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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Zuluftstrang, einem Abgastrakt, einem vom Abgastrakt zum Zuluftstrang führenden Abgasrückführungsstrang und einem im Zuluftstrang angeordneten ersten Verdichter.
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Aus der
DE 10 2012 223 808 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und Abgasrückführung bekannt. Die Brennkraftmaschine umfasst mindestens einen Zylinder, auslassseitig mindestens eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem und einlassseitig mindestens eine Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem. Die Brennkraftmaschine ist dabei ausgestattet mit – mindestens einem Abgasturbolader umfassend einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter und eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine, – einer Bypassleitung zur Umgehung des mindestens einen Zylinders, die unter Ausbildung eines einlassseitigen Knotenpunktes stromabwärts des Verdichters aus dem Ansaugsystem abzweigt und stromabwärts der Turbine in das Abgasabführsystem mündet, und – mindestens einer Abgasrückführung, welche eine Rückführleitung umfasst, die unter Ausbildung eines auslassseitigen Knotenpunktes stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem abzweigt und in die Bypassleitung mündet. Auslassseitig ist ein erstes Stellelement angeordnet, welches der Einstellung der durch die Rückführleitung geführten Abgasmenge dient. Einlassseitig ist mindestens ein zweites Stellelement angeordnet, welches in einer ersten Position die Bypassleitung von dem mindestens einen Zylinder trennt und die mindestens eine Ansaugleitung mit dem mindestens einen Zylinder verbindet und in einer zweiten Position die mindestens eine Ansaugleitung von dem mindestens einen Zylinder trennt und die Bypassleitung mit dem mindestens einen Zylinder verbindet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor und verbesserter Abgasrückführung bereitzustellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor, einen Zuluftstrang, einen Abgastrakt, einen vom Abgastrakt zum Zuluftstrang führenden Abgasrückführungsstrang und einen im Zuluftstrang angeordneten ersten Verdichter. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug zudem einen im Abgasrückführungsstrang angeordneten zweiten Verdichter auf.
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Damit ist es vorteilhaft ermöglicht, den ersten Verdichter kleiner auszuführen, sodass dieser eine geringere Trägheit für ein schnelles Ansprechen aufweist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist im Abgastrakt eine Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet und der Abgasrückführungsstrang ist stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem Abgastrakt verbunden. Der Abgasrückführungsstrang ist mithin ein Niederdruck-Abgasrückführungsstrang.
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Mit dieser Ausgestaltung ist es ermöglicht, mittels des Niederdruck-Abgasrückführungsstrangs eine Hochdruck-Abgasrückführung zu betreiben. Ein zusätzlicher Hochdruck-Abgasrückführungsstrang kann eingespart werden. Es können hohe Abgasrückführungsraten und hohe Temperaturlevel erzielt werden, ohne die Zuluft zu drosseln.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist der Abgastrakt einen ersten Abgasstrang und eine in dem ersten Abgasstrang angeordnete erste Abgasturbine auf, die drehmomentübertragend mit dem ersten Verdichter verbunden ist.
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Der erste Verdichter ist damit Teil eines Abgasturboladers. Die Energie zum Antrieb des ersten Verdichters kann somit vorteilhaft dem Abgas entzogen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist die erste Abgasturbine eine variable Turbinengeometrie auf. Die Abgasturbine ist dabei mit verstellbaren Leitschaufeln versehen.
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Damit kann die Abgasturbine in einem breiteren Bereich und effektiver betrieben werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist der Abgastrakt einen zweiten Abgasstrang und eine in dem zweiten Abgasstrang angeordnete zweite Abgasturbine auf, die drehmomentübertragend mit dem zweiten Verdichter verbunden ist.
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Der zweite Verdichter ist damit Teil eines Abgasturboladers. Die Energie zum Antrieb des zweiten Verdichters kann somit vorteilhaft dem Abgas entzogen werden.
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In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist der zweite Verdichter mit einem Motor drehmomentübertragend verbunden. Der Motor ist insbesondere ein Elektromotor.
