DE102016208208A1 - Verbrennungsmotor und Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Verbrennungsmotor (1) mit einer Ladeluftzufuhr (3) und einer Abgasabfuhr (4), bei dem die Ladeluftzufuhr (3) eine Ansaugstrecke (7) und eine Saugrohrstrecke (8) umfasst, die über einen Verdichter (6) miteinander verbunden sind, die Abgasabfuhr (4) eine Hochdruckstrecke (15) und eine Niederdruckstrecke (18) umfasst, die über eine Turbine (16) miteinander verbunden sind, die Abgasabfuhr (4) über wenigstens eine Abgasrückführungsleitung (21) mit der Ladeluftzufuhr (3) verbunden ist, wobei in einer ersten Abgasrückführungsleitung (21), welche die Niederdruckstrecke (18) mit der Ladeluftzufuhr (3) verbindet, eine erste Kraftstoffzufuhr (25) angeordnet ist, über die Kraftstoff in einen ersten Abgasteilstrom zuführbar ist, der über die erste Abgasrückführungsleitung (21) einem Ladeluftstrom (F) zuführbar ist, so dass die Abgasrückführungsrate erhöht werden kann und insbesondere NOx-Emissionen reduziert werden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug (100) mit einem solchen Verbrennungsmotor (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit äußerer Abgasrückführung (AGR) mit einer Ladeluftzufuhr und einer Abgasabfuhr, bei dem die Ladeluftzufuhr eine Ansaugstrecke und eine Saugrohrstrecke umfasst, die über einen Verdichter miteinander verbunden sind, die Abgaszufuhr eine Hochdruckstrecke und eine Niederdruckstrecke umfasst, die über eine Turbine miteinander verbunden sind und die Abgasabfuhr über wenigstens eine Abgasrückführungsleitung mit der Ladeluftzufuhr verbunden ist.
  • Bei Verbrennungsmotoren mit Abgasrückführung wird ein Teil der Abgase (auch Restgase) dem Zylinder (Brennkammer) zugeführt bzw. im Zylinder gehalten.
  • Bei der sogenannten inneren Abgasrückführung geschieht dies durch die Einstellung der Ventilhubverläufe, über welche die Frischgas- und Restgasmengen im Zylinder beeinflussbar sind. Die innere Abgasrückführung kann dadurch erhöht werden, dass durch ein frühes Öffnen des Einlassventiles große Ventilüberschneidungen entstehen, die dazu führen, dass die innere Abgasrückführung erhöht wird. Der so erhöhte Restgasanteil kann die Emission von Stickoxiden (NOx) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) absenken.
  • Daneben ist die sogenannte äußere Abgasrückführung (AGR) verbreitet, die es erlaubt, den Abgas- bzw. Restgasanteil im Zylinder zusätzlich zu erhöhen. Dabei werden die Ladeluftzufuhr (Saugrohr) – bei einem Saugmotor die Luftzufuhr – und die Abgasabfuhr (Abgasrohr) über eine Abgasrückführungsleitung miteinander verbunden. Der gewünschte Abgasrückführungsanteil in einem bestimmten Betriebszustand wird dabei vom Motorsteuergerät berechnet, das ein in der Abgasrückführungsleitung angeordnetes Abgasrückführventil entsprechend ansteuert.
  • Dabei sind drei Haupteffekte erwünscht, nämlich zum einen ein erhöhter Saugrohrdruck, der die Ladungswechselarbeit verringert und dabei den Kraftstoffverbrauch absenkt. Und zum anderen ist insbesondere bei Ottomotoren mit Benzin-Direkteinspritzung die Abgasrückführung zur Verringerung der NOx-Emissionen nutzbar. Dabei senkt das über die Abgasrückführung dem Zylinder zugeführte Abgas (Restgas mit hohem Inertgasanteil) die Verbrennungs-Spitzentemperatur. Dies beruht zum einen darauf, dass der Inertgasanteil keine Verbrennungsenergie liefert und zum anderen, dass das zugeführte Restgas eine zusätzliche thermische Masse darstellt, so dass die vorhandene Verbrennungsenergie auf eine höhere Gesamt-(Gas-)Masse verteilt wird und so die Verbrennungstemperatur zusätzlich abgesenkt werden kann. Da die NOx-Emissionen überproportional mit der Verbrennungstemperatur ansteigen, ist die Abgasrückführung eine sehr wirkungsvolle Methode zur NOx-Reduzierung. Darüber hinaus lässt sich durch Abgasrückführung die Klopfneigung in der Volllast und im volllastnahen Bereich reduzieren, wodurch der Kraftstoffverbrauch in diesen Bereichen durch wirkungsgradoptimalere Zündwinkel und / oder im gesamten Betriebsbereich durch ein angepasstes Verdichtungsverhältnis verbessert werden kann.
