WO2012136412A1 - Antriebssystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2012136412A1
WO2012136412A1 PCT/EP2012/053304 EP2012053304W WO2012136412A1 WO 2012136412 A1 WO2012136412 A1 WO 2012136412A1 EP 2012053304 W EP2012053304 W EP 2012053304W WO 2012136412 A1 WO2012136412 A1 WO 2012136412A1
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exhaust gas
exhaust
air
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PCT/EP2012/053304
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Wilhelm Blumendeller
Thomas Bleile
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a drive system for a motor vehicle, with an internal combustion engine, with an air and exhaust system having at least one throttle, with an exhaust gas recirculation, which is fluidically connected at two connection points with the air and exhaust system, and with a measuring device, which is adapted to detect an atmospheric pressure, to detect a gas pressure at a measuring point within the air and exhaust system, and a differential pressure in
  • the measuring point is fluidly arranged between the throttle and the internal combustion engine and in a region of one of the connection points.
  • the present invention relates to a method for operating a
  • exhaust gas recirculation In the field of automotive drive systems having an internal combustion engine, it is well known to provide exhaust gas recirculation. These are used to reduce emissions. Optimal control of exhaust gas recirculation is essential for achieving legally prescribed emission levels.
  • the exhaust gas recirculation removes exhaust gas at a connection point from an air and exhaust system of the drive system. This connection point is thus designed as a removal point and is fluidically after the internal combustion engine.
  • the exhaust gas is guided through a cooler in the exhaust gas recirculation and cooled down there.
  • the exhaust gas recirculation on a return throttle which can control a mass flow of exhaust gas in the exhaust gas recirculation.
  • a differential pressure is determined, which is generated by the throttle. Based on the differential pressure, the mass flow can be determined and adjusted by setting the throttle.
  • exhaust gas recirculation There are two types of exhaust gas recirculation known, exhaust gas recirculation in a low pressure region and exhaust gas recirculation in a high pressure region of the air and exhaust system. If the drive system has no turbocharger, then the entire air and
  • the high pressure area is the area of air and
  • the differential pressure can be determined very simply and accurately, since large pressure differences occur, which can be sensed easily.
  • the pressure differences are small, so that detection of the pressure difference is made more difficult. It is an accurate
  • the differential pressure sensor has for this purpose a suitable sensor. Due to the relative detection this has the possibility to make good use of its measuring range. In addition, there is the possibility that an offset adaptation can be performed at a mass flow of zero. The disadvantage, however, is that at the measuring points very high temperatures can prevail due to the hot exhaust gas, which can lead to damage to the sensor. Therefore, a complex piping in the region of the sampling point is required to protect the differential pressure sensor, which should protect the sensor from damage due to heat.
  • the object of the invention is to provide an alternative solution for detecting the
  • the object is achieved by a drive system and a method of the type mentioned.
  • the invention is based on the finding that the pressure difference in the exhaust gas recirculation in a low-pressure region substantially from the atmospheric pressure and the
  • a measuring range of the measuring device is optimally utilized.
  • the measurement of absolute pressures is not necessary.
  • the atmospheric pressure can be detected directly in an engine compartment. For example, by an "open" connection of the measuring device.
  • the advantage here is that no measuring point within the air and exhaust system is required for the atmospheric pressure and thus the corresponding measuring point can be saved with the piping from the prior art. This leads to an economic recording of the
  • the gas pressure is also measured on a measuring parts, which is thermally uncritical, since it leads only a relatively cool gas. In other words, there is a relatively low temperature at the measuring points, so that damage due to the action of heat on the measuring device is avoided. This in turn means that the costly piping can be saved, thereby further reducing the design effort. This results in an even more economical detection of the differential pressure.
  • a measuring parts which is thermally uncritical, since it leads only a relatively cool gas. In other words, there is a relatively low temperature at the measuring points, so that damage due to the action of heat on the measuring device is avoided. This in turn means that the costly piping can be saved, thereby further reducing the design effort. This results in an even more economical detection of the differential pressure.
  • an internal combustion engine both diesel engines and gasoline engines are conceivable.
  • the air and exhaust system has two parts, an air supply and a
  • the air supply directs fresh air from the environment to the
  • connection points of the exhaust gas recirculation is as
  • Feed point formed which is arranged in the air supply. At the feed point recirculated exhaust gas is mixed with fresh air. Subsequently, this mixture is continued to the internal combustion engine.
  • the exhaust gas outlet discharges exhaust gas from the internal combustion engine to the environment and in this case typically has cleaning elements such as a particulate filter and / or catalytic converter as well as a silencer.
  • One of the connection points of the exhaust gas recirculation is designed as a removal point, which is arranged in the exhaust gas outlet.
  • the throttle is a
  • Fresh air throttle and one of the connection points is formed as a supply point, which is arranged between the fresh air throttle and the internal combustion engine.
  • the measuring point and the throttle are fluidically arranged in front of the internal combustion engine in the air supply. This results in a Pressure equilibrium in the area of the measuring point, which results from a position of the throttle and a pressure from the exhaust gas recirculation.
