltung von 4. Ebenfalls gezeigt sind die AGR- und EWGR-Ventilstellung (z. B. 1050 bzw. 1060). Die Zeit ist entlang der X-Achse gezeigt, und die Zeit nimmt von links nach rechts zu.
  • Bei T0 wird das Fahrzeug unter Kaltstartbedingungen gestartet. Danach steigt die Brennkraftmaschinenlast 1010 während das Fahrzeug gefahren wird. Während des Zeitraums von T0 bis T1 wird der Auslassstrom durch die AWGR-Leitung geleitet, um die Brennkraftmaschinenwärme an das Brennkraftmaschinenkühlmittel zu übertragen. Von daher wird das direkte Abgas 1020, das heißt, der direkt durch das Abgasrohr freigesetzte Auslassstrom auf einem minimalen Niveau gehalten. In einigen Fällen ist das minimale Niveau im Wesentlichen null. Wie gezeigt, erhöht sich der AGWR-Strom 1030 proportional zur Brennkraftmaschinenlast, da die Wärme aus dem Auslassstrom über den Wärmetauscher, d. h. den AGR-Kühler 146, während des Betriebs rückgewonnen wird. Der AGR-Strom 1040 kann basierend auf den Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen geregelt werden, die Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen können jedoch gebieten, dass während eines Brennkraftmaschinenkaltstarts keine AGR-Strömung stattfindet. Aus diesem Grund ist der AGR-Strom der Einfachheit halber als konstant (d. h. auf minimalem Niveau) gezeigt. Ein reduzierter Volumenstrom durch die AGR-Leitung ermöglicht einen erhöhten Volumenstrom durch die AGWR-Leitung. Während des Betriebs können AGR- und AGWR-Ventileinstellungen erfolgen, so dass eine verbesserte Wärmerückgewinnung erfolgt, obwohl die Brennkraftmaschine unter kälteren Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen arbeitet. Im Hinblick auf die soeben beschriebenen Auslassströme kann das AGR-Ventil 1050 in die geschlossene Stellung eingestellt werden, wohingegen das AGWR-Ventil 1060 in die geöffnete Stellung eingestellt wird, um den angegebenen gekühlten Auslassstrom zu erzeugen. Gemäß der verkleinerten Ventilausgestaltung von 4, ist das AGWR-Ventil 443 eine Kombination aus einem Abgasdrosselventil und einem Auslassventil. Somit wird, wenn das AGWR-Ventil 443 geöffnet ist, der Auslassstrom gleichzeitig im Abgaskrümmer 348 gedrosselt (z. B. um einen Strom im Hauptabgasrohr zu reduzieren) und es ihm ermöglicht, durch die AWGR-Einrichtung zum Auslass des Auslassstrangs zu strömen.
  • Von T1 bis T2 erhöht sich die Brennkraftmaschinenbelastung bis zu einem Punkt, an dem aus der Brennkraftmaschine freigesetzte Emissionen einen Schwellenwert (nicht gezeigt) überschreiten. In Reaktion auf diesen Zustand wird ein Teil des Auslassstroms durch die AGR-Leitung geleitet, um die Abgase rückzuführen, sowie zur AGWR-Leitung, um Brennkraftmaschinenwärme an das Brennkraftmaschinenkühlmittel zu übertragen. Es werden keine Einstellungen, zum direkten Abgas 1020 vorgenommen, das auf minimalem Niveau gehalten wird. Der AGWR-Strom 1030 ist reduziert, da ein Teil des Auslassstroms im Betrieb an die AGR umgeleitet wird. Der AGR-Strom 1040 ist somit proportional erhöht, während der AGWR-Strom 1030 reduziert ist. In einigen Fällen kann der Gesamtstrom weiterhin die Brennkraftmaschinenlast 1010 wiederspiegeln. Auf diese Weise ermöglicht das Abgassystem gemäß der vorliegenden Offenbarung eine gleichzeitige Optimierung der Wärmeübertragung an das Kühlmittel und eine Reduzierung von Emissionen über die AGR. Anhand der gezeigten Auslassströme kann das AGR-Ventil 1050 in eine geöffnete Stellung eingestellt werden und ferner während des Betriebs basierend auf einem Satz gewünschter Emissionen, die von einem Sensor im Abgassystem gemessen werden können, gesteuert werden. Das AGWR-Ventil 1060 kann auch basierend auf der Brennkraftmaschinenlast eingestellt werden und in Reaktion auf den AGR-Strom und festgestellte Zustände gesteuert werden.