  • Bei modernen Ottomotoren sind aufgeladene Motoren (z.B. mit Abgasturbolader) mit Direkteinspritzung Stand der Technik. Um die Wirkungsgrade solcher Motoren weiter zu steigern, wird versucht, die Abgasrückführungssysteme insoweit zu verbessern, dass die Abgasrückführungsraten erhöht werden. Der Verdünnungsgrad der zugeführten Frischluft mit Abgas oder Restgas und die dazu notwendige Erhöhung der Inertgasrate sind jedoch durch die Entflammbarkeit und die notwendige Verbrennungsgeschwindigkeit des Zündgemisches beschränkt. Zu hohe Abgasrückführungsraten können zu Verbrennungsaussetzern führen und die Laufruhe solcher Motoren negativ beeinflussen.
  • Ein Lösungsansatz könnte darin bestehen, die Zündenergie zu erhöhen. Dies erfordert jedoch höher belastbare Zündkerzen bzw. erhöht den Verschleiß an den üblichen Zündkerzen.
  • Ein anderer Ansatz besteht darin, in einem Abgasrückführungssystem, bei dem Abgas unmittelbar aus dem Abgaskrümmer eines Zylinders über eine Abgasrückführungsleitung direkt in den Frischluftkrümmer geführt wird, zur Verbesserung der Zündfähigkeit des den Zylindern zugeführten Frischluft-/Restgasgemisches das rückgeführte Abgas mit Wasserstoff (H2) anzureichern. US 2014/0196702 A1 gibt dafür Verfahren an, bei denen der gewünschte Wasserstoffanteil entweder durch eine direkte Einspritzung von Wasserstoff in die Hochdruckabgasrückführung erhöht wird oder dadurch, dass Kraftstoff eingebracht wird, der mittels eines nachgeschalteten Reformerkatalysators, der ebenfalls in der Abgasrückführungsleitung angeordnet ist, in den gewünschten Wasserstoff umgewandelt wird.
  • Einen ähnlichen Ansatz verfolgt die US 8,850,877 B2 . Auch hier wird Kraftstoff als Wasserstofflieferant in eine Hochdruckabgasrückführungsleitung eingebracht, welche den Abgaskrümmer direkt mit dem Frischluftkrümmer verbindet. Der Kraftstoff wird dort ebenfalls mittels eines Reformerkatalysators in Wasserstoff umgewandelt.
  • 4 zeigt ein solches Abgasrückführungssystem wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Hier wird ein Abgasteilstrom direkt aus einem Krümmer K in einen Luftverteiler LV eingeleitet. Die Wasserstoffanreicherung erfolgt über eine Wasserstoffzufuhr Z, die in die Abgasrückführungsleitung erfolgt. Wird über die Zufuhr Z Kraftstoff eingespritzt, so wird dieser über den optionalen Reformerkatalysator RK so aufbereitet, dass Wasserstoff in der Abgasrückführung zur Verfügung steht und in die Ladeluft eingeleitet wird.
  • Bei diesen Ansätzen ist ein zusätzlicher Reformerkatalysator erforderlich, der das Verfahren aufwändig macht. Es besteht also ein Bedarf an alternativen Gemischbildungskonzepten, insbesondere für aufgeladene (Otto-)Motoren mit Direkteinspritzung.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Verbrennungsmotor bereitzustellen, der die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwindet.
  • Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 gelöst.
  • Ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor zeichnet sich dadurch aus, dass in einer ersten Abgasrückführungsleitung, welche die Niederdruckstrecke (der Bereich der Abgasabfuhr, der in Strömungsrichtung gesehen nach der Turbine verläuft) mit der Ladeluftzufuhr verbindet, eine erste Kraftstoffzufuhr angeordnet ist, über die Kraftstoff in einen ersten Abgasteilstrom zuführbar ist, der über die erste Abgasrückführungsleitung einem Ladeluftstrom in der Ansaugstrecke zuführbar ist.