  • an air filter can be used in the air supply. Then the pressure in the air supply is also affected by the unknown condition of the air filter (such as
  • This arrangement has the advantage that the measuring point is arranged in a cool area, which is constantly cooled by the fresh air. The heat of the supplied exhaust gas is thereby reduced, so that the measuring device is particularly well protected from the effects of heat.
  • the gas pressure in the exhaust gas recirculation (after a return throttle) is detected due to the equilibrium.
  • the pressure at the removal point substantially corresponds to the atmospheric pressure, so that here the differential pressure is a measure of the pressure difference in the exhaust gas recirculation.
  • the measuring point is arranged between the fresh air throttle and the feed point.
  • the measuring point is arranged in terms of flow in front of the feed point. This has the advantage that the measuring point is arranged in a particularly cool region through which mainly fresh air flows. It is thereby prevented that a heating of the fresh air by the exhaust gas from the supply point can act on the measuring device.
  • throttle is an exhaust throttle and one of the connection points is designed as a removal point, which is arranged between the exhaust throttle and the internal combustion engine.
  • the measuring point and the throttle are arranged fluidically after the internal combustion engine in the exhaust gas discharge. This results in a pressure equilibrium in the region of the measuring point, which results from a position of the throttle and by a pressure from the internal combustion engine.
  • This arrangement has the advantage that the measuring point is arranged in a cooler region than in the prior art.
  • the gas pressure in the exhaust gas recirculation (before a return throttle) is detected due to the equilibrium.
  • the pressure at the supply point here corresponds essentially to the atmospheric pressure, so that here too the differential pressure is a measure of the pressure difference in the exhaust gas recirculation.
  • the measuring point is arranged between the exhaust throttle and the removal point.
  • the measuring point is fluidically after
  • Removal point arranged. This has the advantage that the exhaust gas can continue to cool down to the measuring point, which further reduces the effect of heat on the measuring device.
  • the air and exhaust system to a turbocharger, wherein the connection points are arranged in a low pressure region.
  • the drive system includes a turbocharger with a turbine and a compressor.
  • the turbocharger defines one
  • High pressure area and a low pressure area in the air and exhaust system are arranged in the flow direction between the compressor and the turbine.
  • the low-pressure region is arranged in the flow direction upstream of the compressor and downstream of the turbine.
  • the exhaust gas recirculation thus leads around the turbocharger, since the connection points are arranged in the low-pressure region.
  • the use of the turbocharger causes the exhaust gas from the turbine particularly hot and at the same time the pressure difference in the
  • the drive system has a control and evaluation unit, which is designed to control a mass flow of exhaust gas in the exhaust gas recirculation as a function of the differential pressure.
  • the measuring device determined.
  • the measuring device can determine the differential pressure directly and transmit it to the control and evaluation unit.
  • control and evaluation unit may be part of the measuring device.
  • individual absolute pressures for the gas pressure and the atmospheric pressure can be determined by suitable sensors and transmitted to the control and evaluation unit. This determines the differential pressure by subtraction on the basis of the absolute pressures.
  • the control and evaluation unit also interacts with a return throttle.
  • the return throttle is arranged in the exhaust gas recirculation and thus serves as an actuator.
  • control and evaluation, the return throttle and the measuring device form a mass flow controller for the recirculated exhaust gas, which is very economical to use and allows a very high control quality.
  • the measuring device is a differential pressure sensor.
  • a differential pressure sensor is used as the measuring device.
  • the differential pressure sensor directly determines the differential pressure so that a measuring range of the differential pressure sensor is optimally utilized. The measurement of absolute pressures is thus avoided.
  • Measuring range is increased compared to a measurement of absolute pressures.
  • Fig. 1 shows in schematic form an inventive drive system
  • Fig. 1 is a drive system for a motor vehicle in its entirety with the
  • the drive system 10 has an internal combustion engine 12, an air and exhaust system 14 and a high pressure exhaust gas recirculation 16 and an exhaust gas recirculation 18 in a low pressure region.
  • the drive system 10 has a differential pressure sensor 20 and a control and evaluation unit 22.
  • the air and exhaust system 14 has an air supply 24 through which the fresh air 26 is sucked.
  • the fresh air 26 is passed via an intake pipe 28 to an air filter 30.
  • the fresh air 26 flows from the air filter 30 through a conduit 32 to a
  • Fresh air throttle 34 Starting from the fresh air throttle 34, the fresh air 26 flows into a further line 36, which has a feed point 38.
  • the feed point 38 is a mouth of the exhaust gas recirculation 18 in the air supply 24. From the supply 38, exhaust gas flows into the line 36th
  • the air supply 24 is fluidically connected to a turbocharger 40.
  • the turbocharger 40 includes a compressor 42 and a turbine 44.
  • the compressor 42 and the turbine 44 are coupled to each other via a shaft, not shown here for torque transmission.
  • the compressor 40 takes a fresh air / exhaust gas mixture from the line 36 and compresses it.
