DE19943131A1 - Verfahren und System zur Sauerstoffeinspritzung spät im Zyklus bei einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren und System zur Sauerstoffeinspritzung spät im Zyklus bei einem Verbrennungsmotor

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DE19943131A1 DE1999143131 DE19943131A DE19943131A1 DE 19943131 A1 DE19943131 A1 DE 19943131A1 DE 1999143131 DE1999143131 DE 1999143131 DE 19943131 A DE19943131 A DE 19943131A DE 19943131 A1 DE19943131 A1 DE 19943131A1
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Abstract

Ein Verfahren und ein System für die Einspritzung von sauerstoffangereicherter Luft spät im Zyklus in die Brennkammer eines Verbrennungsmotors wird offenbart. Das System zur Sauerstoffeinspritzung spät im Zyklus ist Teil eines Luftflußmanagementsystems, welches wirkungsvoll die Anwendung von Sauerstoff und Stickstoff steuert, die in der Einlaßluft verfügbar sind. Das bevorzugte System weist eine Einlaßlufttrennvorrichtung auf, die geeignet ist, um einen vorgeschriebenen Teil der Einlaßluft in einen Fluß von sauerstoffangereicherter Luft und einen Fluß von stickstoffangereicherter Luft aufzutrennen. Das System weist eine Flußschaltung für sauerstoffangereicherte Luft auf, die sich von der Einlaßlufttrennvorrichtung zu einer oder mehreren Brennkammern erstreckt, und eine Steuervorrichtung, die geeignet ist, um die Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammern spät in einem Verbrennungszyklus zu steuern, und zwar ansprechend auf ausgewählte Motorbetriebszustände, wie beispielsweise die Motordrehzahl oder die Motorbelastung oder beides. Vorzugsweise tritt die Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer spät in einem Verbrennungszyklus auf, und zwar bei einem Kurbelwellenwinkel zwischen ungeführ 20 DEG und 120 DEG nach dem oberen Totpunkt, und dauert für ein vorgeschriebenes Zeitintervall zwischen ungefähr 5 DEG und 20 DEG der Kurbelwellenwinkelbewegung an.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System für die Sauerstoffeinspritzung spät im Zy­ klus bei einem Verbrennungsmotor, und insbesondere auf ein Motorluftflußmanagementsystem, welches die speziellen Anwendungen von sauerstoffangereicherter Luft zur Verrin­ gerung der Motorverschmutzung und der Steigerung der Mo­ torleistung vorsieht. Insbesondere sieht das vorliegende Luftflußmanagementsystem die Einleitung von sauerstoffan­ gereicherter Luft in die Brennkammer während der späteren Stufen des Verbrennungszykluses vor.

Technischer Hintergrund

In den letzten Jahren sind Hersteller von Motoren mit im­ mer weiter steigenden Regulierungsanforderungen konfron­ tiert worden. Diese Anforderungen sind hauptsächlich auf zwei Aspekte der Motorleistung gerichtet gewesen, nämlich auf Brennstoffeinsparung und Abgasemissionen. Abgasemis­ sionen nehmen eine Anzahl von Formen an, einschließlich Partikelstoffen und Stickoxiden (NOx). Wie in der Technik allgemein bekannt, bestehen Partikelstoffe hauptsächlich aus unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Ruß, während NOx eine ungewisse Mischung von Stickoxiden (hauptsäch­ lich NO und ein Teil NO2) sind. Unterschiedliche Formen von Luftflußmanagementsystemen sind verwendet worden, um diese Charakteristiken zu verbessern.

Ein wohlbekanntes Verfahren zur Verringerung des Brenn­ stoffverbrauches ist es, die Luftmenge im Zylinder zu steigern. Typischerweise ist dies durch Unterdrucksetzen der Luft durchgeführt worden, die in die Brennkammer ein­ geführt wird. Das Hauptziel dieses Unterdrucksetzens ist es, den zur Verbrennung verfügbaren Sauerstoff zu stei­ gern. Andere haben die Konzentration des Sauerstoffes in der Verbrennungsluft unter Verwendung von Lufttrenntech­ niken gesteigert. Es sei beispielsweise hingewiesen auf das US-Patent 5,649,517 (Poola und andere) ausgegeben am 22. Juli 1997, welches die Anwendung einer halbdurchläs­ sigen bzw. semi-permeablen Gasmembran offenbart, um einen Teil des Stickstoffes aus dem Einlaßluftfluß zu entfer­ nen, um eine sauerstoffangereicherte Luftversorgung zu erzeugen. Es sei auch hingewiesen auf das US-Patent 5,526,641 (Sekar und andere) und 5,640,845 (Ng und ande­ re) die ähnliche Lufttrennungstechniken zur Erzeugung von sauerstoffangereicherter Luft genauso wie von stick­ stoffangereicherter Luft offenbaren. Eine weitere Offen­ barung bezüglich damit verwandter Technik von Interesse ist das US-Patent 5,553,591 (Yi) ausgegeben am 10. Sep­ tember 1996, die ein Verwirbelungslufttrennsystem zur Er­ zeugung von sauerstoffangereicherter Einlaßluft zeigt, um die während der Verbrennung erzeugte Leistung zu stei­ gern. Die Einleitung von sauerstoffangereicherter Einlaß­ luft während des Einlaßhubes erleichtert die Verbrennung eines größeren Teils des eingespritzten verfügbaren Brennstoffes, was wiederum die Leistungsausgabe für jeden Verbrennungszyklus oder die Ladung steigert, und im all­ gemeinen den spezifischen Übergangs- bzw. Durchschnitts­ brennstoffverbrauch (BSFC = break specific fuel consump­ tion) verringert. Ein niedrigerer BSFC steht stark im Zu­ sammenhang mit der Verringerung von unverbranntem Brenn­ stoff.

