DE102011107250B4

DE102011107250B4 - Abgasrückführungssystem für einen Verbrennungsmotor sowie Verbrennungsmotor mit solch einem Abgasrückführungssystem

Info

Publication number: DE102011107250B4
Application number: DE102011107250.4A
Authority: DE
Inventors: Ko-Jen Wu
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2031-07-15
Also published as: CN102345535A; DE102011107250A1; CN102345535B; US20120017879A1; US8443789B2

Abstract

Abgasrückführungssystem (251) in Fluidkommunikation mit einem Ansaugsystem (12) eines Verbrennungsmotors (10), umfassend: ein Abgassystem (14) mit einem Abgaskrümmer (22) in Fluidkommunikation mit Zylindern (16) des Verbrennungsmotors (10), das derart konfiguriert ist, Abgas (24) davon zu entfernen; einen abgasgetriebenen Turbolader (26) mit einem Turbinengehäuse (28), das einen Hochdruckturbineneinlass (30) in Fluidkommunikation mit dem Abgaskrümmer (22), der derart konfiguriert ist, Abgas (24) davon aufzunehmen, einen Niederdruckturbinenauslass (32) in Fluidkommunikation mit einer Abgasleitung (34) des Abgassystems (14) zum Austrag von Abgas (24) von dem Turbinengehäuse (28) und ein Kompressorgehäuse (36) aufweist, das einen Niederdruckkompressoreinlass (38) in Kommunikation mit der Umgebung (64) und einen Hochdruckkompressorauslass (40) in Kommunikation mit dem Ansaugsystem (12) besitzt; eine Abgasrückführungsleitung (52) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (34), die derart konfiguriert ist, einen Anteil von Abgas (24) davon umzulenken; eine Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A), die sich zwischen der Abgasrückführungsleitung (52) und dem Ansaugsystem (12) erstreckt und diese fluidtechnisch verbindet, um nicht komprimiertes Abgas (56) daran zu liefern; eine Hochdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52B), die sich zwischen der Abgasrückführungsleitung (52) und dem Niederdruckkompressoreinlass (38) des abgasgetriebenen Turboladers (26) erstreckt und diese fluidtechnisch verbindet und derart konfiguriert ist, Abgas (60) an den Niederdruckkompressoreinlass (38) zur Kompression in dem abgasgetriebenen Turbolader (26) und zur Lieferung an das Ansaugsystem (12) zu liefern; und einem Abgaskühler (66) in Fluidkommunikation mit der Abgasrückführungsleitung (52), der stromaufwärts der Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A) und der Hochdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52B) angeordnet ist; gekennzeichnet durch ...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasrückführungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für einen Verbrennungsmotor zur effizienten Bereitstellung von sowohl unter hohem Druck befindlichem, komprimiertem, und unter geringem Druck befindlichem, nicht komprimiertem rückgeführtem Abgas in das Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors sowie einen damit ausgestatteten Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6, wie beispielsweise aus den Druckschriften US 2007/0 186 153 A1 und EP 2 154 355 A1 bekannt.
HINTERGRUND
Rückgeführtes Abgas (”AGR”) wird ein wichtiges Element für sowohl Diesel- als auch Benzinmotoren, insbesondere Motoren, die eine Ladeluft-Aufladung oder -Kompression (beispielsweise abgasgetriebener Turbolader oder motorgetriebener Superlader) verwenden, für sowohl Verbesserungen beim Kraftstoffverbrauch als auch zur Reduktion regulierter Auspuff-Abgasemissionen.
