DE102007038242A1

DE102007038242A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Rückführung von Abgas

Info

Publication number: DE102007038242A1
Application number: DE102007038242A
Authority: DE
Inventors: Mike Carsten Eichhorn; Markus Heuck
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2009-02-19

Abstract

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, auf einfache Weise einer Verbrennungskraftmaschine in allen Betriebspunkten und unter sicherer Vermeidung von Kondensationseffekten einen möglichst großen und gut mit Frischluft vermischten Anteil von Abgas wieder zuzuführen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuerung und Regelung des Anteils an Abgas, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, in Abhängigkeit der Temperatur in der Einlassleitung erfolgt. Liegt die Temperatur in der Einlassleitung in einem hinsichtlich einer Kondensatbildung kritischen Bereich, wird der Anteil an Abgas, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, so weit reduziert, dass keine Kondensatbildung in der Einlassleitung auftritt. Erfindungsgemäß ist es möglich, stets einen maximal möglichen Anteil von Abgas der Verbrennungsmaschine zuzuführen, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, ohne dass eine Kondensatbildung in der Einlassleitung auftritt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückführung von Abgas gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Rückführung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine von der Auslass- in die Ansaugleitung eine geringere Stickoxidbildung bei der Verbrennung bewirkt.
Zur Rückführung von Abgas haben sich bei Verbrennungskraftmaschinen mit Abgasturbolader mehrere Varianten herausgebildet. Demgemäß ist es möglich, das Abgas stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers der Auslassleitung zu entnehmen und stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers der Einlassleitung wieder zuzuführen. Nachteilig bei dieser so genannten Hochdruck-Abgasrückführung ist es, dass infolge kurzer Leitungslängen zwischen der Einleitung von Abgas in die Einlassleitung und den Brennräumen eine gute Durchmischung von Abgas und Frischluft nicht sichergestellt ist. Außerdem wird verhältnismäßig heißes Abgas zurückgeführt, was zur effektiven Verringerung der Stickoxidbildung wiederum einen zusätzlichen Kühler in der Abgasrückführleitung zur Absenkung der Temperatur des Abgases erfordert. Darüber hinaus liegt nicht in allen Betriebspunkten ein ausreichendes Druckgefälle zwischen der Auslass- und Einlassleitung vor, so dass eine Rückführung von Abgas auf Betriebsbereiche der Verbrennungskraftmaschine beschränkt ist, in denen in der Auslassleitung ein höherer Druck herrscht, als in der Einlassleitung.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es vorbekannt, Abgas stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers der Auslassleitung zu entnehmen und stromaufwärts des Verdichters des Abgasturboladers der Einlassleitung wieder zuzuführen. Insbesondere ist es bei dieser so genannten Niederdruck-Abgasrückführung von Vorteil, dass das Abgas vergleichsweise lange Leitungslängen einschließlich des Verdichters durchströmt, so dass eine gute Durchmischung von Abgas und Frischluft sichergestellt ist. Außerdem wird kälteres Abgas zurückgeführt und eine weitere Kühlung des Gemisches aus Abgas und Frischluft kann vorteilhaft in einem Kühler erfolgen, der strom abwärts des Verdichters in der Einlassleitung angeordnet ist. Weiterhin besteht hinsichtlich der Betriebsbereiche, in denen eine Rückführung von Abgas möglich ist, keine Beschränkung, da ein Druckgefälle zwischen der Auslass- und Einlassleitung zur Rückführung von Abgas künstlich über eine Abgasklappe erzeugt werden kann.
Darüber hinaus sind Kombinationen aus Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführungen bekannt, welche sich vorteilhaft ergänzen.
Prinzipiell kann jedoch bei den vorgenannten Varianten der Abgasrückführung durch die Abkühlung des rückgeführten Abgases eine Kondensation des Wassers auftreten, das bei der Verbrennung gebildet wird und das in dem rückgeführten Abgas enthalten ist. Infolgedessen ist es nicht auszuschließen, dass aggressive Flüssigkeiten gebildet werden, die zu Korrosionseffekten in der Ansauganlage der Verbrennungskraftmaschine führen können. Die Kondensation des Wassers erfolgt bei der so genannten Niederdruck-Abgasrückführung vor allem innerhalb und im Bereich des Ladeluftkühlers, der stromabwärts des Verdichters in der Einlassleitung angeordnet ist, da dort ein verhältnismäßig hohes Druckniveau herrscht und die eigentlich erwünschte Abkühlung des Gemisches aus Abgas und Frischluft erfolgt.
