Die vorliegende Offenbarung betrifft eine verbesserte Technik zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Niederdruck-Abgasrückführung. Sie betrifft insbesondere eine Frischluft-Einlassvorrichtung gem. dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, eine Gasführungsvorrichtung, die eine entsprechende Frischluft-Einlassvorrichtung umfasst, sowie einen entsprechend ausgestatteten Verbrennungsmotor. Die Technik umfasst weiterhin ein Betriebsverfahren für einen Verbrennungsmotor gem. dem Oberbegriff des eigenständigen Verfahrensanspruchs.The present disclosure relates to an improved technique for operating an internal combustion engine with low pressure exhaust gas recirculation. It relates in particular to a fresh air inlet device according to the preamble of the main claim, a gas routing device, which comprises a corresponding fresh air inlet device, and a correspondingly equipped internal combustion engine. The technology also includes an operating method for an internal combustion engine according to the generic term of the independent process claim.
Bei bisher bekannten Verbrennungsmotoren mit einer Niederdruck-Abgasrückführung kann es in bestimmten Betriebszuständen dazu kommen, dass ein Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas aus der Niederdruck-Abgasrückführung zumindest teilweise kondensiert, so dass in dem Gemisch Flüssigkeitstropfen gebildet werden, die zu einer Funktionsbeeinträchtigung oder Beschädigung von Komponenten führen kann, die sich an oder in der Ansaugpassage in der Flussrichtung der Ansaugluft stromabwärts zum Mischungspunkt befinden.In previously known internal combustion engines with a low-pressure exhaust gas recirculation, it can occur in certain operating states that a mixture of fresh air and recirculated exhaust gas from the low-pressure exhaust gas recirculation condenses at least partially, so that liquid drops are formed in the mixture, which can impair or damage the function Components can lead, which are located on or in the intake passage in the flow direction of the intake air downstream to the mixing point.
Aus DE 11 2016 003 417 T5 ist eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt, die eine Luftaufwärmungsvorrichtung zur Erwärmung angesaugter Frischluft umfasst. Über einen Bypass kann Frischluft um die Luftaufwärmungsvorrichtung herumgeführt und mit erwärmter Frischluft gemischt werden. Die Luftaufwärmungsvorrichtung ist im Frischlufttrakt stromaufwärts einer Abgasrückführung angeordnet. Die GB 2 428 465 A zeigt ein System zur Verteilung von rückgeführtem Abgas.Out DE 11 2016 003 417 T5 A control device for an internal combustion engine is known which comprises an air heating device for heating fresh air drawn in. Fresh air can be guided around the air heating device via a bypass and mixed with heated fresh air. The air heating device is arranged in the fresh air tract upstream of an exhaust gas recirculation system. The GB 2 428 465 A shows a system for the distribution of recirculated exhaust gas.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Frischluft-Einlassvorrichtung und ein Betriebsverfahren aufzuzeigen, durch die ein Verbrennungsmotor mit einer Niederdruck-Abgasrückführung in einem erweiterten Betriebsbereich nutzbar wird. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der eigenständigen Ansprüche.It is the object of the present disclosure to show a fresh air intake device and an operating method by means of which an internal combustion engine with a low-pressure exhaust gas recirculation can be used in an expanded operating range. The invention solves this problem by the characterizing features of the independent claims.
Eine Frischluft-Einlassvorrichtung gem. der vorliegenden Offenbarung ist für einen Verbrennungsmotor mit einer Niederdruck-Abgasrückführung vorgesehen und ausgebildet. Verbrennungsmotoren mit einer Niederdruck-Abgasrückführung sind in der Praxis bekannt. Eine Niederdruck-Abgasrückführung dient dazu, zumindest einen Teil des Abgases des Verbrennungsmotors von der Abgaspassage zur Ansaugpassage zu führen und mit angesaugter Frischluft zu mischen. Das Abgas wird dabei einem Bereich der Abgaspassage entnommen, der in der Flussrichtung des Abgases stromabwärts zu mind. einer Turbine liegt. An der mind. einen Turbine findet ein Druckabfall statt, so dass in der Flussrichtung des Abgases hinter der Turbine ein niedrigerer Druck vorliegt als vor der Turbine. Das Abgas, das durch eine Niederdruck-Abgasrückführung geleitet wird, hat in der Regel auch eine niedrigere Temperatur als das Abgas, das am Ausgang einer Brennkammer des Verbrennungsmotors vorliegt.A fresh air intake device acc. The present disclosure is provided and designed for an internal combustion engine with a low pressure exhaust gas recirculation. Internal combustion engines with a low-pressure exhaust gas recirculation are known in practice. A low-pressure exhaust gas recirculation is used to guide at least part of the exhaust gas of the internal combustion engine from the exhaust passage to the intake passage and to mix it with fresh air drawn in. The exhaust gas is removed from an area of the exhaust gas passage that is downstream of at least one turbine in the flow direction of the exhaust gas. A pressure drop occurs at at least one turbine, so that there is a lower pressure behind the turbine in the flow direction of the exhaust gas than in front of the turbine. The exhaust gas that is passed through a low-pressure exhaust gas recirculation generally also has a lower temperature than the exhaust gas that is present at the outlet of a combustion chamber of the internal combustion engine.
Die Frischluft-Einlassvorrichtung gem. der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Frischluft-Passage, die sich von einer Lufteinlassöffnung zu einem Ansaugpassagenanschluss erstreckt. Über den Ansaugpassagenanschluss ist die Frischluft-Einlassvorrichtung mit einer Ansaugpassage des Verbrennungsmotors verbindbar oder verbunden.The fresh air intake device acc. The present disclosure includes a fresh air passage that extends from an air inlet opening to an intake passage port. The fresh air inlet device can be connected or is connected to an intake passage of the internal combustion engine via the intake passage connection.
Die Frischluft-Einlassvorrichtung weist weiterhin einen Frischluft-Bypass auf, der in die Frischluftpassage mündet. Aus der Außenatmosphäre angesaugte Frischluft kann durch die Frischluftpassage direkt von der Lufteinlassöffnung her zu dem Ansaugpassagenanschluss geführt werden. Weiterhin kann Frischluft durch den Frischluft-Bypass geführt und am Mündungsbereich mit der Frischluft in der Frischluftpassage zusammengeführt und/oder gemischt werden.The fresh air inlet device also has a fresh air bypass which opens into the fresh air passage. Fresh air drawn in from the outside atmosphere can be led through the fresh air passage directly from the air inlet opening to the intake passage connection. Fresh air can also be passed through the fresh air bypass and combined and / or mixed with the fresh air in the fresh air passage at the mouth area.
An dem Frischluft-Bypass ist eine Frischluft-Heizvorrichtung angeordnet. Diese umfasst (zumindest) einen (ersten) Wärmetauscher, der Anschlüsse zur Verbindung mit einem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors aufweist. Der (erste) Wärmetauscher ist dazu ausgebildet, einen durch den (ersten) Wärmetauscher geführten Luftstrom mit Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf aufzuheizen.A fresh air heating device is arranged on the fresh air bypass. This comprises (at least) one (first) heat exchanger, which has connections for connection to a coolant circuit of the internal combustion engine. The (first) heat exchanger is designed to heat an air flow led through the (first) heat exchanger with heat from the coolant circuit.
Die Frischluft-Heizvorrichtung weist ferner ein Steuermittel auf, das dazu ausgebildet ist, einen direkt von der Lufteinlassöffnung zugeführten und somit unbeheizten Luftstrom und/oder einen aus dem Frischluft-Bypass zugeführten beheizten Luftstrom einzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann das (mind. eine) Steuermittel dazu ausgebildet sein, ein Mischungsverhältnis zwischen dem beheizten Luftstrom und dem unbeheizten Luftstrom einzustellen.The fresh air heating device furthermore has a control means which is designed to set an unheated air flow supplied directly from the air inlet opening and / or a heated air flow supplied from the fresh air bypass. Alternatively or additionally, the (at least one) control means can be designed to set a mixing ratio between the heated air flow and the unheated air flow.
