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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten aufgeladenen Brennkraftmaschine mit
- - mindestens einem Zylinder,
- - einem Abgasabführsystem zum Abführen der Abgase,
- - einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
- - mindestens einem Abgasturbolader, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst, wobei die Turbine mit mindestens einem in einem Turbinengehäuse auf einer drehbaren Welle gelagerten Laufrad ausgestattet ist,
- - einer Dosiereinrichtung zum Einbringen zusätzlicher Luft stromaufwärts des mindestens einen Laufrades der Turbine, und
- - einem im Abgasabführsystem stromabwärts der Turbine angeordneten Drei-Wege-Katalysator zur Nachbehandlung des Abgases.
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Ein Verfahren der vorstehend beschriebenen Art beschreibt beispielsweise die
DE 10 2015 111 967 A1 . Die
DE 10 2006 027 865 A1 beschreibt die Nutzung von Brems- und Ausrollphasen eines Nutzfahrzeuges für die Befüllung eines Druckluftspeichers, der bei Bedarf zum Zuführen von Luft stromaufwärts der Turbine eines Laders eingesetzt wird. Die
US 8 528 332 B2 hat ein Zwei-Wege-Ventil zum Gegenstand, welches mit dem Abgasabführsystem und einem Druckluftspeicher verbunden ist, wobei im Bedarfsfall ein abgeschalteter Zylinder als Luftpumpe zur Befüllung des Druckspeichers verwendet werden kann.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
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Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren mit Fremdzündung nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der fremdgezündeten Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
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Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Zudem wird eine Reduzierung der Schadstoffemissionen angestrebt, um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einhalten zu können.
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Problematisch sind der Kraftstoffverbrauch und damit der Wirkungsgrad insbesondere bei Ottomotoren, d. h. bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des Ottomotors. Die Laststeuerung erfolgt in der Regel mittels einer im Ansaugsystem vorgesehenen Drosselklappe. Durch Verstellen der Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft hinter der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Je weiter die Drosselklappe geschlossen ist, d. h. je mehr diese das Ansaugsystem versperrt, desto höher ist der Druckverlust der angesaugten Luft über die Drosselklappe hinweg und desto geringer ist der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe und vor dem Einlass in den mindestens einen Zylinder, d. h. Brennraum. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d. h. die Quantität eingestellt werden. Dies erklärt auch, weshalb sich die Quantitätsregelung gerade im Teillastbetrieb als nachteilig erweist, denn geringe Lasten erfordern eine hohe Drosselung und Druckabsenkung im Ansaugsystem, wodurch die Ladungswechselverluste mit abnehmender Last und zunehmender Drosselung steigen.
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Um die beschriebenen Verluste zu senken, wurden verschiedene Strategien zur Entdrosselung eines Ottomotors entwickelt.
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Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung des Ottomotors ist beispielsweise ein ottomotorisches Arbeitsverfahren mit Direkteinspritzung. Die direkte Einspritzung des Kraftstoffes ist ein geeignetes Mittel zur Realisierung einer geschichteten Brennraumladung. Die Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum ermöglicht damit in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung beim Ottomotor. Die Gemischbildung erfolgt durch die direkte Einspritzung des Kraftstoffes in die Zylinder bzw. in die in den Zylindern befindliche Luft und nicht durch äußere Gemischbildung, bei der der Kraftstoff im Ansaugsystem in die angesaugte Luft eingebracht wird.
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Eine andere Möglichkeit, den Verbrennungsprozess eines Ottomotors zu optimieren, besteht in der Verwendung eines zumindest teilweise variablen Ventiltriebs. Im Gegensatz zu konventionellen Ventiltrieben, bei denen sowohl der Hub der Ventile als auch die Steuerzeiten nicht veränderlich sind, können diese den Verbrennungsprozess und damit den Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Parameter mittels variablem Ventiltrieb mehr oder weniger stark variiert werden. Eine drosselfreie und damit verlustfreie Laststeuerung ist bereits möglich, wenn die Schließzeit des Einlassventils und der Einlassventilhub variiert werden können. Die während des Ansaugvorganges in den Brennraum einströmende Gemischmasse bzw. Ladeluftmasse wird dann nicht mittels Drosselklappe, sondern über den Einlassventilhub und die Öffnungsdauer des Einlassventils gesteuert. Variable Ventiltriebe sind aber sehr kostenintensiv und daher für den Serieneisatz häufig ungeeignet.
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Ein weiterer Lösungsansatz zur Entdrosselung eines Ottomotors bietet die Zylinderabschaltung, d. h. die Abschaltung einzelner Zylinder in bestimmten Lastbereichen. Der Wirkungsgrad des Ottomotors im Teillastbetrieb kann durch eine solche Teilabschaltung verbessert, d. h. erhöht werden, denn die Abschaltung eines Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine erhöht bei konstanter Motorleistung die Belastung der übrigen noch in Betrieb befindlichen Zylinder, so dass die Drosselklappe zum Einbringen einer größeren Luftmasse in diese Zylinder weiter geöffnet werden kann bzw. muss, wodurch insgesamt eine Entdrosselung der Brennkraftmaschine erreicht wird. Die ständig in Betrieb befindlichen Zylinder arbeiten während der Teilabschaltung im Bereich höherer Lasten, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Das Lastkollektiv wird zu höheren Lasten hin verschoben. Der niedrigere spezifische Kraftstoffverbrauch führt zudem zu einem verbesserten Emissionsverhalten, insbesondere geringeren CO2-Emissionen.
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Ein weiteres Konzept zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist die Aufladung.