Zur Vermeidung dieser nachteiligen Effekte wird gemäß dem Dokument US 6725847 B2 bei einer Hochdruck-Abgasrückführung vorgeschlagen, zunächst den Partialdruck des Wassers in dem Gemisch aus angesaugter Frischluft und rückgeführtem Abgas in der Ansauganlage zu bestimmen. Weiterhin wird vorgeschlagen, mittels der Dampfdrucklinie des Wassers von dem jeweiligen Partialdruck auf die aktuelle Kondensationstemperatur zu schließen. Wenn die Temperatur in der Ansauganlage unter der aktuellen Kondensationstemperatur des Wassers liegt, erfolgt ein Schließen des Ventils in der Abgasrückführleitung und es wird kein Abgas rückgeführt.
Es ist jedoch von Nachteil, dass ein Rückführen von Abgas nicht unter allen Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann und eine kontinuierliche Verringerung der Stickoxidbildung bei der Verbrennung nicht sichergestellt ist.
Weiterhin wird gemäß dem Dokument DE 102 58 402 A1 angeregt, zur Verringerung von Kondensationseffekten in der Ansauganlage einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Hochdruck-Abgasrückführung die aktuellen Umgebungs- und Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine zu bestimmen und daraus einen Taupunkt zu ermitteln. Durch einen Vergleich einer gemessenen Temperatur in der Ansauganlage mit dem ermittelten Taupunkt kann festgestellt werden, ob Kondensationseffekte auftreten können oder nicht. Zur Vermeidung von Kondensationseffekten wird vorgeschlagen, einen Teil des rückzuführenden Abgases an einem Abgaskühler und/oder einen Teil der Frischluft an einem Ladeluftkühler vorbeizuleiten.
Hierbei ist es von Nachteil, dass zur wirksamen Verringerung der Stickoxidbildung bei der Verbrennung ein zusätzlicher Kühler in der Abgasrückführleitung vorgesehen werden muss. Weiterhin ist eine gute Durchmischung von Abgas und Frischluft nicht sichergestellt, da lediglich eine so genannte Hochdruck-Abgasrückführung eingesetzt wird. Darüber hinaus sind zusätzliche Umgehungsleitungen und eine Vielzahl von Ventilen erforderlich, um ein Vorbeileiten des rückzuführenden Abgases und/oder der Frischluft an den jeweils vorhandenen Kühlern in der Abgasrückführ- und Einlassleitung zu ermöglichen. Ferner ist aus regelungstechnischer Sicht ein System, bestehend aus mehreren Leitungsvolumen, die mit einem kompressiblen Medium gefüllt sind, sowie einer nicht sicher konstant bleibenden Leistung mehrerer Kühler, anspruchsvoll. Folglich ist eine genaue Einstellung der Temperatur in der Ansauganlage und eine sichere Vermeidung von Kondensationseffekten fraglich oder nur mit erheblichem Entwicklungsaufwand erreichbar.
Aufgabe
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, auf einfache Weise einer Verbrennungskraftmaschine in allen Betriebspunkten und unter sicherer Vermeidung von Kondensationseffekten einen möglichst großen und gut mit Frischluft vermischten Anteil von Abgas wieder zuzuführen.
Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einstellung des Anteils an Abgas, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, in Abhängigkeit der Temperatur in der Einlassleitung erfolgt. Insbesondere erfolgt die Einstellung des Anteils an Abgas, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts des Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, in Abhängigkeit der Temperatur in der Einlassleitung stromabwärts des Verdichters. Bevorzugt erfolgt die Einstellung des Anteils an Abgas, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts des Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, in Abhängigkeit der Temperatur in der Einlassleitung stromabwärts des Verdichters innerhalb oder im Bereich eines Ladeluftkühlers.
Liegt die Temperatur in der Einlassleitung in einem hinsichtlich einer Kondensatbildung kritischen Bereich, wird erfindungsgemäß vorteilhaft der Anteil an Abgas, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts des Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, soweit reduziert, dass keine Kondensatbildung in der Einlassleitung auftritt. Auf diese Weise ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, stets einen maximal möglichen Anteil von Abgas der Verbrennungskraftmaschine wieder zuzuführen, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, ohne dass eine Kondensatbildung in der Einlassleitung auftritt. Demnach steht der Verbrennungskraftmaschine stets ein maximal möglicher Anteil an Abgas zur Verfügung, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird und der gut mit der Frischluft vermischt ist, da das Abgas vergleichsweise lange Leitungslängen einschließlich des Verdichters durchströmt.