Mit der Frischluft-Einlassvorrichtung gem. der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, unter Nutzung der aus dem Verbrennungsmotor bzw. der dort stattfindenden Kraftstoffverbrennung entstehenden überschüssigen Wärme zumindest einen Teil der Frischluft aufzuheizen. Durch das Aufheizen der Frischluft kann eine Temperatur des Gemischs aus Frischluft und rückgeführtem Abgas aus der Niederdruck-Abgasrückführung erhöht werden, und zwar insbesondere so weit, dass die Temperatur des Gemischs oberhalb des Taupunkts liegt. Auf diese Weise wird eine Kondensat-Bildung im Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas aus der Niederdruck-Abgasrückführung vermieden und die negativen Auswirkungen auf die Komponenten des Verbrennungsmotors können begrenzt oder ausgeschlossen werden. With the fresh air intake device acc. In the present disclosure, it is possible to heat up at least some of the fresh air using the excess heat generated by the internal combustion engine or the fuel combustion taking place there. By heating the fresh air, a temperature of the mixture of fresh air and recirculated exhaust gas from the low-pressure exhaust gas recirculation can be increased, in particular to such an extent that the temperature of the mixture is above the dew point. In this way, the formation of condensate in the mixture of fresh air and recirculated exhaust gas from the low-pressure exhaust gas recirculation is avoided and the negative effects on the components of the internal combustion engine can be limited or excluded.
Es ist vorteilhafterweise nicht oder in deutlich geringerem Umfang erforderlich, die Frischluft durch elektrische Energie aufzuheizen. Da für das Aufheizen der Frischluft im Wesentlichen ausschließlich die Überschuss-Wärme des Verbrennungsmotors genutzt wird, wird ein energieeffizienterer Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.It is advantageously not necessary or to a significantly lesser extent to heat the fresh air by means of electrical energy. Since essentially only the excess heat of the internal combustion engine is used for heating the fresh air, a more energy-efficient operation of the internal combustion engine is made possible, which has a positive effect on fuel consumption.
Das weiter unten erläuterte Betriebsverfahren ermöglicht eine Nutzung der Frischluft-Einlassvorrichtung in einem möglichst großen Betriebsbereich, sodass eine Niederdruck-Abgasrückführung bereits bei Frischluft-Temperaturen von weniger als 7 Grad Celsius und insbesondere bei weniger als 0 Grad Celsius betrieben werden kann.The operating method explained below enables the fresh air inlet device to be used in the largest possible operating range, so that a low-pressure exhaust gas recirculation can already be operated at fresh air temperatures of less than 7 degrees Celsius and in particular at less than 0 degrees Celsius.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Diese zeigen:
- 1 bis 4: verschiedene Ausführungsvarianten einer Frischluft-Einlassvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung an einem Verbrennungsmotor;
- 5: ein Schemadiagramm zur Erläuterung konventioneller und erweiterter Betriebsbereiche für eine Niederdruck-Abgasrückführung.
The invention is illustrated in the drawings by way of example and schematically. These show: - 1 to 4th : Different embodiments of a fresh air intake device according to the present disclosure on an internal combustion engine;
- 5 : a schematic diagram to explain conventional and expanded operating ranges for low pressure exhaust gas recirculation.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors (1). Der Verbrennungsmotor (1) umfasst eine oder mehrere Brennkammern (4), in denen ein Kraftstoff zur Erzeugung einer mechanischen Antriebsleistung verbrannt wird. Durch eine Ansaugpassage (2) wird eine Ansaugluft über einen Motoreinlass in die Brennkammer (4) geführt. In der Brennkammer (4) wird die Ansaugluft mit beigefügtem Kraftstoff verbrannt, wobei Abgas (EG) erzeugt wird, das über einen Motorauslass und eine Abgaspassage (3) abgeführt wird. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine ( 1 ). The internal combustion engine ( 1 ) includes one or more combustion chambers ( 4th ) in which a fuel is burned to generate a mechanical drive power. Through an intake passage ( 2nd ) Intake air is fed into the combustion chamber via an engine inlet ( 4th ) guided. In the combustion chamber ( 4th ) the intake air is burned with added fuel, whereby exhaust gas (EG) is generated, which via an engine outlet and an exhaust gas passage ( 3rd ) is dissipated.
Zwischen der Abgaspassage (3) und der Ansaugpassage (2) ist zumindest eine Niederdruck-Abgasrückführung (8) vorgesehen. Zusätzlich kann eine Hochdruck-Abgasrückführung (7) vorhanden sein. Die Niederdruck-Abgasrückführung (8) weist ein an sich bekanntes AGR-Mischventil (20) auf, durch das ein Mischungsverhältnis zwischen zugeführter Frischluft (FA) und rückgeführtem Abgas aus der Niederdruck-Abgasrückführung (8) einstellbar ist.Between the exhaust passage ( 3rd ) and the intake passage ( 2nd ) is at least a low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) intended. In addition, a high pressure exhaust gas recirculation ( 7 ) to be available. The low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) has a known EGR mixing valve ( 20 ), through which a mixture ratio between fresh air (FA) and exhaust gas from the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) is adjustable.
An oder in der Ansaugpassage (2) ist mindestens ein Kompressor (24, 26) angeordnet, insbesondere in Strömungsrichtung der Frischluft (FA) oder der Ansaugluft ein Niederdruck-Kompressor (24) und/oder ein Hochdruck-Kompressor (26). Die ein oder mehreren Kompressoren (24, 26) können auf beliebige Weise angetrieben und bevorzugt gesteuert sein. In den Zeichnungsbeispielen ist jeweils eine Turbine (25,27) an oder in der Abgaspassage (3) vorgesehen, die direkt, insbesondere mechanisch, oder indirekt mit einem der Kompressoren (24, 26) verbunden ist. Insbesondere kann in Strömungsrichtung des Abgases (EG) eine Hochdruck-Turbine (27) und/oder eine Niederdruck-Turbine (25) vorgesehen sein.On or in the intake passage ( 2nd ) is at least one compressor ( 24th , 26 ) arranged, especially in the direction of flow of the fresh air (FA) or the intake air, a low-pressure compressor ( 24th ) and / or a high pressure compressor ( 26 ). The one or more compressors ( 24th , 26 ) can be driven in any way and preferably controlled. In the drawing examples there is one turbine ( 25th , 27 ) on or in the exhaust passage ( 3rd ) provided, directly, in particular mechanically, or indirectly with one of the compressors ( 24th , 26 ) connected is. In particular, a high-pressure turbine ( 27 ) and / or a low pressure turbine ( 25th ) be provided.
An oder in der Abgaspassage (3) können beliebige weitere Abgasnachbehandlungsstrukturen vorgesehen sein, wie beispielsweise ein oder mehrere Katalysatoren und/oder Filter, die in den Figuren vereinfacht mit der Bezugsziffer 31 gekennzeichnet sind.At or in the exhaust passage ( 3rd ) Any additional exhaust gas aftertreatment structures can be provided, such as one or more catalysts and / or filters, which are simplified in the figures with the reference number 31 Marked are.
Der Verbrennungsmotor (1) weist einen Kühlmittelkreislauf (5) auf. Insbesondere können um eine Brennkammer (4) herum ein oder mehrere ein Kühlmittel führende Kanäle vorgesehen sein, durch die mittels einer Kühlmittelförderung (6) das Kühlmittel geführt und bewegt wird. Das Kühlmittel kann insbesondere ein Kühlwasser sein.The internal combustion engine ( 1 ) has a coolant circuit ( 5 ) on. In particular, a combustion chamber ( 4th ) around one or more channels carrying a coolant are provided, through which by means of a coolant delivery ( 6 ) the coolant is guided and moved. The coolant can in particular be a cooling water.