Bei einigen Motoranwendungen werden zwei AGR-Lieferungen, eine unter hohem Druck und eine unter geringem Druck, an den Motor auf Grundlage der dann vorliegenden Motorbetriebsbedingungen geliefert. Bei Motoren, die einen abgasgetriebenen Turbolader verwenden, wird typischerweise Hochdruck-AGR von einer Stelle stromaufwärts des Turboladers umgelenkt und an die komprimierte Ansaugladung während des Hochlastbetriebs geliefert, während Niederdruck-AGR von einer Stelle stromabwärts des Turboladers umgelenkt und an eine Stelle stromabwärts des Drosselkörpers während eines Niedriglastbetriebs geliefert wird. Das Umlenken von AGR von einer Stelle stromaufwärts des abgasgetriebenen Turboladers kann jedoch die Leistungsfähigkeit des Turboladers durch Beschränken des Abgases und der resultierenden Abgasenergie, die daran verfügbar ist, gefährden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Flexibilität im Rahmen einer AGR zu erhöhen, um sowohl während des Hochlastbetriebs und des Niedriglastbetriebs als auch während eines Übergangs zwischen diesen Betriebsarten die AGR optimal einstellen zu können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird mit einem Abgasrückführungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 als auch mit einem Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
1 eine schematische Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Verbrennungsmotorsystems ist, das ein Abgasrückführungssystem und ein Ansaugladungssystem umfasst;
2 eine schematische Ansicht eines ebenfalls nicht erfindungsgemäßen Verbrennungsmotorsystems ist, das ein anderes Beispiel für ein Abgasrückführungssystem und ein Ansaugluftladesystem zeigt; und
3 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotorsystems ist, das eine Weiterentwicklung des Abgasrückführungssystems und des Ansaugluftladesystems von 1 umfasst, die Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezug nehmend auf 1 ist ein Beispiel eines nicht erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 10, in diesem Fall ein Reihen-4-Zylinder-Motor mit einem Ansaugsystem 12 und einem Abgassystem 14 gezeigt. Der Verbrennungsmotor umfasst eine Mehrzahl von Zylindern 16, in die eine Kombination einer Ansaugladung und Kraftstoff eingeführt wird. Das Gemisch aus Ansaugladung/Kraftstoff wird in den Zylindern 16 verbrannt, was in einer Hubbewegung von Kolben (nicht gezeigt) darin resultiert. Die Hubbewegung der Kolben rotiert eine Kurbelwelle (nicht gezeigt), um Antriebsleistung an einen Fahrzeugantriebsstrang (nicht gezeigt) oder an einen Generator oder einen anderen stationären Empfänger derartiger Leistung (nicht gezeigt) in dem Fall einer stationären Anwendung des Verbrennungsmotors 10 zu liefern.
Der Verbrennungsmotor 10 umfasst einen Ansaugkrümmer 18 in Fluidkommunikation mit den Zylindern 16, der eine komprimierte Ansaugladung 20 von dem Ansaugsystem 12 durch einen Drosselkörper 19 aufnimmt und die Ladung an die Mehrzahl von Zylindern 16 liefert. Das Abgassystem 14 umfasst einen Abgaskrümmer 22, der ebenfalls in Fluidkommunikation mit den Zylindern 16 steht und derart konfiguriert ist, dass die verbrannten Bestandteile des Gemisches aus Ansaugladung/Kraftstoff (d. h. das Abgas 24) zu entfernen und dieses an einen abgasgetriebenen Turbolader 26 zu liefern, der in Fluidkommunikation damit angeordnet ist. Der abgasgetriebene Turbolader 26 umfasst eine Abgasturbine (nicht gezeigt), die in einem Turbinengehäuse 28 untergebracht ist. Das Turbinengehäuse 28 weist einen Turbinengehäuseeinlass 30 und einen Turbinengehäuseauslass 32 auf. Der Niederdruckauslass 32 steht in Fluidkommunikation mit dem Rest des Abgassystems 14 und liefert das Abgas 24 an eine Abgasleitung 34, die verschiedene Abgasnachbehandlungsvorrichtungen (nicht gezeigt) aufweisen kann, die derart konfiguriert sind, verschiedene regulierte Bestandteile des Abgases 24 vor seiner Freisetzung an die Atmosphäre zu behandeln.
Der abgasgetriebene Turbolader 26 weist auch ein Verbrennungsladungskompressorrad (nicht gezeigt) auf, das in einem Kompressorgehäuse 36 untergebracht ist. Das Kompressorgehäuse 36 weist einen Niederdruckeinlass 38, der typischerweise in Fluidkommunikation mit Umgebungsluft 64 steht, und einen Hochdruckauslass 40 auf. Der Hochdruckauslass 40 steht in Fluidkommunikation mit dem Ansaugsystem 12 und liefert eine komprimierte Ansaugladung 20 durch eine Ansaugladungsleitung 42 an den Ansaugkrümmer 18 zur Lieferung an die Zylinder 16 des Verbrennungsmotors 10. Bei einer beispielhaften Ausgestaltung ist in Reihe mit der Ansaugladungsleitung 42 zwischen dem Auslass 40 des Kompressorgehäuses 36 und dem Ansaugkrümmer 18 ein Ansaugladungskühler 44 angeordnet. Der Ansaugladungskühler 44 empfängt (aufgrund von Kompression) erwärmte, komprimierte Ansaugladung 20 von der Ansaugladungsleitung 42 und liefert dieses nach einer Kühlung der komprimierten Ansaugladung 20 darin an den Ansaugkrümmer 18 durch einen nachfolgenden Abschnitt der Ansaugladeleitung 42. Der Ansaugladekühler 44 umfasst einen Einlass 46 und einen Auslass 48 für die Zirkulation eines Kühlmediums 50 (wie typischerweise eines glykolbasierten Kraftfahrzeugkühlmittels) hindurch. Auf eine bekannte Art und Weise überträgt der Ansaugladekühler 44 Wärme von der komprimierten Ansaugladung 20 auf das Kühlmedium 50, wodurch die Temperatur der komprimierten Ansaugladung 20 reduziert wird, wenn diese in den Ansaugladekühler 44 übergeht. Der Ansaugladekühlereinlass 46 empfängt das Niedertemperatur-Kühlmittelmedium 50 von einem Kühlsystem (nicht gezeigt). Das Kühlsystem kann eine Verzweigung des Kühlsystems des Verbrennungsmotors 10 umfassen oder kann ein separates allein stehendes Niedertemperatur-Kühlsystem für einen erhöhten Wärmeübertragungswirkungsgrad aufgrund einer höheren Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmedium 50 und der komprimierten Ansaugladung 20 umfassen.