  • the compressed fresh air / exhaust gas mixture is passed via a line 46 to the internal combustion engine 12.
  • a Hochdruckzubowstelle 48 is arranged within the conduit 46.
  • Hochdruckdrucklochstelle 48 is an opening of the high-pressure exhaust gas recirculation 16 in the line 46. From the high-pressure feed point 48 further exhaust gas flows into the line 46th
  • the internal combustion engine 12 discharges exhaust gas via a line 50 to the turbine 44 after ignition. This has a high-pressure extraction point 52.
  • High pressure tapping point 52 to the high pressure feed point 48 runs the
  • High pressure exhaust gas recirculation 16 This removes via a line 56 exhaust gas from the high pressure extraction point 52.
  • the line 56 opens into a cooler 58, which cools the exhaust gas.
  • the exhaust gas flows via a line 60 through a high-pressure return throttle 62.
  • the exhaust gas is conducted via the line 50 on to the turbine 44.
  • the turbine 44 reduces the pressure of the exhaust gas and thus drives the compressor 32.
  • the expanded exhaust gas is passed on via a line 68 to a particulate filter 70.
  • the particulate filter 70 cleans the exhaust gas.
  • the thus purified exhaust gas flows via a further line 72 to a removal point 74. From the removal point 74 to the feed point 38 runs the
  • the line 78 opens into a cooler 80 which cools the exhaust gas. Starting from the radiator 80, the exhaust gas flows through a line 82 through a
  • Return throttle 84 In the return throttle 84, a mass flow of the exhaust gas is limited and forwarded via the line 86 to the feed point 38.
  • Silencer 90 Starting from the muffler 90, the exhaust gas is discharged via an exhaust gas outlet 92, which is shown here in the form of a block arrow 94.
  • the differential pressure sensor 20 is connected via a measuring line 96 at a measuring point 98 with the air supply 24 to detect a gas pressure in the line 36.
  • the measuring parts 98 is arranged in terms of flow in front of the feed point 38.
  • the differential pressure sensor 20 a second measuring line 100, the
  • Atmospheric pressure is open.
  • the measurement of the pressure takes place by means of appropriate sensors within the
  • Differential pressure sensor 20 which detect a relative pressure, ie a differential pressure directly.
  • the differential pressure thus results directly from the gas pressure at the measuring point 98 and the atmospheric pressure.
  • the differential pressure sensor 20 is connected via a signal line 102 to the control and
  • Evaluation unit 22 signal connected.
  • the control and evaluation unit 22 thus receives a value of the differential pressure. Based on this value, it regulates a position of the feedback throttle 84 so that a mass flow regulator results. In this way, it is possible that the exhaust gas mass flow is controlled within the exhaust gas recirculation 18.
  • Fig. 1 another embodiment is shown in dashed form. The dashed-line elements replace the corresponding solid lines
  • an exhaust throttle 34 ' is provided in the conduit 72.
  • the gas pressure in the line 72 at a measuring point 98 ' is detected by a differential pressure sensor 20' via a measuring line 96 ', which is arranged between the removal point 74 and the exhaust throttle 34'.
  • Differential pressure sensor 20 ' also has a further measuring line 100', which is open relative to the atmospheric pressure.
  • the differential pressure sensor 20 ' is signal-connected via a signal line 102' to a control and evaluation unit 22 '.
  • the control and evaluation unit 22 'thus receives a value of the differential pressure. Based on this value, it regulates a position of the feedback throttle 84, so that an alternative mass flow regulator results. In this way, it is possible that the exhaust gas mass flow is controlled within the exhaust gas recirculation 18.
  • the arrangement of the measuring points 98 and 98 ' makes it possible that the overall construction of the drive system 10 and in particular the air and exhaust system 14 is simplified, in particular, that can be dispensed consuming piping. At the same time the measuring accuracy is maintained. This in turn leads to an economical and highly accurate control of the mass flow with constructive advantages.

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Abstract

Antriebssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (12), mit einer Luft- und Abgasanlage (14), die mindestens eine Drossel (34, 34') aufweist, mit einer Abgasrückführung (18), die an zwei Verbindungsstellen (38, 74) mit der Luft- und Abgasanlage (14) strömungstechnisch verbunden ist, und mit einer Messvorrichtung (20, 20'), die dazu ausgebildet ist einen Atmosphärendruck zu erfassen, einen Gasdruck an einer Messstelle (98, 98') innerhalb der Luft- und Abgasanlage (14) zu erfassen, und einen Differenzdruck in Abhängigkeit des Gasdrucks und des Atmosphärendrucks zu ermitteln, wobei die Messstelle (98, 98') strömungstechnisch zwischen der Drossel (34, 34') und der Brennkraftmaschine (12) und in einem Bereich einer der Verbindungsstellen (38, 74) angeordnet ist.