Um den gesamten Anteil an Abgas, welcher der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeführt wird, quantitativ aufrecht zu halten, ist es in einer vorteilhaften Fortbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, sowohl Abgas stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers der Auslassleitung zu entnehmen und stromaufwärts des Verdichters des Abgasturboladers der Einlassleitung wieder zuzuführen, als auch Abgas stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers der Auslassleitung zu entnehmen und stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers der Einlassleitung wieder zuzuführen.
Dabei sind erfindungsgemäß zwei Varianten der Einleitung des Abgases in die Einlassleitung möglich, welches stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers der Auslassleitung entnommen und stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers der Einlassleitung wieder zugeführt wird.
Bei der ersten Variante wird das Abgas stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers und stromaufwärts des Ladeluftkühlers der Einlassleitung zugeführt. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird auf diese Weise sowohl die Temperatur des Gemisches von Luft und rückgeführtem Abgas vor dem Eintritt in den Ladeluftkühler angehoben und eine Bildung von Kondensat innerhalb oder im Bereich des Ladeluftkühlers wirksam verhindert, als auch der gesamte Anteil an Abgas, welcher der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeführt wird, quantitativ aufrecht gehalten. Insbesondere kann der Anteil an Abgas, der stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers der Auslassleitung entnommen und stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers der Einlassleitung wieder zugeführt wird, schnell und direkt variiert werden, da kurze Leitungslängen vorliegen und der relativ heiße Anteil an Abgas unmittelbar mit dem schon vorhandenen, aber gegebenenfalls schon zu kühlem Gemisch aus Abgas und Frischluft, welches den Verdichter schon passiert hat, gemischt wird, so dass günstige Bedingungen für eine Regelung der Temperatur in der Einlassleitung vorliegen. Erfindungsgemäß vorteilhaft kann so ein maximal möglicher Anteil an Abgas rückgeführt werden, der stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts des Verdichters des Abgasturboladers der Einlassleitung wieder zugeführt wird und der gut mit der Frischluft vermischt ist, wobei weiterhin ein zusätzlicher Anteil an Abgas mit hoher Temperatur dem schon vorhandenen Gemisch aus Frischluft und Abgas hinzugefügt wird, um die Temperatur im oder im Bereich des Ladeluftkühlers so zu stabilisieren, dass keine Kondensationseffekte auftreten.
Eine Grenze dieser ersten Verfahrensvariante kann darin gesehen werden, dass zur Stabilisierung der Temperatur soviel Abgas stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers der Auslassleitung entnommen und stromabwärts des Verdichters des Ab gasturboladers der Einlassleitung wieder zugeführt wird, dass die Nachteile einer weniger guten Durchmischung des rückgeführten Abgases mit der zuzuführenden Frischluft überwiegen. Außerdem ist davon auszugehen, dass durch den im Vergleich zur zuzuführenden Frischluft bzw. Umgebungsluft hohen Anteil an Wasser im rückzuführenden Abgas die Temperatur, bei deren Unterschreiten Kondensationseffekte in der Einlassleitung auftreten, überproportional mit dem Anteil an rückzuführendem Abgas steigt, mit der Folge, dass bei dieser ersten Verfahrensvariante relativ frühzeitig eine Absenkung des gesamten Anteils an rückzuführendem Abgas erfolgen muss. Mit anderen Worten kann mittels dieser ersten Verfahrensvariante bis zu einer bestimmten Grenztemperatur im oder im Bereich des Ladeluftkühlers ein kühlerer Gesamtanteil an Abgas der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeführt werden, wobei jedoch der Gesamtanteil vergleichsweise früh reduziert werden muss.