Die Kühlmittelförderung (6) kann eine beliebige Ausbildung haben. Sie umfasst bevorzugt eine Kühlmittelpumpe und ein Kühlmittelreservoir. Sie kann weiterhin einen Luft-Wärmetauscher (nicht dargestellt) umfassen, an dem ein Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel und der Luft in der Außenatmosphäre stattfindet.The coolant delivery ( 6 ) can have any training. It preferably comprises a coolant pump and a coolant reservoir. It can further comprise an air heat exchanger (not shown), on which heat transfer takes place between the coolant and the air in the outside atmosphere.
Die Niederdruck-Abgasrückführung (8) kann eine beliebige bekannte Ausbildung haben. Sie umfasst bevorzugt eine Rückführungspassage, die sich von einem ersten Mündungsbereich zur Abgaspassage hin zu dem zweiten Mündungsbereich an der Ansaugpassage (2) oder Frischluftpassage (11) erstreckt. An oder in der Rückführungspassage der Niederdruck-Abgasrückführung (8) kann eine Abgas-Kühlvorrichtung (9) vorgesehen sein. Diese umfasst beispielsweise einen Abgas-Wärmetauscher (ohne Bezugsziffer), an dem ein Wärmeübergang zwischen dem rückgeführten Abgas (EG) in der Niederdruck-Abgasrückführung (8) und dem Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf (5) stattfindet. The low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) can have any known training. It preferably comprises a return passage, which extends from a first mouth area to the exhaust gas passage to the second mouth area on the intake passage ( 2nd ) or fresh air passage ( 11 ) extends. On or in the return passage of the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) an exhaust gas cooling device ( 9 ) be provided. This includes, for example, an exhaust gas heat exchanger (without reference number), on which heat transfer between the recirculated exhaust gas (EG) in the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) and the coolant in the coolant circuit ( 5 ) takes place.
In 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Frischluft-Einlassvorrichtung (10) gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Sie weist eine Frischluftpassage (11) auf, die sich von einer Lufteinlassöffnung (12) zu einem Ansaugpassagenanschluss (13) erstreckt. Die Lufteinlassöffnung (12) und/oder der Ansaugpassagenanschluss (13) können jeweils einzeln oder in Kombination Bestandteil der Frischluft-Einlassvorrichtung (10) sein. Alternativ kann die Frischluft-Einlassvorrichtung (10) mit einer separat angeordneten Lufteinlassöffnung (12) und/oder einem separat angeordneten Ansaugpassagenanschluss (13) verbunden sein.In 1 is a first preferred embodiment of a fresh air intake device ( 10th ) according to the present disclosure. It has a fresh air passage ( 11 ), which extends from an air inlet opening ( 12th ) to an intake passage connection ( 13 ) extends. The air inlet opening ( 12th ) and / or the intake passage connection ( 13 ) can be part of the fresh air inlet device (individually or in combination) ( 10th ) be. Alternatively, the fresh air intake device ( 10th ) with a separately arranged air inlet opening ( 12th ) and / or a separately arranged intake passage connection ( 13 ) be connected.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff Frischluft ein Gas, das ausschließlich aus einer Luft besteht, die aus der Außenatmosphäre zugeführt ist. Die Frischluft (FA) ist demzufolge in der Regel frei von Abgas (EG). Der Begriff Ansaugluft bezeichnet hingegen ein Gas, das sich in der Ansaugpassage (2) stromabwärts zu der Einmündung der Niederdruck-Abgasrückführung (8) befindet. Die Ansaugluft kann je nach Betätigung des AGR-Mischventils (20) vollständig aus Frischluft (FA), vollständig aus rückgeführtem Abgas (EG) oder zu einem beliebigen Mischungsverhältnis sowohl aus Frischluft (FA) als auch aus rückgeführtem Abgas (EG) bestehen.In the context of the present invention, the term fresh air denotes a gas which consists exclusively of air which is supplied from the outside atmosphere. The fresh air (FA) is therefore usually free of exhaust gas (EG). The term intake air, on the other hand, denotes a gas that is in the intake passage ( 2nd ) downstream to the junction of the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) is located. Depending on the operation of the EGR mixing valve ( 20 ) consist entirely of fresh air (FA), completely of recirculated exhaust gas (EG) or for any mixing ratio of both fresh air (FA) and recirculated exhaust gas (EG).
Die Ansaugpassage (2) und die Frischluftpassage (11) bilden gemeinsam eine durchgehende Passage, die sich von der Lufteinlassöffnung bis zu einem Motoreinlass des Verbrennungsmotors (1) erstreckt. Derjenige Bestandteil dieser Passage, der ausschließlich Frischluft (FA) führt, wird als Frischluftpassage (11) bezeichnet. Ab der Einmündung von Abgas, das über die Niederdruck-Abgasrückführung (8) in die Passage eingeführt wird, wird der stromabwärts liegende Bereich der Passage als Ansaugpassage (2) bezeichnet.The intake passage ( 2nd ) and the fresh air passage ( 11 ) together form a continuous passage, which extends from the air inlet opening to an engine inlet of the internal combustion engine ( 1 ) extends. The part of this passage that only carries fresh air (FA) is called the fresh air passage ( 11 ) designated. From the confluence of exhaust gas, which via the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) is introduced into the passage, the downstream area of the passage is used as an intake passage ( 2nd ) designated.
Die Einmündung der Niederdruck-Abgasrückführung (8) kann in dem Bereich der Passage liegen, die Bestandteil der Frischluft-Einlassvorrichtung (10) ist. Alternativ - wie beispielsweise in 1 dargestellt - kann die Einmündung der Niederdruck-Abgasrückführung (8) stromabwärts zu der Frischluft-Einlassvorrichtung (10) angeordnet sein.The confluence of the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) can be in the area of the passage that is part of the fresh air intake device ( 10th ) is. Alternatively - such as in 1 shown - can the confluence of the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) downstream of the fresh air intake device ( 10th ) be arranged.
Die Frischluft-Einlassvorrichtung (10) umfasst einen Frischluft-Bypass (14), der in die Frischluftpassage (11) mündet. An dem Frischluft-Bypass (14) ist die Frischluft-Heizvorrichtung (15) angeordnet. In den Zeichnungen ist der Frischluft-Bypass (14) jeweils über eine AnsaugMündung und eine Ausgangs-Mündung mit der Frischluftpassage (11) verbunden. Die Ansaugmündung liegt in diesem Fall stromabwärts der Lufteinlassöffnung (12) und die Ausgangs-Mündung liegt noch weiter stromabwärts an der Frischluftpassage (11). Alternativ kann der Frischluft-Bypass (14) lediglich eine Ausgangs-Mündung aufweisen, über die er mit der Frischluftpassage (11) verbunden ist. In diesem Fall verfügt der Frischluft-Bypass (14) bevorzugt über eine separate Lufteinlassöffnung (nicht dargestellt). An oder stromabwärts zu jeder Lufteinlassöffnung (12) ist bevorzugt mindestens ein Luftfilter (21) vorgesehen. Der mindestens eine Luftfilter (21) kann ebenfalls Bestandteil der Frischluft-Einlassvorrichtung (10) gemäß der vorliegenden Offenbarung sein.The fresh air intake device ( 10th ) includes a fresh air bypass ( 14 ) in the fresh air passage ( 11 ) ends. At the fresh air bypass ( 14 ) is the fresh air heater ( 15 ) arranged. In the drawings, the fresh air bypass ( 14 ) each via an intake mouth and an outlet mouth with the fresh air passage ( 11 ) connected. In this case, the intake opening is downstream of the air inlet opening ( 12th ) and the exit mouth is further downstream on the fresh air passage ( 11 ). Alternatively, the fresh air bypass ( 14 ) have only one exit mouth, through which he with the fresh air passage ( 11 ) connected is. In this case, the fresh air bypass ( 14 ) preferably via a separate air inlet opening (not shown). At or downstream of each air inlet opening ( 12th ) is preferably at least one air filter ( 21 ) intended. The at least one air filter ( 21 ) can also be part of the fresh air intake device ( 10th ) according to the present disclosure.