  • Die Erfindung zeichnet sich also dadurch aus, dass ein Teil des benötigten Kraftstoffs in die Niederdruckstrecke (nach der Turbine) der Abgasabfuhr eingespeist wird. Hier ist bereits ein Teil der Abgasenergie genutzt worden, um die Turbine anzutreiben und das Abgas ist dadurch bereits durch den Energieentzug abgekühlt. Dennoch ist die Abgastemperatur noch so hoch, dass der zugeführte Kraftstoff vollständig verdampft. Dabei wird dieser Teilabgasstrom zusätzlich abgekühlt und über einen Mischer dem Frischluftstrom zugeführt. Dieses Ladeluftgemisch (bestehend aus Abgas mit Inertgasanteil, Kraftstoff und Frischluft) wird dann in den Brennraum (im Zylinder) geführt, wo dann über die Kraftstoff-Direkteinspritzung betriebspunktabhängig der restliche erforderliche Kraftstoff eingespritzt wird und das Gemisch dann entzündet wird.
  • Neben den anfangs erwähnten, verbrennungstechnischen Vorteilen bewirkt diese Erfindung zwei weitere Effekte. Zum einen ist die gesamte Strecke / Gasführung und die darin enthaltenen Bauteile, die das zurückgeführte Abgas bis zum Wiedereintritt in den Brennraum durchströmt, aufgrund der reinigenden Wirkung des Kraftstoffs weniger durch Verschmutzungen gefährdet. Zum anderen wird das zurückgeführte Abgas durch die Verdunstungsenthalpie des zugeführten Kraftstoffes derart abgekühlt, dass der AGR-Kühler kleiner ausgeführt werden kann und aufgrund der damit verringerten, erforderlichen Kühlleistung das gesamte Kühlsystem (des Fahrzeuges) optimaler gestaltet werden kann.
  • Dabei gibt es Ausführungen, bei denen die erste Abgasrückführungsleitung die Niederdruckstrecke in der Abgasabfuhr (nach der Turbine) mit der Ansaugstrecke der Ladeluftzufuhr (vor dem Verdichter) verbindet, so dass Abgas und Frischluft mit dem zusätzlich eingebrachten Kraftstoff gemeinsam verdichtet und in der Saugrohrstrecke (nach dem Verdichter) weiter homogenisiert werden können.
  • Es gibt auch Ausführungen, bei denen zusätzlich zu der oben dargestellten Abgasrückführung im Niederdruckbereich eine zweite Abgasrückführungsleitung vorgesehen ist, welche die Hochdruckstrecke der Abgasabfuhr (vor der Turbine) mit der Ladeluftzufuhr und insbesondere mit der Saugrohrstrecke nach dem Verdichter verbindet. Ein solches Konzept mit einer Hochdruck- und einer Niederdruckabgasrückführung erweitert die Möglichkeiten, auf die Gemischbildung Einfluss zu nehmen.
  • Dabei gibt es auch Ausführungen, bei denen zusätzlich in der zweiten Abgasrückführungsleitung (in Hochdruckabgasrückführung) eine zweite Kraftstoffzufuhr angeordnet ist, über die Kraftstoff in einen zweiten Abgasteilstrom zuführbar ist, der über die zweite Abgasrückführungsleitung dem Ladeluftstrom zuführbar ist. Diese Option einer zusätzlichen Kraftstoffzufuhr im Hochdruck-Abgasrückführungsbereich erweitert ebenfalls die Möglichkeiten der Gemischbildung zusätzlich.
  • Es gibt Ausführungen, bei denen in der Abgasrückführungsleitung eine Filtereinrichtung vorgesehen ist, welche den Abgasstrom in geeigneter Weise reinigt, um die Belastung mit Verschmutzungen für die nachfolgenden Komponenten des Abgasrückführungssystems gering zu halten. Dazu gehören bspw. ein Abgasrückführungskühler, ein Abgasrückführungsventil, ein Mischer, in dem der Abgasteilstrom mit dem Ladeluftstrom vermischt wird, Komponenten des Verdichters, ein Ladeluftkühler und weitere Komponenten, die in der Ladeluftzufuhr angeordnet sein können und gegenüber möglichen Verschmutzungen empfindlich sind.