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Der zweite Verdichter ist damit Teil eines motorbetriebenen Turboladers, der unabhängig vom Zustand des Abgases betrieben werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs umfasst das Kraftfahrzeug einen im Zuluftstrang stromabwärts des ersten Verdichters angeordneten Ladeluftkühler.
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Damit ist es ermöglicht, die Ladeluft, die aus Zuluft oder Zuluft und Abgas besteht zu kühlen. Die gesenkte Temperatur und damit erhöhte Dichte der Ladeluft ermöglicht eine bessere Füllung der Zylinder. Durch die gesenkte Temperatur kann der Verbrennungsmotor zudem mit einer höheren Verdichtung betrieben werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs umfasst das Kraftfahrzeug einen im Abgasrückführungsstrang stromaufwärts des zweiten Verdichters angeordneten Abgaskühler.
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Damit ist es ermöglicht, das zurückgeführte Abgas vor dem Einbringen in den Zuluftstrang zu kühlen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist der Abgasrückführungsstrang ausgebildet, Abgas an einer stromaufwärts des ersten Verdichters angeordneten ersten Einlassstelle in den Zuluftstrang einzulassen.
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Damit kann zusätzlich eine Niederdruck-Abgasrückführung ausgeführt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist der Abgasrückführungsstrang ausgebildet, Abgas an einer stromabwärts des ersten Verdichters angeordneten zweiten Einlassstelle in den Zuluftstrang einzulassen.
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Dadurch ist es ermöglicht, insbesondere bei mittlerer Last des Verbrennungsmotors eine ungewünschte Kondensation stromaufwärts des ersten Verdichters zu vermieden. Das zurückgeführte, in den Zuluftstrang eingebrachte Abgas kann zusammen mit der Zuluft im Ladeluftkühler gekühlt werden. Zudem kann bei hoher Last des Verbrennungsmotors das zurückgeführte Abgas am ersten Verdichter vorbeigeleitet werden und dennoch anschließend vom Ladeluftkühler gekühlt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist der Abgasrückführungsstrang ausgebildet, Abgas an einer stromabwärts des Ladeluftkühlers angeordneten dritten Einlassstelle in den Zuluftstrang einzulassen.
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Dadurch ist es ermöglicht, insbesondere bei geringer Last des Verbrennungsmotors das zurückgeführte Abgas mit einer hohen Temperatur in den Zuluftstrang einzubringen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer ersten beispielhaften Ausgestaltung; und
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2 das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug in einer zweiten beispielhaften Ausgestaltung.
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In der 1 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in einer ersten beispielhaften Ausgestaltung schematisch dargestellt. In der 2 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in einer zweiten beispielhaften Ausgestaltung dargestellt.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Verbrennungsmotor 11 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 10 auf. Zudem verfügt das Kraftfahrzeug 10 über einen Zuluftstrang 12, der ausgebildet ist, dem Verbrennungsmotor 11 Zuluft 32 für dessen Betrieb zuzuleiten. Zum Ableiten eines im Betrieb des Verbrennungsmotors 11 entstehenden Abgases 33 verfügt das Kraftfahrzeug 10 über einen Abgastrakt 13. Zudem umfasst das Kraftfahrzeug 10 einen Abgasrückführungsstrang 16, der ausgebildet ist, Abgas 33 aus dem Abgastrakt 13 in den Zuluftstrang 12 zu leiten. Der Abgasrückführungsstrang 16 ist bevorzugt für eine Niederdruck-Abgasrückführung ausgebildet und dafür stromabwärts einer im Abgastrakt 13 angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 mit dem Abgastrakt 13 fluidleitend verbunden. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann dabei eine Stickoxidfalle, ein Partikelfilter oder auch ein Oxidationskatalysator sein.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist einen im Zuluftstrang 12 angeordneten ersten Verdichter 19 auf. Der Verdichter ist dabei insbesondere Teil eines ersten Turboladers 17, der zudem eine im Abgastrakt 13 angeordnete erste Abgasturbine 18 und eine erste Turboladerwelle 20 umfasst, über die der erste Verdichter 19 und die erste Abgasturbine 18 drehmomentübertragend verbunden sind. Der erste Turbolader 17 ist mithin ein Abgasturbolader. Die erste Abgasturbine 18 weist insbesondere eine veränderbare Turbinengeometrie (VNT für engl. variable nozzle turbine) auf. Dabei sind Leitschaufeln der ersten Abgasturbine 18 verstellbar.