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Brennkraftmaschinen werden daher zunehmend häufig mit einer Aufladung ausgestattet, wobei die Aufladung in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung ist, bei dem die für den motorischen Verbrennungsprozess benötigte Ladeluft verdichtet wird, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Ladeluftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.
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Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum reduziert, lässt sich bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Die Aufladung einer Brennkraftmaschine unterstützt folglich die Bemühungen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Durch eine geeignete Getriebeauslegung kann zusätzlich ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, wodurch ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt wird. Beim Downspeeding wird der Umstand ausgenutzt, dass der spezifische Kraftstoffverbrauch bei niedrigen Drehzahlen regelmäßig niedriger ist, insbesondere bei höheren Lasten.
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Bei gezielter Auslegung der Aufladung können auch Vorteile bei den Abgasemissionen erzielt werden. So können die Kohlenwasserstoffemissionen günstig beeinflusst werden. Die Emissionen an Kohlendioxid, die direkt mit dem Kraftstoffverbrauch korrelieren, nehmen mit sinkendem Kraftstoffverbrauch ebenfalls ab.
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Häufig wird für die Aufladung ein Abgasturbolader eingesetzt, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in die Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung der Zylinder, d. h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt eine Verdichtung durch Kühlung.
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Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem Lader, der mittels Hilfsantrieb angetrieben wird, besteht darin, dass ein Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase nutzt, während ein Lader die für seinen Antrieb erforderliche Energie direkt oder indirekt von der Brennkraftmaschine bezieht und damit, zumindest solange die Antriebsenergie nicht aus einer Energierückgewinnung stammt, den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, d. h. mindert.
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Falls es sich nicht um einen mittels Elektromaschine, d. h. elektrisch antreibbaren Lader handelt, ist regelmäßig eine mechanische bzw. kinematische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen dem Lader und der Brennkraftmaschine erforderlich, die auch das Packaging im Motorraum nachteilig beeinflusst bzw. bestimmt.
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Der Vorteil eines Laders gegenüber einem Abgasturbolader besteht wiederum darin, dass der Lader stets den angeforderten Ladedruck generieren und zur Verfügung stellen kann und zwar nahezu verzögerungsfrei und unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Das gilt insbesondere für einen Lader, der mittels Elektromaschine elektrisch antreibbar und daher unabhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle ist.
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Nach dem Stand der Technik bereitet es nämlich Schwierigkeiten, die Leistung mittels Abgasturboaufladung in allen Drehzahlbereichen zu steigern. Es wird ein stärkerer Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beobachtet. Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis bzw. der Turbinenleistung abhängt. Wird die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis bzw. einer kleineren Turbinenleistung. Folglich nimmt das Ladedruckverhältnis zu niedrigeren Drehzahlen hin ebenfalls ab. Dies ist gleichbedeutend mit einem Drehmomentabfall.
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Die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, verfügt zwecks Aufladung über mindestens einen Abgasturbolader, wobei mindestens ein weiterer Verdichter vorgesehen sein kann und zwar sowohl ein mittels Hilfsantrieb antreibbarer Lader als auch ein Verdichter eines weiteren Abgasturboladers.
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Die Drehmomentcharakteristik einer abgasturboaufgeladenen Brennkraftmaschine wird nach dem Stand der Technik durch unterschiedliche Maßnahmen zu verbessern versucht.
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Beispielsweise durch eine kleine Auslegung des Turbinenquerschnittes und gleichzeitiger Abgasabblasung. Eine derartige Turbine wird auch als Waste-Gate-Turbine bezeichnet. Überschreitet der Abgasmassenstrom eine kritische Größe wird ein Teil des Abgasstromes im Rahmen der sogenannten Abgasabblasung mittels einer Bypassleitung an der Turbine vorbei geführt. Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, dass das Aufladeverhalten bei höheren Drehzahlen bzw. größeren Abgasmengen unzureichend ist.
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Die Drehmomentcharakteristik kann auch mittels mehrerer in Reihe geschalteter Abgasturbolader vorteilhaft beeinflusst werden. Durch das in Reihe Schalten von zwei Abgasturboladern, von denen ein Abgasturbolader als Hochdruckstufe und ein Abgasturbolader als Niederdruckstufe dient, kann das Motorkennfeld bzw. Verdichterkennfeld in vorteilhafter Weise aufgeweitet werden und zwar sowohl hin zu kleineren Verdichterströmen als auch hin zu größeren Verdichterströmen.
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Insbesondere ist bei dem als Hochdruckstufe dienenden Abgasturbolader ein Verschieben der Pumpgrenze hin zu kleineren Verdichterströmen möglich, wodurch auch bei kleinen Verdichterströmen hohe Ladedruckverhältnisse erzielt werden können, was im unteren Drehzahlbereich die Drehmomentcharakteristik deutlich verbessert. Erreicht wird dies durch eine Auslegung der Hochdruckturbine auf kleine Abgasmassenströme und Vorsehen einer Bypassleitung, mit der bei zunehmendem Abgasmassenstrom zunehmend Abgas an der Hochdruckturbine vorbeigeführt wird. Die Bypassleitung zweigt hierzu stromaufwärts der Hochdruckturbine vom Abgasabführsystem ab und mündet stromaufwärts der Niederdruckturbine wieder in das Abgasabführsystem, wobei in der Bypassleitung ein Absperrelement angeordnet ist, um den an der Hochdruckturbine vorbeigeführten Abgasstrom zu steuern.
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Das Downsizing wird durch eine mehrstufige Aufladung mittels Abgasturboladern weiter fortgeführt. Des Weiteren ist das Ansprechverhalten einer derartig aufgeladenen Brennkraftmaschine deutlich verbessert gegenüber einer vergleichbaren Brennkraftmaschine mit einstufiger Aufladung, da die kleinere Hochdruckstufe weniger träge ist und sich das Laufzeug eines kleiner dimensionierten Abgasturboladers schneller beschleunigen lässt.