  • Bei einer Ausführung, bei der die Filtereinrichtung in Strömungsrichtung gesehen vor der Kraftstoffzufuhr angeordnet ist, kann sichergestellt werden, dass Schmutzpartikel aus dem Abgasteilstrom entfernt sind, an denen sich sonst Kraftstoffbestandteile anlagern könnten und so eine Homogenisierung des zugeführten Kraftstoffes behindert wäre.
  • Es gibt Ausführungen, bei denen in der Niederdruckstrecke der Abgasabfuhr (nach der Turbine) ein Katalysator zur Abgasreinigung angeordnet ist, und die erste Abgasrückführungsleitung in Strömungsrichtung gesehen nach dem Katalysator mit der Niederdruckstrecke der Ladeluftzufuhr verbunden ist. Durch diese Maßnahme ist das rückgeführte Abgas zusätzlich gereinigt und aufbereitet. Es hat eine kontrollierbare Zusammensetzung, so dass die gewünschte zusätzlich einzuspeisende Kraftstoffmenge leichter dosiert werden kann.
  • Bei einer anderen Ausführung, bei der in der Niederdruckstrecke ein Katalysator angeordnet ist, kann die erste Abgasrückführungsleitung in Strömungsrichtung gesehen vor dem Katalysator mit der Niederdruckstrecke verbunden sein. Bei dieser Ausführung können zündfähige Bestandteile aus dem Abgas, die sonst im Abgaskatalysator entfernt bzw. umgewandelt würden, weiter für den Verbrennungsprozess zur Verfügung stehen. So kann die zugeführte Kraftstoffmenge reduziert werden.
  • Bei einer Ausführung, bei welcher der Verdichter und die Turbine gemeinsam einen Abgasturbolader bilden, lässt sich das oben dargestellte Abgasrückführungskonzept mit besonders einfachen und bewährten Bauteilen realisieren.
  • Es gibt aber auch Ausführungen, bei denen sowohl die Turbine als auch der Verdichter unabhängig voneinander arbeiten – also ohne mechanische Kopplung. Der Verdichter kann dann bspw. über die Kurbelwelle oder auch elektrisch angetrieben werden, und die Turbine kann genutzt werden, um generatorisch Strom zu erzeugen, der in anderer Weise genutzt oder gespeichert wird.
  • Ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor kann leistungsoptimiert mit stark reduzierten Emissionen sowie einem reduziertem Kraftstoffverbrauch betrieben werden. Dabei kann der Verbrennungsmotor auch Bestandteil eines Hybridantriebskonzeptes sein.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
  • 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors;
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors;
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit mehreren Ausführungsvarianten und
  • 4 einen aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungsmotor.
  • Die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 1 in 1 ist Bestandteil eines Fahrzeugs 100, das durch den gestrichelten Rahmen angedeutet ist.
  • Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Zylinderblock 2 auf dem über eine Ladeluftzufuhr 3 Frischluft bzw. Ladeluft F zugeführt wird. Die bei der Verbrennung im Motorblock entstehenden Abgase A werden über die Abgasabfuhr 4 abgeführt.
  • Ladeluftzufuhr 3 und Abgasabfuhr 4 sind über einen Abgasturbolader (ATL) 5 mechanisch miteinander gekoppelt. Der Abgasturbolader 5 umfasst einen Verdichter 6, der die Ladeluftzufuhr 3 in eine Ansaugstrecke 7 und eine Saugrohrstrecke 8 aufteilt. Die Ansaugstrecke 7 erstreckt sich dabei vom Lufteinlass 9 über einen Luftfilter 10 bis zum Verdichter 6. Die Saugrohrstrecke 8 verläuft vom Verdichter 6 ausgehend über einen Ladeluftkühler 11 und eine die Luftzufuhr regelnde Drosselklappe 12 in einen Luftverteiler 13, über den die Frischluft auf die Zylindereinlassöffnungen verteilt wird.
  • Die Abgasabfuhr 4 verläuft von einem Abgaskrümmer 14 über eine Hochdruckstrecke 15 zur Turbine 16 des Abgasturboladers 5. Eine Wastegateanordnung 17 ist zur Steuerung des in die Turbine 16 eingespeisten Abgasstromes vorgesehen und verbindet die Hochdruckstrecke 15 direkt mit der sich an die Turbine 16 anschließenden Niederdruckstrecke 18, die über einen Abgaskatalysator 19 in den Abgasaustritt 20 mündet. Alternativ zum Wastegate-gesteuerten ATL ist bei dieser wie auch bei allen anderen Varianten der Einsatz eines VTG-ATLs (Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie) denkbar.