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Erfindungsgemäß umfasst das Kraftfahrzeug 10 einen im Abgasrückführungsstrang 16 angeordneten zweiten Verdichter 23. Der zweite Verdichter 23 ist bevorzugt Teil eines zweiten Turboladers 21. Der zweite Turbolader 21 kann als Abgasturbolader oder als motorbetriebener Turbolader ausgebildet sein.
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In der 1 ist der zweite Turbolader 21 beispielhaft als Abgasturbolader dargestellt. Als Abgasturbolader verfügt der zweite Turbolader 21 über eine zweite Abgasturbine 22, die im Abgastrakt 13 angeordnet ist. Eine zweite Turboladerwelle 24 verbindet die zweite Abgasturbine 22 und den zweiten Verdichter 23 drehmomentübertragend miteinander. Bei dieser Ausgestaltung umfasst der Abgastrakt 13 bevorzugt zumindest bereichsweise zwei wirkparallel zueinander angeordnete Abgasstränge 14, 15, die dieselbe Strömungsrichtung aufweisen. In einem ersten Abgasstrang 14 ist dabei die erste Abgasturbine 18 angeordnet und in einem zweiten Abgasstrang 15 ist die zweite Abgasturbine 22 angeordnet. Mittels eines Abgasventils 37, welches beispielsweise stromaufwärts der zweiten Abgasturbine 22 in dem zweiten Abgasstrang 15 angeordnet ist, ist der Massenstrom durch die zweite Abgasturbine 22 und damit die Drehzahl des zweiten Verdichters 23 einstellbar.
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In der 2 ist der zweite Turbolader als motorbetriebener Turbolader dargestellt. Als motorbetriebener Turbolader verfügt der zweite Turbolader 21 anstelle der zweiten Abgasturbine 22 über einen Motor 25, der mit dem zweiten Verdichter 23 drehmomentübertragend über die zweite Turboladerwelle 24 verbunden ist. Der Motor 25 ist bevorzugt ein Elektromotor. Durch eine Veränderung der Drehzahl des Motors 25 ist die Drehzahl des zweiten Verdichters 23 einstellbar.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist zur Kühlung der komprimierten Zuluft 32 insbesondere einen im Zuluftstrang 12 stromabwärts des ersten Verdichters 19 angeordneten Ladeluftkühler 27 auf. Zur Kühlung des zurückgeführten Abgases 33 weist das Kraftfahrzeug 10 insbesondere einen im Abgasrückführungsstrang 16 stromaufwärts des zweiten Verdichters 23 angeordneten Abgaskühler 28 auf. Um den Abgaskühler 28 herum ist ein Abgaskühlerbypass 38 angeordnet, der ausgebildet ist, das zurückgeführte Abgas 33 um den Abgaskühler 28 herumzuleiten und von der Kühlung auszunehmen. Zur Steuerung des Massenstroms des zurückgeführten Abgases 33 durch den Abgaskühler 28 oder durch den Abgaskühlerbypass 38 ist ein Abgaskühlerbypassventil 39 vorgesehen. Das Abgaskühlerbypassventil 39 ist beispielsweise ein Kombiventil.
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In den in den Figuren dargestellten Ausgestaltungen ist das zurückgeführte Abgas 33 jeweils an drei Stellen in den Zuluftstrang 12 einleitbar.
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So verfügt das Kraftfahrzeug 10 insbesondere über ein erstes Einlassventil 34, durch welches das zurückgeführte Abgas 33 an einer ersten Einlassstelle 29 in den Zuluftstrang 12 bringbar ist. Die erste Einlassstelle 29 ist stromaufwärts des ersten Verdichters 19 positioniert. Das erste Einlassventil 34 ist stromaufwärts des zweiten Verdichters 23 im Abgasrückführungsstrang 16 angeordnet. Das erste Einlassventil 29 ist insbesondere ein Kombiventil. Das Kraftfahrzeug 10 ist damit ausgebildet zumindest einen Teil des zurückgeführten Abgases 33 als Niederdruck-Abgas in den Zuluftstrang 12 einzubringen.