Description

Beschreibung Titel
Antriebssvstem für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, mit einer Luft- und Abgasanlage, die mindestens eine Drossel aufweist, mit einer Abgasrückführung, die an zwei Verbindungsstellen mit der Luft- und Abgasanlage strömungstechnisch verbunden ist, und mit einer Messvorrichtung, die dazu ausgebildet ist einen Atmosphärendruck zu erfassen, einen Gasdruck an einer Messstelle innerhalb der Luft- und Abgasanlage zu erfassen, und einen Differenzdruck in
Abhängigkeit des Gasdrucks und des Atmosphärendrucks zu ermitteln, wobei die Messstelle strömungstechnisch zwischen der Drossel und der Brennkraftmaschine und in einem Bereich einer der Verbindungsstellen angeordnet ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines
Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, mit einer Luft- und Abgasanlage, die eine Drossel aufweist, mit einer Abgasrückführung, die an zwei
Verbindungsstellen mit der Luft- und Abgasanlage strömungstechnisch verbunden ist, mit den Schritten:
- Erfassen eines Atmosphärendrucks,
- Erfassen eines Gasdrucks innerhalb der Luft- und Abgasanlage, wobei der Gasdruck strömungstechnisch zwischen der Drossel und der Brennkraftmaschine und in einem
Bereich einer der Verbindungsstellen erfasst wird, und
- Ermitteln eines Differenzdrucks in Abhängigkeit des Gasdrucks und des
Atmosphärendrucks.
Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge, die eine Brennkraftmaschine aufweisen, ist es allgemein bekannt, eine Abgasrückführung vorzusehen. Diese werden eingesetzt um Emissionen zu verringern. Eine optimale Regelung der Abgasrückführung ist wesentlich zur Erreichung von gesetzlich vorgeschriebenen Emissionswerten. Die Abgasrückführung entnimmt Abgas an einer Verbindungsstelle aus einer Luft- und Abgasanlage des Antriebssystems. Diese Verbindungsstelle ist somit als Entnahmestelle ausgebildet und befindet sich strömungstechnisch nach der Brennkraftmaschine. Das Abgas wird durch einen Kühler in der Abgasrückführung geführt und dort abgekühlt. Weiter weist die Abgasrückführung eine Rückführdrossel auf, die einen Massenstrom an Abgas in der Abgasrückführung steuern kann. Zur Regelung des Massenstroms wird ein Differenzdruck ermittelt, der durch die Drossel erzeugt wird. Anhand des Differenzdrucks kann der Massenstrom bestimmt und durch stellen der Drossel angepasst werden.
Es sind zwei Arten von Abgasrückführungen bekannt, eine Abgasrückführung in einem Niederdruckbereich und eine Abgasrückführung in einem Hochdruckbereich der Luft- und Abgasanlage. Weist das Antriebssystem keinen Turbolader auf, dann ist die gesamte Luft- und
Abgasanlage typischerweise als Niederdruckbereich ausgebildet. Weist das
Antriebssystem einen Turbolader auf, dann definiert dieser den Hochdruckbereich und den Niederdruckbereich. Der Hochdruckbereich ist der Bereich der Luft- und
Abgasanlage, in dem Luft oder Abgas durch Einwirkung des Turboladers komprimiert wird. Der Niederdruckbereich liegt dann in dem Teil der Luft- und Abgasanlage vor, der außerhalb des Turboladers liegt.
Bei Antriebssystemen mit einem Turbolader werden heute auch beide Arten von
Abgasrückführungen parallel eingesetzt.
Bei einer Abgasrückführung im Hochdruckbereich kann der Differenzdruck sehr einfach und genau ermittelt werden, da große Druckdifferenzen auftreten, welche sich einfach sensorisch erfassen lassen. Bei einer Abgasrückführung im Niederdruckbereich sind die Druckdifferenzen gering, sodass eine Erfassung der Druckdifferenz erschwert wird. Dabei ist eine genaue
Erfassung der Druckdifferenz notwendig, da der Massenstrom in dieser Abgasrückführung sehr sensitiv auf Änderungen der Druckdifferenz reagiert. Es ist daher bekannt, diese Druckdifferenz mit einem geeigneten Differenzdrucksensor zu messen. Hierzu wird ein Abgasdruck an einer ersten Messstelle im Bereich der Entnahmestelle vor der Rückführdrossel erfasst. Zudem wird ein weiterer Abgasdruck an einer zweiten Messstelle in einem Bereich innerhalb der Abgasrückführung nach der Rückführdrossel erfasst. Der Differenzdrucksensor ermittelt automatisch die