  • Von T2 bis T3 wird die Brennkraftmaschine mit hoher Last betrieben und erzeugt somit höhere Emissionspegel. Aus der Brennkraftmaschine freigesetzte Emissionen können somit weiterhin den Schwellenwert (nicht gezeigt) überschreiten. Die Brennkraftmaschinenemissionen können von der Brennkraftmaschinentemperatur abhängen. Daher kann sich bei längerem Fahren des Fahrzeugs auch die Brennkraftmaschinentemperatur erhöhen, wodurch sich die Wirksamkeit von Abgasemissionen während des Betriebs ändert. Bei einigen Ausführungsformen können die Fahrzeugemissionen geschätzt und/oder berechnet werden, z. B. über ein Modell, um die für einen jeweiligen Satz von Betriebsbedingungen zu erwartenden Fahrzeugemissionen zu bestimmen. Zwar kann sich die Temperatur des Innenraums während der Betriebsabfolge erhöhen, das Steuergerät 12 kann aber die Innenraumtemperatur überwachen während die Temperatur unter den Temperaturschwellenwert abfällt, wie mit Bezug auf 9 beschrieben. In Reaktion auf die erhöhte Brennkraftmaschinenlast kann der Auslassstrom zumindest teilweise durch die AGR-Leitung geleitet werden, um Abgase rückzuführen und dabei einen Auslassstrom durch die AGWR-Leitung zu verhindern. Es werden keine Einstellungen zum direkten Abgas 1020 vorgenommen, das auf minimalem Niveau gehalten wird. Der AGWR-Strom 1030 ist auf ein minimales Niveau reduziert, während ein Teil des Auslassstroms im Betrieb in die AGR umgeleitet wird, um durch Erhöhen der Abgasrückführungsrate Emissionen zu reduzieren. Der AGR-Strom 1040 wird somit basierend auf den Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen auf ein maximales Niveau erhöht, während der AGWR-Strom 1030 auf ein minimales Niveau reduziert wird. Als ein Beispiel dazu kann der Volumenstrom durch die AGR-Leitung auf ein maximales Niveau, das heißt einen Volumenstrom von etwa 25% des Einlassvolumenstroms erhöht werden. Auf diese Weise ermöglicht das Abgassystem eine gekühlte AGR über die Auslassventileinstellung. Basierend auf den gezeigten Auslassströmen kann das AGR-Ventil 1050 in die geöffnete Stellung gesteuert werden, während das AGWR-Ventil 1060 in die geschlossene Stellung eingestellt werden kann.
  • Von T3 bis T4 nimmt die Brennkraftmaschinenlast ab und die erzeugte Menge von Abgasemissionen ist somit reduziert. In Reaktion darauf können Einstellungen vorgenommen werden, um einen Teil des Auslassstroms durch die AWGR-Leitung zu leiten um wieder Brennkraftmaschinenwärme an das Brennkraftmaschinenkühlmittel zu übertragen, während der Auslassstrom durch die AGR abgestellt ist (z. B. weil die Emissionen reduziert sind und unter einen Schwellenwert fallen). Es werden keine Einstellungen zum direkten Abgas 1020 vorgenommen, das auf dem minimalen Niveau gehalten wird. Der AGWR-Strom 1030 wird basierend auf der Brennkraftmaschinenlast erhöht, während der AGR-Strom 1040 reduziert wird. Auf diese Weise überträgt das Abgassystem weiterhin Wärme an das Kühlmittel, um den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen. Basierend auf den gezeigten Auslassströmen kann das AGR-Ventil 1050 in die geschlossene Stellung gesteuert werden, während das AGWR-Ventil 1060 in die geöffnete Stellung gesteuert und basierend auf der Brennkraftmaschinenlast eingestellt wird.
  • Von T4 bis T5 fluktuiert die Brennkraftmaschinenlast basierend auf den Fahrbedingungen. Während dieses Zeitraums kann ein Teil des Auslassstroms über das Abgasrohr freigesetzt werden. Daher werden Ventileinstellungen am AGWR-Ventil vorgenommen, um den Auslassstrom einzustellen und dabei die an das Kühlmittel übertragene Wärme einzustellen. In Reaktion darauf kann ein Teil des Auslassstroms durch die AGWR-Leitung reduziert sein, während der Abgasstrom durch das Abgasrohr erhöht ist. Es werden keine Einstellungen am AGR-Strom 1040 vorgenommen, der auf dem minimalen Niveau gehalten wird. Das Abgassystem überträgt weiterhin Wärme an das Kühlmittel, um den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen, aber mit einer geringeren Rate. Da jedoch die Wärmeübertragungsrate in einigen Fällen von der Brennkraftmaschinentemperatur abhängen kann, kann der Auslassstrom durch den Auslasskanal erhöht werden, während der Auslassstrom durch die Abgaswärmerückgewinnungsleitung verringert wird, um den Fahrzeuginnenraum zu heizen. Zum Beispiel können basierend auf den Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen Betriebsanpassungen vorgenommen werden, um die Menge des zum Katalysator geleiteten Auslassstroms zu erhöhen. Das AGR-Ventil 1050 kann daher in der geschlossenen Stellung gehalten werden, während das AGWR-Ventil 1060 in der geöffneten Stellung ist.
