DE69809108T2 - Abgasrückführungssystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasrückführungssystem für eine Brennkraftmaschine

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasrückführungs(EGR)- System für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf einen Abgasrückführungskühler zur Verwendung in einem turboaufgeladenen Dieselmotor, der zum Kühlen des Abgasrückführungsstroms und zum gleichzeitigen Ausgleichen eines Teils des Wärme- und Massenstroms, der von der abgasbetriebenen Turbine durch das Abgasrückführungssystem umgelenkt wird, angepasst ist.
  • Abgasrückführung ist eine Technik, die häufig zum Steuern der Erzeugung von unerwünschten Schadstoffgasen und Schwebstoffen beim Betrieb von Verbrennungsmotoren verwendet wird. Diese Technik hat sich als besonders nützlich in Verbrennungsmotoren, die in Kraftfahrzeugen wie Personenwagen, Leichtlastkraftwagen und anderen Straßenkraftfahrzeugen verwendet werden, erwiesen. Die Abgasrückführungstechnik beinhaltet hauptsächlich die Rückführung von Abgasnebenprodukten in die Ansaugluftversorgung des Verbrennungsmotors. Dieses somit in den Motorzylinder wiedereingeführte Abgas reduziert die Sauerstoffkonzentration darin, was wiederum die maximale Verbrennungstemperatur innerhalb des Zylinders senkt und die chemische Reaktion des Verbrennungsprozesses verlangsamt, wodurch die Bildung von Distickstoffoxid verringert wird. Weiterhin enthalten die Abgase typischerweise einen Teil unverbrannten Kohlenwasserstoffs, der bei seiner Wiedereinführung in den Motorzylinder verbrannt wird, was ferner die Emission von Abgasnebenprodukten, die als unerwünschte Schadstoffe aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßen werden würden, reduziert.
  • Eine andere Technik, die bei der Steuerung und Reduzierung von unerwünschten Emissionen aus Verbrennungsmotoren nützlich ist, ist die Verwendung von Ansaugluft mit Aufladung. Dies ermöglicht die Verwendung von Verbrennungsmotoren mit verhältnismäßig kleinerem kubischen Hubraum und leichterem Gewicht in fahrbarem Gerät, wobei wiederum der spezifische Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs und die Gesamtmasse des Fahrzeugs, die notwendig ist, um eine gegebene Funktion auszuführen, reduziert werden. Zusätzlich zu den Vorteilen der reduzierten Größe und Masse, kann die typische Aufladungsvorrichtung gesteuert werden, um verbesserte Emissionseigenschaften bereitzustellen. Aufladungsmaschinen, die für solche Anwendungen geeignet sind, umfassen den abgasbetriebenen Turbolader, der typischerweise aus einer abgasbetriebenen Turbine, die mit einer im Ansaugluftstrom angeordneten Turbine verbunden ist, um Verdichtung der Ansaugluft bereitzustellen, besteht. Der typische Turbolader wird durch das Bereitstellen einer Klappe, die den Abgasstrom steuert und Abgas durchlässt, um die Abgasturbine zu umgehen und das Aufladeverhältnis des Turboladers so zu steuern, dass die maximalen Grenzdrücke des assoziierten Verbrennungsmotors nicht überschritten werden, gesteuert.
  • Noch eine andere von vielen Motorherstellern verwendete Technik zum Steuern von Emissionen ist die Verwendung des Nachkühlens der Ansaugluft, wodurch die Temperatur des Ansaugkrümmers reduziert wird. Einige der verwandten Techniken haben auch Zwischenkühlen der Abgasrückführungsgase durch Leiten der rückgeführten Abgase durch einen Nachkühler in Betracht gezogen. Es ist wohl bekannt, dass niedrigere Temperaturen des Ansaugkrümmers dazu führen, die Bildung von im Auslass auftretendem Distickstoffoxid zu reduzieren.
  • Wenn man Abgasrückführung in einem turboaufgeladenen Dieselmotor benutzt, wird das Abgas, das rückgeführt werden soll, vorzugsweise stromaufwärts der abgasbetriebenen Turbine, die mit dem Turbolader assoziiert ist, entfernt. In vielen Abgasrückführungsanwendungen wird das Abgas direkt vom Abgaskrümmer umgelenkt. Ebenfalls wird das rückgeführte Abgas vorzugsweise stromabwärts des Kompressors und des Luft/Luft-Nachkühlers, in den Ansaugluftstrom wiedereingeführt. Zum Beispiel wird in vielen Abgasrückführungsanwendungen das rückgeführte Abgas in den Ansaugkrümmer wiedereingeführt.