Die Manipulation oder Steuerung des Luftflußsystems in­ nerhalb eines Motors ist auch zum Zwecke der Verringerung von Emissionen wie beispielsweise von Partikeln und NOx versucht worden. Die meisten während des Verbrennungszy­ kluses erzeugten Partikel bilden sich relativ früh im Verbrennungszyklus, jedoch verbrennen solche sich früh formenden Partikel gewöhnlicherweise, wenn die Temperatur und der Druck während des Verbrennungszykluses steigen. Die Partikel, die typischerweise in den Abgasstrom ein­ treten, tendieren dazu, sich im späteren Teil des Ver­ brennungszykluses zu bilden, wenn der Druck und die Tem­ peratur abnehmen. Zusätzlich zum sinkenden BSFC dient die Steigerung des Einlaßluftsauerstoffgehaltes dazu, die Menge der unverbrannten Kohlenwasserstoffe zu reduzieren, und zwar durch Steigerung der Wahrscheinlichkeit der vollständigen Verbrennung.

Die Nachbehandlung von Abgas ist bei der Verringerung der Menge von unverbranntem Kohlenwasserstoff nützlich. Nach­ behandlungsverfahren unternehmen Schritte, um die Oxida­ tion der unverbrannten Kohlenwasserstoffe fortzuführen. Eine Weise ist die Einleitung einer sekundären Luftver­ sorgung in den Abgasstrom. Dieser sekundäre Luftstrom liefert mehr Sauerstoff an das schon auf hoher Temperatur befindliche Abgas, was eine weitere Oxidation sicher­ stellt. Während die Anwendung von Sekundärluft bei der Eliminierung von Partikeln wirksam ist, erzeugt ein Se­ kundärluftsystem eine höhere Temperatur im Abgassystem. Die Auslegung des Abgassystems auf diese höheren Tempera­ turen erfordert, daß die Komponenten der heißeren Umge­ bung widerstehen können. Diese Komponenten sind oftmals schwerer, teurer oder erfordern häufige Instandhaltung.

Während die Partikelerzeugung im allgemeinen zusammen mit dem Brennstoffverbrauch sinkt, steigt die NOx-Erzeugung im allgemeinen. NOx bildet sich, wenn sich Stickstoff bei einer höheren Temperatureinstellung mit übermäßigem Sau­ erstoff vermischt, welcher nicht im Verbrennungsprozeß verwendet wurde. Während somit übermäßiger Sauerstoff und hohe Verbrennungstemperaturen bei der Verringerung des Brennstoffverbrauches nützlich sind, ist eine solche Kom­ bination schädlich bezüglich der gesteigerten NOx-Bil­ dung. Dieser Konflikt führt im allgemeinen dazu, daß Mo­ torhersteller genau die NOx-Erzeugung mit dem BSFC bzw. dem durchschnittlichen Brennstoffverbrauch und den Parti­ kelteilchen ausbalancieren, um die Emissionsregeln zu er­ füllen. Die vorliegende Erfindung löst zumindest teil­ weise den fortgesetzten Konflikt zwischen der Verringe­ rung der Partikel, der Verringerung von NOx und der Ver­ ringerung des durchschnittlichen Verbrauches bzw. BSFC.

Die Abgasrückzirkulation (EGR = Exhaust Gas Recirculati­ on) ist eine Art des Luftflußmanagements, welches gegen­ wärtig im Gebrauch ist, um die NOx-Bildung innerhalb des Verbrennungszylinders zu verringern. Die Abgasrückzirku­ lation verringert die verfügbare Sauerstoffmenge zur Bil­ dung von NOx. Durch Verringerung der Sauerstoffmenge wird der Verbrennungsprozeß auch verlangsamt, wodurch die Spitzentemperaturen in der Brennkammer verringert werden. Abgasrückzirkulationssysteme verwenden typischerweise Ab­ gas, jedoch zeigt Poola die Verwendung einer angereicher­ ten Stickstoffquelle anstelle von Abgas, um Sauerstoff in der Brennkammer zu ersetzen. Der angereicherte Stickstoff ist sowohl reiner als auch kühler als Abgas.

Genauso wie die Verringerung der Partikelteilchen können NOx-Emissionen unter Verwendung von verschiedenen Nachbe­ handlungsverfahren verringert werden. Beispielsweise zei­ gen die Veröffentlichungen von Poola und anderen, Sekar und anderen und Ng und anderen, alle ein Nachbehandlungs­ system, welches eine angereicherte Stickstoffversorgung zu Verringerung von NOx verwendet. Wie dort offenbart, ist die angereicherte Stickstoffversorgung einer Funken­ quelle zur Bildung von Stickstoffplasma ausgesetzt. Die Einleitung des Stickstoffplasmastroms in dem Abgasstrom hat eine chemische Reaktion zur Folge, die Stickstoffgas und Sauerstoffgas bildet.

Aus der obigen Besprechung scheint es wohlbekannt, daß sauerstoffangereicherte Luft und stickstoffangereicherte Luft eine Anzahl von vorteilhaften Anwendungen in einem Verbrennungsmotor und insbesondere in einem Dieselmotor haben. Jedoch sind diese Anwendungen nicht immer gegen­ teilig. Auch die Erzeugung von sauerstoffangereicherter Luft und stickstoffangereicherter Luft erfordert Energie. Diese Energieanforderungen setzen der Verfügbarkeit von angereicherter Luft eine Grenze. Genauso wie irgendeine begrenzte Quelle muß die angereicherte Luft wirkungsvoll eingeteilt werden. In diesem Fall muß das Luftflußmanage­ mentsystem Leistungsanforderungen, Partikelbildung und NOx-Erzeugung im Lichte der Emissionsregelungen und der Bedieneranforderung priorisieren. In den meisten Situa­ tionen kann ein Faktor (beispielsweise Leistung, Partikel oder NOx) über die anderen Faktoren dominieren. Was daher benötigt wird, ist ein Luftflußmanagementsystem, welches effektiv die Emissionen und die Brennstoffverbrauchsan­ forderungen eines Verbrennungsmotors wie beispielsweise eines Dieselmotors ausbalanciert. Beispielsweise können unter gewissen Betriebsumständen die NOx-Emissionen unter Verwendung von Stickstoff anstelle von Abgas in einem Ab­ gasrückführungssystem verringert werden, oder durch Ver­ wendung von Stickstoff innerhalb des Nachbehandlungsver­ fahrens, oder durch beides. Bei anderen Gelegenheiten könnte angereicherter Sauerstoff erforderlich sein, um entweder die Leistung zu steigern oder Partikel zu sen­ ken. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und ein Sy­ stem für die Einspritzung von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer eines Verbrennungsmotors spät im Zyklus. Wie hier offenbart, ist das System zur Sauer­ stoffeinspritzung spät im Zyklus ein Luftflußmanagement­ system, welches eine Einlaßlufttrennvorrichtung aufweist, die geeignet ist, um einen vorgeschriebenen Teil der Ein­ laßluft in einen Fluß von sauerstoffangereicherter Luft und einen Fluß von stickstoffangereicherter Luft zu tren­ nen. Das System weist eine Flußschaltung für sauer­ stoffangereicherte Luft auf, die sich von der Einlaß­ lufttrennvorrichtung zu einer Brennkammer erstreckt, und eine Steuervorrichtung, die geeignet ist, um die Einlei­ tung von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer spät in einem Verbrennungszyklus zu steuern, und zwar an­ sprechend auf ausgewählte Motorbetriebszustände, wie bei­ spielsweise die Motordrehzahl oder die Motorbelastung oder beides.