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Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann des Weiteren durch mehrere parallel angeordnete Turbolader, d. h. durch mehrere parallel angeordnete Turbinen mit kleinerem Turbinenquerschnitt verbessert werden, wobei mit steigender Abgasmenge Turbinen sukzessive zugeschaltet werden.
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Bei Einsatz mehrerer Abgasturbolader zur Verbesserung der Drehmomentcharakteristik wird der beobachtete Drehmomentabfall regelmäßig nur zu niedrigeren Drehzahlen hin verschoben. Gegebenenfalls werden einzelne Abgasturbolader bei Verringerung der Motordrehzahl bzw. Abgasmenge deaktiviert, so dass beim erneuten Zuschalten des Abgasturboladers das Laufzeug des zugehörigen Verdichters und der zugehörigen Turbine zunächst beschleunigt werden muss, um verdichterseitig den gewünschten Ladedruck generieren und bereitstellen zu können. Das Ansprechverhalten verschlechtert sich.
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Eine mittels Abgasturboaufladung aufgeladene Brennkraftmaschine leidet grundsätzlich darunter, dass bei einer erhöhten Lastanforderung zunächst die Turbinenleistung gesteigert werden muss, um die erforderliche Antriebsleistung für den Verdichter bereitstellen zu können. Dies führt im instationären Betrieb der Brennkraftmaschine zu einem gewissen Verzögerungseffekt, der unerwünscht ist. Es sind Maßnahmen erforderlich, um das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine im instationären Betrieb zu verbessern.
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Aus dem Stand der Technik sind Konzepte bekannt, bei denen stromaufwärts der Turbine Luft in das Abgasabführsystem eingeblasen wird, um die Turbine und damit die Welle des Abgasturboladers zu beschleunigen. Die Luft stammt beispielsweise aus einem Druckbehältnis, welches bei Bedarf mittels elektrischem Kompressor mit Druckluft befüllbar ist bzw. befüllt wird. Zwar verbessert dies das instationäre Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist aber, dass die für den elektrischen Kompressor bereitgestellte bzw. aufgewendete Antriebsleistung die Reibleistung der Brennkraftmaschine erhöht und damit den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verschlechtert.
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Zudem eignet sich das auslassseitige Einbringen zusätzlicher Luft regelmäßig nur für Brennkraftmaschinen, die überstöchiometrisch (λ > 1) betrieben werden, beispielsweise selbstzündende Dieselmotoren, deren Abgas von Hause aus einen Luft- bzw. Sauerstoffüberschuss aufweist und deren Abgasnachbehandlung darauf ausgelegt ist, Abgase aus einer überstöchiometrischen Verbrennung zu behandeln.
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Hingegen eignet sich das auslassseitige Einbringen zusätzlicher Luft regelmäßig nicht für fremdgezündete Brennkraftmaschinen, die zur Nachbehandlung des Abgases über einen Drei-Wege-Katalysator verfügen, der zur Konvertierung der Schadstoffe einen in engen Grenzen ablaufenden stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) erfordert. Die zusätzlich stromaufwärts der Turbine in das Abgasabführsystem eingebrachte Luft verändert die Zusammensetzung des Abgases bzw. der Gasmischung im Abgasabführsystem und beeinflusst auf diese Weise auch die im Drei-Wege-Katalysator ablaufende Abgasnachbehandlung.
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Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, welches in Bezug auf die Abgasnachbehandlung, insbesondere hinsichtlich des Drei-Wege-Katalysators verbessert ist.
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Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
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Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten aufgeladenen Brennkraftmaschine mit
- - mindestens einem Zylinder,
- - einem Abgasabführsystem zum Abführen der Abgase,
- - einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
- - mindestens einem Abgasturbolader, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst, wobei die Turbine mit mindestens einem in einem Turbinengehäuse auf einer drehbaren Welle gelagerten Laufrad ausgestattet ist,
- - einer Dosiereinrichtung zum Einbringen zusätzlicher Luft stromaufwärts des mindestens einen Laufrades der Turbine,
- - einem Druckluftbehältnis, welches die zusätzliche Luft bevorratet und die Dosiereinrichtung via einer Versorgungsleitung mit Druckluft versorgt, wobei das Druckluftbehältnis zwecks Befüllung mit Druckluft mit dem Abgasabführsystem strömungstechnisch zumindest verbindbar ist, und
- - einem im Abgasabführsystem stromabwärts der Turbine angeordneten Drei-Wege-Katalysator zur Nachbehandlung des Abgases,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass
- - die Brennkraftmaschine im befeuerten Betrieb unterstöchiometrisch (λ < 1) betrieben wird, falls zusätzliche Luft unter Verwendung der Dosiereinrichtung in das Abgasabführsystem eingebracht wird, und
- - das Druckluftbehältnis im unbefeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine via Abgasabführsystem befüllt wird.
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Vorteilhaft können Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die Brennkraftmaschine im befeuerten Betrieb unterstöchiometrisch (λ < 1) betrieben wird, falls zusätzliche Luft unter Verwendung der Dosiereinrichtung in das Abgasabführsystem eingebracht wird, und zwar in der Weise, dass ein Kraftstoffüberschuss mittels der zusätzlich eingebrachten Luft ausgeglichen wird und das Abgas mittels Drei-Wege-Katalysator unter Einhaltung einer vorgebbaren Konvertierungsrate nachbehandelt wird.