Bei der zweiten Verfahrensvariante wird der Anteil an Abgas, welcher der Abgasleitung stromaufwärts der Turbine eines Abgasturboladers entnommen wurde, stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers und stromabwärts des Ladeluftkühlers der Einlassleitung zugeführt. Erfindungsgemäß wird für den Fall, dass die Temperatur in der Einlassleitung in einem hinsichtlich einer Kondensatbildung kritischen Bereich liegt, der Anteil an Abgas, welcher der Auslassleitung bevorzugt stromabwärts der Turbine eines Abgasturboladers entnommen und stromaufwärts des Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, soweit reduziert, dass keine Kondensatbildung in der Einlassleitung auftritt. Um den gesamten Anteil an Abgas, welcher der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeführt wird, quantitativ aufrecht zu halten, wird nun zusätzlich zu dem schon weitgehend homogenisierten und gekühlten Gemisch aus Frischluft und Abgas, das den Verdichter und den Ladeluftkühler in der Einlassleitung schon passiert hat, ein Anteil an Abgas der Einlassleitung zugeführt, welcher der Auslassleitung stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers entnommen wurde. Mit anderen Worten wird bei der zweiten Variante die aktuelle Temperatur im Ladeluftkühler als gegeben hingenommen und es erfolgt eine Einstellung des Anteils an Abgas, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, in Abhängigkeit der Temperatur in der Einlassleitung, wobei bei Unterschreiten der Temperatur, bei der Kondensationseffekte in der Einlassleitung auftreten können, eine Reduzierung des Anteils an Abgas erfolgt, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, wobei stromabwärts des Ladeluftkühlers durch die Zuführung von weiterem Abgas von der Auslassleitung, das stromaufwärts der Turbine entnommen wird, ein geforderter Gesamtanteil an Abgas in der Einlassleitung gebildet wird, welcher der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden soll. Auf diese Weise ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, unabhängig von einer bestimmten Grenztemperatur innerhalb oder im Bereich des Ladeluftkühlers stets einen maximalen Gesamtanteil an Abgas der Verbrennungskraftmaschine wieder zuzuführen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, in einem ersten Schritt die Temperatur in der Einlassleitung zu bestimmen. In einem weiteren Schritt ist es vorgesehen, mittels der Dampfdrucklinie des Wassers und der Temperatur in der Einlassleitung auf den maximalen Partialdruck des Wassers zu schließen, bei dem gerade noch keine Kondensatbildung in der Einlassleitung auftritt. In einem noch weiteren Schritt ist es vorgesehen, den maximalen Partialdruck des Wassers, bei dem gerade noch keine Kondensatbildung in der Einlassleitung auftritt, das Verbrennungsluftverhältnis, den Druck in der Einlassleitung, die Umgebungstemperatur, die relative Luftfeuchte und den Umgebungsdruck einer Berechnungsvorschrift zuzuführen und in einem noch weiteren Schritt, mittels der Berechnungsvorschrift einen maximalen Anteil an Abgas zu bestimmen, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, wobei der Anteil an Abgas bevorzugt der Auslassleitung stromabwärts der Turbine eines Abgasturboladers entnommen wird.
Die Berechnungsvorschrift stellt bevorzugt ein invertiertes Kondensationsmodell dar, das auf Grundlage des maximalen Partialdruckes des Wassers, bei dem gerade noch keine Kondensatbildung in der Einlassleitung auftritt, der Temperatur in der Einlassleitung innerhalb oder im Bereich des Ladeluftkühlers, des Verbrennungsluftverhältnisses, des Druckes in der Einlassleitung, der Umgebungstemperatur, der relativen Luftfeuchte, dem Umgebungsdruck, den chemischen Eigenschaften des Kraftstoffes sowie Informationen zu dem gesamten Anteil an Abgas, welcher der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeführt werden soll, eine Bestimmung des Anteils an Abgas erlaubt, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird. Auf diese Weise ist es erfindungs gemäß möglich, festzulegen, wie groß der Anteil an Abgas, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, an dem gesamten Anteil an Abgas sein darf, welcher der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeführt wird, ohne dass Kondensationseffekte in der Einlassleitung auftreten.
Der gesamte Anteil an Abgas, welcher der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeführt wird, setzt sich dabei aus dem Anteil an Abgas, der stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts des Verdichters des Abgasturboladers der Einlassleitung wieder zugeführt wird und dem Anteil an Abgas, der stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers der Auslassleitung entnommen und stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers der Einlassleitung wieder zugeführt wird, zusammen.