In Fluidkommunikation mit dem Abgassystem 14 und in der in 1 gezeigten beispielhaften Ausgestaltung ist ein Abgasrückführungs-(”AGR”)-System 51 angeordnet, das eine AGR-Leitung 52 aufweist, die in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 34 zum Umlenken von Abgas 24 davon steht. Die AGR-Leitung 52 ist an der stromabwärtigen Niederdruckseite des abgasgetriebenen Turboladers 26 angeordnet und derart konfiguriert, einen Anteil des Abgases 24 von der Abgasleitung 34 umzulenken und dieses an das Ansaugsystem 12 rückzuführen oder dieses dorthin zu rezirkulieren, wie hier weiter beschrieben ist. Bei der in 1 gezeigten Ausgestaltung umfasst die AGR-Leitung 52 zwei Verzweigungen, eine Niederdruckverzweigung 52A und eine Hochdruckverzweigung 52B. Die Niederdruckverzweigung 52A erstreckt sich zwischen der AGR-Leitung 52 und dem Ansaugsystem 12 und verbindet diese fluidtechnisch, wo sie bei einer beispielhaften Ausgestaltung stromabwärts der Drossel 19 fluidtechnisch verbunden ist. Ein erstes Abgasrückführungs-(”AGR”)-Ventil 54 ist fluidtechnisch mit der Niederdruckverzweigung 52A verbunden und derart konfiguriert, die Strömung von umgelenktem Abgas 56 hindurch und zu dem Ansaugsystem 12 des Verbrennungsmotors 10 zu steuern. Das erste AGR-Ventil 54 steht in Signalkommunikation mit einem Steuermodul, wie einem Motorcontroller 58, der derart konfiguriert ist, dass er das erste AGR-Ventil 54 so betätigt, dass die Volumenmenge von umgelenktem Abgas 56, das hindurchströmt und in das Ansaugsystem 12 eingeführt wird, basierend auf bestimmten Motorbetriebsbedingungen zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt variiert wird. Der Motorcontroller 58 sammelt Information bezüglich des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 von Sensoren 61a–61n, wie der Temperatur des Abgassystems, des Motorkühlmittels, der komprimierten Verbrennungsladung, Umgebung, etc., wie auch Druck, Abgassystembedingungen und Fahreranforderung, um die geeignete, wenn vorhanden, Strömung von Abgas 56 zur Rezirkulation in das Ansaugsystem 12 des Verbrennungsmotors 10 durch die Niederdruckverzweigung 52A der AGR-Leitung zu bestimmen.
Bei einer beispielhaften Ausgestaltung erstreckt sich die Hochdruck-AGR-Verzweigung 52B zwischen der AGR-Leitung 52 und dem Kompressorgehäuseeinlass 38 des abgasgetriebenen Turboladers 26, mit dem sie fluidtechnisch zur Lieferung von umgelenktem Abgas 60 daran verbunden ist. Ein zweites Abgasrückführungs-(”AGR”)-Ventil 62 ist fluidtechnisch mit der Hochdruckverzweigung 52B der AGR-Leitung verbunden und zur Steuerung der Strömung von umgelenktem Abgas 60 hindurch und zu dem Kompressorgehäuseeinlass 38 des abgasgetriebenen Turboladers 26 zur Kompression darin konfiguriert. Das zweite AGR-Ventil 62 steht auch in Signalkommunikation mit dem Steuermodul 58 und ist derart konfiguriert, das zweite AGR-Ventil 62 so zu betreiben, dass die Volumenmenge des umgelenkten Abgases 60, das hindurchströmt und in das Ansaugsystem 12 eingeführt wird, durch das Kompressorgehäuse 36 des abgasgetriebenen Turboladers 26 variiert wird. Dies resultiert in einer komprimierten Ansaugladung 20, die eine Kombination von komprimierter Umgebungsluft 64 und komprimiertem umgelenktem Abgas 60 zur Rückführung an das Ansaugsystem 12 umfasst. Wie hier beschrieben ist, sammelt der Motorcontroller 58 Information bezüglich des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 und bestimmt die geeignete, wenn vorhanden, Strömung von umgelenktem Abgas 60 zur Lieferung an den Kompressorgehäuseeinlass 38 durch das AGR-Ventil 62 zum Zusatz zu der komprimierten Ansaugladung 20 und anschließenden Lieferung an das Ansaugsystem 12 des Verbrennungsmotors 10 durch den Drosselkörper 19.