  • In der Niederdruckstrecke 18 ist in Strömungsrichtung gesehen nach dem Abgaskatalysator 19 eine erste Abgasrückführungsleitung 21 vorgesehen, die dort abzweigend über einen Abgasrückführungskühler 22 in die Ansaugstrecke 7 mündet und so die Niederdruckstrecke 18 mit der Ladeluftzufuhr 3 verbindet. Die durch die erste Abgasrückführungsleitung 21 abgezweigte Abgasmenge bildet einen ersten Abgasteilstrom, der über ein Abgasrückführungsventil 23 geregelt wird. Der Abgasteilstrom wird in einem Mischer 24 vor dem Verdichter 6 mit dem Frischluftstrom F zusammengeführt.
  • In der ersten Abgasrückführungsleitung 21 ist eine als Einspritzdüse 25 ausgebildete Kraftstoffzufuhr angeordnet, über die Kraftstoff in den ersten Abgasteilstrom eingespritzt werden kann.
  • Optional ist in der ersten Abgasrückführungsleitung in Stromrichtung gesehen vor der Einspritzdüse eine Filtereinrichtung 26 vorgesehen, welche Schmutzpartikel aus dem ersten Abgasteilstrom herausfiltert.
  • Beim Betrieb des Verbrennungsmotors 1 gelangt nun der Abgasstrom A über den Abgaskrümmer 14 in die Hochdruckstrecke 15 und strömt weiter durch die Turbine 16 und/oder die Wastegateanordnung 17 in die Niederdruckstrecke 18 und durch den Katalysator 19, in dem Schadstoffe reduziert werden. Ein erster Abgasteilstrom des abgasreduzierten Abgasstromes A wird durch die erste Abgasrückführungsleitung 21 und den AGR-Kühler 22 durch das AGR-Ventil 23 in den Mischer 24 geführt. In der ersten Abgasrückführungsleitung 21 wird über die Einspritzdüse 25 Kraftstoff in den ersten Abgasteilstrom eingeführt, der durch die Verdunstung im ersten Abgasteilstrom dessen Temperatur senkt. Der mit Kraftstoff angereicherte erste Abgasteilstrom gelangt mit der über den Lufteinlass 9 angesaugten und durch den Luftfilter 10 geführten Frischluft durch den Verdichter 6 in die Ansaugstrecke 7 und wird dort weiter durch den Ladeluftkühler abgekühlt. Über die Drosselklappe 12 wird die Ladeluftzufuhr in den Luftverteiler 13 und damit in die Zylinder geregelt. Dort wird über Einspritzventile die erforderliche Restkraftstoffmenge zugeführt, und das so gebildete Zündgemisch wird über Zündkerzen entzündet und treibt den Motor 1 an. Durch die Kraftstoffzufuhr in den ersten Abgasteilstrom und damit in die Ladeluft kann die Abgasrückführrate deutlich erhöht werden, da die Zündfähigkeit eines so aufbereiteten Ladeluftgemisches erhöht wird. Durch die so verstärkten und eingangs beschriebenen Mechanismen zur Temperaturabsenkung der Ladeluft bzw. des Zündgemisches kann die Klopfneigung an der Volllast reduziert bzw. eine weitere Entdrosselung in der Teillast realisiert werden.
  • Dabei verhindert die vor der Einspritzdüse 25 optional vorgesehene Filtereinrichtung 26, dass sich Kraftstoff an Schmutzpartikeln festsetzen kann. Dies kann dazu führen, dass der Kraftstoff nicht vollständig oder nicht in der gewünschten Aufbereitung für die Zündung zur Verfügung steht. Zusätzlich schützt eine solche Filtereinrichtung 26 nachfolgende Elemente in der Abgasrückführungsleitung 21 bzw. in der Ladeluftzufuhr 3.