Druckdifferenz, indem die beiden Drücke relativ zueinander gemessen werden. Der Differenzdrucksensor weist hierzu eine geeignete Sensorik auf. Diese hat aufgrund der relativen Erfassung die Möglichkeit, ihren Messbereich gut auszunutzen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass bei einem Massenstrom von Null eine Offsetadaption durchgeführt werden kann. Nachteilig ist jedoch, dass an den Messstellen sehr hohe Temperaturen aufgrund des heißen Abgases herrschen können, was zu einer Beschädigung der Sensorik führen kann. Daher wird zum Schutz des Differenzdrucksensors eine aufwändige Verrohrung im Bereich der Entnahmestelle benötigt, die die Sensorik vor einer Beschädigung durch Hitzeeinwirkung schützen soll.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Lösung für eine Erfassung der
Druckdifferenz in der Abgasrückführung bereitzustellen, welche eine wirtschaftliche Erfassung der Druckdifferenz ermöglicht und gleichzeitig die Messgüte beibehält.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch ein Antriebssystem und ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Druckdifferenz in der Abgasrückführung in einem Niederdruckbereich im Wesentlichen von dem Atmosphärendruck und dem
Gasdruck zwischen der Drossel und der Brennkraftmaschine abhängt. Es kann somit ein Relativdruck zwischen diesen beiden Drücken gemessen werden, wodurch in
vorteilhafterweise ein Messbereich der Messvorrichtung optimal ausgenutzt wird. Die Messung von Absolutdrücken ist nicht notwendig. Somit wird eine hohe Messgenauigkeit gewährleistet. Der Atmosphärendruck kann direkt in einem Motorraum erfasst werden. Beispielsweise durch einen "offenen" Anschluss der Messvorrichtung. Vorteilhaft hierbei ist, dass für den Atmosphärendruck keine Messstelle innerhalb der Luft- und Abgasanlage benötigt wird und damit die entsprechende Messstelle mit der Verrohrung aus dem Stand der Technik eingespart werden kann. Dies führt zu einer wirtschaftlichen Erfassung des
Differenzdrucks.
Der Gasdruck wird zudem an einer Messteile gemessen, die thermisch unkritisch ist, da sie nur ein relativ kühles Gas führt. In anderen Worten, an den Messstellen herrscht eine relativ geringe Temperatur, so dass Beschädigungen durch Hitzeeinwirkung an der Messvorrichtung vermieden werden. Dies führt wiederum dazu, dass die aufwändige Verrohrung eingespart werden kann, wodurch sich der konstruktive Aufwand weiter verringert. Somit ergibt sich eine noch wirtschaftlichere Erfassung des Differenzdrucks. Als Brennkraftmaschine sind sowohl Dieselmotoren als auch Ottomotoren denkbar.
Die Luft- und Abgasanlage weist zwei Teile auf, eine Luftzuführung und eine
Abgasabführung. Die Luftzuführung leitet Frischluft aus der Umwelt zu der
Brennkraftmaschine. Eine der Verbindungsstellen der Abgasrückführung ist als
Zuführstelle ausgebildet, die in der Luftzuführung angeordnet ist. An der Zuführstelle wird rückgeführtes Abgas mit Frischluft vermischt. Anschließend wird dieses Gemisch an die Brennkraftmaschine weitergeführt.
Die Abgasabführung leitet Abgas von der Brennkraftmaschine an die Umwelt ab und weist hierbei typischerweise Reinigungselemente wie einen Partikelfilter und/oder Katalysator sowie einen Schalldämpfer auf. Eine der Verbindungsstellen der Abgasrückführung ist als Entnahmestelle ausgebildet, die in der Abgasabführung angeordnet ist. An der
Entnahmestelle wird Abgas entnommen und durch die Abgasrückführung zu der
Zuführstelle geleitet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Drossel eine
Frischluftdrossel und eine der Verbindungsstellen ist als Zuführstelle ausgebildet, die zwischen der Frischluftdrossel und der Brennkraftmaschine angeordnet ist. In dieser Ausführungsform sind die Messstelle und die Drossel strömungstechnisch vor der Brennkraftmaschine in der Luftzuführung angeordnet. Dabei ergibt sich ein Druckgleichgewicht im Bereich der Messstelle, der von einer Stellung der Drossel und durch einen Druck aus der Abgasrückführung resultiert.
Zudem kann in der Luftzuführung ein Luftfilter eingesetzt werden. Dann wird der Druck in der Luftzuführung auch durch den unbekannten Zustand des Luftfilters (wie
beispielsweise bei Schneebewurf) beeinflusst.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Messstelle in einem kühlen Bereich angeordnet ist, der durch die Frischluft stetig gekühlt wird. Die Wärme des zugeführten Abgases wird dadurch vermindert, sodass die Messvorrichtung besonders gut vor der Hitzeeinwirkung geschützt ist.
Gleichzeitig wird der Gasdruck in der Abgasrückführung (nach einer Rückführdrossel) aufgrund des Gleichgewichts erfasst. Der Druck an der Entnahmestelle entspricht im Wesentlichen dem Atmosphärendruck, sodass hier der Differenzdruck ein Maß für die Druckdifferenz in der Abgasrückführung ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Messstelle zwischen der Frischluftdrossel und der Zuführstelle angeordnet.