Vorzugsweise tritt die Einleitung von sauerstoffangerei­ cherter Luft in die Brennkammer spät im Verbrennungszy­ klus auf, und zwar bei einem Kurbelwellenwinkel zwischen ungefähr 20° und 120° nach dem oberen Totpunkt und dauert für ein vorgeschriebenes Zeitintervall zwischen ungefähr 5° und 20° Kurbelwellenwinkelbewegung an.

In dem offenbarten Ausführungsbeispiel weist die Einlaß­ lufttrennvorrichtung eine selektiv permeable Membranvor­ richtung auf, die geeignet ist, um Stickstoff von der Einlaßluft zu trennen, und stickstoffangereicherte Luft bei einem ersten Auslaß und sauerstoffangereicherte Luft bei einem zweiten Auslaß zu erzeugen. Die Einlaß­ lufttrennvorrichtung weist auch einen Einlaßluftantrieb auf, der geeignet ist, um den Teil der Einlaßluft durch die selektiv durchlässige Membranvorrichtung zu drücken.

Die Erfindung kann auch als Verfahren zur Verringerung von Partikelemissionen von einem Druckzündungsmotor cha­ rakterisiert werden, wobei das Verfahren folgende Schrit­ te aufweist: (a) Betrieb der normalen Einlaß- und Kom­ pressionshübe des Druckzündungsmotors, die das Einleiten einer Ladung von Einlaßluft von der Einlaßsammelleitung in die Brennkammer aufweist, das Komprimieren der Ladung von Einlaßluft in der Brennkammer, das Einleiten von Brennstoff in die Brennkammer und die Zündung der Mi­ schung aus Brennstoff und der Ladung von komprimierter Einlaßluft, um expandierendes Abgas innerhalb der Brenn­ kammer zu bilden; (b) Einleiten einer Ladung von zusätz­ licher sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer spät in einem Verbrennungszyklus nach der Zündung der Mi­ schung des Brennstoffes und der Ladung von komprimierter Einlaßluft, wobei die Ladung der zusätzlichen sauer­ stoffangereicherten Luft mit den Abgasen reagiert, die in der Brennkammer vorhanden sind, um Abgas mit einem ver­ ringerten Partikelgehalt zu bilden; und (c) Bewegung der Kolbenanordnung innerhalb des Zylinders, um die Abgase mit dem verringerten Partikelgehalt aus der Brennkammer zum Abgassystem herauszudrücken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden speziel­ leren Beschreibung davon offensichtlich, die in Verbin­ dung mit den beigefügten Zeichnungen dargelegt wird, wo­ bei die Figuren folgendes abbilden:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Verbrennungs­ motors, der das Luftflußmanagementsystem gemäß der vorliegenden Erfindung vorsieht;

Fig. 2 eine detailliertere Ansicht einer Brennkammer und eines Luftflußmanagementsystems des Motors der Fig. 1 und die Einleitung von sauer­ stoffangereicherter Luft in die Brennkammer spät im Verbrennungszyklus.

Fig. 3 eine Kurvendarstellung eines typischen Zylin­ derdruckes gegenüber der Zylinderlage für den Motor der Fig. 1, die weiter graphisch die Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft spät im Verbrennungszyklus abbildet;

Fig. 4 eine Kurvendarstellung einer typischen Zylin­ dertemperatur gegenüber der Kolbenlage für den Motor der Fig. 1, die weiter graphisch die Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft spät im Verbrennungszyklus abbildet;

Fig. 5 eine graphische Simulation des NOx-Gehaltes in­ nerhalb eines Zylinders gegenüber der Kolbenla­ ge, die weiter die Effekte der Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft spät im Verbren­ nungszyklus abbilden;

Fig. 6 eine graphische Simulation des Rußgehaltes in­ nerhalb eines Zylinders gegenüber der Kolbenla­ ge, die weiter die Effekte der Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft spät im Verbren­ nungszyklus abbildet; und

Fig. 7 eine graphische Simulation des in einen Zylin­ der eingespritzten und verbrannten Brennstoffes gegenüber der Kolbenlage, die weiter die Effek­ te der Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft spät im Verbrennungszyklus abbildet.

Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Kom­ ponenten in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Die vorliegende Beschreibung handelt vom besten Weg, der gegenwärtig zur Ausführung der Erfindung in Betracht ge­ zogen wird. Diese Beschreibung soll nicht im einschrän­ kenden Sinne aufgenommen werden sondern ist nur zum Zwecke der Beschreibung der allgemeinen Prinzipien der Erfin­ dung gedacht. Der Umfang und die Breite der Erfindung sollten mit Bezugnahme auf die Ansprüche bestimmt werden.

Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Luftflußmanage­ mentsystems 10 für einen Verbrennungsmotor gezeigt, der ein Lufteinlaßsystem besitzt, welches eine Einlaßluftlei­ tung 12, eine Einlaßsammelleitung 14, einen Abgas getrie­ benen Turbolader 16, einen Luft-Luft-Nachkühler (ATAAC = air to air aftercooler) 18 aufweist, weiter ein Abgassy­ stem, welches eine Abgassammelleitung 20 aufweist, eine primäre Abgasleitung 22 und optional eine Abgasrückzirku­ lations- (EGR-) Leitung 24, einen EGR-Kühler 26, eine Partikelfalle 28 und ein Nachbehandlungsuntersystem 30; und einen Hauptverbrennungsabschnitt 32, der unter ande­ ren Elementen eine Vielzahl von Verbrennungszylindern aufweist, die jeweils eine (nicht gezeigte) damit assozi­ ierte Brennstoffeinspritzvorrichtung besitzen, einen Ein­ laßanschluß, ein Einlaßventil, einen Auslaßanschluß, ein Auslaßventil und einen hin und her beweglichen Kolben, der innerhalb des Zylinders bewegbar ist, um die Brenn­ kammer 34 zu definieren. Der Motor weist auch ein Motor­ steuermodul (ECM = engine control module) 36 auf, um be­ triebsmäßig die Brennstoffeinspritzung und die Luftsy­ stemventilvorgänge zu steuern, und zwar ansprechend auf einen oder mehrere gemessene Motorbetriebsparameter, die als Eingangsgrößen für das elektronische Steuermodul 36 verwendet werden. Ein Verbrennungsmotor kann in einer An­ zahl von unterschiedlichen Motorkonfigurationen erschei­ nen, wie beispielweise "Reihenmotoren" und "V-Motoren". Das offenbarte Einlaßluftmanagementsystem ist ungeachtet der Motorkonfiguration betreibbar.

Wie in Fig. 1 zu sehen, ist die Einlaßluftleitung 12 in Flußverbindung mit dem Einlaßlufteingang 40, dem Kompres­ sor 42 des abgasbetriebenen Turboladers 16 und dem ATAAC 18. Obwohl das vorhandene Einlaßluftflußmanagementsystem 10 in Verbindung mit einem turbogeladenen Dieselmotor ge­ zeigt ist, ist das offenbarte System gleichfalls bei an­ deren supergeladenen bzw. überladenen Motoren nützlich, wie beispielsweise COMPREX-Motoren. Die Einlaßsammellei­ tung 14 ist mit einem Ende der Einlaßluftleitung 12 und einer Abgasrückführungsleitung 24 verbunden. Ein Einlaß­ drucksensor 50 ist in der Einlaßsammelleitung gelegen und liefert Druckdaten an das elektronische Steuermodul 36. Andere Sensoren, wie beispielsweise Temperatursensoren und (nicht gezeigte) Sauerstoffsensoren können auch in­ nerhalb des Einlaßluftsystems vorgesehen werden und ge­ nauso mit dem elektronischen Steuermodul 36 gekoppelt werden. Zusätzlich können verschiedene andere Vorrichtun­ gen wie beispielsweise Filter, Ventile, Betätigungsvor­ richtungen, Bypass- bzw. Umgehungsleitungen usw. inner­ halb des Einlaßluftsystems vorgesehen werden, obwohl die­ se nicht gezeigt sind. Irgendwelche solche Betriebskompo­ nenten, wie beispielsweise Ventile und Betätigungsvor­ richtungen werden vorzugsweise mit dem elektronischen Steuermodul 36 gekoppelt und arbeiten ansprechend auf ausgewählte Motorbetriebsparameter oder -zustände.

Das Abgassystem weist eine Abgassammelleitung 20 auf, die geeignet ist, um Abgase aufzunehmen, die aus jeder der Brennkammern 34 herausgetrieben werden, und es kann wie in Fig. 1 veranschaulicht ein Abgasrückführungssystem aufweisen, welches die Abgasrückführungsleitung 24 auf­ weist, die mit dem Abgassystem über das Einlaßluftsystem des Motors verbunden ist, ein Abgasrückführungsventil 52, einen Abgasrückführungskühler 26 und andere Elemente, die gewöhnlicherweise bei Abgasrückführungssystemen zu finden sind, wie beispielsweise Fallen, Filter, Umgehungsleitun­ gen usw. Genauso weist das veranschaulichte Ausführungs­ beispiel ein Nachbehandlungsuntersystem 30 auf, wie bei­ spielsweise ein Plasmakathalysesystem zur Verringerung von NOx-Emissionen.

Das Luftflußmanagementsystem 10 weist eine Einlaßluft­ trennvorrichtung 60 auf, die innerhalb des Einlaßluftsy­ stems des Motors angeordnet ist, welches zur Trennung ei­ nes Teils der Einlaßluft in einen Fluß von sauerstoffan­ gereicherter Luft 62 und einen Fluß von stickstoffange­ reicherter Luft 64 geeignet ist. Das Luftflußmanagement­ system 10 weist weiter eine Leitung 60 für sauerstoffan­ gereicherte Luft auf, über eine Schaltung, die sich von der Einlaßlufttrennvorrichtung 60 zu verschiedenen Sauer­ stoffeinleitungsstellen erstreckt, wie beispielsweise die Brennkammer 34, während die Einlaßsammelleitung 14 umlüf­ tet wird. Leitungen 67, für sauerstoffangereicherte Luft können sich auch von der Einlaßlufttrennvorrichtung 60 zum Einlaßluftsystem (für zusätzlichen Sauerstoff) oder zum Auslaßsystem (zur Regeneration von Partikelfallen) erstrecken. Zusätzlich könnten Leitungen 68 für stick­ stoffangereicherte Luft oder Schaltungen, die sich von der Einlaßlufttrennvorrichtung 60 zum Einlaßluftsystem (anstelle des Abgasrückführungs- bzw. EGR-Gases) und/oder zum Nachbehandlungssystem 30 erstrecken, vorgesehen wer­ den. Eine oder beide der Schaltungen für angereicherte Luft kann auch einen Luftraum 70 aufweisen oder eine an­ dere Ansammlungsvorrichtung, so daß die sauerstoffange­ reicherte Einlaßluft oder die stickstoffangereicherte Luft auf Verlangen zur entsprechenden Stelle eingespritzt werden kann. Wie in Fig. 1 zu sehen, ist die Schaltung 66 für sauerstoffangereicherte Luft, die zu den Brennkam­ mern führt, in Flußverbindung mit einem sauerstoffange­ reicherten Luftraum 70. Zusätzlich weisen sowohl die Schaltungen 66, 67 für sauerstoffangereicherte Luft ge­ nauso wie die Schaltungen 68 für stickstoffangereicherte Luft eine oder mehrere Flußsteuervorrichtungen oder Ven­ tile 72, 74 auf, die ansprechend auf die vom elektroni­ schen Steuermittel 36 empfangenen Signale betätigt wer­ den. Die innerhalb der Schaltung für sauerstoffangerei­ cherte Luft gelegenen Ventile 72 steuern den Fluß von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer. Genauso steuern die innerhalb der Schaltungen für stickstoffange­ reicherte Luft gelegenen Steuerventile 74 den Fluß von stickstoffangereicherter Luft in die Abgasrückführungs­ leitung, das Nachbehandlungssystem oder beides. Jedes der Flußsteuerventile 72, 74, welches innerhalb der Schaltung für sauerstoffangereicherte Luft und der Schaltung für stickstoffangereicherte Luft gelegen ist, wird betriebs­ mäßig durch das elektronische Steuermodul 36 ansprechend auf ausgewählte Motorbetriebsparameter oder -zustände ge­ steuert.