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Erfindungsgemäß wird die fremdgezündete Brennkraftmaschine zumindest in den Fällen unterstöchiometrisch (λ < 1) betrieben, in denen mittels Dosiereinrichtung zusätzlich Luft in das Abgasabführsystem eingeblasen wird. Bei dieser Anfettung (λ < 1) wird mehr Kraftstoff in die befeuerten Zylinder eingebracht als mit der - diesen Zylindern - zur Verfügung gestellten Luftmenge überhaupt verbrannt werden kann, wobei der überschüssige Kraftstoff im Rahmen des Ladungswechsels mit den Verbrennungsgasen in das Abgasabführsystem abgeführt wird.
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Der Kraftstoffüberschuss, d. h. die überschüssige Kraftstoffmenge, soll mit der in das Abgasabführsystem zusätzlich eingebrachten Luftmenge reagieren und korrelieren und zwar in der Weise, dass der zur Konvertierung der Schadstoffe erforderliche stöchiometrische Betrieb (λ ≈ 1) im Drei-Wege-Katalysator realisiert wird bzw. vorliegt und eine vorgegebene Konvertierungsrate eingehalten wird, die beispielsweise mit einer stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators vorgesehenen A-Sonde überwacht werden kann.
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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, deren Abgasnachbehandlung regelmäßig auf eine stöchiometrische Verbrennung ausgelegt ist, auslassseitig zusätzlich Luft in das Abgasabführsystem eingebracht werden, da der Kraftstoffüberschuss aus der Verbrennung in den Zylindern mit der zusätzlichen Luft reagiert und diese zusätzlich eingebrachte Luft aufbraucht.
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Erfindungsgemäß wird mit der Dosiereinrichtung zusätzlich Luft in das Abgasabführsystem eingebracht. Es muss aber nicht zwingend Luft sein, die mit der Dosiereinrichtung eingebracht wird. Vielmehr kann die Zusammensetzung des Gases bzw. der Gasmischung, welche unter Verwendung der Dosiereinrichtung in das Abgasabführsystem eingebracht wird, variieren. Das Gas bzw. die Gasmischung kann insbesondere Luft und Verbrennungsgase umfassen, aber auch gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante reine Umgebungsluft sein. Abhängig ist dies von der Art der Versorgung der Dosiereinrichtung mit Gas.
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Ist die Dosiereinrichtung beispielsweise zwecks Versorgung mit einem Druckluftbehältnis ausgestattet, welches das Gas bevorratet, und wird dieses Druckluftbehältnis zwecks Befüllung mit dem Abgasabführsystem verbunden, beispielsweise im unbefeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine, kann das in das Druckluftbehältnis eingebrachte Gas sowohl Luft als auch Verbrennungsgase umfassen.
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Befindet sich die Brennkraftmaschine beispielsweise im Schubbetrieb oder im Bremsbetrieb, d. h. im unbefeuerten Betrieb, lässt sich das Druckluftbehältnis dann via Abgasabführsystem befüllen, wobei die Brennkraftmaschine selbst als Kolbenarbeitsmaschine fungiert. Diese Vorgehensweise stellt eine pneumatische Energierückgewinnung dar und erhöht die Reibleistung der Brennkraftmaschine im Gegensatz zu einem elektrisch antreibbaren Kompressor nicht.
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Die vorstehenden Ausführungen verdeutlichen, dass erfindungsgemäß mittels Dosiereinrichtung ein Gas beliebiger Zusammensetzung in das Abgasabführsystem eingebracht werden kann. Nichtsdestotrotz ist im Folgenden im Zusammenhang mit der Dosiereinrichtung und im Rahmen der vorliegenden Erfindung vom Einbringen zusätzlicher Luft die Rede.
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Hinsichtlich der Verwendung eines Druckluftbehältnisses und der Befüllung via Abgasabführsystem wird Bezug genommen auf die bereits gemachten Ausführungen.
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Das Druckluftbehältnis ist ein Reservoir, in dem die zusätzliche Luft bzw. das Gas bevorratet wird. Vorzugsweise steht das im Behältnis befindliche Gas unter einem erhöhten Druck, der als treibende Kraft zum Einbringen des Gases bzw. der Luft dient bzw. verwendet wird. Je höher der Druck ist desto größer ist das treibende Druckgefälle zwischen dem Behältnis und der Dosiereinrichtung und desto mehr Gas bzw. Luft kann in dem Behältnis bevorratet bzw. je kleiner kann das Behältnis dimensioniert werden. Der Druck kann 3bar betragen und beträgt vorzugsweise bis zu 10bar.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt, welches in Bezug auf die Abgasnachbehandlung, insbesondere hinsichtlich des Drei-Wege-Katalysators verbessert ist.
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Die Welle des Abgasturboladers lässt sich durch Einbringen von Luft beschleunigen, wobei erfindungsgemäß sowohl der Impuls der eingebrachten Luft als auch die Masse der eingebrachten Luft als solche genutzt werden kann. Das mindestens eine Laufrad ist regelmäßig auf der Welle drehfest befestigt.
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Das Einbringen von zusätzlicher Luft kann auch dazu dienen, die Welle des Abgasturboladers auf einer bestimmten Drehzahl zu halten, d. h. das Unterschreiten einer Mindestdrehzahl des Abgasturboladers bzw. des Verdichters zu verhindern. Ein etwaiges Beschleunigen der Welle wird dadurch erleichtert. Es ergibt sich ein weiterer relevanter Vorteil. Fällt nämlich die Drehzahl der Laderwelle unter eine Mindestdrehzahl oder kommt die Laderwelle gar zum Stillstehen, kann die Dichtung der Lagerung der ölgeschmierten Laderwelle verdichterseitig lecken. Eine ansaugseitige Ölleckage hat gravierende Nachteile. Gelangt Öl in das Ansaugsystem, beeinflusst die mit Öl kontaminierte den Zylindern zugeführte Frischladung den Verbrennungsprozess nachteilig, wodurch sich insbesondere die Partikelrohemissionen stark erhöhen können. Das Öl kann sich auch an den Innenwandungen des Ansaugsystems ablagern und die Strömungsbedingungen im Ansaugsystem bzw. im Verdichter verschlechtern sowie einen stromabwärts angeordneten Ladeluftkühler verunreinigen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Druckluftbehältnis im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine befüllt wird.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Druckluftbehältnis im Bremsbetrieb der Brennkraftmaschine befüllt wird.