In dieser Ausführungsform ist die Messstelle strömungstechnisch vor der Zuführstelle angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Messstelle in einem besonders kühlen Bereich angeordnet ist, durch den hauptsächlich Frischluft strömt. Es wird dadurch verhindert, dass eine Erwärmung der Frischluft durch das Abgas aus der Zuführstelle auf die Messeinrichtung wirken kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist Drossel eine Abgasdrossel und eine der Verbindungsstellen ist als Entnahmestelle ausgebildet, die zwischen der Abgasdrossel und der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform sind die Messstelle und die Drossel strömungstechnisch nach der Brennkraftmaschine in der Abgasabführung angeordnet. Dabei ergibt sich ein Druckgleichgewicht im Bereich der Messstelle, der von einer Stellung der Drossel und durch einen Druck aus der Brennkraftmaschine resultiert. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Messstelle in einem kühleren Bereich angeordnet ist, als im Stand der Technik.
Gleichzeitig wird der Gasdruck in der Abgasrückführung (vor einer Rückführdrossel) aufgrund des Gleichgewichts erfasst. Der Druck an der Zuführstelle entspricht hier im Wesentlichen dem Atmosphärendruck, sodass auch hier der Differenzdruck ein Maß für die Druckdifferenz in der Abgasrückführung ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messstelle zwischen der Abgasdrossel und der Entnahmestelle angeordnet.
In dieser Ausführungsform ist die Messstelle strömungstechnisch nach der
Entnahmestelle angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass sich das Abgas bis zur Messstelle weiter abkühlen kann, wodurch die Hitzeeinwirkung auf die Messeinrichtung weiter verringert wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Luft- und Abgasanlage einen Turbolader auf, wobei die Verbindungsstellen in einem Niederdruckbereich angeordnet sind.
In dieser Ausführungsform weist das Antriebssystem einen Turbolader mit einer Turbine und einem Verdichter auf. Wie eingangs erwähnt, definiert der Turbolader einen
Hochdruckbereich und einen Niederdruckbereich in der Luft- und Abgasanlage. Der Hochdruckbereich ist in Strömungsrichtung zwischen dem Verdichter und der Turbine angeordnet. Der Niederdruckbereich ist in Strömungsrichtung vor dem Verdichter und nach der Turbine angeordnet.
Die Abgasrückführung führt somit um den Turbolader herum, da die Verbindungsstellen im Niederdruckbereich angeordnet sind. Der Einsatz des Turboladers führt dazu, dass das Abgas aus der Turbine besonders heiß und gleichzeitig die Druckdifferenz in der
Abgasrückführung besonders niedrig ist. Die vorgesehene Anordnung der Messstelle führt hier zu einem besonders großen Schutz der Messeinrichtung vor Hitze, wobei gleichzeitig besonders aufwändige Verrohrungen vermieden werden. Hieraus ergibt sich eine besonders hohe Wrtschaftlichkeit durch die Erfindung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Antriebssystem eine Steuer- und Auswerteeinheit auf, die dazu ausgebildet ist einen Massenstrom von Abgas in der Abgasrückführung in Abhängigkeit des Differenzdrucks zu regeln. In dieser Ausführungsform wird der Massenstrom in der Abgasrückführung in
Abhängigkeit des Differenzdrucks geregelt. Hierzu wird der Differenzdruck in der
Messeinrichtung ermittelt. Die Messeinrichtung kann hierbei den Differenzdruck direkt ermitteln und an die Steuer- und Auswerteeinheit übermitteln. In weiteren
Ausführungsformen kann die Steuer- und Auswerteeinheit ein Teil der Messeinrichtung sein. Dabei können einzelne Absolutdrücke für den Gasdruck und den Atmosphärendruck durch geeignete Sensoren ermittelt und an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt werden. Diese bestimmt anhand der Absolutdrücke den Differenzdruck durch Subtraktion.
Die Steuer- und Auswerteeinheit wirkt zudem mit einer Rückführdrossel zusammen. Die Rückführdrossel ist in der Abgasrückführung angeordnet und dient somit als Stellglied.
Vorteilhaft hierbei ist es, dass die Steuer- und Auswerteeinheit, die Rückführdrossel und die Messeinrichtung einen Massestromregler für das rückgeführte Abgas bilden, der sehr wirtschaftlich einsetzbar ist und eine sehr hohe Regelgüte ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung ein Differenzdrucksensor.
In dieser Ausführungsform wird als Messvorrichtung ein Differenzdrucksensor eingesetzt. Der Differenzdrucksensor ermittelt direkt den Differenzdruck, sodass ein Messbereich des Differenzdrucksensors optimal ausgenutzt wird. Die Messung von Absolutdrücken wird somit vermieden.