In einer besonders einfachen Ausführung sind lediglich eine oder mehrere Tabellen vorgesehen, die eine Zuordnung zwischen der Temperatur in der Einlassleitung oder im Bereich des Ladeluftkühlers, bei deren Unterschreiten Kondensationseffekte auftreten und dem Anteil an Abgas, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, umfassen. Dabei können weiterhin Zuordnungen für verschiedene Umgebungs- und Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein. Die Tabellen oder Kennfelder werden bei der Entwicklung der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine individuell bedatet.
Außerdem umfasst die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die ein von einem Computer lesbares Speichermedium beinhaltet, in dem eine Berechnungsvorschrift gespeichert ist, um den Anteil an Abgas, welcher der Auslassleitung entnommen und stromaufwärts eines Verdichters der Einlassleitung wieder zugeführt wird, in Abhängigkeit der Temperatur in der Einlassleitung einstellen zu können.
Ausführungsbeispiel
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind der Beschreibung zu dem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung zu entnehmen.
Hierbei zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Kombination aus Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführung,
2: eine weitere schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Kombination aus Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführung.
Die vorliegende Erfindung wird am Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine 1 erläutert, welche bevorzugt die in 1 dargestellten Merkmale aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst eine Einlassleitung 2 und eine Auslassleitung 3. In der Einlassleitung 2 ist der Verdichter 4 und in der Auslassleitung 3 die Turbine 5 eines Abgasturboladers 6 angeordnet. Stromabwärts der Turbine 5 und stromaufwärts des Verdichters 4 ist zwischen der Einlassleitung 2 und der Auslassleitung 3 eine erste Abgasrückführleitung 7 vorgesehen. Weiterhin ist stromaufwärts der Turbine 5 und stromabwärts des Verdichters 4 zwischen der Einlassleitung 2 und der Auslassleitung 3 eine zweite Abgasrückführleitung 8 angeordnet. Darüber hinaus ist stromabwärts des Verdichters 4 in der Einlassleitung 2 ein Ladeluftkühler 9 angeordnet. Außerdem ist in der ersten Abgasrückführleitung 7 ein Ventil 10 und in der zweiten Abgasrückführleitung 8 ein Ventil 11 angeordnet. Weiterhin ist in der Einlassleitung 2 ein Mittel zur Erfassung der Temperatur 12 angeordnet. Bevorzugt handelt es sich bei dem Mittel zur Erfassung der Temperatur 12 um einen Temperaturmessfühler, der innerhalb oder im Bereich des Ladeluftkühlers 9 in der Einlassleitung 2 angeordnet ist. Ferner ist zum Zweck der Beeinflussung des Druckgefälles zwischen der Einlassleitung 2 und der Auslassleitung 3 in der Einlassleitung 2 eine Drosselklappe 13 angeordnet. Darüber hinaus ist in der Auslassleitung 3 eine Stauklappe 14 angeordnet, um das Druckgefälle zwischen der Einlassleitung 2 und der Auslassleitung 3 zu beeinflussen. Die Einleitung des Abgases von der Auslassleitung 3 über die zweite Abgasrückführleitung 8 in die Einlassleitung 2 erfolgt gemäß 1 stromabwärts des Verdichters 4 und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 9. Die Ventile 10 und 11 sowie das Mittel zur Erfassung der Temperatur 12 sind über nicht dargestellte Leitungen mit einer ebenfalls nicht dargestellten Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine 1 gekoppelt, die ein von einem Computer lesbares Speichermedium umfasst.
Gemäß einer in 2 gezeigten alternativen Variante erfolgt die Einleitung des Abgases von der Auslassleitung 3 in die Einlassleitung 2 über die zweite Abgasrückführleitung 8 stromabwärts des Verdichters 4 und stromabwärts des Ladeluftkühlers 9.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, bei dem Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß den 1 und 2 einen möglichst großen Anteil an Abgas von der Auslassleitung 3 in die Einlassleitung 2 über die erste Abgasrückführleitung 7 unter Berücksichtigung der Temperatur in der Einlassleitung 2 rückzuführen.
Erfindungsgemäß wird dazu in einem ersten Verfahrensschritt auf Grundlage des Mittels zur Erfassung der Temperatur 12 ein Temperaturwert bestimmt und der nicht dargestellten Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeführt.
In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt auf Grundlage einer ersten Berechnungsvorschrift, die in dem von einem Computer lesbaren Speichermedium in der nicht dargestellten Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine 1 gespeichert ist, mittels der Dampfdrucklinie des Wassers und des Temperaturwertes in der Einlassleitung 2 ein Rückschluss auf den maximalen Partialdruck des Wassers, bei dem gerade noch keine Kondensatbildung in der Einlassleitung 2 auftritt.