Der Luftstrom, der durch den Frischluft-Bypass (14) geführt wird, kann durch die Frischluft-Heizvorrichtung (15) erwärmt werden. Hierzu weist die Frischluft-Heizvorrichtung (15) (zumindest) einen (ersten) Wärmetauscher (16) auf. Der Wärmetauscher (16) ist als ein Kühlmittel-Wärmetauscher ausgebildet. Er hat Anschlüsse zur Verbindung mit dem Kühlmittelkreislauf (5) des Verbrennungsmotors (1). Der (erste) Wärmetauscher (16) ist dazu ausgebildet, den Luftstrom (FA2), der durch den Frischluft-Bypass (14) (in Richtung der Ausgangs-Mündung), d.h. in Richtung zur Frischluftpassage (11) fließt, mit Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf (5) aufzuheizen.The air flow through the fresh air bypass ( 14 ) can be led through the fresh air heating device ( 15 ) are heated. For this purpose, the fresh air heating device ( 15 ) (at least) one (first) heat exchanger ( 16 ) on. The heat exchanger ( 16 ) is designed as a coolant heat exchanger. It has connections for connection to the coolant circuit ( 5 ) of the internal combustion engine ( 1 ). The (first) heat exchanger ( 16 ) is designed to block the air flow (FA2) through the fresh air bypass ( 14 ) (towards the exit mouth), ie towards the fresh air passage ( 11 ) flows with heat from the coolant circuit ( 5 ) to heat up.
Ein Luftstrom (FA1), der direkt von der Lufteinlassöffnung (12) her in Richtung des Ansaugpassagenanschlusses (13) fließt, der also nicht durch den Frischluft-Bypass (14) fließt, wird nicht beheizt.An air flow (FA1) that flows directly from the air inlet opening ( 12th ) towards the intake passage connection ( 13 ) which does not flow through the fresh air bypass ( 14 ) flows, is not heated.
Die Frischluft-Heizvorrichtung (15) weist mindestens ein Steuermittel (18, 19) auf, das dazu ausgebildet ist, zumindest einen der vorgenannten Luftströme (FA1, FA2) einzustellen und/oder ein Mischungsverhältnis zwischen dem beheizten Luftstrom (FA2) aus dem Frischluft-Bypass (14) und dem unbeheizten Luftstrom (FA1) einzustellen. Das mindestens eine Steuermittel (18, 19) kann hierzu eine beliebige Ausbildung haben. In den Figuren ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante an der Ausgangs-Mündung des Frischluft-Bypass (14) bzw. an dem Punkt, an dem die beiden Luftströme (FA1, FA2) zusammentreffen, ein Mischventil (19) vorgesehen, dass insbesondere als Frischluft-Mischventil (19) bezeichnet werden kann.The fresh air heater ( 15 ) has at least one control means ( 18th , 19th ) which is designed to set at least one of the aforementioned air flows (FA1, FA2) and / or a mixing ratio between the heated air flow (FA2) from the fresh air bypass ( 14 ) and the unheated air flow (FA1). The at least one tax resource ( 18th , 19th ) can have any training for this. According to a preferred embodiment, the figures show at the outlet mouth of the fresh air bypass ( 14 ) or at the point where the two air flows (FA1, FA2) meet, a mixing valve ( 19th ) provided that in particular as a fresh air mixing valve ( 19th ) can be called.
Gemäß einer alternativen Ausführung können jeweils ein Steuerventil im Frischluft-Bypass (14) (nicht dargestellt) und ein weiteres Steuerventil in der Frischluftpassage (11) stromaufwärts zu der Ausgangs-Mündung der Niederdruck-Abgasrückführung (8) angeordnet sein (nicht dargestellt). Die Steuerventile können jeweils separat einen der Luftströme (FA1, FA2) einstellen und damit ein Steuermittel (18) der Frischluft-Einlassvorrichtung (10) bilden.According to an alternative embodiment, a control valve in the fresh air bypass ( 14 ) (not shown) and another control valve in the fresh air passage ( 11 ) upstream to the outlet mouth of the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) be arranged (not shown). The control valves can each set one of the air flows (FA1, FA2) separately and thus a control means ( 18th ) of the fresh air intake device ( 10th ) form.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung Betriebsbereiche für eine Niederdruck-Abgasrückführung (8) in Abhängigkeit von einer Frischluft-Temperatur (Ta) und einer Kühlmittel-Temperatur (Tc). Nachfolgend wird vereinzelt die Abkürzung AGR für Abgasrückführung verwendet. 5 shows a schematic representation of operating areas for low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) depending on a fresh air temperature (Ta) and a coolant temperature (Tc). In the following, the abbreviation EGR is used for exhaust gas recirculation.
Gemäß einem konventionellen Bereich des Betriebs einer Niederdruck-AGR ist ein Betrieb bei einer Frischluft-Temperatur von weniger als 10°C nur eingeschränkt möglich, weil es bei der Mischung des über die Niederdruck-AGR (8) rückgeführten Abgases (EG) mit der direkt zugeführten Frischluft (FA) zur Bildung von Kondensat kommen kann. Ob sich ein Kondensat bildet, hängt im Wesentlichen von der Feuchte und der Temperatur des Gemischs ab, das einerseits die Frischluft (FA) und andererseits das über die Niederdruck-AGR (8) rückgeführte Abgas (EG) umfasst. Nachfolgend wird dieses Gemisch vereinfachend als Luft-Abgas-Gemisch bezeichnet.According to a conventional area of operation of a low-pressure EGR, operation at a fresh air temperature of less than 10 ° C is only possible to a limited extent, because when the low-pressure EGR ( 8th ) recirculated exhaust gas (EG) with the directly supplied fresh air (FA) can lead to the formation of condensate. Whether a condensate forms depends essentially on the humidity and the temperature of the mixture, which on the one hand is the fresh air (FA) and on the other hand that via the low pressure EGR ( 8th ) recirculated exhaust gas (EG). In the following, this mixture is referred to simply as an air-exhaust gas mixture.
Die Temperatur des Luft-Abgas-Gemisches hängt einerseits von der Frischluft-Temperatur (Ta) und andererseits von der Temperatur des rückgeführten Abgases (EG) ab. Es wurde festgestellt, dass bei einem ausreichend warmen Verbrennungsmotor die Temperatur des rückgeführten Abgases (EG) in bestimmten Bereichen ausreichend ist, um die Bildung von Kondensat im Luft-Abgas-Gemisch zu verhindern. Dementsprechend konnte der konventionelle Bereich bereits bei einer Frischluft-Temperatur (Ta) von weniger als 10°C vorliegen, wenn gleichzeitig die Kühlmittel-Temperatur (Tc) einen ausreichenden Wert von beispielsweise mehr als 30°C oder mehr als 65°C erreicht hatte.The temperature of the air-exhaust gas mixture depends on the one hand on the fresh air temperature (Ta) and on the other hand on the temperature of the recirculated exhaust gas (EG). It was found that in a sufficiently warm internal combustion engine, the temperature of the recirculated exhaust gas (EG) is sufficient in certain areas to prevent the formation of condensate in the air / exhaust gas mixture. Accordingly, the conventional range could already be at a fresh air temperature (Ta) of less than 10 ° C, if at the same time the coolant temperature (Tc) had reached a sufficient value of, for example, more than 30 ° C or more than 65 ° C.
Durch die Frischluft-Einlassvorrichtung (10) gemäß der vorliegenden Offenbarung und das offenbarte Betriebsverfahren kann der Betrieb einer Niederdruck-Abgasrückführung (8) auch bei einem ersten erweiterten Bereich erfolgen.Through the fresh air inlet device ( 10th ) According to the present disclosure and the disclosed operating method, the operation of a low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) also with a first extended area.