  • Das Wiedereinführen des Abgases, stromabwärts des Kompressors und des Luft/Luft-Nachkühlers, wird auf Grund der Verläßlichkeits- und Wartbarkeitsbesorgnisse, die aufkommen, sollte das Abgas durch den Kompressor und Nachkühler durchlaufen, bevorzugt. Bei einigen Motorbetriebsbedingungen gibt es jedoch eine Druckdifferenz zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Abgaskrümmer, die im Wesentlichen das Benutzen vieler herkömmlicher Abgasrückführungssysteme verhindert. Bei hoher Geschwindigkeit, hohen Belastungszuständen in einem turboaufgeladenen Motor, strömt das Abgas zum Beispiel nicht leicht vom Abgaskrümmer zum Ansaugkrümmer. Es wird deshalb eine einfache und preisgünstige Technik zum Rückführen des Abgases vom Abgaskrümmer zum Ansaugkrümmer unter allen Motorbetriebsbedingungen benötigt.
  • Ein anderes Problem, das mit vielen herkömmlichen Abgasrückführungssystemen assoziiert ist, ist, dass die Leistungsfähigkeit des Turboladers vergeudet wird, wenn Abgas vom Abgaskrümmer umgelenkt wird. Das Entfernen des rückzuführenden Abgases vom Abgaskrümmer oder von anderer Stelle, die sich der abgasgetriebenen Turbine vorgeschaltet befindet, verringert den Massenstrom und die Wärmeenergie, die durch die Turbine laufen, wodurch wiederum die Ladeniveaus, die vom Kompressor geschaffen werden, gesenkt werden. Die meisten Turbolader in Dieselmotoren sind fixierte Geometrie-Turbolader, weil sie spezifisch für den leistungsfähigen Betrieb konstruiert sind, wenn sie auf die Motorabgasstromausgabe abgestimmt werden. Die Reduzierung des Massenstroms und des Drucks auf Grund der Abgasrückführung schafft während des Abgasrückführungsvorgangs ein Ungleichgewicht zwischen dem Abgasstrom zum Turbolader und den Turbinenspezifikationen. Das Ungleichgewicht führt zu einer Ausgabe des Turboladers, die mehr im Prozentgehalt reduziert ist als die Prozentgehaltreduzierung im Abgasstom zum Turbolader, wodurch erhebliche Verluste von Luftstrom und Ladedruck geschaffen werden. Die Reduzierung von Luftstrom und Ladedruck setzt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bis zu einem Punkt herab, an dem Schwebstoffe sowie der spezifische Kraftstoffverbrauch (BSFC) erhöht werden. Ungünstigerweise führen die Reduzierung von Luftstrom und Ladedruck auch zu einem vom Bediener spürbaren Unterschied in der Motorleistung, abhängig davon, ob die Abgasrückführung an oder aus ist.
  • Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die obigen und andere Bedürfnisse, indem ein Verfahren und System zur Abgasrückführung in einem Verbrennungsmotor, vorzugsweise einem turboaufgeladenen Dieselmotor, bereitgestellt wird.
  • Gemäß einem Aspekt kann die Erfindung als ein Abgasrückführungs(EGR)-System bezeichnet werden, das Folgendes einschließt: eine Rückführungsleitung zur Rückführung eines Volumens von Abgas vom Abgaskrümmer zum Ansaugkrümmer; eine Bypass- Leitung zum Umlenken eines Ansaugluftstroms um den Motor; und einen Abgasrückführungskühler, der in betriebsbereitem Zusammenschluss mit der Rückführungsleitung und der Bypass-Leitung angeordnet ist und angepasst ist, um das Volumen des rückgeführten Abgases in der Rückführungsleitung zu kühlen. Der Abgasrückführungskühler ist auch angepasst, um die Ansaugluft in der Bypass-Leitung gleichzeitig zu erwärmen. Die erwärmte Ansaugluft wird vorzugsweise verwendet, um das umgeleitete Abgas zu ersetzen. Mit anderen Worten wird die erwärmte Ansaugluft zusammen mit dem Abgas, welches im Abgaskrümmer verbleibt, verwendet, um die Turbine und den assoziierten Kompressor anzutreiben, um die Ansaugluft unter Druck zu setzen.