In einem dritten Verfahrensschritt wird der im zweiten Verfahrensschritt ermittelte maximale Partialdruck des Wassers, bei dem gerade noch keine Kondensatbildung in der Einlassleitung 2 auftritt, sowie ein Wert des Verbrennungsluftverhältnisses, welcher beispielsweise als Sollwert in Abhängigkeit der Betriebsparameter Last und Drehzahl in Form eines Kennfeldes in dem von einem Computer lesbaren Speichermedium gespeichert ist oder messtechnisch ermittelt wird, einer zweiten Berechnungsvorschrift zugeführt.
Weiterhin wird der zweiten Berechnungsvorschrift der Druck in der Einlassleitung 2, der beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Drucksensors stromabwärts des Verdichters 4 in der Einlassleitung 2 bestimmt wird, sowie die mittels ebenfalls nicht dargestellter Sensoren bestimmte Umgebungstemperatur, die relative Luftfeuchte der Umgebungsluft und der Umgebungsluftdruck zugeführt. Die Bestimmung der relativen Luftfeuchte kann mittels Sensoren erfolgen, wobei alternativ die Luftfeuchte als konstanter Wert vorgebbar ist, der bevorzugt für verschiedene Länder individuell bedatet wird.
Ferner erfolgt eine Zuführung der chemischen Eigenschaften des Kraftstoffes zu der zweiten Berechnungsvorschrift sowie eine Zuführung von Informationen zu dem gesamten Anteil an Abgas, welcher der Verbrennungskraftmaschine 1 wieder zugeführt werden soll.
In einem vierten Verfahrensschritt wird mittels der zweiten Berechnungsvorschrift ein maximaler Anteil an Abgas bestimmt, welcher der Auslassleitung 3 entnommen und stromaufwärts eines Verdichters 4 der Einlassleitung 2 wieder zugeführt wird, wobei der Anteil an Abgas bevorzugt der Auslassleitung 3 stromabwärts der Turbine 5 des Abgasturboladers 6 entnommen wird.
Es ist nunmehr erfindungsgemäß möglich, in einem fünften Verfahrensschritt auf Grundlage des Ergebnisses, das in dem vierten Verfahrensschritt gewonnen wurde, auf zwei verschiedene Arten zu reagieren.
Es besteht die Möglichkeit, den Anteil an Abgas, welcher stromaufwärts der Turbine 5 der Auslassleitung 3 entnommen und stromabwärts des Verdichters 4 der Einlassleitung 2 wieder zugeführt wird, unbeeinflusst zu lassen und bei Bedarf lediglich den Anteil an Abgas, welcher stromabwärts der Turbine 5 der Auslassleitung 3 entnommen und stromaufwärts des Verdichters 4 der Einlassleitung 2 wieder zugeführt wird, zu variieren.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Anteil an Abgas, welcher stromabwärts der Turbine 5 der Auslassleitung 3 entnommen und stromaufwärts des Verdichters 4 der Einlassleitung 2 wieder zugeführt wird und welcher zu einem Überschreiten maximalen Partialdruckes des Wassers bzw. zur Kondensatbildung in der Einlassleitung 2 führen würde, auf den Anteil an Abgas umzuleiten, welcher stromaufwärts der Turbi ne 5 der Auslassleitung 3 entnommen und stromabwärts des Verdichters 4 der Einlassleitung 2 wieder zugeführt wird.
Die genannten Verfahrensschritte werden zyklisch immer wieder abgearbeitet, so dass stets die Einstellung des maximalen Anteils an Abgas erfolgt, welcher der Auslassleitung 3 entnommen und stromaufwärts eines Verdichters 4 der Einlassleitung 2 wieder zugeführt wird.