Vorteilhaft hierbei ist es, dass die Messgenauigkeit durch das Ausnutzen des
Messbereichs gegenüber einer Messung von Absolutdrücken erhöht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt in schematischer Form ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mit
Brennkraftmaschine. Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. 1 ist ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug in seiner Gesamtheit mit der
Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das Antriebssystem 10 weist eine Brennkraftmaschine 12, eine Luft- und Abgasanlage 14 sowie eine Hochdruckabgasrückführung 16 und eine Abgasrückführung 18 in einem Niederdruckbereich auf. Zudem weist das Antriebssystem 10 einen Differenzdrucksensor 20 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 22 auf. Die Luft- und Abgasanlage 14 besitzt eine Luftzuführung 24, über die die Frischluft 26 ansaugt wird. Die Frischluft 26 wird über ein Ansaugrohr 28 zu einem Luftfilter 30 geleitet. Die Frischluft 26 strömt von dem Luftfilter 30 durch eine Leitung 32 zu einer
Frischluftdrossel 34. Ausgehend von der Frischluftdrossel 34 strömt die Frischluft 26 in eine weitere Leitung 36, die eine Zuführstelle 38 aufweist. Die Zuführstelle 38 ist eine Mündung der Abgasrückführung 18 in die Luftzuführung 24. Aus der Zuführstelle 38 strömt Abgas in die die Leitung 36.
Über die Leitung 36 ist die Luftzuführung 24 mit einem Turbolader 40 strömungstechnisch verbunden. Der Turbolader 40 weist einen Verdichter 42 und eine Turbine 44 auf. Der Verdichter 42 und die Turbine 44 sind über eine hier nicht dargestellte Welle miteinander für eine Drehmomentübertragung gekoppelt. Der Verdichter 40 entnimmt ein Frischluft- /Abgasgemisch aus der Leitung 36 und verdichtet dieses. Das verdichtete Frischluft- /Abgasgemisch wird über eine Leitung 46 an die Brennkraftmaschine 12 geleitet. Innerhalb der Leitung 46 ist eine Hochdruckzuführstelle 48 angeordnet. Die
Hochdruckzuführstelle 48 ist eine Mündung der Hochdruckabgasrückführung 16 in die Leitung 46. Aus der Hochdruckzuführstelle 48 strömt weiteres Abgas in die die Leitung 46.
Die Brennkraftmaschine 12 führt nach einer Zündung Abgas über eine Leitung 50 zu der Turbine 44 ab. Diese weist eine Hochdruckentnahmestelle 52 auf. Von der
Hochdruckentnahmestelle 52 zu der Hochdruckzuführstelle 48 verläuft die
Hochdruckabgasrückführung 16. Diese entnimmt über eine Leitung 56 Abgas aus der Hochdruckentnahmestelle 52. Die Leitung 56 mündet in einem Kühler 58, der das Abgas abkühlt. Ausgehend vom Kühler 58 strömt das Abgas über eine Leitung 60 durch eine Hochdruckrückführdrossel 62. In der Hochdruckrückführdrossel 62 wird ein Massenstrom des Abgases beschränkt und über die Leitung 64 an die Hochdruckzuführstelle 48 weitergeleitet.
Ausgehend von der Hochdruckentnahmestelle 52 wird das Abgas über die Leitung 50 weiter zu der Turbine 44 geführt. Die Turbine 44 verringert den Druck des Abgases und treibt damit den Verdichter 32 an. Ausgehend von der Turbine 44 wird das entspannte Abgas über eine Leitung 68 an einen Partikelfilter 70 weitergeleitet. Der Partikelfilter 70 reinigt das Abgas. Das so gereinigte Abgas strömt über eine weitere Leitung 72 zu einer Entnahmestelle 74. Von der Entnahmestelle 74 zu der Zuführstelle 38 verläuft die
Abgasrückführung 18. Diese entnimmt über eine Leitung 78 Abgas aus der
Entnahmestelle 74. Die Leitung 78 mündet in einem Kühler 80 der das Abgas abkühlt. Ausgehend vom Kühler 80 strömt das Abgas über eine Leitung 82 durch eine
Rückführdrossel 84. In der Rückführdrossel 84 wird ein Massenstrom des Abgases beschränkt und über die Leitung 86 an die Zuführstelle 38 weitergeleitet.
Ausgehend von der Entnahmestelle 74 verläuft die Leitung 72 weiter zu einem
Schalldämpfer 90. Ausgehend von dem Schalldämpfer 90 wird das Abgas über einen Abgasauslass 92 abgegeben, was hier in Form eines Blockpfeils 94 dargestellt ist. Der Differenzdrucksensor 20 ist über eine Messleitung 96 an einer Messstelle 98 mit der Luftzuführung 24 verbunden, um einen Gasdruck in der Leitung 36 zu erfassen. Die Messteile 98 ist dabei strömungstechnisch vor der Zuführstelle 38 angeordnet. Zudem weist der Differenzdrucksensor 20 eine zweite Messleitung 100 auf, die zum
Atmosphärendruck hin geöffnet ist.
Die Messung des Drucks erfolgt mittels entsprechender Sensoren innerhalb des
Differenzdrucksensors 20, wobei diese einen relativen Druck, also einen Differenzdruck direkt erfassen. Der Differenzdruck ergibt sich somit direkt aus dem Gasdruck an der Messstelle 98 und dem Atmosphärendruck.