  • Die offenbarte Ausführungsform des Abgasrückführungssystems umfasst auch einen Luft/Luft-Nachkühler, der zwischen dem Kompressor und dem Ansaugkrümmer zwischengeschaltet ist, um die verdichtete Ansaugluft zu kühlen. Die Bypass-Leitung lenkt einen Teil der kühlen, verdichteten Ansaugluft zum Abgasrückführungskühler oder Wärmeaustauscher um, um das rückgeführte Abgas zu kühlen.
  • Die Erfindung kann ebenso als ein Verfahren zum Rückführen von Abgas in einen turboaufgeladenen Verbrennungsmotor bezeichnet werden. Das offenbarte Verfahren besteht aus folgenden Schritten: (a) Rückführung eines ausgewählten Volumens von Abgas vom Abgaskrümmer zum Ansaugkrümmer über eine Rückführungsleitung; (b) Umlenken eines kühler Ansaugluftstroms, um den Motor über eine Bypass-Leitung zu umgehen; und (c) Kühlen des rückgeführten Abgases in der Rückführungsleitung, unter Verwendung des umgelenkten Ansaugluftstroms. Das offenbarte Verfahren der Rückführung von Abgas umfasst ferner den Schritt des Erwärmens der Ansaugluft in der Bypass- Leitung, indem das rückgeführte Abgas verwendet wird. Der Schritt des Erwärmens der Ansaugluft in der Bypass-Leitung und der Schritt des Kühlens des in die Rückführungsleitung rückgeführten Abgases werden vorzugsweise gleichzeitig ausgeführt. Die erwärmte Ansaugluft wird dann zusammen mit jeglichem verbleibenden Abgas im Abgaskrümmer zur gasbetriebenen Turbine des Turboladers geführt. Auf diese Weise werden die auf Grund der Abgasrückführung auftretenden Verluste in der Turboladergeschwindigkeit minimiert.
  • Dementsprechend ist ein wichtiger Aspekt der offenbarten Erfindung die Verwendung von Ansaugluft, um die umlaufenden Abgase zu kühlen. Dies beseitigt die Notwendigkeit, das Motorkühlmittel zur Absorption der Wärmeabweisung von den umlaufenden Abgasen zu verwenden. Zusätzlich vermeidet oder minimiert die Verwendung von Ansaugluft zum Kühlen der umlaufenden Abgase somit die Pumpverluste, die in vielen Systemen der verwandten Technik eintreten, wobei Mantelkühlwasser durch den Abgasrückführungskühler strömt.
  • Günstigerweise werden die Temperaturen des Ansaugkrümmers durch Kühlen der Abgasrückführungsgase auf Temperaturen, die etwas über den Temperaturen der nachgekühlten Ansaugluft liegen, gesenkt, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für ein gegebenes Volumen von Abgasrückführung kann erhöht werden. Das Senken der Temperatur des Ansaugkrümmers und das Erhöhen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für ein gegebenes Volumen von Abgasrückführung führt zu verbesserten Emissionsleistungen.
  • Ein weiterer wichtiger Aspekt der offenbarten Erfindung ist die Verwendung der rückgeführten Abgase, um die umgelenkte Ansaugluft zu erwärmen. Diese erwärmte Ansaugluft wird zusammen mit dem nicht rückgeführten Abgas, das im Abgaskrümmer vorhanden ist, zum Turbolader geleitet. Indem die erwärmte Ansaugluft sowie die nicht rückgeführten Abgase zum Turbolader geführt werden, können die standardmäßigen, fixierten Geometrie-Turbolader bei einer leistungsfähigeren Temperatur, einem leistungsfähigeren Druck und Luft- Massenstrom betrieben werden. Der leistungsfähigere Betrieb des Turboladers während der Abgasrückführungsvorgänge erlaubt die Verbesserung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei hohen Motorbelastungen und ermöglicht die Verwendung der Abgasrückführung bei Motorbetriebsbedingungen, die viele der Abgasrückführungssysteme verwandter Techniken vermieden haben.
  • Günstigerweise erleichtert das vorliegende Abgasrückführungssystem die Verwendung von Abgasrückführung bei hoher Motorbelastung und erlaubt die rasche instationäre Reaktion eines Turboladers. Mit anderen Worten wird die Turboladergeschwindigkeit während des Abgasrückführungsvorgangs hoch bleiben und somit eine schnelle Reaktionszeit, wenn vom Abgasrückführungsvorgang zum nicht Abgasrückführungsvorgang geschaltet wird, erlauben.
  • Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer aus der folgenden anschaulicheren Beschreibung davon erkennbar sein, die in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen dargelegt wird, wobei:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung des Abgasrückführungs(EGR)- Systems für einen turboaufgeladenen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Abgasrückführungs(EGR)-Systems für einen turboaufgeladenen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
  • Fig. 3 ein Funktionsblockdiagramm des Abgasrückführungs(EGR)- Systems aus Fig. 1 ist, das im Allgemeinen ein detailliertes Verfahren zur Abgasrückführung in einem turboaufgeladenen Dieselmotor gemäß der vorliegenden Erfindung abbildet.
  • Wendet man sich nun den Zeichnungen, insbesondere Fig. 1 zu, wird eine schematische Darstellung des Abgasrückführungs(EGR)-Systems 10 für einen turboaufgeladenen Motor 12 mit Eigenzündung (d. h. Dieselmotor) gezeigt. Wie darin ersichtlich ist, umfasst der turboaufgeladene Motor 12 mit Eigenzündung einen Ansaugkrümmer 14, einen Abgaskrümmer 16, einen Turbolader 18 und einen Luft/Luft-Nachkühler 20. Der Turbolader 18 ist vorzugsweise ein fixierter Geometrie-Turbolader mit einer abgasbetriebenen Turbine 22, die an einen Ansaugluftkompressor 24 gekoppelt ist. Der Turbolader 18 umfasst auch einen Abgaseinlass 26 und einen Abgasauslass 28, die beide in flüssiger Verbindung mit der abgasbetriebenen Turbine 22 stehen. Der Turbolader 18 umfasst ferner eine Frischluftansaugleitung 30 und eine Ausgangsleitung 32 für verdichtete Luft, die beide in flüssiger Verbindung mit dem Luftkompressor 24 stehen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Abgasrückführungssystem 10 eine Abgasrückführungsleitung 34, eine Ansaugluft-Bypass-Leitung 36, einen Abgasrückführungskühler 38 oder Wärmeaustauscher und eine optionale Partikelfalle 39. Wie in Fig. 1 ersichtlich, ist die Abgasrückführungsleitung 34 in flüssiger Verbindung mit dem Abgaskrümmer 16 angeordnet und ist angepasst, um einen Abgasstrom aus dem Abgaskrümmer 16 zu einer Position, die dem Turbolader 18 und dem Luft/Luft-Nachkühler 20 nachgeschaltet ist, und die nahe am Ansaugkrümmer 14 liegt, umzulenken. Der umgelenkte Abgasstrom aus dem Abgaskrümmer 16 über die Abgasrückführungsleitung 34 wird gesteuert, indem ein oder mehrere Abgasrückführungsventile 40, die betriebsbereit mit einer Motorsteuerungsvorrichtung 42 oder einem ähnlichen Motorsteuerungsvorrichtungsmodul zusammengeschlossen sind, verwendet werden.
  • Das veranschaulichte Abgasrückführungssystem 10 umfasst auch die Ansaugluft-Bypass-Leitung 36 zum Umlenken eines gekühlten, verdichteten Ansaugluftstroms von einer Position, die dem Turbolader 18 und dem Luft/Luft-Nachkühler 20 nachgeschaltet ist, zum Ansaugkrümmer 16. Der umgelenkte Strom gekühlter, verdichteter Ansaugluft in der Bypass-Leitung 42 wird ebenfalls gesteuert, indem ein Entlüftungsventil 44, das unter der Kontrolle der Motorsteuerungsvorrichtung 42 betrieben wird, verwendet wird.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Abgasrückführungskühler 38 ein Gegenstrom-Luft-Abgasrückführungswärmeaustauscher. Der dargestellte Abgasrückführungskühler 38 ist angepasst, um einen heißen Abgasrückführungseingangsstrom vom Abgaskrümmer 16 über die Agbasrückführungsleitung 34 zu empfangen und einen gekühlten Abgasrückführungsausgabestrom zu erzeugen. Der Gegenstrom des Abgasrückführungskühlers 38 ist angepasst, um die umgelenkte Ansaugluft oder Zusatzluft über die Bypass-Leitung 36 zu empfangen. Die gekühlte und verdichtete Ansaugluft wird dann durch die heiße Abgasrückführung erwärmt, um erwärmte Ansaugluft zu produzieren, während gleichzeitig der Abgasrückführungsstrom durch den Abgasrückführungskühler 38 gekühlt wird. Die aus dem Abgasrückführungskühler 38 austretende erwärmte Ansaugluft wird mit dem im Abgaskrümmer 16 verbleibenden Abgas vereint und verwendet, um die abgasbetriebene Turbine 22 und den assoziierten Kompressor 24 anzutreiben, wodurch die Ansaugluft ungefähr auf die vorgesehenen Ladeniveaus unter Druck gesetzt wird. Wie oben angegeben, beseitigt die Verwendung von Ansaugluft zum Kühlen der Abgasrückführung die Notwendigkeit das Motorkühlmittel zur Absorption der Wärme der umlaufenden Abgase zu verwenden, und vermeidet Pumpverfuste, die damit assoziiert sind.