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Zum Betreiben einer fremdgezündeten aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Teilabschaltung, bei der mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, wobei der mindestens eine Zylinder einer ersten Gruppe ein auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine in Betrieb befindlicher Zylinder ist und der mindestens eine Zylinder einer zweiten Gruppe als lastabhängig abschaltbarer Zylinder ausgebildet ist, können Verfahrensvarianten vorteilhaft sein, bei denen das Druckluftbehältnis bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine via Abgasabführsystem unter Verwendung des mindestens einen abgeschalteten Zylinders der zweiten Gruppe befüllt wird.
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Während der Teilabschaltung wird ein abgeschalteter Zylinder zweckentfremdet und als Kolbenarbeitsmaschine eingesetzt, um dem Druckluftbehältnis komprimierte Luft zu zuführen. Hierzu muss das Druckluftbehältnis mit dem Abgasabführsystem der zweiten Zylindergruppe strömungstechnisch zumindest verbindbar sein. Um das Druckluftbehältnis mit dem Abgasabführsystem der abgeschalteten Zylinder verbinden bzw. vom Abgasabführsystem der übrigen noch in Betrieb befindlichen Zylinder trennen zu können, eignet sich regelmäßig ein Absperrelement.
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Vorliegend nehmen die während der Teilabschaltung abgeschalteten Zylinder weiter am Ladungswechsel teil, um Luft in das Druckluftbehältnis zu pumpen bzw. zu fördern. Schaltbare bzw. verstellbare Ventiltriebe sind entbehrlich bzw. nicht erforderlich, so dass die mit schaltbaren bzw. verstellbaren Ventiltrieben verbunden Nachteile entfallen, insbesondere die Kosten.
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Zu Beginn der Teilabschaltung kann unter Verwendung der Dosiereinrichtung zusätzlich Luft stromaufwärts der Turbine eingebracht werden, um den Lader anfangs beim Aufbau des Ladedrucks zu unterstützen. Die Anwendbarkeit der Teilabschaltung hin zu niedrigen Drehzahlen und niedrigen Lasten lässt sich erweitern bzw. ausdehnen.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Abgasabführsystem für eine vorgebbare Zeitspanne mit Luft gespült wird, bevor das Druckluftbehältnis befüllt wird. Das Spülen stellt sicher, dass kein Abgas in das Druckluftbehältnis gelangt.
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Wird das Druckluftbehältnis im unbefeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine via Abgasabführsystem befüllt, können Verfahrensvarianten vorteilhaft sein, bei denen die Brennkraftmaschine nach Befüllung des Druckluftbehältnisses im befeuerten Betrieb unterstöchiometrisch (λ < 1) betrieben wird, um während der Befüllung bzw. während des unbefeuerten Betriebs im Drei-Wege-Katalysator eingelagerten Sauerstoff - möglichst schnell - zu konvertieren und den Drei-Wege-Katalysator von diesem eingelagerten Sauerstoff zu reinigen bzw. zu befreien.
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Wird dabei gleichzeitig zusätzliche Luft unter Verwendung der Dosiereinrichtung in das Abgasabführsystem eingebracht, kann es sinnvoll und vorteilhaft sein, die Brennkraftmaschine in der Weise unterstöchiometrisch (λ < 1) zu betreiben, dass der Kraftstoffüberschuss nicht vollständig mittels der zusätzlich eingebrachten Luft kompensiert wird, so dass das dem Drei-Wege-Katalysator zugeführte Abgas bzw. Gasgemisch immer noch unter einem Sauerstoffmangel leidet. Dies gewährleistet, dass der im Drei-Wege-Katalysator eingelagerte Sauerstoff tatsächlich noch benötigt wird und mit dem Abgas reagiert.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen unter Verwendung der Dosiereinrichtung zusätzlich Luft eingebracht wird, um die Welle des mindestens einen Abgasturboladers zu beschleunigen.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die zusätzliche Luft unter Verwendung der Dosiereinrichtung strahlenförmig und auf das mindestens eine Laufrad hin ausgerichtet in das Abgasabführsystem eingebracht wird. Die Dosiereinrichtung verfügt vorzugsweise über mindestens eine Leitung, die via einer Versorgungsleitung aus dem Druckluftbehältnis mit Druckluft versorgt wird.
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Dabei wird der Impuls der strahlenförmig eingebrachten Luft genutzt, um einen Drehimpuls bzw. ein antreibendes Drehmoment auf das mindestens eine Laufrad auszuüben bzw. in das mindestens eine Laufrad einzuleiten. Um das mindestens eine Laufrad auf diese Weise zu beschleunigen bzw. in Drehung zu versetzen, ist der aus der mindestens einen Leitung via Öffnung austretende Luftstrahl auf das mindestens eine Laufrad hin ausgerichtet, wobei jeder Luftstrahl einen möglichst großen Abstand zur drehbaren Welle aufweisen sollte, da der Abstand als Hebel dient und wirkt. Je größer der Abstand zur Welle gewählt wird desto größer ist das mittels Luftstrahl generierte Drehmoment um die Welle.