Der Differenzdrucksensor 20 ist über eine Signalleitung 102 mit der Steuer- und
Auswerteeinheit 22 signaltechnisch verbunden. Die Steuer- und Auswerteeinheit 22 erhält so einen Wert des Differenzdrucks. Sie regelt anhand dieses Wertes eine Stellung der Rückführdrossel 84, sodass sich ein Massenstromregler ergibt. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Abgasmassenstrom innerhalb der Abgasrückführung 18 geregelt wird. ln Fig. 1 ist eine weitere Ausführungsform in gestrichelter Form dargestellt. Die gestrichelt dargestellten Elemente ersetzen die entsprechenden durchgehend dargestellten
Elemente.
In dieser Ausführungsform ist eine Abgasdrossel 34' in der Leitung 72 vorgesehen. Zur Bestimmung des Differenzdrucks wird der Gasdruck in der Leitung 72 an einer Messstelle 98' von einem Differenzdrucksensor 20' über eine Messleitung 96' erfasst, die zwischen der Entnahmestelle 74 und der Abgasdrossel 34' angeordnet ist. Der
Differenzdrucksensor 20' weist zudem eine weitere Messleitung 100' auf, die gegenüber dem Atmosphärendruck geöffnet ist.
Der Differenzdrucksensor 20' ist über eine Signalleitung 102' mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 22' signaltechnisch verbunden. Die Steuer- und Auswerteeinheit 22' erhält so einen Wert des Differenzdrucks. Sie regelt anhand dieses Wertes eine Stellung der Rückführdrossel 84, sodass sich ein alternativer Massenstromregler ergibt. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Abgasmassenstrom innerhalb der Abgasrückführung 18 geregelt wird.
Die Anordnung der Messstellen 98 und 98' ermöglicht es, dass die Gesamtkonstruktion des Antriebssystems 10 und insbesondere der Luft- und Abgasanlage 14 vereinfacht ist, insbesondere, dass auf aufwändige Verrohrungen verzichtet werden kann. Gleichzeitig wird die Messgenauigkeit beibehalten. Dies führt wiederum zu einer wirtschaftlichen und hochgenauen Regelung des Massenstroms bei konstruktiven Vorteilen.

Claims

Ansprüche 1. Antriebssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (12), mit einer Luft- und Abgasanlage (14), die mindestens eine Drossel (34, 34') aufweist, mit einer Abgasrückführung (18), die an zwei Verbindungsstellen (38, 74) mit der Luft- und Abgasanlage (14) strömungstechnisch verbunden ist, und mit einer Messvorrichtung (20, 20'), die dazu ausgebildet ist einen Atmosphärendruck zu erfassen, einen Gasdruck an einer Messstelle (98, 98') innerhalb der Luft- und Abgasanlage (14) zu erfassen, und einen Differenzdruck in Abhängigkeit des Gasdrucks und des Atmosphärendrucks zu ermitteln, wobei die Messstelle (98, 98') strömungstechnisch zwischen der Drossel (34, 34') und der Brennkraftmaschine (12) und in einem Bereich einer der Verbindungsstellen (38, 74) angeordnet ist.
2. Antriebssystem (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (34) eine Frischluftdrossel (34) ist und eine der Verbindungsstellen (38) als Zuführstelle (38) ausgebildet ist, die zwischen der Frischluftdrossel (34) und der Brennkraftmaschine (12) angeordnet ist.
3. Antriebssystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle (98) zwischen der Frischluftdrossel (34) und der Zuführstelle (38) angeordnet ist.
4. Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (34') eine Abgasdrossel (34') ist und eine der Verbindungsstellen (74) als
Entnahmestelle (74) ausgebildet ist, die zwischen der Abgasdrossel (34') und der Brennkraftmaschine (12) angeordnet ist.
5. Antriebssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle (98') zwischen der Abgasdrossel (34') und der Entnahmestelle (74) angeordnet ist.
6. Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft- und Abgasanlage (14) einen Turbolader (40) aufweist, wobei die
Verbindungsstellen (38, 74) in einem Niederdruckbereich angeordnet sind.
7. Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Steuer- und Auswerteeinheit (22, 22'), die dazu ausgebildet ist einen Massenstrom von Abgas in der Abgasrückführung (18) in Abhängigkeit des Differenzdrucks zu regeln.
8. Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (20, 20') ein Differenzdrucksensor (20, 20') ist.
9. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (12), mit einer Luft- und Abgasanlage (14), die eine Drossel (34, 34') aufweist, mit einer Abgasrückführung (18), die an zwei Verbindungsstellen (38, 74) mit der Luft- und Abgasanlage (14) strömungstechnisch verbunden ist, mit den Schritten:
- Erfassen eines Atmosphärendrucks,
- Erfassen eines Gasdrucks innerhalb der Luft- und Abgasanlage (14), wobei der
Gasdruck strömungstechnisch zwischen der Drossel (34, 34') und der
Brennkraftmaschine (12) und in einem Bereich einer der Verbindungsstellen (38, 74) erfasst wird, und
- Ermitteln eines Differenzdrucks in Abhängigkeit des Gasdrucks und des
Atmosphärendrucks.
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