  • Zusätzliche Merkmale der veranschaulichten Ausführungsform des Abgasrückführungssystems umfassen eine Abgaspartikelfalle 39, einen Temperatursensor 48 und einen Massenstromsensor 50. Die Partikelfalle 39 ist, falls verwendet, vorzugsweise entlang der Abgasrückführungsleitung 34, dem Abgasrückführungskühler 38 vorgeschaltet, angeordnet. Der Temperatursensor 48 ist vorzugsweise entlang der Abgasrückführungsleitung 34 nahe am Ansaugkrümmer angeordnet, und ist angepasst, um die Temperatur des gekühlten Abgasrückführungsstroms zu messen. Der Massenstromsensor 50 befindet sich im Ansaugluftstromkreislauf, vorzugsweise dem Turbolader 22 und Nachkühler 20 nachgeschaltet, jedoch an einer Stelle, die der der Abgasrückführungsleitung 34 vorgeschaltet ist. Der Massenstromsensor ist angepasst, um den nicht Abgasrückführungslufteinlass zum Motor zu messen. Der Temperatursensor 48 sowie der Massenstromsensor 50 sind betriebsbereit an der Motorsteuerungsvorrichtung 42 angeschlossen, wo solche Messungen benutzt werden, um den Vorgang des Abgasrückführungssystems 10 durch Steuern des Entlüftungsventils 44 sowie des Abgasrückführungsventils 40 zu steuern.
  • In der Ausführungsform, die in Fig. 1 veranschaulicht ist, wird das umgelenkte Abgas zum Ansaugkrümmer 14 durch die positive Hubraumpumpaktivität von einem oder mehreren bezeichneter Zylinder angetrieben. Durch die völlige Umlenkung des Abgases von einem oder mehreren Zylindern zur Abgasrückführungsleitung 34 kann das Abgasrückführungsverhältnis mehr oder weniger konstant gehalten werden, ohne die Abgasrückführungsventile 40 drosseln zu müssen. Da das Abgas, das von den ausgewählten Zylindern umgelenkt wurde, zusätzlich typischerweise über dem des Abgaskrümmers 16 und dem des Ansaugkrümmers 14 unter Druck gesetzt wird, ist das Abgasrückführungssystem 10 angepasst, um in einem breiteren Bereich von Motorbetriebsbedingungen (d. h. bei hohen Belastungszuständen) zu arbeiten. Wie oben angegeben, existieren einige Motorbetriebsbedingungen, wie hohe Belastungszustände, wo die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Abgaskrümmer im Wesentlichen das Benutzen vieler herkömmlicher Abgasrückführungssysteme ohne teure und uneffiziente Drosselanordnungen entweder im Abgas- oder im Ansaugkrümmer, verhindert.
  • Wendet man sich nun Fig. 2 zu, wird eine alternative Ausführungsform des Abgasrückführungssystems 10 gezeigt. In vieler Hinsicht ist das Abgasrückführungssystem 10 aus Fig. 2 dem oben offenbarten ähnlich, mit Bezug auf Fig. 1, außer der Technik und der assoziierten Struktur zum Antreiben des umgelenkten Abgases vom Abgaskrümmer 16 zum Ansaugkrümmer 14. In der in Fig. 2 veranschaulichten Ausführung umfasst der Ansaugluftkreislauf einen Lufttrichter 52, der dem Luft/Luft- Nachkühler 20 und dem Turbolader 18 nachgeschaltet und dem Ansaugkrümmer 14 vorgeschaltet angeordnet ist. Die Abgasrückführungsleitung 34 leitet das Abgas vom Abgaskrümmer 16 zu einer Stelle, die sich nahe am Trichter des Lufttrichters 52 befindet, und ermöglicht dadurch, dass das Abgas mit niedrigerem Druck vom Abgaskrümmer 16 in den Ansaugkreislauf gezogen und dem Motor 12 mit der Ansaugluft zugeleitet wird. Da das Abgas, das vom Abgaskrümmer 16 umgeleitet wurde, abermals typischerweise unter dem des Ansaugkrümmers 14 unter vielen Motorbetriebsbedingungen unter Druck gesetzt wird, ist der Lufttrichter 52 angepasst, um die Druckdifferenz auszugleichen und es zu erlauben, dass das Abgasrückführungssystem 10 in einem breiteren Bereich von Motorbetriebsbedingungen (d. h. bei hohen Belastungszuständen) arbeitet.