1: Verbrennungskraftmaschine
2: Einlassleitung
3: Auslassleitung
4: Verdichter
5: Turbine
6: Abgasturbolader
7: erste Abgasrückführleitung
8: zweite Abgasrückführleitung
9: Ladeluftkühler
10: Ventil
11: Ventil
12: Mittel zur Erfassung der Temperatur
13: Drosselklappe
14: Stauklappe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6725847 B2 [0007]
- DE 10258402 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Rückführung von Abgas aus der Auslassleitung (3) in die Einlassleitung (2) einer Verbrennungskraftmaschine (1), wobei in der Einlassleitung (2) der Verdichter (4) und in der Auslassleitung (3) die Turbine (5) eines Abgasturboladers (6) angeordnet ist, sowie stromabwärts der Turbine (5) und stromaufwärts des Verdichters (4) zwischen der Einlassleitung (2) und der Auslassleitung (3) eine Abgasrückführleitung (7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Anteils an Abgas, welcher der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts des Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird, in Abhängigkeit der Temperatur in der Einlassleitung (2) erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Anteils an Abgas, welcher der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts des Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird, in Abhängigkeit der Temperatur in der Einlassleitung (2) stromabwärts des Verdichters (4) erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Anteils an Abgas, welcher der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts des Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird, in Abhängigkeit der Temperatur in der Einlassleitung (2) stromabwärts des Verdichters (4) innerhalb oder im Bereich eines Ladeluftkühlers (9) erfolgt, der ebenfalls stromabwärts des Verdichters (4) in der Einlassleitung (2) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einlassleitung (2) ein Mittel zur Erfassung der Temperatur (12) angeordnet ist.
Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erfassung der Temperatur (12) ein Temperaturmessfühler ist, der innerhalb oder im Bereich des Ladeluftkühlers (9) in der Einlassleitung (2) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Temperatur in der Einlassleitung (2) in einem hinsichtlich einer Kondensatbildung kritischen Bereich liegt, der Anteil an Abgas, welcher der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts des Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird, soweit reduziert wird, dass keine Kondensatbildung in der Einlassleitung (2) auftritt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Abgas stromabwärts der Turbine (5) des Abgasturboladers (6) der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts des Verdichters (4) des Abgasturboladers (6) der Einlassleitung 2 wieder zugeführt wird, als auch Abgas stromaufwärts der Turbine (5) des Abgasturboladers (6) der Auslassleitung (3) entnommen und über eine weitere Abgasrückführleitung (8) stromabwärts des Verdichters (4) des Abgasturboladers (6) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird, um einen Gesamtanteil an Abgas, welcher der Verbrennungskraftmaschine (1) zugeführt werden soll, einzustellen.
Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung des Abgases von der Auslassleitung (3) in die Einlassleitung (2) über die weitere Abgasrückführleitung (8) stromabwärts des Verdichters (4) und stromaufwärts des Ladeluftkühlers (9) oder stromabwärts des Verdichters (4) und stromabwärts des Ladeluftkühlers (9) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Temperatur in der Einlassleitung (2) bestimmt wird, in einem weiteren Schritt mittels der Dampfdrucklinie des Wassers und der Temperatur in der Einlassleitung (2) auf den maximalen Partialdruck des Wassers geschlossen wird, bei dem gerade noch keine Kondensatbildung in der Einlassleitung (2) auftritt, in einem weiteren Schritt der maximale Partialdruck des Wassers, bei dem gerade noch keine Kondensatbildung in der Einlassleitung (2) auftritt, das Verbrennungsluftverhältnis, der Druck in der Einlassleitung (2) und die Umgebungstemperatur, die relative Luftfeuchte, der Umgebungsdruck, die chemischen Eigenschaften des Kraftstoffes und Informationen zu dem gesamten Anteil an Abgas, welcher der Verbrennungskraftmaschine (1) wieder zugeführt werden soll, einer Berech nungsvorschrift zugeführt wird und in einem weiteren Schritt mittels der Berechnungsvorschrift ein maximaler Anteil an Abgas bestimmt wird, welcher der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts des Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsvorschrift ein invertiertes Kondensationsmodell ist, wobei auf Grundlage des maximalen Partialdruckes des Wassers, bei dem gerade noch keine Kondensatbildung in der Einlassleitung (2) auftritt, der Temperatur in der Einlassleitung (2) innerhalb oder im Bereich des Ladeluftkühlers (9), des Verbrennungsluftverhältnisses, des Druckes in der Einlassleitung (2), der Umgebungstemperatur der relativen Luftfeuchte, dem Umgebungsdruck, den