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Zudem verfügt das Kraftfahrzeug 10 insbesondere über ein zweites Einlassventil 35, durch welches das zurückgeführte Abgas 33 an einer zweiten Einlassstelle 30 in den Zuluftstrang 12 bringbar ist. Die zweite Einlassstelle 30 ist stromabwärts des ersten Verdichters 19 und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 27 positioniert. Das zweite Einlassventil 35 ist stromabwärts des zweiten Verdichters 23 im Abgasrückführungsstrang 16 angeordnet. Das Kraftfahrzeug 10 ist damit ausgebildet, bei mittlerer Last des Verbrennungsmotors 11 eine benötigte Masse an zurückgeführtem Abgas 33 mit einem vordefinierten, durch den zweiten Verdichter 23 erzeugten Druck stromaufwärts des Ladeluftkühlers 27 und stromabwärts des ersten Verdichters 19 in den Zuluftstrang 12 einzubringen. Eine ungewünschte Kondensation stromaufwärts des ersten Verdichters 19 kann dadurch vermieden und das zurückgeführte, in den Zuluftstrang 12 eingebrachte Abgas 33 zusammen mit der Zuluft 32 im Ladeluftkühler 27 gekühlt werden. Zudem ist das Kraftfahrzeug 10 damit ausgebildet, bei hoher Last des Verbrennungsmotors 11 möglichst kühles zurückgeführtes Abgas 33 bereitzustellen, indem das zurückgeführte Abgas 33 in dem Abgaskühler 28 vorgekühlt und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 27 in den Zuluftstrang 12 eingebracht und zusammen mit der Zuluft 32 im Ladeluftkühler 27 gekühlt wird.
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Ferner verfügt das Kraftfahrzeug 10 insbesondere über ein drittes Einlassventil 36, durch welches das zurückgeführte Abgas 33 an einer dritten Einlassstelle 31 in den Zuluftstrang 12 bringbar ist. Die dritte Einlassstelle 31 ist stromabwärts des Ladeluftkühlers 27 positioniert. Das dritte Einlassventil 36 ist stromabwärts des zweiten Verdichters 23 und stromabwärts des zweiten Einlassventils 35 im Abgasrückführungsstrang 16 angeordnet. Das Kraftfahrzeug 10 ist damit ausgebildet, bei geringer Last des Verbrennungsmotors 11 eine benötigte Masse an zurückgeführtem Abgas 33 mit einem vordefinierten, durch den zweiten Verdichter 23 erzeugten Druck stromabwärts des Ladeluftkühlers 27 in den Zuluftstrang 12 einzubringen. Gleichzeitig kann das zurückgeführte Abgas 33 durch den Abgaskühlerbypass 38 geleitet werden. Das sichert eine hohe Temperatur des zurückgeführten Abgases 33. Zudem ist keine Drosselung des Massenstroms des zurückgeführten Abgases 33 notwendig, da dieser mit dem zweiten Verdichter 23 einstellbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Verbrennungsmotor
- 12
- Zuluftstrang
- 13
- Abgastrakt
- 14
- Erster Abgasstrang
- 15
- Zweiter Abgasstrang
- 16
- Abgasrückführungsstrang
- 17
- Erster Turbolader
- 18
- Erste Abgasturbine
- 19
- Erster Verdichter
- 20
- Erste Turboladerwelle
- 21
- Zweiter Turbolader
- 22
- Zweite Abgasturbine
- 23
- Zweiter Verdichter
- 24
- Zweite Turboladerwelle
- 25
- Motor
- 26
- Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 27
- Ladeluftkühler
- 28
- Abgaskühler
- 29
- Erste Einlassstelle
- 30
- Zweite Einlassstelle
- 31
- Dritte Einlassstelle
- 32
- Zuluft
- 33
- Abgas
- 34
- Erstes Einlassventil
- 35
- Zweites Einlassventil
- 36
- Drittes Einlassventil
- 37
- Abgasventil
- 38
- Abgaskühlerbypass
- 39
- Abgaskühlerventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012223808 A1 [0002]