  • Wendet man sich abermals Fig. 1 zu, kann ein Fachmann das bevorzugte Verfahren der Rückführung des Abgases, das mit der veranschaulichten Ausführungsform assoziiert ist, erkennen und verstehen. Allgemein gesagt, besteht das offenbarte Verfahren der Rückführung des Abgases aus folgenden Schritten: Rückführung eines ausgewählten Volumens von Abgas vom Abgaskrümmer 16 zum Ansaugkrümmer 14 über die Abgasrückführungsleitung 34; Umlenken eines Stroms kühler Ansaugluft, um den Motor 12 über eine Bypass-Leitung 36 zu umgehen; und Kühlen des rückgeführten Abgases in der Abgasrückführungsleitung 34, indem der umgelenkte Ansaugluftstrom und ein Wärmeaustauscher 46, der sich zwischen der Abgasrückführung und der Ansaugluft befindet, verwendet wird. Das Verfahren umfasst auch den Schritt des gleichzeitigen Erwärmens der Ansaugluft in der Bypass-Leitung 36, indem das rückgeführte Abgas verwendet wird. Die erwärmte Ansaugluft wird dem Abgaskrümmer 16 zugeleitet, wo sie verwendet wird, um das rückgeführte Abgas zu ersetzen. Die erwärmte Ansaugluft wird mit dem verbleibenden Abgas vereint und verwendet, um die Turbine 22 des Turboladers 18 anzutreiben.
  • Wendet man sich nun Fig. 3 zu, wird ein Funktionsblockdiagramm, das im Allgemeinen ein detaillierteres Verfahren zur Rückführung des Abgases in einem turboaufgeladenen Dieselmotor schildert, gezeigt. Es ist wichtig, zu beachten, dass, während die Beschreibung davon nun sequentiell erfolgt, viele der eigentlichen Funktionen, die im bevorzugten Prozess beinhaltet sind, gleichzeitig ausgeführt werden und nicht alle Schritte im vorliegenden Verfahren aussschlaggebend sind.
  • Berücksichtigt man das Vorangegangene, beinhaltet das geschilderte Verfahren folgende Schritte: (a) Empfangen frischer Ansaugluft 60 am Turbolader 18; (b) Verdichten der frischen Ansaugluft 60 mit dem Turbolader 18; (c) Schicken der verdichteten Ansaugluft 62 zum Luft/Luft- Nachkühler 20; (d) Kühlen der verdichteten Ansaugluft 62, indem der Luft/Luft-Nachkühler 20 verwendet wird, um gekühlte, verdichtete Ansaugluft 64 zu erzeugen; (e) Umlenken eines ausgewählten Volumens 66 der gekühlten, verdichteten Ansaugluft 64; (f) Weiterleiten der verbleibenden gekühlten, verdichteten Ansaugluft 68 zum Motor 12; und (g) Messen des Massenstroms der verbleibenden gekühlten, verdichteten Ansaugluft 68, die zum Motor 12 weitergeleitet wird, unter Verwendung eines Massenstromsensor 50.
  • Das bevorzugte Verfahren umfasst auch die Schritte des (h) Umlenkens eines ausgewählten Volumens von heißem Abgas 70 vom Abgaskrümmer 16 des Motors 12; (i) Reinigens des umgelenkten heißen Abgases 70, indem eine Partikelfalle 39 verwendet wird; (j) Kühlens des umgelenkten heißen Abgases 70, um gekühltes Abgas 72 zu erzeugen, während des gleichzeitigen Erwärmens des umgelenkten Volumens der Ansaugluft 66, um erwärmte Ansaugluft 74 zu erzeugen, unter Verwendung des Wärmeaustauschers 46; (k) Messens der Temperatur des gekühlten Abgases 72, unter Verwendung eines Temperatursensors 48; (l) Vereinens des gekühlten Abgases 72 mit der gekühlten, verdichteten Ansaugluft 68 des Motors nahe am Ansaugkrümmer 14; und (m) Weiterleitens des vereinten Ansaug-/Abgasrückführungsgases zum Motor 12. Gleichzeitig damit umfasst das bevorzugte Verfahren auch: (n) Ersetzen des heißen Abgases 70, das vom Abgaskrümmer 16 umgelenkt wird, mit der erwärmten Ansaugluft 74, und Vereinen der erwärmten Ansaugluft 74 mit jeglichem verbleibenden Abgas 76, um ein ausgewähltes Volumen der Abluft 78 zu bilden; (o) Antreiben einer abgasbetriebenen Turbine 22 des Turboladers 18 mit der Abluft 78; und (p) Weiterleiten der Abluft 78 zum Abgassystem, das mit dem Motor assoziiert ist.