Insbesondere wird Einlaßluft, die durch die Einlaßluft­ leitung 12 läuft durch eine Luftleitung 80 in eine Lufttrennvorrichtung 60 aufgeteilt. Die Lufttrennvorrich­ tung 60 hat eine Sauerstoffseite und eine Stickstoffsei­ te. In Fig. 1 verwendet die Lufttrennvorrichtung vor­ zugsweise eine selektiv durchlässige Trennmembran 82, wie in den US-Patenten 5,649,517 (Poola und andere); 5,526,641 (Sekar und andere); 5,640,845 (Ng und andere) und 5,147,417 (Nemser) offenbart, um die Einlaßluft in getrennte Flüsse von sauerstoffangereicherter Luft (von der Sauerstoffseite) und stickstoffangereicherter Luft (von der Stickstoffseite) zu trennen. Alternativ wird in Betracht gezogen, daß die Lufttrennvorrichtung 60 einen Verwirbelungsseparator oder andere Lufttrennungsmittel aufweisen könnte.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Gebläse 86 in der Lufttrennleitung 80 angeschlossen, und zwar zwischen der Einlaßluftleitung 12, und dem Einlaß der Lufttrenn­ vorrichtung 60, um durch Kraft die Einlaßluft zur Luft­ trennvorrichtung 60 zu bewegen. Das elektronische Steuer­ modul 36 steuert betriebsmäßig das Gebläse. Eine Leitung 66, 67 für sauerstoffangereicherte Luft tritt aus der Sauerstoffseite der Lufttrennvorrichtung aus und tritt optional in eine Vakuumpumpe 90 ein. Das elektronische Steuermodul 36 steuert auch betriebsmäßig die Vakuumpumpe 90, falls sie verwendet wird. Ein optionaler Sauer­ stoffsensor ist in der Leitung für sauerstoffangereicher­ te Luft angeordnet, und zwar zwischen der Vakuumpumpe und der Lufttrennvorrichtung. Obwohl hier veranschaulicht wird, daß man ein Gebläse 86 und eine Vakuumpumpe 90 ver­ wendet, wird in Betracht gezogen, daß das hier offenbarte Luftflußmanagementsystem einen Turboladerkompressor oder andere Antriebsmittel verwenden könnte, um die notwendige Druckdifferenz zu erzeugen, die gegenwärtig durch die Kombination des Gebläses 86 und der Vakuumpumpe 90 er­ zeugt wird.

Nach dem Austritt aus der Vakuumpumpe 90 steht die Lei­ tung 66 für sauerstoffangereicherte Luft mit einer Sauer­ stoffsammelleitung oder einem Luftraum 70 in Verbindung. Ein Entlastungsventil 73 ist in oder nahe der Sauer­ stoffsammelleitung angeordnet, um ein übermäßiges Unter­ drucksetzen zu verhindern. Jede Brennkammer 34 ist mit dem Sauerstoffluftraum 70 über eine Leitung 66 für sauer­ stoffangereicherte Luft verbunden. Der Fluß der sauer­ stoffangereicherten Luft zu jeder Brennkammer 34 wird mittels einem oder mehreren Sauerstoffschubventilen 92 oder ähnlichen solchen Flußsteuervorrichtungen gesteuert, wie die anderen Flußsteuervorrichtungen innerhalb des Sy­ stems betriebsmäßig durch das elektronische Steuermodul 36 gesteuert werden. Der auf die sauerstoffangereicherte Luft aufgebrachte Boost- bzw. Schubdruck muß ausreichend sein, um ein vorgeschriebenes Volumen von sauerstoffange­ reicherter Luft in jede Brennkammer 34 vorzugsweise spät im Verbrennungszyklus einzuspritzen.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht einer Brennkammer 34 und eines Luftflußmanagementsystems 10 des oben beschriebenen und in Fig. 1 gezeigten Motors. Das offenbarte Ausführungs­ beispiel zeigt einen Auslaßanschluß 93, ein Auslaßventil 94, einen Einlaßanschluß 95 und ein Einlaßventil 96 in einem Zylinderkopf 97 und einem Kolben 98. Zusätzlich hat der Zylinderkopf 97 einen Sauerstoffanschluß 99, um sau­ erstoffangereicherte Luft 62 entweder während des Einlaß­ hubes oder vorzugsweise spät im Verbrennungszyklus zu liefern. Der Sauerstoffanschluß 99 ist mit den Leitungen 66 für sauerstoffangereicherte Luft und mit der Sauer­ stoffseite der Luftflußtrennvorrichtung 60 gekoppelt. Die Leitungen 66 für sauerstoffangereicherte Luft, die mit jedem Zylinder assoziiert sind, weisen vorzugsweise Sau­ erstoffboost- bzw. Sauerstoffschubventile 92 auf, die zwischen dem Luftraum 70 und dem Sauerstoffanschluß in dem jeweiligen Zylinderkopf der Brennkammer 34 angeordnet sind. Während das vorliegende Ausführungsbeispiel den Sauerstoffanschluß 99 oben auf dem Zylinder zeigt, kann der Sauerstoffanschluß weiter unten an der Brennkammer­ wand 100 gelegen sein, um den Einfluß von den höheren Zy­ linderdrücken und -temperaturen zu erleichtern. Jedes Sauerstoffschubventil 92 wird von dem (nicht gezeigten) elektronischen Steuermodul 36 gesteuert und ist damit verbunden.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist die Stickstoffseite der Lufttrennvorrichtung 60 mit dem Einlaßluftsystem und/oder der Einlaßsammelleitung 14 durch eine Leitung 68 für stickstoffangereicherte Luft verbunden. Ein (nicht ge­ zeigter) optionaler Sauerstoffsensor ist in der Leitung 68 für stickstoffangereicherte Luft angeordnet. Der (nicht gezeigte) Sauerstoffsensor kann verwendet werden, um eine Eingangsgröße an das elektronische Steuermodul 36 zu liefern, um optional das Luftflußmanagementsystem 10 zu steuern. Eine zweite Leitung 68 für stickstoffangerei­ cherte Luft verbindet die Stickstoffseite der Lufttrenn­ vorrichtung 60 mit einer vorgeschriebenen Stelle in der Abgasleitung 22, um die Anwendung von stickstoffangerei­ cherter Luft 64 innerhalb eines Nachbehandlungsuntersy­ stems 30 zu gestatten. Ein Stickstoffsteuerventil 74 ist in einer oder beiden der Leitungen 68 für stickstoffange­ reicherte Luft angeordnet, und ist betriebsmäßig mit dem elektronischen Steuermodul 36 verbunden und wird dadurch unter Verwendung von verschiedenen Steuerstrategien ge­ steuert.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung ist ein Luftflußmanagementsy­ stem, welches wirkungsvoll die Anwendung von Sauerstoff und Stickstoff steuert, die in der Einlaßluft verfügbar sind. Das elektronische Steuermodul verwendet verschiede­ ne Motorbetriebsparameter und wahlweise Sauerstoffkonzen­ trationen in der Einlaßluftleitung, in der Leitung für sauerstoffangereicherte Luft und den Leitungen für stick­ stoffangereicherte Luft, um die Verwendung von Sauerstoff und Stickstoff anzuordnen. Die Verwendung von sauer­ stoffangereicherter Luft sieht die Einleitung in den Mo­ tor als Verbrennungsluft für gesteigerte Leistung vor, die Einleitung in die Brennkammer spät im Verbrennungszy­ klus, um Partikelteilchen zu verringern, um Fallen für Partikelteilchen zu regenerieren, und für die Speicherung von sauerstoffangereicherter Luft in dem Luftraum für sauerstoffangereicherte Luft. Die Anwendungen von stick­ stoffangereicherter Luft sind beispielsweise die Einlei­ tung in die Abgasleitung, die Einleitung in die Abgas­ rückführungsleitung oder die Einlaßsammelleitung, um als EGR-Gas bzw. Rückführungsabgas zu wirken, und die Einlei­ tung in die Nachbehandlungsuntersysteme, wie beispiels­ weise ein nicht-thermisches Plasmakathalysesystem zur Verringerung von NOx-Emissionen.