chemischen Eigenschaften des Kraftstoffes Informationen zu dem gesamten Anteil an Abgas, welcher der Verbrennungskraftmaschine (1) wieder zugeführt werden soll, eine Bestimmung des Anteils an Abgas erfolgt, welcher der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts eines Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Tabellen vorgesehen sind mit einer Zuordnung zwischen der Temperatur in der Einlassleitung (2) innerhalb oder im Bereich des Ladeluftkühlers (9), bei deren Unterschreiten Kondensationseffekte auftreten und dem Anteil an Abgas, welcher der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts eines Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem – ersten Verfahrensschritt auf Grundlage des Mittels zur Erfassung der Temperatur (12) ein Temperaturwert bestimmt und einer Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine (1) zugeführt wird und in einem – zweiten Verfahrensschritt auf Grundlage einer ersten Berechnungsvorschrift, die in einem von einem Computer lesbaren Speichermedium in der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine (1) gespeichert ist, mittels der Dampfdrucklinie des Wassers und des Temperaturwertes in der Einlass leitung (2) ein Rückschluss auf den maximalen Partialdruck des Wassers erfolgt, bei dem gerade noch keine Kondensatbildung in der Einlassleitung (2) auftritt und in einem – dritten Verfahrensschritt der im zweiten Verfahrensschritt ermittelte maximale Partialdruck des Wassers, bei dem gerade noch keine Kondensationsbildung in der Einlassleitung (2) auftritt, ein Wert des Verbrennungsluftverhältnisses, der Druck in der Einlassleitung (2), die relative Luftfeuchte der Umgebungsluft, der Umgebungsluftdruck und Informationen zu dem gesamten Anteil an Abgas, welcher der Verbrennungskraftmaschine (1) wieder zugeführt werden soll, einer zweiten Berechnungsvorschrift zugeführt werden und in einem – vierten Verfahrensschritt mittels der zweiten Berechnungsvorschrift ein maximaler Anteil an Abgas bestimmt wird, welcher der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts eines Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird und in einem – fünften Verfahrensschritt auf Grundlage des Ergebnisses, das in dem vierten Verfahrensschritt gewonnen wurde, entweder der Anteil an Abgas, welcher stromaufwärts der Turbine (5) der Auslassleitung (3) entnommen und stromabwärts des Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird, unbeeinflusst gelassen wird und bei Bedarf lediglich der Anteil an Abgas, welcher stromabwärts der Turbine (5) der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts des Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird, variiert wird oder der Anteil an Abgas, welcher stromabwärts der Turbine (5) der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts des Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird und welcher zu einem Überschreiten maximalen Partialdruckes des Wassers bzw. zur Kondensationsbildung in der Einlassleitung (2) führen würde, auf den Anteil an Abgas umleitet wird, welcher stromaufwärts der Turbine (5) der Auslassleitung (3) entnommen und stromabwärts des Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die fünf Verfahrensschritte zyklisch immer wieder abgearbeitet werden, so dass stets die Einstellung des maximalen Anteils an Abgas erfolgt, welcher der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts eines Verdichters (4) der Einlassleitung (2) wieder zugeführt wird.
Vorrichtung zur Rückführung von Abgas aus der Auslassleitung (3) in die Einlassleitung (2) einer Verbrennungskraftmaschine (1), wobei in der Einlassleitung (2) der Verdichter (4) und in der Auslassleitung (3) die Turbine (5) eines Abgasturboladers (6) angeordnet ist, sowie stromabwärts der Turbine (5) und stromaufwärts des Verdichters (4) zwischen der Einlassleitung (2) und der Auslassleitung (3) eine Abgasrückführleitung (7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein von einem Computer lesbares Speichermedium umfasst, in dem eine Berechnungsvorschrift gespeichert ist, um den Anteil an Abgas, welcher der Auslassleitung (3) entnommen und stromaufwärts eines Verdichters (4) der Einlassleitung (3) wieder zugeführt wird, in Abhängigkeit der Temperatur in der Einlassleitung (2) einstellen zu können.
Vorrichtung nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Turbine (5) und stromabwärts des Verdichters (4) zwischen der Einlassleitung (2) und der Auslassleitung (3) eine weitere Abgasrückführleitung (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung des Abgases von der Auslassleitung (3) in die Einlassleitung (2) über die weitere Abgasrückführleitung (8) stromabwärts des Verdichters (4) und stromaufwärts des Ladeluftkühlers (9) oder stromabwärts des Verdichters (4) und stromabwärts des Ladeluftkühlers (9) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das von einem Computer lesbares Speichermedium Bestandteil einer Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine (1) ist.