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Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die zusätzliche Luft unter Verwendung der Dosiereinrichtung im Wesentlichen parallel zur Welle eingebracht wird. Dann trifft ein aus einer Leitung austretender Luftstrahl im Wesentlichen frontal, d. h. von vorne auf das mindestens eine Laufrad.
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Die virtuelle Verlängerung einer Leitung versinnbildlicht den aus der Leitung austretenden Luftstrahl, dessen Ausrichtung und Ausbreitung maßgeblich vom Teilstück der Leitung stromaufwärts der Austrittsöffnung bestimmt wird. Eine Leitung kann an ihrer Austrittsöffnung als Düse ausgebildet sein bzw. mit einer Düse ausgestattet sein, um die austretende Luft zu bündeln, zu beschleunigen und/oder auszurichten.
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Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die zusätzliche Luft unter Verwendung der Dosiereinrichtung quer zur Welle eingebracht wird. Dann trifft ein aus einer Leitung austretender Luftstrahl regelmäßig von der Seite bzw. seitlich auf das mindestens eine Laufrad. Auf diese Weise lässt sich in vorteilhafter Weise ein antreibendes Drehmoment auf das mindestens eine Laufrad ausüben bzw. übertragen.
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Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die zusätzliche Luft unter Verwendung der Dosiereinrichtung beabstandet zur Welle eingebracht wird, vorzugsweise möglichst weit beabstandet.
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Ein aus einer Leitung austretender Luftstrahl übt im Zusammenwirken mit dem wirksamen Hebel ein antreibendes Drehmoment auf das mindestens eine Laufrad aus, wobei der Hebel sich aus dem Abstand zur drehbaren Welle bestimmt. Je größer der Abstand zur Welle ist desto größer ist das mittels Luftstrahl auf die Welle ausgeübte bzw. übertragene Drehmoment.
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Vorteilhaft sind Varianten, bei denen der Luftstrahl das mindestens eine Laufrad auf einem äußeren Umfang beabstandet zur Welle schneidet bzw. trifft. Je größer der Abstand zur Welle gewählt wird desto größer ist in der Regel das mittels Luftstrahl um die Welle generierbare Drehmoment. Daher ist es vorteilhaft, wenn der Luftstrahl das Laufrad auf einem äußeren Umfang bzw. dem äußersten Umfang weit beabstandet zur Welle trifft. Dann ist der Hebel besonders groß bzw. maximal.
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Zudem sind die Laufschaufeln des Laufrades am äußeren bzw. äußersten Umfang häufig schraubenförmig ausgebildet und quer zur Welle geneigt ausgerichtet, so dass ein seitlich auftreffender Luftstrahl einen maximalen Impuls auf die Schaufel übertragen kann.
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Vorteilhaft sind aus den vorstehend genannten Gründen auch Varianten, bei denen der Luftstrahl das mindestens eine Laufrad benachbart zu äußeren Laufschaufelkanten trifft. Die Kanten bilden die Ränder der Schaufel, welche die Schaufel seitlich begrenzt.
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Zum Betreiben einer fremdgezündeten aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei der stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators eine A-Sonde im Abgasabführsystem vorgesehen ist, sind Varianten vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Luftverhältnis λ einer Zylinderfrischladung des mindestens einen befeuerten Zylinders der Brennkraftmaschine unter Verwendung der A-Sonde eingestellt wird.
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Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen zusätzlich Luft in das Ansaugsystem eingebracht wird, falls die von der Turbine bereitgestellte Antriebsleistung nicht ausreicht, um einen angeforderten Ladedruck zu generieren.
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Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen in Abhängigkeit von der Last und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine zusätzlich Luft eingebracht wird.
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Die Last und die Drehzahl der Brennkraftmaschine können unmittelbar Einfluss auf die Abgasmenge und damit auf das Turbinendruckverhältnis sowie das Ladedruckverhältnis haben. Vorzugsweise erfolgt eine Steuerung der zusätzlichen Luftmenge in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine im Motorkennfeld.
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Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens einer vorstehend beschriebenen Art bereitzustellen, wird gelöst mit einer fremdgezündeten aufgeladenen Brennkraftmaschine mit
- - mindestens einem Zylinder,
- - einem Abgasabführsystem zum Abführen der Abgase,
- - einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
- - mindestens einem Abgasturbolader, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter
- - umfasst, wobei die Turbine mit mindestens einem in einem Turbinengehäuse auf einer drehbaren Welle gelagerten Laufrad ausgestattet ist,
- - einer Dosiereinrichtung zum Einbringen zusätzlicher Luft stromaufwärts des mindestens einen Laufrades der Turbine,
- - einem Druckluftbehältnis, welches die zusätzliche Luft bevorratet und die Dosiereinrichtung via einer Versorgungsleitung mit Druckluft versorgt, wobei das Druckluftbehältnis zwecks Befüllung mit Druckluft mit dem Abgasabführsystem strömungstechnisch zumindest verbindbar ist, und
- - einem im Abgasabführsystem stromabwärts der Turbine angeordneten Drei-Wege-Katalysator zur Nachbehandlung des Abgases,
bei der
- - stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators eine A-Sonde im Abgasabführsystem vorgesehen ist.