Das Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist für einen Verbrennungsmotor (1) vorgesehen, der eine Ansaugpassage (2) mit mindestens einem Kompressor (24, 26), eine Abgaspassage (3) und eine Niederdruck-Abgasrückführung (8) aufweist. Stromaufwärts zu der Andockpassage (2) ist eine Frischluft-Einlassvorrichtung (10) gemäß der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. In dem Betriebsverfahren werden bevorzugt zumindest die folgenden Schritte ausgeführt:The operating method according to the present disclosure is for an internal combustion engine ( 1 ) provided that an intake passage ( 2nd ) with at least one compressor ( 24th , 26 ), an exhaust passage ( 3rd ) and a low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) having. Upstream to the docking passage ( 2nd ) is a fresh air intake device ( 10th ) according to the present disclosure. In the operating method, at least the following steps are preferably carried out:
Eine Kühlmittel-Temperatur (Tc) des Verbrennungsmotors (1) wird ermittelt. Weiterhin werden eine Temperatur und eine Feuchtigkeit des Abgases (EG) vor oder in der Niederdruck-Abgasrückführung (8) ermittelt. Weiterhin wird eine Temperatur und eine Feuchtigkeit der Frischluft (FA) ermittelt, die aus der Außenatmosphäre bezogen wird.A coolant temperature (Tc) of the internal combustion engine ( 1 ) is determined. Furthermore, a temperature and a humidity of the exhaust gas (EG) before or in the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) determined. Furthermore, a temperature and a humidity of the fresh air (FA) is determined, which is obtained from the outside atmosphere.
In dem Betriebsverfahren wird weiterhin ein Taupunkt für ein angestrebtes Gemisch aus der Frischluft (FA) und dem rückgeführten Abgas (EG) aus der Niederdruck-Abgasrückführung (8) ermittelt. Der Taupunkt kann auf beliebige Weise bestimmt werden. Insbesondere kann auf Basis des Mischungsverhältnisses und den oben genannten ermittelten Temperarturwerten und Feuchtigkeitswerten von Abgas und Frischluft berechnet oder geschätzt werden, welche Temperatur und welche Feuchtigkeit das Luft-Abgas-Gemisch aufweisen wird. Bei bekannter Feuchtigkeit und Temperatur kann der Wert des Taupunktes (Kondensationstemperatur) aus einer Formel, einer Tabelle oder einer sonstigen geeigneten geordneten Datenstruktur abgerufen werden.In the operating process, a dew point for a desired mixture of the fresh air (FA) and the recirculated exhaust gas (EG) from the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) determined. The dew point can be determined in any way. In particular, on the basis of the mixture ratio and the above-mentioned determined temperature values and moisture values of exhaust gas and fresh air, it can be calculated or estimated what temperature and what humidity the air-exhaust gas mixture will have. If the humidity and temperature are known, the value of the dew point (condensation temperature) can be called up from a formula, a table or another suitable ordered data structure.
Wenn die Temperatur des Kühlmittels (Tc) oberhalb eines ersten Aktivierungs-Schwellenwertes (T1) liegt, wird ein Luftstrom (FA2) durch den Frischluft-Bypass (14) geführt und mit der Frischluft-Heizvorrichtung (15) durch Wärmeübertragung aus dem Kühlmittel aufgeheizt.If the temperature of the coolant (Tc) is above a first activation threshold ( T1 ), an air flow (FA2) through the fresh air bypass ( 14 ) and with the fresh air heating device ( 15 ) heated by heat transfer from the coolant.
Hierdurch wird die Temperatur der Frischluft (Ta), FA2 erhöht, sodass auch die Temperatur des Luft-Abgas-Gemisches ansteigt oder respektive der Taupunkt (Kondensations-Temperatur) sinkt.As a result, the temperature of the fresh air (Ta), FA2 is increased, so that the temperature of the air / exhaust gas mixture also rises or the dew point (condensation temperature) decreases.
Auf diese Weise kann die Niederdruck-AGR auch in dem ersten erweiterten Bereich gemäß Darstellung in 5 betrieben werden, d.h. bei Frischluft-Temperaturen von weniger als 7°C oder sogar weniger als 0°C, sofern der Verbrennungsmotor (1) ausreichend warm ist bzw. wenn die Kühlmitteltemperatur (Tc) den ersten Aktvierungs-Schwellenwert (T1) überschreitet. In dem Beispiel von 5 beträgt der erste Aktivierungs-Schwellenwert (T1) 40°C. Er kann in Abhängigkeit der Ausbildung des Verbrennungsmotors (1) und/oder der Niederdruck-Abgasrückführung (8) und/oder der Dimensionierung der Frischluft-Einlassvorrichtung (10) einen anderen Wert haben, beispielsweise 30°C, 35°C oder 45°C. Ein Wert von weniger als 40°C kann insbesondere eingestellt werden, wenn die ermittelte oder bezogene Feuchte der Frischluft einen entsprechend geringen Wert hat. In this way, the low-pressure EGR can also be shown in the first expanded area as shown in 5 operated, i.e. at fresh air temperatures of less than 7 ° C or even less than 0 ° C, provided that the internal combustion engine ( 1 ) is sufficiently warm or if the coolant temperature (Tc) exceeds the first activation threshold ( T1 ) exceeds. In the example of 5 is the first activation threshold ( T1 ) 40 ° C. Depending on the design of the internal combustion engine ( 1 ) and / or the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) and / or the dimensioning of the fresh air inlet device ( 10th ) have a different value, for example 30 ° C, 35 ° C or 45 ° C. A value of less than 40 ° C. can be set in particular if the determined or related humidity of the fresh air has a correspondingly low value.
Das Betriebsverfahren kann auf beliebige Weise ausgeführt werden. Es wird insbesondere als computerimplementiertes und automatisches Verfahren durch eine Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt, insbesondere durch ein Steuergerät (30) bzw. eine elektronische Steuereinheit, die Bestandteil der Frischluft-Einlassvorrichtung (10) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist. Alternativ oder zusätzlich können einzelne oder alle Schritte des Betriebsverfahrens durch ein externes Datenverarbeitungsgerät durchgeführt werden, insbesondere durch eine Motorsteuerung des Verbrennungsmotors (1).The operating procedure can be carried out in any way. It is carried out in particular as a computer-implemented and automatic method by a data processing device, in particular by a control unit ( 30th ) or an electronic control unit, which is part of the fresh air inlet device ( 10th ) according to the present disclosure. Alternatively or additionally, individual or all steps of the operating method can be carried out by an external data processing device, in particular by an engine control of the internal combustion engine ( 1 ).
Die Ermittlung der Kühlmittel-Temperatur (Tc) kann auf beliebige Weise erfolgen. Häufig ist die Kühlmittel-Temperatur (Tc) in einer externen Einrichtung bereits als Parameter bekannt und kann von dieser externen Einrichtung bezogen werden, beispielsweise von der Motorsteuerung. Alternativ oder zusätzlich kann ein Temperatursensor zur Ermittlung der Kühlmittel-Temperatur (Tc) vorgesehen sein. Der Temperatursensor kann insbesondere Bestandteil der Frischluft-Einlassvorrichtung (10) sein und beispielsweise am (ersten) Wärmetauscher (16) oder in Strömungsrichtung des Kühlmittels kurz vor oder hinter dem Wärmetauscher (16) im Kühlmittelkreislauf (5) angeordnet sein.The coolant temperature (Tc) can be determined in any way. The coolant temperature (Tc) is often already known as a parameter in an external device and can be obtained from this external device, for example from the engine control. Alternatively or additionally, a temperature sensor for determining the coolant temperature (Tc) can be provided. The temperature sensor can in particular be part of the fresh air inlet device ( 10th ) and, for example, on the (first) heat exchanger ( 16 ) or in the direction of flow of the coolant just before or after the heat exchanger ( 16 ) in the coolant circuit ( 5 ) be arranged.