  • Die Einspritzdüse 25, das Abgasrückführungsventil 23, die Wastegateanordnung 17, die Drosselklappe 12 sowie in der Ladeluftzufuhr 3 angeordnete Sensoren 27, die beispielsweise die Luftmenge, den Luftdruck und die Lufttemperatur erfassen sind mit einem Steuergerät 28 (z.B. die Motorsteuerung) verbunden, das je nach Betriebszustand und Fahrerwunsch und unter Berücksichtigung der erfassten Signale entsprechende Stellsignale an die genannten Komponenten abgibt und so die Abgasrückführung und die ergänzende Kraftstoffversorgung über die Einspritzdüse 25 steuert. Daneben übernimmt das Steuergerät 28 alle bekannten üblichen Funktionen einer Motorsteuerung.
  • 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 1 mit dem Unterschied, dass die erste Abgasrückführungsleitung 21 in Strömungsrichtung gesehen vor dem Abgaskatalysator 19 mit der Niederdruckstrecke 18 der Abgasabfuhr 4 verbunden ist. Auch hier ist eine optionale Filtervorrichtung 26 dargestellt. Bei dieser Anordnung enthält der durch die Abgasrückführungsleitung 21 zurückgeführte Abgasteilstrom mehr zündfähige Abgasbestandteile als sie im Abgasstrom nach dem Abgaskatalysator vorhanden sind. Diese zündfähigen Abgasbestandteile werden dann über die erste Abgasrückführungsleitung 21 in der oben beschriebenen Weise durch den AGR-Kühler 22 und das AGR-Ventil 23 und den Mischer 24 mit dem Frischluftstrom F zusammengeführt und durch die Ansaugstrecke 7 in die Zylinder- bzw. die Brennkammern geleitet. Diese zündfähigen Bestandteile reduzieren u.U. die erforderliche Kraftstoffmenge die zusätzlich über die Einspritzdüse 25 in die erste Abgasrückführungsleitung 21 eingebracht werden muss. Insbesondere bei einer derartigen Anordnung, bei der das zurückgeführte Abgas vor dem Katalysator entnommen wird, ist der reinigende Effekt der Kraftstoffeinspritzung in die Abgasrückführungsstrecke besonders hervorzuheben.
  • 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motors bei dem ausgehend von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Abgasrückführung zwischen der Hochdruckstrecke 15, der Abgasabfuhr 4 und der Saugrohrstrecke 8 der Ladeluftzufuhr 3 vorgesehen ist. Hier ist eine zweite Abgasrückführungsleitung 29 vorgesehen, die in Strömungsrichtung gesehen vor der Turbine 16 von der Hochstrecke 15 abzweigt und über einen AGR-Kühler 22 in die Saugrohrstrecke 8 zwischen der Drosselklappe 12 und dem Luftverteiler 13 mündet. Der zweite Abgasteilstrom durch die zweite Abgasrückführungsleitung 29 wird durch ein weiteres AGR-Ventil 23 gesteuert.
  • Durch diese zweite (Hochdruck-)Abgasrückführung kann die gewünschte Ladeluftzusammensetzung weiter beeinflusst werden. In Einzelnen können Druck, Zusammensetzung und Temperatur der Ladeluft weiter eingestellt werden. Optional ist in der zweiten Abgasrückführungsleitung 29 ebenfalls eine Filtereinrichtung 26 vorgesehen, sowie eine ebenfalls als Einspritzdüse ausgebildete zweite Kraftstoffzufuhr 30 über die die Zusammensetzung und damit die Zündeigenschaften des zweiten Abgasteilstroms weiter beeinflusst werden können.
  • Alternativ kann hier vorgesehen werden, dass die Abgasrückführung wechselweise oder gleichzeitig über die erste und/oder die zweite Abgasrückführungsleitung 21, 29 erfolgt. Auch die zusätzliche Kraftstoffzufuhr kann wechselweise oder gleichzeitig über die in der ersten und/oder zweiten Abgasrückführungsleitung 21, 29 angeordneten Einspritzventile 25 erfolgen.
  • Die erste Abgasrückführungsleitung 21 kann auch vor dem Abgaskatalysator 19 aus der Niederdruckstrecke 18 abgezweigt werden (vgl. 2).
  • Alle hier am Beispiel eines aufgeladenen Motors dargestellten erfindungsgemäßen Prinzipien zur Kraftstoffzuführung in eine Abgasrückführungsleitung lassen sich – soweit technisch übertragbar – auch an einem Saugmotor realisieren. Sie lassen sich aber auch auf entsprechende Dieselmotoren oder mit Gas betriebenen Verbrennungsmotoren übertragen.