Mit Bezug auf die Fig. 3 bis 7 sind verschiedene KIVA- Simulationen der Sauerstoffeinspritzung spät im Zyklus gezeigt. Insbesondere veranschaulicht Fig. 3 einen typi­ schen Zylinderdruck gegenüber der Kurbelwellenwinkelposi­ tion zusammen mit der bevorzugten Region der Sauerstoff­ einspritzung. Die Regel der Sauerstoffeinspritzung spät im Zyklus liegt vorzugsweise zwischen einer Kurbelwellen­ winkelposition von 20° und 50° (wobei 0° der obere Tot­ punkt ist) und vorzugsweise bei einer Kurbelwellenwinkel­ position von 25° und 40°. Genauso veranschaulicht Fig. 4 eine typische Zylindertemperatur gegenüber der Kurbelwel­ lenwinkelposition, die das gleiche Sauerstoffeinspritz­ profil spät im Zyklus veranschaulicht. Wie dort zu sehen ist die Dauer der Sauerstoffeinspritzung zwischen unge­ fähr 5° und 20° der Kurbelwellenwinkelbewegung und insbe­ sondere vorzugsweise ungefähr bei 15° der Kurbelwellen­ winkelbewegung. Betrachtungen im Betrieb schlagen vor, daß die Sauerstoffeinspritzung auftritt, wenn die Zylin­ derdrücke bei ungefähr 10 MPa oder weniger sind, obwohl es durchführbar sein mag, den Sauerstoff bei höheren Drücken mit einer geeigneten Einspritzvorrichtung einzu­ spritzen, wie beispielsweise einer Einspritzvorrichtung, die zur getrennten Einspritzung von Hochdruckbrennstoff und sauerstoffangereicherter Luft spät im Zyklus fähig ist.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des NOx-Gehaltes innerhalb eines Zylinders gegenüber der Kurbelwellenwin­ kelposition, die die allgemeine Bildung von NOx innerhalb des Zylinders veranschaulicht. In ähnlicher Weise ist Fig. 6 eine graphische Simulation des Rußgehaltes inner­ halb des Zylinders gegenüber der Kurbelwellenwinkelposi­ tion, und Fig. 7 ist eine graphische Simulation des Brennstoffes, der in den Zylinder eingespritzt und darin verbrannt wird gegenüber der Kurbelwellenwinkelposition. Diese letzteren Kurvendarstellungen zeigen, daß der Ruß­ gehalt insbesondere merklich bei der Einspritzung von sauerstoffangereicherter Luft während eines späteren Teils des Verbrennungszykluses sinkt. Zusätzlich nähert sich die innerhalb des Zylinders verbrannte Brennstoff­ menge nahe der Brennstoffmenge, die nach der zusätzlichen Einspritzung von sauerstoffangereicherter Luft innerhalb des Zylinders zur vorgeschriebenen Zeit und für eine vor­ geschriebene Dauer eingespritzt wird.

Genau gesagt ist die Anwendung von sauerstoffangereicher­ ter Luft, die in den Zylinder während des Expansionshubes eingespritzt oder anders eingeleitet wird, vorteilhaft während Motorbetriebszuständen, die typisch für einen ho­ hen Ausstoß von Partikelteilchen und Ruß sind. In ähnli­ cher Weise ist die Einleitung von sauerstoffangereicher­ ter Luft in die Einlaßsammelleitung oder den Einlaßluft­ kreis oder auch als Anwendung zur Regenerierung der Par­ tikelteilchenfallen insbesondere von Vorteil während aus­ gewählter Bereiche des Motorbetriebs. Die Verwendung von stickstoffangereicherter Luft als ein inertes Gas im Ein­ laß oder als eine Nachbehandlungshilfe ist auch insbeson­ dere vorteilhaft bei ausgewählten Betriebszuständen (d. h. Motordrehzahlen, Motorbelastung, Abgastemperaturen, usw.).