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Das bereits für das erfindungsgemäße Verfahren Gesagte gilt auch für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine. Unterschiedliche Verfahrensvarianten erfordern entsprechend unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wozu auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein Luftfilter im Ansaugsystem vorgesehen ist. Der Luftfilter verhindert, dass Teilchen, insbesondere Festkörperpartikel, mit der Ladeluft in die Zylinder gelangen. Dadurch werden Beschädigungen vermieden und die Haltbarkeit bzw. die Lebensdauer der Brennkraftmaschine wird erhöht.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein Luftmassensensor im Ansaugsystem vorgesehen ist. Der Luftmassensensor erfasst die dem mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge messtechnisch und stellt diese als Betriebsgröße vorzugsweise einer Motorsteuerung zur Verfügung, welche die zugehörige Kraftstoffmenge ermittelt, um ein gegebenenfalls vorgegebenes Luftverhältnis λ zu generieren.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen ist. Der Ladeluftkühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der im Verdichter komprimierten Ladeluft. Der Kühler trägt so zu einer besseren Zylinderfüllung bei. Ein Luftmassensensor ist vorzugsweise stromaufwärts des Ladeluftkühlers, insbesondere stromaufwärts des Verdichters der Aufladung, angeordnet.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Turbine eine Radialturbine ist. Dies bietet häufig Vorteile beim Packaging im Motorraum. Bei Radialturbinen erfolgt die Anströmung der Laufschaufeln im Wesentlichen radial. Im Wesentlichen radial bedeutet, dass die Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung größer ist als die axiale Geschwindigkeitskomponente. Der Geschwindigkeitsvektor der Strömung schneidet die Welle bzw. Achse der Turbine bzw. des Abgasturboladers und zwar in einem rechten Winkel, falls die Abströmung exakt radial verläuft. Die Turbine kann auch eine Axialturbine oder eine Mixed-Flow-Turbine sein.
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Vorteilhaft können Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen zusätzlich ein Kompressor zum Befüllen eines vorgesehenen Druckluftbehältnisses vorhanden ist. Dies stellt sicher, dass das Druckluftbehältnis bei Bedarf stets befüllt werden kann.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 1 und 2 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
- 1 schematisch eine Ausführungsform der fremdgezündeten aufgeladenen Brennkraftmaschine im befeuerten Betrieb, und
- 2 in einem Diagramm den Drehmomentaufbau bei steigender Lastanforderung mit und ohne das Einbringen zusätzlicher Luft.
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1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der fremdgezündeten aufgeladenen Brennkraftmaschine 1 im befeuerten Betrieb.
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Zum Zuführen der Ladeluft zu den Zylindern verfügt die Brennkraftmaschine 1 über ein Ansaugsystem 10 und zum Abführen der Abgase über ein Abgasabführsystem 9. Zwecks Aufladung der Zylinder ist ein Abgasturbolader 2 vorgesehen, der eine im Abgasabführsystem 9 angeordnete Turbine 2a und einen im Ansaugsystem 10 angeordneten Verdichter 2e umfasst, die eine gemeinsame Welle 2d aufweisen. Die Turbine 2a ist eine Radialturbine, in deren Gehäuse 2c ein auf der drehbaren Welle 2d gelagertes Laufrad 2b umläuft. Die Welle 2d des Laufrades 2b liegt in der Zeichenebene der 1.
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Der Verdichter 2e des Abgasturboladers 2 weist einen Eintrittsbereich auf, der koaxial zur Welle 2d des Verdichters 2e verläuft und ausgebildet ist, so dass der Abschnitt des Ansaugsystems 10 stromaufwärts des Verdichters 2e keine Richtungsänderungen aufweist und die Anströmung der Ladeluft zu dem Verdichter 2e des Abgasturboladers 2 im Wesentlichen axial erfolgt.
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Die Turbine 2a des Abgasturboladers 2 weist eine Bypassleitung 13, d. h. ein Wate-Gate 13 auf, welches unter Verwendung eines Aktuators 13a geöffnet werden kann, um Abgas bzw. Luft an der Turbine 2a vorbeizuführen.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist des Weiteren mit einer Dosiereinrichtung 3 ausgestattet, mit der stromaufwärts der Turbine 2a zusätzlich Luft in das Abgasabführsystem 9 eingebracht werden kann. Die Dosiereinrichtung 3 umfasst vorliegend eine Leitung 3a, die stromaufwärts des Laufrades 2b angeordnet und auf das Laufrad 2b hin ausgerichtet ist.
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Vorliegend ist die eine Leitung 3a in der Art ausgerichtet, dass eine von der Austrittsöffnung 3b ausgehende virtuelle Verlängerung 3c der Leitung 3a quer und beabstandet zur Welle 2d verläuft. Der aus der Leitung 3a austretende Luftstrahl 3c trifft von der Seite auf das Laufrad 2b, wobei der Impuls des Luftstrahls 3c im Zusammenwirken mit dem wirksamen Hebel, der sich aus dem Abstand zur drehbaren Welle 2d bestimmt, ein antreibendes Drehmoment auf das Laufrad 2b ausübt. Je größer der Abstand zur Welle 2d ist desto größer ist das mittels Luftstrahl 3c auf die Welle 2d ausgeübte Drehmoment.
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Der aus der Leitung 3a austretende Luftstrahl 3c trifft das Laufrad 2b auf einem äußeren Umfang, an welchem die Laufschaufeln des Laufrades 2b schraubenförmig ausgebildet und quer zur Welle 2d geneigt sind, so dass der seitlich auftreffende Luftstrahl 3c einen hohen Impuls auf die Schaufeln überträgt.
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Die Dosiereinrichtung 3 ist mit einem Druckluftbehältnis 6 ausgestattet, welches die zusätzliche Luft bevorratet und die Leitung 3a via Versorgungsleitung 7 mit Druckluft versorgt. Die Leitung 3a der Dosiereinrichtung 3 ist mit dem Druckluftbehältnis 6 durch Öffnen eines in der Versorgungsleitung 7 vorgesehenen Absperrelements 7a verbindbar. Der Druck dient auch als treibende Kraft zum Einbringen der Luft bzw. des Gases in das Abgasabführsystem 9.