Auch die Ermittlung einer Temperatur und/oder einer Feuchtigkeit des Abgases (EG) vor oder in der Niederdruck-Abgasrückführung (8) kann auf beliebige Weise erfolgen. Die Abgastemperatur und/oder die Abgas-Feuchtigkeit können ebenfalls in einem externen Datenverarbeitungsgerät als bekannte Parameter vorliegen, insbesondere in der Motorsteuerung, sodass die Abgastemperatur und/oder die Abgasfeuchtigkeit als externe Parameter einzeln oder gemeinsam bezogen werden können. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Sensoren vorgesehen sein, um die Abgastemperatur und/oder die Abgasfeuchtigkeit zu ermitteln. Diese Sensoren können bevorzugt Bestandteil der Frischluft-Einlassvorrichtung und/oder Bestandteil der Niederdruck-Abgasrückführung (8) sein. In den Zeichnungen sind beispielhaft ein erster Abgas-Sensor (28) und ein zweiter Abgas-Sensor (29) dargestellt, die hier einerseits in einem Hochdruckbereich der Abgaspassage (3) und andererseits in einem Niederdruckbereich der Abgaspassage (3) angeordnet sind. Es kann etwaig nur einer der Abgas-Sensoren (28,29) ausreichen, um die gewünschte AbgasTemperatur und/oder die Abgas-Feuchtigkeit an oder in der Niederdruck-Abgasrückführung (8) zu ermitteln. Beispielsweise kann auf Basis eines im Hochdruckbereich der Abgaspassage (3) über den Abgas-Sensor (28) ermittelten Werts und bekannter Betriebsbedingungen des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere auf Basis bekannter Betriebsparameter der mindestens einen Turbine (27, 25), berechnet oder geschätzt werden, welche Abgastemperatur und/oder welche Abgasfeuchtigkeit im Niederdruckbereich der Abgaspassage (3) und/oder an oder in der Niederdruck-Abgasrückführung (8) vorliegen wird. The determination of a temperature and / or a humidity of the exhaust gas (EG) before or in the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) can be done in any way. The exhaust gas temperature and / or the exhaust gas humidity can also be present in an external data processing device as known parameters, in particular in the engine control system, so that the exhaust gas temperature and / or the exhaust gas moisture can be obtained individually or together as external parameters. Alternatively or additionally, one or more sensors can be provided in order to determine the exhaust gas temperature and / or the exhaust gas moisture. These sensors can preferably be part of the fresh air inlet device and / or part of the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) be. A first exhaust gas sensor ( 28 ) and a second exhaust gas sensor ( 29 ) shown here, on the one hand in a high pressure area of the exhaust gas passage ( 3rd ) and on the other hand in a low pressure area of the exhaust gas passage ( 3rd ) are arranged. Only one of the exhaust gas sensors ( 28 , 29 ) are sufficient to achieve the desired exhaust gas temperature and / or the exhaust gas humidity on or in the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) to investigate. For example, on the basis of a high-pressure area of the exhaust gas passage ( 3rd ) via the exhaust gas sensor ( 28 ) determined value and known operating conditions of the exhaust gas aftertreatment system, in particular on the basis of known operating parameters of the at least one turbine ( 27 , 25th ), calculated or estimated, which exhaust gas temperature and / or which exhaust gas humidity in the low pressure area of the exhaust gas passage ( 3rd ) and / or on or in the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) will be available.
Wiederum alternativ oder zusätzlich kann ein separater Abgas-Sensor (nicht dargestellt) an oder in der Niederdruck-Abgasrückführung (8) und insbesondere an einer Abgas-Kühlvorrichtung (9) vorgesehen sein.Again, alternatively or additionally, a separate exhaust gas sensor (not shown) on or in the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) and in particular on an exhaust gas cooling device ( 9 ) be provided.
Die Ermittlung einer Temperatur (Ta) und/der einer Feuchtigkeit der Frischluft (FA) kann ebenfalls auf beliebige Weise erfolgen. Analog zu den obigen Ausführungen können die Frischluft-Temperatur (Ta) und/oder die Frischluftfeuchtigkeit jeweils einzeln oder gemeinsam von einem externen Gerät bezogen werden, insbesondere von der Motorsteuerung. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Sensoren vorgesehen sein, um einen oder beide Werte zu erfassen. In den Figuren sind beispielhaft ein Frischluft-Sensor (22) und ein Mischgas-Sensor (23) gezeigt, die jeweils als optionale Elemente an oder in der Frischluftpassage (11) und/oder der Ansaugpassage (2) vorgesehen sein können. Der Frischluft-Sensor (22) und/oder der Mischgas-Sensor (23) können Bestandteil der Frischluft-Einlassvorrichtung (10) gemäß der vorliegenden Offenbarung sein.The determination of a temperature (Ta) and / or a humidity of the fresh air (FA) can also be carried out in any way. Analogous to the above explanations, the fresh air temperature (Ta) and / or the fresh air humidity can be obtained individually or together from an external device, in particular from the engine control. Alternatively or additionally, one or more sensors can be provided to detect one or both values. A fresh air sensor ( 22 ) and a mixed gas sensor ( 23 ) shown, each as optional elements on or in the fresh air passage ( 11 ) and / or the intake passage ( 2nd ) can be provided. The fresh air sensor ( 22 ) and / or the mixed gas sensor ( 23 ) can be part of the fresh air intake device ( 10th ) according to the present disclosure.
Durch den Mischgas-Sensor (23) können eine Temperatur und/oder eine Feuchtigkeit des Luft-Abgas-Gemisches stromabwärts der Einmündung der Niederdruck-Abgasrückführung (8) als Ist-Werte erfasst werden.Through the mixed gas sensor ( 23 ) A temperature and / or a humidity of the air-exhaust gas mixture downstream of the mouth of the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) are recorded as actual values.
2 bis 4 zeigen weitere bevorzugte Ausführungsvarianten der Frischluft-Einlassvorrichtung (10) . 2nd to 4th show further preferred design variants of the fresh air inlet device ( 10th ).
In den Beispielen der 2 und 4 ist der (erste) Wärmetauscher (16) der Frischluft-Heizvorrichtung (15) mit der Abgas-Kühlvorrichtung (9) kombiniert, so dass an dem (ersten) Wärmetauscher (16) einerseits ein Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel und der Frischluft (FA) sowie andererseits ein Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel und dem rückgeführten Abgas (EG) erfolgt. Um dies zu erreichen, ist in dem Beispiel von 2 ein Einmündungsbereich der Niederdruck-Abgasrückführung (8) an dem Frischluft-Bypass (14) vorgesehen, und zwar in der Flussrichtung der Frischluft stromaufwärts zu dem (ersten) Wärmetauscher (16). In der Niederdruck-Abgasrückführung (8) oder am Einmündungsbereich der Niederdruck-Abgasrückführung (8) zum Frischluft-Bypass (14) ist bevorzugt ein Bypass-Ventil (34) vorgesehen, durch das ein Mischungsverhältnis zwischen dem Frischluft-Luftstrom durch den Frischluft-Bypass (14) und dem Abgasstrom durch die Niederdruck-Abgasrückführung (8) einstellbar ist. Das Bypass-Ventil (34) kann insbesondere als AGR-Mischventil (20) ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Frischluft-Bypass-Ventil (33) an dem Frischluft-Bypass (14) stromaufwärts zu dem Einmündungsbereich der Niederdruck-AGR (8) vorgesehen sein.In the examples of 2nd and 4th is the (first) heat exchanger ( 16 ) the fresh air heater ( 15 ) with the exhaust gas cooling device ( 9 ) combined so that on the (first) heat exchanger ( 16 ) on the one hand there is a heat transfer between the coolant and the fresh air (FA) and on the other hand there is a heat transfer between the coolant and the recirculated exhaust gas (EG). To achieve this, the example of 2nd a junction area of the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) on the fresh air bypass ( 14 ) is provided, namely in the flow direction of the fresh air upstream to the (first) heat exchanger ( 16 ). In the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) or at the mouth of the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) to the fresh air bypass ( 14 ) is preferably a bypass valve ( 34 ) provided by which a mixture ratio between the fresh air-air flow through the fresh air bypass ( 14 ) and the exhaust gas flow through the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) is adjustable. The bypass valve ( 34 ) can be used especially as an EGR mixing valve ( 20 ) be trained. Alternatively or additionally, a fresh air bypass valve ( 33 ) on the fresh air bypass ( 14 ) upstream to the mouth area of the low pressure EGR ( 8th ) be provided.