  • Bei T5 überschreitet die Innenraumtemperatur den Temperaturschwellenwert, die Brennkraftmaschine wird abgeschaltet, und Energie wird durch eine alternative Energiequelle wie einen Elektromotor (nicht gezeigt) bereitgestellt. Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschinenlast abgestellt oder auf ein minimales Niveau reduziert werden. Danach können auch die Auslassströmungen verhindert werden, da keine Verbrennung mehr in der Brennkraftmaschine stattfindet. Das AGR-Ventil 1050 wird in der geschlossenen Stellung gehalten, während das AGWR-Ventil 1060 in die geschlossene Stellung eingestellt wird. In einigen Fällen können die Ventile jedoch beim Abschalten der Brennkraftmaschine einfach in ihren jeweiligen Stellungen gehalten werden, da kein Brennkraftmaschinenabgas mehr erzeugt wird. Daher können, wenn die Brennkraftmaschine wieder gestartet wird, eine oder mehrere Einstellungen vorgenommen werden, um den Auslassstrom in der schon beschriebenen Weise durch das gesamte Abgassystem zu verteilen.
  • Auf diese Weise wird ein hochwirksamer Abgaswärmetauscher mit reduzierter Masse angegeben. Außerdem kann das Mehrfunktions-Abgaselement in verschiedenen Modi betrieben werden, um Abgase im Betrieb durch verschiedene Pfade zu leiten. In einem bestimmten Beispiel wird das kombinierte AGR- und AWGR-Abgassystem dazu verwendet, das Brennkraftmaschinenkühlmittel unter kalten Bedingungen schnell zu erwärmen. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, Abgas zum Wärmetauscher zu leiten und dabei auch eine übermäßige Wärmebelastung des Kühlers zu vermeiden. Ferner ermöglicht das System gemäß der vorliegenden Offenbarung bei dessen Implementierung in einem Fahrzeug eine Größen-, Gewichts- und Kostenreduzierung.
  • Zu beachten ist, dass die hier enthaltenen beispielhaften Regelungs- und Schätzungsprogramme mit verschiedenartigen Brennkraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Regelungsverfahren und -programme können als ausführbare Befehle in nichtflüchtigen Speichern gespeichert sein. Die hier beschriebenen speziellen Programme können eine oder mehrere einer beliebigen Zahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuerten, interruptgesteuerten, Multitasking-, Multithreading- und dergleichen Verarbeitungsstrategien darstellen. Von daher können verschiedene dargestellte Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel erfolgen, oder in einigen Fällen entfallen. Ebenso ist die Reihenfolge der Abarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern dient der Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung. Je nach der jeweils verwendeten Strategie können eine oder mehrere der gezeigten Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen eine graphische Darstellung von Rechnercode sein, der in nichtflüchtige Speicher des maschinell lesbaren Speichermediums im Brennkraftmaschinenregelsystem einprogrammiert werden kann.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Ausgestaltungen und Programme beispielhafter Natur sind, und dass diese speziellen Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf Sechszylindermotoren, Reihenmotoren mit vier oder sechs Zylindern, Zwölfzylindermotoren, Viertakt-Gegenkolbenmotoren und andere Brennkraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Ausgestaltungen und anderen hier offenbarten Merkmalen, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder Entsprechungen davon Bezug nehmen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbindung eines oder mehrerer dieser Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehr dieser Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, unabhängig davon, ob ihr Schutzbereich gegenüber dem der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder anders ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims (2)

  1. Abgassystem eines Fahrzeugs, mit: einem AGR-Kühler (146), einer mit dem AGR-Kühler (146) gekoppelten Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141), einem AGR-Ventil (142) stromabwärts des AGR-Kühlers (146), zum Regeln des Auslassstroms zu einem Brennkraftmaschineneinlass, und einem innerhalb der Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141) befindlichen Ventil (143) zum Regeln eines Abgasvolumenstroms durch dieselbe, wobei der Abgasvolumenstrom eine an ein Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragene Wärmemenge bestimmt, wobei die Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141) über einen Strang stromabwärts des AGR-Kühlers (146) mit dem AGR-Kühler (146) gekoppelt ist, wobei die Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141) ferner an einen Auslasskanal (348) angeschlossen ist, wobei der Anschluss an den Auslasskanal (348) stromaufwärts eines Abgaskatalysators (71) liegt, wobei das Abgassystem ferner eine im Auslasskanal (348) stromaufwärts der stromaufwärts des Abgaskatalysators (71) angeordneten Anschlussverbindung zwischen der Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141) und dem Auslasskanal (348) positionierte Abgasdrossel (366) aufweist und wobei das in der Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141) befindliche Ventil (143) ein Rückschlagventil ist, das dazu eingerichtet ist, durch Druck aus der Abgasdrossel (366) bei einem vorbestimmten Schwellenwert in eine geöffnete Stellung zu wechseln.
  2. Abgassystem nach Anspruch 1, wobei die Abgaswärmerückgewinnungsleitung (141) nahe bei einem Abgaskrümmer und parallel zu dem Auslasskanal (348) positioniert ist.
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