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Zwecks Befüllen mit Luft ist das Druckluftbehältnis 6 via Befüllungsleitung 8 mit dem Abgasabführsystem 9 verbindbar, wozu ein Absperrelement 8a mittels Aktuator 8c betätigt wird. Die Befüllungsleitung 8 mündet stromabwärts der Turbine 2a unter Ausbildung eines Knotenpunktes 8b in das Abgasabführsystem 9.
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Als Absperrelement 8a dient eine verschwenkbare Klappe 8a', die am Knotenpunkt 8b angeordnet ist und die Befüllungsleitung 8 zwecks Befüllung des Druckluftbehältnisses 6 freigibt oder versperrt.
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Befindet sich die Brennkraftmaschine 1 beispielsweise im Schubbetrieb oder im Bremsbetrieb, d. h. im unbefeuerten Betrieb, lässt sich das Druckluftbehältnis 6 via Abgasabführsystem 9 bei geöffneter Klappe 8a' befüllen, wobei die Brennkraftmaschine 1 selbst als Kolbenarbeitsmaschine betrieben wird.
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Gemäß der in 1 dargestellten Ruheposition versperrt die Klappe 8a' die Befüllungsleitung 8 und gibt das Abgasabführsystem 9 stromabwärts des Knotenpunktes 8b frei. Stromabwärts der Turbine 2a und stromabwärts des Knotenpunktes 8b ist ein Drei-Wege-Katalysator 15 zur Nachbehandlung des Abgases im Abgasabführsystem 9 angeordnet und stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators 15 eine A-Sonde 15a zur Überwachung des Katalysators 15 bzw. der Abgasnachbehandlung vorgesehen.
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Die Brennkraftmaschine 1 wird im befeuerten Betrieb unterstöchiometrisch (λ < 1) betrieben, falls zusätzliche Luft unter Verwendung der Dosiereinrichtung 3 in das Abgasabführsystem 9 eingebracht wird, und zwar in der Weise, dass ein Kraftstoffüberschuss mittels der zusätzlich eingebrachten Luft ausgeglichen wird und das Abgas mittels Drei-Wege-Katalysator 15 unter Einhaltung einer vorgebbaren Konvertierungsrate nachbehandelt werden kann bzw. wird.
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Gibt die verschwenkte offene Klappe 8a' hingegen die Befüllungsleitung 8 im unbefeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine 1 zum Befüllen des Behältnisses 6 mit Luft frei, gelangt die von der Brennkraftmaschine 1 geförderte Luft in das Druckluftbehältnis 6.
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Zwischen dem Knotenpunkt 8b und dem Druckluftbehältnis 6 ist ein Rückschlagventil 14 vorgesehen, so dass zwar Luft in das Druckluftbehältnis 6 eingebracht werden kann, aber die eingebrachte Luft nicht wieder entweicht.
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Stromaufwärts des Verdichters 2e ist ein Luftfilter 4 im Ansaugsystem 10 angeordnet, der die via Ansaugsystem 10 angesaugte Luft reinigt. Stromabwärts des Verdichters 2e ist ein Ladeluftkühler 11 im Ansaugsystem 10 vorgesehen und stromabwärts dieses Ladeluftkühlers 11 eine Drossel 12 platziert.
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Ein Luftmassensensor 5 ist stromabwärts des Verdichters 2e im Ansaugsystem 10 angeordnet und zwar zwischen dem Verdichter 2e und dem Ladeluftkühler 11. Der Luftmassensensor 5 erfasst damit die den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 via Ansaugsystem 10 zugeführte Luftmenge, d. h. nicht die mittels Dosiereinrichtung 3 zusätzlich in das Abgasabführsystem 9 eingebrachte Luftmenge.
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2 zeigt in einem Diagramm den Aufbau des Drehmoments T bei steigender Lastanforderung über der Zeit t, wobei die Kurve A den Drehmomentaufbau ohne das Einbringen zusätzlicher Luft zeigt und Kurve B den Drehmomentaufbau, wenn mittels Dosiereinrichtung zusätzliche Luft eingebracht wird. Deutlich zu erkennen ist, dass ohne zusätzliche Luft ein Drehmomentabfall (Kurve A) zu beobachten ist, während das Einbringen von zusätzlicher Luft für einen stetigen Drehmomentanstieg bzw. Drehmomentaufbau (Kurve B) sorgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- fremdgezündete Brennkraftmaschine
- 2
- Abgasturbolader
- 2a
- Turbine
- 2b
- Laufrad der Turbine
- 2c
- Turbinengehäuse, Gehäuse
- 2d
- Welle
- 2e
- Verdichter
- 3
- Dosiereinrichtung
- 3a
- Leitung
- 3b
- Austrittsöffnung
- 3c
- virtuelle Verlängerung einer Leitung, Luftstrahl
- 4
- Luftfilter
- 5
- Luftmassensensor
- 6
- Druckluftbehältnis
- 7
- Versorgungsleitung
- 7a
- Absperrelement
- 8
- Befüllungsleitung
- 8a
- Absperrelement
- 8a'
- verschwenkbare Klappe
- 8b
- Knotenpunkt
- 8c
- Aktuator
- 9
- Abgasabführsystem
- 10
- Ansaugsystem
- 11
- Ladeluftkühler
- 12
- Drossel
- 13
- Bypassleitung, Waste-Gate
- 13a
- Aktuator des Waste-Gate
- 14
- Rückschlagventil
- 15
- Drei-Wege-Katalysator
- 15a
- A-Sonde