  • Weitere Varianten und Ausführungen der Erfindung ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Ansprüche.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Verbrennungsmotor
    100
    Kraftfahrzeug
    2
    Zylinderblock
    3
    Ladeluftzufuhr
    F
    Frischluft
    A
    Abgas
    4
    Abgasabfuhr
    5
    Abgasturbolader
    6
    Verdichter
    7
    Ansaugstrecke
    8
    Saugrohrstrecke
    9
    Lufteinlass
    10
    Luftfilter
    11
    Ladeluftkühler
    12
    Drosselklappe
    13
    Luftverteiler
    14
    Abgaskrümmer
    15
    Hochdruckstrecke
    16
    Turbine
    17
    Wastegateanordnung
    18
    Niederdruckstrecke
    19
    Abgaskatalysator
    20
    Abgasaustritt
    21
    erste Abgasrückführungsleitung
    22
    AGR-(Abgasrückführungs-)Kühler
    23
    AGR(Abgasrückführungs-)Ventil
    24
    Mischer
    25
    Einspritzdüse
    26
    Filtereinrichtung
    27
    Sensor
    28
    Steuergerät
    29
    zweite Abgasrückführungsleitung
    30
    zweite Kraftstoffzufuhr / Einspritzdüse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2014/0196702 A1 [0008]
    • US 8850877 B2 [0009]

Claims (10)

  1. Verbrennungsmotor (1) mit einer Ladeluftzufuhr (3) und einer Abgasabfuhr (4), bei dem die Ladeluftzufuhr (3) eine Ansaugstrecke (7) und eine Saugrohrstrecke (8) umfasst, die über einen Verdichter (6) miteinander verbunden sind, die Abgasabfuhr (4) eine Hochdruckstrecke (15) und eine Niederdruckstrecke (18) umfasst, die über eine Turbine (16) miteinander verbunden sind, die Abgasabfuhr (4) über wenigstens eine Abgasrückführungsleitung (21) mit der Ladeluftzufuhr (3) verbunden ist, wobei in einer ersten Abgasrückführungsleitung (21), welche die Niederdruckstrecke (18) mit der Ladeluftzufuhr (3) verbindet, eine erste Kraftstoffzufuhr (25) angeordnet ist, über die Kraftstoff in einen ersten Abgasteilstrom zuführbar ist, der über die erste Abgasrückführungsleitung (21) einem Ladeluftstrom (F) zuführbar ist.
  2. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Abgasrückführungsleitung (21) die Niederdruckstrecke (18) mit der Ansaugstrecke (7) verbindet.
  3. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine zweite Abgasrückführungsleitung (29) vorgesehen ist, welche die Hochdruckstrecke (15) mit der Ladeluftzufuhr (3), insbesondere mit der Saugrohrstrecke (8), verbindet.
  4. Verbrennungsmotor nach (1) Anspruch 3, wobei in der zweiten Abgasrückführungsleitung (29) eine zweite Kraftstoffzufuhr (25) angeordnet ist, über die Kraftstoff in einen zweiten Abgasteilstrom zuführbar ist, der über die zweite Abgasrückführungsleitung (29) dem Ladeluftstrom (F) zuführbar ist.
  5. Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der ersten und/oder zweiten Abgasrückführungsleitung (21, 29) jeweils eine Filtereinrichtung (26) vorgesehen ist.
  6. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 5, wobei die Filtereinrichtung (26) in Strömungsrichtung gesehen jeweils vor Kraftstoffzufuhr (25) angeordnet ist.
  7. Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in der Niederdruckstrecke (18) ein Abgaskatalysator (19) angeordnet ist und die erste Abgasrückführungsleitung (21) in Strömungsrichtung gesehen nach dem Abgaskatalysator (19) mit der Niederdruckstrecke (18) verbunden ist.
  8. Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in der Niederdruckstrecke (18) ein Abgaskatalysator (19) angeordnet ist und die erste Abgasrückführungsleitung (21) in Strömungsrichtung gesehen vor dem Abgaskatalysator (19) mit der Niederdruckstrecke (18) verbunden ist.
  9. Verbrennungsmotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verdichter (6) und die Turbine (16) einen Abgasturbolader (5) bilden.
  10. Kraftfahrzeug (100) mit einem Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 9.
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