Aus dem Vorangegangenen ist zu sehen, daß die offenbarte Erfindung ein Luftflußmanagementsystem für einen Verbren­ nungsmotor ist, welches die Erzeugung und die Verwendung von sauerstoffangereicherter Luft und stickstoffangerei­ cherter Luft vorsieht, um Motorpartikelteilchen und NOx zu verringern, und für eine gesteigerte Motorleistung. Von spezieller Wichtigkeit ist die Einleitung von sauer­ stoffangereicherter Luft in die Brennkammer während der späteren Stufen des Verbrennungszykluses. Während die hier offenbarte Erfindung mittels spezieller Ausführungs­ beispiele und Prozesse beschrieben worden ist, die damit assoziiert sind, könnten zahlreiche Modifikationen und Variationen daran vom Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den An­ sprüchen dargelegt wird.

Claims (18)

1. Luftflußmanagementsystem für einen Verbrennungsmo­ tor, wobei der Motor eine Einlaßsammelleitung und mindestens eine Brennkammer hat, ein Einlaßluftsy­ stem, welches zur Lieferung von Einlaßluft an die Einlaßsammelleitung und die Brennkammer geeignet ist, und ein Auslaßsystem geeignet zum Transport von Abgasen aus der Brennkammer, wobei das Luftflußmana­ gementsystem folgendes aufweist:
eine Einlaßlufttrennvorrichtung, die innerhalb des Einlaßluftsystems angeordnet ist und geeignet ist, um einen vorgeschriebenen Teil der Einlaßluft in ei­ nen Fluß von sauerstoffangereicherter Luft und einen Fluß von stickstoffangereicherter Luft zu trennen;
eine Flußschaltung für sauerstoffangereicherte Luft, die sich von der Einlaßlufttrennvorrichtung zur Brennkammer erstreckt, während sie die Einlaßsammel­ leitung umgeht;
eine Flußsteuervorrichtung, die entlang der Fluß­ schaltung für sauerstoffangereicherte Luft angeord­ net ist, wobei die Flußsteuervorrichtung geeignet ist, um sauerstoffangereicherte Luft aus der Fluß­ schaltung für sauerstoffangereicherte Luft in die Brennkammer einzuleiten; und
eine Steuervorrichtung, die betriebsmäßig mit der Flußsteuervorrichtung gekoppelt ist und geeignet ist, um die Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer spät in einem Verbrennungs­ zyklus zu steuern, und zwar ansprechend auf ausge­ wählte Motorbetriebszustände.
2. Luftflußmanagementsystem nach Anspruch 1, wobei die Einlaßlufttrennvorrichtung weiter folgendes auf­ weist:
einen Einlaßlufteinlaß;
eine selektiv permeable bzw. durchlässige Membran­ vorrichtung in Flußverbindung mit dem Einlaßluftein­ laß, wobei die selektiv durchlässige Membran geeig­ net ist, um Stickstoff von der Einlaßluft abzutren­ nen, die beim Einlaßlufteinlaß aufgenommen wird, und stickstoffangereicherte Luft bei einem ersten Auslaß und sauerstoffangereicherte Luft bei einem zweiten Auslaß zu erzeugen;
einen Einlaßluftantrieb, der betriebsmäßig mit der selektiv durchlässigen Membranvorrichtung verbunden ist und geeignet ist, um kräftig die beim Einlaß­ lufteinlaß aufgenommene Einlaßluft durch die selek­ tiv durchlässige Membranvorrichtung zu leiten.
3. Luftflußmanagementsystem nach Anspruch 1, wobei die Flußschaltung für sauerstoffangereicherte Luft wei­ ter folgendes aufweist:
eine Leitung für sauerstoffangereicherte Luft, die sich von der Einlaßlufttrennvorrichtung zur Brenn­ kammer erstreckt;
einen Sauerstoffluftraum, der entlang der Leitung für sauerstoffangereicherte Luft angeordnet ist, wo­ bei der Luftraum geeignet ist, um eine vorgeschrie­ bene Menge der sauerstoffangereicherten Luft anzu­ sammeln; und
wobei die Flußsteuervorrichtung entlang der Leitung für sauerstoffangereicherte Luft zwischen dem Luft­ raum und der Brennkammer angeordnet ist.
4. Luftflußmanagementsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung geeignet ist, um die Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer zu steuern, und zwar bei einem Kurbelwellenwinkel zwischen ungefähr 20° und 120°.
5. Luftflußmanagementsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung geeignet ist, um die Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer zu steuern, und zwar bei einem Kurbelwellenwinkel zwischen ungefähr 20° und 50° nach dem oberen Tot­ punkt.
6. Luftflußmanagementsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung geeignet ist, um die Dauer zu steuern, für die die sauerstoffangereicherte Luft in die Brennkammer eingeleitet wird, und zwar zwischen ungefähr 5° und 20° der Kurbelwellenwinkelbewegung.
7. Luftflußmanagementsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung geeignet ist, um die Einleitung der sauerstoffangereicherten Luft in die Brennkammer ansprechend auf die Motordrehzahl und die Motorbela­ stung zu steuern.
8. Verfahren zur Verringerung von Partikelemissionen aus einem Verdichtungsgezündeten Motor, wobei der Motor eine Einlaßsammelleitung und mindestens eine Kolbenanordnung besitzt, die innerhalb eines Zylin­ ders bewegbar ist, um eine Brennkammer zu bilden, ein Einlaßluftsystem, welches geeignet ist, um Ein­ laßluft an die Einlaßsammelleitung und die Brennkam­ mer zu liefern, und ein Auslaß- bzw. Abgassystem, welches geeignet ist, um Abgase aus der Brennkammer abzutransportieren, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bewegung der Kolbenanordnung im Zylinder, um das Vo­ lumen der Brennkammer zu vergrößern und eine Ladung von Einlaßluft aus der Einlaßsammelleitung in die Brennkammer einzuleiten;
Bewegung der Kolbenanordnung im Zylinder, um die La­ dung der Einlaßluft in der Brennkammer zu komprimie­ ren;
Einleitung von Brennstoff in die Brennkammer und Zündung der Mischung aus Brennstoff und der Ladung von komprimierter Einlaßluft, um ein expandierendes Abgas innerhalb der Brennkammer zu bilden;