Claims (20)

1. Ein Abgasrückführungssystem (10) in einem Verbrennungsmotor (12), der einen Ansaugkreislauf, einen Ansaugkrümmer (14) und einen Abgaskrümmer (16) aufweist, wobei der Ansaugkreislauf eine Ansaugluft-Druckvorrichtung (18) umfasst, wobei das Abgasrückführungssystem (10) aus Folgendem besteht:
einer Abgasrückführungsleitung (34) zum Umlenken eines Abgasstroms zu dem Ansaugkrümmer (14);
einer Ansaugluft-Bypass-Leitung (36), die in flüssiger Verbindung mit dem Ansaugkreislauf steht, um ein Strömen von Ansaugluft aus dem Ansaugkreislauf zu ermöglichen; und
einem Abgasrückführungskühler (38), der in betriebsbereitem Zusammenschluss mit der Abgasrückführungsleitung und der Ansaugluft-Bypass-Leitung (36) angeordnet ist und angepasst ist, um das Abgas in der Abgasrückführungsleitung (34) zu kühlen.
2. Abgasrückführungssystem (10) gemäß Anspruch 1, wobei der Abgasrückführungskühler (38) ferner angepasst ist, um die Ansaugluft in der Ansaugluft-Bypass-Leitung (36) zu erwärmen.
3. Abgasrückführungssystem (10) gemäß Anspruch 2, wobei die Ansaugluft-Druckvorrichtung (18) einen Kompressor (24) und eine gasbetriebene Turbine (22) umfasst, wobei die gasbetriebene Turbine (22) angepasst ist, um das Abgas von dem Abgaskrümmer (16) zusammen mit der erwärmten Ansaugluft von der Ansaugluft- Bypass-Leitung (36) zu empfangen und den Kompressor (24) anzutreiben, wodurch die Ansaugluft in dem Ansaugkreislauf unter Druck gesetzt wird.
4. Abgasrückführungssystem (10) gemäß Anspruch 3, wobei der Ansaugkreislauf ferner einen Luft/Luft-Nachkühler (20) umfasst, der zwischen dem Ansaugkrümmer (14) und dem Kompressor (24) zwischengeschaltet ist und mit diesem in flüssiger Verbindung steht, um die verdichtete Ansaugluft zu kühlen.
5. Abgasrückführungssystem (10) gemäß Anspruch 4, wobei die Ansaugluft-Bypass-Leitung (36) an einer Stelle, die dem Luft/Luft- Nachkühler (20) nachgeschaltet ist, in flüssiger Verbindung mit dem Ansaugkreislauf angeordnet ist, wobei die Ansaugluft-Bypass- Leitung (36) angepasst ist, um ein Strömen von Ansaugluft aus dem Ansaugkreislauf zu dem Abgaskrümmer (16) zu ermöglichen.
6. Abgasrückführungssystem (10) gemäß Anspruch 1, wobei der Abgasrückführungskühler (38) ein Wärmeaustauscher ist, um Wärme aus dem rückgeführten Abgas auf die Ansaugluft in der Ansaugluft-Bypass-Leitung (36) zu übertragen, wodurch das rückgeführte Abgas gekühlt wird und die Ansaugluft in der Ansaugluft-Bypass-Leitung (36) gleichzeitig erwärmt wird.
7. Abgasrückführungssystem (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Abgasrückführungsleitung (34) in flüssiger Verbindung mit dem Abgaskrümmer (16) angeordnet ist, um ein Strömen von Abgas aus dem Abgaskrümmer (16) zu dem Ansaugkrümmer (14) zu ermöglichen.
8. Abgasrückführungssystem (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Abgasrückführungsleitung (34) in flüssiger Verbindung mit einem oder mehreren Zylindern zum Treiben eines Abgasstroms von den Zylindern zu dem Ansaugkrümmer (14) angeordnet ist.
9. Abgasrückführungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Ansaugkreislauf ferner einen Lufttrichter (52), der sich der Ansaugluft-Druckvorrichtung (18) nachgeschaltet befindet, umfasst, und wobei die Abgasrückführungsleitung (34) mit dem Lufttrichter (52) in flüssiger Verbindung angeordnet ist, um einen Abgasstrom über den Lufttrichter (52) zu dem Ansaugkrümmer (14) zu treiben.