Bei der Ausführung gem. 2 werden die durch den Frischluft-Bypass (14) geführte Frischluft (FA) und das durch die Niederdruck-AGR (8) geführte Abgas stromaufwärts zu dem (ersten) Wärmetauscher (16) gemischt. Der Einmündungsbereich der Niederdruck-AGR (8) ist bevorzugt direkt vor dem (ersten) Wärmetauscher (16), so dass das Luft-Abgas-Gemisch bereits im (ersten) Wärmetauscher (16) während der Durchmischung erwärmt werden kann, um die Kondensatbildung zu vermeiden oder etwaig bereits gebildetes Kondensat wieder aufzulösen.When executing acc. 2nd through the fresh air bypass ( 14 ) guided fresh air (FA) and that through the low pressure EGR ( 8th ) led exhaust gas upstream to the (first) heat exchanger ( 16 ) mixed. The confluence area of the low-pressure EGR ( 8th ) is preferably directly in front of the (first) heat exchanger ( 16 ), so that the air-exhaust gas mixture is already in the (first) heat exchanger ( 16 ) can be heated during mixing in order to avoid the formation of condensate or to dissolve any condensate that has already formed.
In dem Beispiel von 4 sind der (erste) Wärmetauscher (16) und die Abgas-Kühlvorrichtung (9) in einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefasst. Das Kühlmittel kann bevorzugt zunächst die Abgas-Kühlvorrichtung (9) und anschließend den (ersten) Wärmetauscher (16) durchströmen. Wenn die Kühlmitteltemperatur (Ta) beispielsweise nach einem Kaltstart noch gering ist, kann das Kühlmittel beim Durchströmen der Abgas-Kühlvorrichtung (9) (zusätzlich zu der Erwärmung im Verbrennungsmotor (1)) Wärme aus dem rückgeführten Abgas (EG) aufnehmen und im (ersten) Wärmetauscher (16) auf die in der Regel deutlich kühlere Frischluft (FA) im Frischluft-Bypass (14) übertragen. Weitere Aspekte der Ausführung gem. 4 werden weiter unten erläutert.In the example of 4th are the (first) heat exchanger ( 16 ) and the exhaust gas cooling device ( 9 ) combined in a common structural unit. The coolant can preferably first the exhaust gas cooling device ( 9 ) and then the (first) heat exchanger ( 16 ) flow through. If the coolant temperature (Ta) is still low, for example after a cold start, the coolant can flow through the exhaust gas cooling device ( 9 ) (in addition to the heating in the internal combustion engine ( 1 )) Absorb heat from the recirculated exhaust gas (EG) and in the (first) heat exchanger ( 16 ) to the generally cooler fresh air (FA) in the fresh air bypass ( 14 ) transfer. Other aspects of execution acc. 4th are explained below.
Die Frischluft-Einlassvorrichtung (10) kann (optional) eine Frischluft-Heizvorrichtung (15) mit zwei oder mehr Wärmetauschern umfassen. Insbesondere kann die Frischluft-Heizvorrichtung (15) einen zweiten Wärmetauscher (17) umfassen, der Anschlüsse zur Verbindung mit einer Abgasleitung aufweist und dazu ausgebildet ist, eine durch den zweiten Wärmetauscher (17) geführte Frischluft mit Wärme aus dem Abgas (EG) aufzuheizen. 3 und 4 zeigen hierzu eine erste und eine zweite Ausführungsvariante.The fresh air intake device ( 10th ) can (optionally) a fresh air heating device ( 15 ) with two or more heat exchangers. In particular, the fresh air heating device ( 15 ) a second heat exchanger ( 17th ), which has connections for connection to an exhaust pipe and is designed to connect one through the second heat exchanger ( 17th ) heated fresh air with heat from the exhaust gas (EG). 3rd and 4th show a first and a second embodiment.
In dem Beispiel von 3 ist die mit dem zweiten Wärmetauscher (17) verbundene Abgasleitung ein Abgas-Bypass (32). In dem Beispiel von 4 ist die mit dem zweiten Wärmetauscher (17) verbundene Abgas-Führung eine Rückführleitung der Niederdruck-Abgasrückführung (8). Die Ausführung gem. 3 hat den Vorteil, dass das Aufheizen von Frischluft im zweiten Wärmetauscher (17) durch einen anderen Anteil des Abgases (EG) erfolgt, der nicht durch die Niederdruck-Abgasrückführung (8) zur Ansaugpassage (2) geführt wird. Das Aufheizen der Frischluft (FA) im zweiten Wärmetauscher (17) hat somit keinen parasitären Effekt auf die Veränderung des Taupunkts im Luft-Abgas-Gemisch. Die Ausführung gem. 4 hat hingegen den Vorteil, dass die Frischluft-Einlassvorrichtung (10) einen geringeren Raumbedarf hat und weniger Mündungsstellen an der Abgaspassage (3) vorzusehen sind, was für das Packaging vorteilhaft ist.In the example of 3rd is the one with the second heat exchanger ( 17th ) connected exhaust pipe an exhaust gas bypass ( 32 ). In the example of 4th is the one with the second heat exchanger ( 17th ) connected exhaust gas duct a return line of the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ). The execution acc. 3rd has the advantage that the heating of fresh air in the second heat exchanger ( 17th ) by another part of the exhaust gas (EG) that is not by the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) to the intake passage ( 2nd ) to be led. Heating the fresh air (FA) in the second heat exchanger ( 17th ) therefore has no parasitic effect on the change in the dew point in the air-exhaust gas mixture. The execution acc. 4th has the advantage, however, that the fresh air intake device ( 10th ) takes up less space and has fewer outlet points at the exhaust gas passage ( 3rd ) must be provided, which is advantageous for the packaging.
Die vorgenannten parasitären Effekte sind ohnehin als gering einzuschätzen.The aforementioned parasitic effects can be assessed as low anyway.
Das Betriebsverfahren gem. der vorliegenden Offenbarung kann bei Vorhandensein eines zweiten Wärmetauschers (17) gem. dem vorgenannten Beispiel zusätzliche Schritte aufweisen. Wenn die zu erwartende Temperatur des Luft-Abgas-Gemisches kleiner oder gleich dem Taupunkt ist, und wenn weiterhin die Temperatur des Kühlmittels (Tc) unterhalb des ersten Aktivierungs-Schwellenwertes (T1) und oberhalb eines zweiten Aktivierungs-Schwellenwertes (T2) liegt und wenn weiterhin die Temperatur des Abgases (EG) (insbesondere im Bereich des zweiten Wärmetauschers (17) einen Vorheiz-Schwellenwert überschreitet, kann ein Luftstrom durch den zweiten Wärmetauscher (17) der Frischluft-Heizvorrichtung (15) durch Wärmeübertragung aus dem Abgas (EG) aufgeheizt werden. Es kann somit durch (direktes) Vorheizen der Frischluft (FA) mit dem Abgas ein nochmals erweiterter Betriebsbereich (2) (vgl. 5) erschlossen werden. Insbesondere nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors (1) kann durch das Vorheizen durch Abgas eine sehr frühe Nutzung der Niederdruck-Abgasrückführung (8) ermöglicht werden, und zwar schon bevor der Verbrennungsmotor (1) bzw. der Kühlmittelkreislauf (5) warmgelaufen ist.The operating procedure according to of the present disclosure, in the presence of a second heat exchanger ( 17th ) acc. have additional steps in the aforementioned example. If the expected temperature of the air-exhaust gas mixture is less than or equal to the dew point and if the temperature of the coolant (Tc) continues to be below the first activation threshold value ( T1 ) and above a second activation threshold ( T2 ) and if the temperature of the exhaust gas (EG) (especially in the area of the second heat exchanger ( 17th ) exceeds a preheating threshold, an air flow through the second heat exchanger ( 17th ) the fresh air heater ( 15 ) are heated by heat transfer from the exhaust gas (EG). By (direct) preheating the fresh air (FA) with the exhaust gas, a further expanded operating range ( 2nd ) (see. 5 ) be opened up. Especially after a cold start of the internal combustion engine ( 1 ) can be used very early by preheating with exhaust gas the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) are made possible, even before the internal combustion engine ( 1 ) or the coolant circuit ( 5 ) has warmed up.
Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Die Frischluft-Einlassvorrichtung (10) kann eine Rückführpassage der Niederdruck-Abgasrückführung (8) umfassen, wobei die Rückführpassage ein Abgas (EG) führt, das von einer Abgaspassage (3) des Verbrennungsmotors (1) bezogen wird, insbesondere stromabwärts zu einer Turbine (Niederdruck-Turbine) (25).Modifications of the invention are possible in various ways. The fresh air intake device ( 10th ) a return passage of the low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ), wherein the return passage leads an exhaust gas (EG) which is from an exhaust gas passage ( 3rd ) of the internal combustion engine ( 1 ), especially downstream of a turbine (low pressure turbine) ( 25th ).
Die Frischluft-Einlassvorrichtung (10) kann Bestandteil einer Gasführungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1) sein, wobei die Gasführungsvorrichtung (40) weiterhin eine Ansaugpassage (2), eine Abgaspassage (3) und zumindest eine Niederdruck-Abgasrückführung (8) gem. den obigen Erläuterungen umfasst.The fresh air intake device ( 10th ) can be part of a gas routing device for an internal combustion engine ( 1 ), the gas routing device ( 40 ) still an intake passage ( 2nd ), an exhaust passage ( 3rd ) and at least one low pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) acc. the above explanations.
An oder in der Ansaugpassage (2) sind stromabwärts zu einem Zufluss von rückgeführtem Abgas (EG) aus der Niederdruck-Abgasrückführung (8) bevorzugt ein oder mehrere Kompressoren (24, 26) angeordnet.On or in the intake passage ( 2nd ) are downstream to an inflow of recirculated exhaust gas (EG) from the low-pressure exhaust gas recirculation ( 8th ) preferably one or more compressors ( 24th , 26 ) arranged.
Die offenbarte Frischluft-Einlassvorrichtung (10) und/oder die Gasführungsvorrichtung (40) können jeweils einzeln oder gemeinsam Bestandteil eines Verbrennungsmotors (1) bzw. eines Fahrzeugantriebs mit einem Verbrennungsmotor (1) sein.The disclosed fresh air intake device ( 10th ) and / or the gas routing device ( 40 ) can be part of an internal combustion engine individually or together ( 1 ) or a vehicle drive with an internal combustion engine ( 1 ) be.
BezugszeichenlisteReference list
11
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
Combustion engineCombustion engine
22nd
AnsaugpassageIntake passage
Intake passageIntake passage
33rd
AbgaspassageExhaust passage
Exhaust passageExhaust passage
44th
BrennkammerCombustion chamber
Combustion chamberCombustion chamber
55
KühlmittelkreislaufCoolant circuit
Coolant circuitCoolant circuit
66
KühlmittelförderungCoolant delivery
Coolant deliveryCoolant delivery
77
Hochdruck-Abgasrückführung / HP-AGRHigh pressure exhaust gas recirculation / HP EGR
High pressure exhaust gas recirculation / HP-EGRHigh pressure exhaust gas recirculation / HP-EGR
88th
Niederdruck-Abgasrückführung / LP-AGRLow pressure exhaust gas recirculation / LP-EGR
Low pressure exhaust gas recirculation / LP-EGRLow pressure exhaust gas recirculation / LP-EGR
99
Abgas-KühlvorrichtungExhaust cooling device
Exhaust gas cooling deviceExhaust gas cooling device
1010th
Frischluft-EinlassvorrichtungFresh air intake device
Fresh air inlet deviceFresh air inlet device
1111
FrischluftpassageFresh air passage
Fresh air passageFresh air passage
1212th
LufteinlassöffnungAir inlet opening
Air inlet openingAir inlet opening
1313
AnsaugpassagenanschlussIntake passage connection
Intake air connectorIntake air connector
1414
Frischluft-BypassFresh air bypass
Fresh air bypassFresh air bypass
1515
Frischluft-HeizvorrichtungFresh air heater
Fresh air heating deviceFresh air heating device
1616
(Erster) Wärmetauscher(First) heat exchanger
(First) heat exchanger(First) heat exchanger
1717th
Zweiter WärmetauscherSecond heat exchanger
Second heat exchangerSecond heat exchanger
1818th
SteuermittelTax funds
Control meansControl means
1919th
Frischluft-MischventilFresh air mixing valve
Fresh air mixing valveFresh air mixing valve
2020
AGR-MischventilEGR mixing valve
EGR-mixing valveEGR mixing valve
2121
LuftfilterAir filter
Air filterAir filter
2222
Frischluft-Sensor / Luftmassen-Sensor / KlimasensorFresh air sensor / air mass sensor / climate sensor
Fresh air sensor / Air mass sensor / climate sensorFresh air sensor / Air mass sensor / climate sensor
2323
Mischgas-SensorMixed gas sensor
Mixed gas sensorMixed gas sensor
2424th
Niederdruck-KompressorLow pressure compressor
Low pressure compressorLow pressure compressor
2525th
Niederdruck-TurbineLow pressure turbine
Low pressure turbineLow pressure turbine
2626
Hochdruck-KompressorHigh pressure compressor
High pressure compressorHigh pressure compressor
2727
Hochdruck-TurbineHigh pressure turbine
High pressure turbineHigh pressure turbine
2828
Abgas-SensorExhaust gas sensor
Exhaust gas sensorExhaust gas sensor
2929
Abgas-SensorExhaust gas sensor
Exhaust gas sensorExhaust gas sensor
3030th
Steuergerät /Control unit /
Control device /Control device /
elektronische Steuereinheit / ECUelectronic control unit / ECU
electronic control unit / ECUelectronic control unit / ECU
3131
Katalysator und/oder FilterCatalyst and / or filter
Catalyst and/or FilterCatalyst and / or filter
3232
Abgas-BypassExhaust bypass
Exhaust gas bypassExhaust gas bypass
3333
Bypass-VentilBypass valve
Bypass valveBypass valve
3434
Bypass-VentilBypass valve
Bypass valveBypass valve
3535
Bypass-VentilBypass valve
Bypass valveBypass valve
3636
Bypass-VentilBypass valve
Bypass valveBypass valve
4040
GasführungsvorrichtungGas routing device
Gas leading deviceGas leading device
EGEG
AbgasExhaust gas
Exhaust GasExhaust gas
FAFA
FrischluftFresh air
Fresh AirFresh air
FA1FA1
Unbeheizter LuftstromUnheated airflow
Non-heated air flowNon-heated air flow
FA2FA2
Beheizter LuftstromHeated airflow
Heated air flowHeated air flow
IAIA
AnsaugluftIntake air
Intake airIntake air
TaTa
Frischluft-TemperaturFresh air temperature
Fresh air temperatureFresh air temperature
TcTc
Kühlmittel-TemperaturCoolant temperature
Coolant temperatureCoolant temperature
T1T1
Aktivierungs-SchwellenwertActivation threshold
Activation thresholdActivation threshold
T2T2
Aktivierungs-SchwellenwertActivation threshold
Activation thresholdActivation threshold