Einleitung einer Ladung von zusätzlicher sauer­ stoffangereicherter Luft in die Brennkammer spät in einem Verbrennungszyklus nach der Zündung der Mi­ schung des Brennstoffes und der Ladung von kompri­ mierter Einlaßluft, wobei die Ladung der zusätzli­ chen sauerstoffangereicherten Luft mit den Abgasen reagiert, die innerhalb der Brennkammer vorhanden sind, um Abgase mit verringertem Partikelgehalt zu bilden; und
Bewegung der Kolbenanordnung im Zylinder, um die Ab­ gase mit dem verringertem Partikelgehalt aus der Brennkammer zum Auslaßsystem herauszudrücken.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt der Einleitung der Ladung von zusätzlicher sauerstoffan­ gereicherter Luft in die Brennkammer spät im Ver­ brennungszyklus weiter folgende Schritte aufweist:
Bildung einer Versorgung von sauerstoffangereicher­ ter Luft unter Verwendung einer Einlaßlufttrennvor­ richtung;
Steuerung der Zeit und des Volumens, wenn die sauer­ stoffangereicherte Luft in die Brennkammer eingelei­ tet wird, und zwar ansprechend auf ausgewählte Mo­ torbetriebszustände; und
Einleitung des vorgeschriebenen Volumens von zusätz­ licher sauerstoffangereicherter Luft in die Brenn­ kammer zu der vorgeschriebenen Zeit, wobei die La­ dung der zusätzlichen sauerstoffangereicherten Luft mit den Abgasen reagiert, die innerhalb der Brenn­ kammer vorhanden sind, um Abgase mit verringertem Partikelgehalt zu bilden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Einleitung der Ladung von zusätzlicher sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer während der Expansion bei einem Kurbelwellenwinkel zwischen ungefähr 20° und 50° geschieht.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Einleitung der Ladung von zusätzlicher sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer während eines vorgeschriebe­ nen Zeitintervalls auftritt, der zwischen ungefähr 5° und 20° der Kurbelwellenwinkelbewegung ent­ spricht.
12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das vorgeschriebene Volumen der Ladung von zusätzlich sauerstoffangerei­ cherter Luft, die in die Brennkammer eingeleitet wird, ansprechend auf die Motordrehzahl und die Mo­ torbelastung variiert.
13. Luftflußmanagementsystem für einen Verbrennungsmo­ tor, wobei der Motor eine Einlaßsammelleitung und mindestens eine Brennkammer hat, weiter ein Einlaß­ luftsystem, welches zur Lieferung von Einlaßluft an die Einlaßsammelleitung und die Brennkammer geeignet ist, und ein Auslaß- bzw. Abgassystem, welches zum Transport der Abgase aus der Brennkammer geeignet ist, wobei das Luftflußmanagementsystem folgendes aufweist:
eine Quelle von sauerstoffangereicherter Luft;
ein Flußkreis bzw. eine Flußschaltung für sauer­ stoffangereicherte Luft, die sich von der Quelle von sauerstoffangereicherter Luft zur Brennkammer er­ streckt, während sie die Einlaßsammelleitung umgeht;
eine Flußsteuervorrichtung, die entlang der Fluß­ schaltung für sauerstoffangereicherte Luft angeord­ net ist, wobei die Flußsteuervorrichtung geeignet ist, um sauerstoffangereicherte Luft aus der Schal­ tung bzw. dem Kreis für sauerstoffangereicherte Luft in die Brennkammer einzuleiten; und
eine Steuervorrichtung, die betriebsmäßig mit der Flußsteuervorrichtung gekoppelt ist und geeignet ist, um die Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer spät im Verbrennungszyklus zu steuern, und zwar ansprechend auf ausgewählte Mo­ torbetriebszustände.
14. Luftflußmanagementsystem nach Anspruch 13, wobei die Quelle von sauerstoffangereicherter Luft weiter eine Einlaßlufttrennvorrichtung aufweist, die innerhalb des Einlaßluftsystems angeordnet ist und geeignet ist, um einen vorgeschriebenen Teil der Einlaßluft in einem Fluß von sauerstoffangereicherter Luft und von stickstoffangereicherter Luft aufzuteilen, und wobei die Flußschaltung für sauerstoffangereicherte Luft sich von der Einlaßlufttrennvorrichtung zur Brennkammer erstreckt, während die Einlaßsammellei­ tung umgangen wird.
15. Luftflußmanagementsystem nach Anspruch 14, wobei die Einlaßlufttrennvorrichtung weiter folgendes auf­ weist:
einen Einlaßlufteinlaß;
eine selektiv permeable bzw. durchlässige Membran­ vorrichtung in Flußverbindung mit dem Einlaßluftein­ laß, wobei die selektiv durchlässige Membran geeig­ net ist, um Stickstoff von der Einlaßluft abzutren­ nen, die beim Einlaßlufteinlaß aufgenommen wurde, und stickstoffangereicherte Luft bei einem ersten Ausgang und sauerstoffangereicherte Luft bei einem zweiten Ausgang zu erzeugen;
einen Einlaßluftantrieb, der betriebsmäßig mit der selektiv durchlässigen Membranvorrichtung verbunden ist und geeignet ist, um kräftig die beim Einlaß­ lufteinlaß aufgenommene Einlaßluft durch die selek­ tiv durchlässige Membranvorrichtung zu leiten.
16. Luftflußmanagementsystem nach Anspruch 13, wobei die Steuervorrichtung geeignet ist, um die Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer zu steuern, und zwar bei einem Kurbelwellenwinkel zwischen ungefähr 20° und 50°.
17. Luftflußmanagementsystem nach Anspruch 13, wobei die Steuervorrichtung geeignet ist, um die Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer während eines vorgeschriebenen Intervalls von zwi­ schen ungefähr 5° und 20° Kurbelwellenwinkelbewegung zu steuern.
18. Luftflußmanagementsystem nach Anspruch 13, wobei die Steuervorrichtung geeignet ist, um die Einleitung von sauerstoffangereicherter Luft in die Brennkammer ansprechend auf die Motordrehzahl und die Motorbela­ stung zu steuern.
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