10. Abgasrückführungssystem (10) gemäß Anspruch 1, das ferner eine Partikelfalle (39) umfasst, die in betriebsbereitem Zusammenschluss mit der Abgasrückführungsleitung (34) angeordnet ist, um das rückgeführte Abgas zu reinigen.
11. Abgasrückführungssystem (10) gemäß Anspruch 1, das ferner ein oder mehrere Ventile (40) umfasst, um das Strömen von rückgeführtem Abgas in der Abgasrückführungsleitung (34) und das Strömen von umgelenkter Ansaugluft in der Ansaugluft- Bypass-Leitung (36) zu steuern.
12. Abgasrückführungssystem (10) gemäß Anspruch 11, das ferner einen Temperatursensor (48) umfasst, der entlang der Abgasrückführungsleitung (34) angeordnet ist und angepasst ist, um die Temperatur des gekühlten rückgeführten Abgases zu messen und als Reaktion darauf die Ventile (40) zu steuern.
13. Abgasrückführungssystem (10) gemäß Anspruch 11, das ferner einen Massenstromsensor (50) umfasst, der entlang des Ansaugkreislaufs angeordnet ist und angepasst ist, um das Massenstromverhältnis der verdichteten Ansaugluft, die nicht zur Ansaugluft-Bypass-Leitung (36) umgelenkt wird, zu messen und als Reaktion darauf die Ventile (40) zu steuern.
14. Ein Verfahren zum Rückführen von Abgas in einem Verbrennungsmotor (12), wobei der Motor (12) einen Ansaugkreislauf aufweist, der eine Ansaugluft-Druckvorrichtung (22), einen Ansaugkrümmer (14) und einen Abgaskrümmer (16) umfasst, wobei das Verfahren aus den folgenden Schritten besteht:
(a) Rückführen eines ausgewählten Volumens von Abgas zu dem Ansaugkrümmer (14) über eine Rückführungsleitung (34);
(b) Umlenken eines Stroms von Ansaugluft von dem Ansaugkreislauf über eine Bypass-Leitung (36); und
(c) Kühlen des rückgeführten Abgases in der Rückführungsleitung (34) unter Verwendung des Stroms umgelenkter Ansaugluft.
15. Verfahren zum Rückführen von Abgas gemäß Anspruch 14, das ferner aus dem Schritt des Erwärmens der Ansaugluft in der Bypass-Leitung unter Verwendung des rückgeführten Abgases besteht, wobei der Schritt des Erwärmens der Ansaugluft gleichzeitig mit dem Schritt des Kühlens des rückgeführten Abgases geschieht.
16. Verfahren zum Rückführen von Abgas gemäß Anspruch 15, wobei die Ansaugluft-Druckvorrichtung (22) eine gasbetriebene Turbine (22) und einen Kompressor (24) umfasst, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Antreibens der gasbetriebenen Turbine (22) mit jeglichem in dem Abgaskrümmer (16) verbliebenen Abgas zusammen mit der erwärmten Ansaugluft aus der Ansaugluft- Bypass-Leitung (36) umfasst, was wiederum den Kompressor (24) antreibt, wodurch die Ansaugluft in dem Ansaugkreislauf unter Druck gesetzt wird.
17. Verfahren zum Rückführen von Abgas gemäß Anspruch 16, das ferner aus dem Schritt des Kühlens der verdichteten Ansaugluft in dem Ansaugkreislauf vor dem Umlenken des Ansaugluftstroms aus dem Ansaugkreislauf über die Bypass-Leitung besteht.
18. Verfahren zum Rückführen von Abgas gemäß Anspruch 14, das ferner aus dem Schritt des Reinigens des rückgeführten Abgases vor dem Abkühlungsschritt besteht.
19. Verfahren zum Rückführen von Abgas gemäß Anspruch 14, das ferner aus dem Schritt des Messens des Massenstroms der verdichteten nicht umgelenkten Ansaugluft und des Steuerns eines Volumens von Ansaugluft, das umgelenkt wird, und eines Volumens von Abgas, das als Reaktion darauf rückgeführt wird, besteht.
20. Verfahren zum Rückführen von Abgas gemäß Anspruch 14, das ferner aus dem Schritt des Messens der Temperatur des gekühlten rückgeführten Abgases und des Steuerns eines Volumens von Ansaugluft, das umgelenkt wird, und eines Volumens von Abgas, das als Reaktion darauf rückgeführt wird, besteht.
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