Typischerweise wird umgelenktes Abgas 60 der komprimierten Ansaugladung 20 unter Hochlastbetriebsabläufen hinzugefügt, wenn der Druck der komprimierten Ansaugladung 20 hoch ist. Der Betrieb der Hochdruckverzweigung wird durch die Druckdifferenz, die die Strömung antreibt, bestimmt. Während eines derartigen Betriebs ist der Druck stromabwärts der Drossel 19 so gering wie etwa 70 kPa absolut. Für geringere Lasten würde die Druckdifferenz für die Hochdruckverzweigung zu gering, um ausreichend AGR-Strömung bereitzustellen. Dies sind die Bedingungen, unter denen die Niederdruckverzweigung einen Vorteil aufweist.
Eine derartige Druckdifferenz kann in der Rückströmung der komprimierten Ansaugladung 20 in die Niederdruckverzweigung 52A der AGR-Leitung 52 resultieren, was die Lieferung von AGR an das Ansaugsystem 12 verhindert. Die vorliegende Erfindung sorgt für die Lieferung von unter niedrigem Druck stehendem, nicht komprimiertem bzw. unter hohem Druck stehendem, komprimiertem umgelenkten Abgas 56, 60 an das Ansaugsystem 12 des Verbrennungsmotors 10 ohne die Notwendigkeit, Hochdruckabgas 24 von einer Stelle, die sich stromaufwärts des abgasgetriebenen Turboladers 26 befindet, umzulenken. Infolgedessen wird die volle Energie des Abgases 26 zur Verwendung durch den abgasgetriebenen Turbolader 26 bewahrt, und daher ist die Leistungsfähigkeit des Turboladers 26 zum Nutzen für den Betrieb des Motors 10 verbessert.
Bei einer beispielhaften Ausgestaltung ist in Reihe mit der Hochdruckverzweigung der AGR-Leitung 52B ein Abgaskühler 66 angeordnet. Der Abgaskühler 66 empfängt umgelenktes Abgas 60 von der AGR-Leitung 52 und liefert nach der Kühlung des umgelenkten Abgases 60 darin das gekühlte Abgas durch die Hochdruckverzweigung der AGR-Leitung 52B an den Kompressorgehäuseeinlass 38. Der Abgaskühler 66 umfasst einen Einlass 68 und einen Auslass 70 für die Zirkulation des Kühlmediums 50 hindurch. Auf eine bekannte Art und Weise überträgt der Abgaskühler 66 Wärme von dem umgelenkten Abgas 60 an das Kühlmedium 50, wodurch die Temperatur des umgelenkten Abgases 60 vor seiner Einführung in den Kompressorgehäuseeinlass 38 des abgasgetriebenen Turboladers 26 reduziert wird.
Die Verwendung des Ansaugladekühlers 44 und des Abgaskühlers 66 resultiert in einer signifikanten Zunahme der Kapazität, um die komprimierte Ansaugladung 20 und das umgelenkte Abgas 60 vor deren Einführung in das Ansaugsystem 12 des Verbrennungsmotors 10 zu kühlen. Eine derartige Kühlung der komprimierten Ansaugladung 20 hilft, die Dichte der Ladung zu steigern, die den Leistungswirkungsgrad des Motors 10 verstärkt. Ein Zusatz größerer und kühlerer Mengen an Abgas zu dem Ansaugsystem 12 reduziert die Temperatur des Verbrennungsereignisses, hilft, mehr Arbeit von dem Motor 10 zu entnehmen, und resultiert in weniger Abwärme/-Energie, die durch das Motorkühlsystem entfernt werden muss. Alternativ dazu ist unter Niedriglastbetrieb des Verbrennungsmotors 10 eine Lieferung von nicht gekühltem umgelenktem Abgas 56 erwünscht, da eine höhere Ansaugladetemperatur eine effiziente Verbrennung unter kühleren Betriebsbedingungen des Motors 10 unterstützt. Zusätzlich ist das Übergangsansprechen der Lieferung des rückgeführten Abgases 56 auf Änderungen von Motoranforderungen für rezirkuliertes Abgas aufgrund der direkten Verbindung der Niederdruckverzweigung 52A der AGR-Leitung zu dem Ansaugkrümmer 18 verbessert.
Nun Bezug nehmend auf 2 weist bei einem anderen beispielhaften, nicht erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor, bei der gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale, die bereits beschrieben sind, bezeichnen, das Abgasrückführungs-(”AGR”)-System 151 eine AGR-Leitung 52 in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 34 zum Umlenken von Abgas 24 davon auf. Die AGR-Leitung 52 ist an der stromabwärtigen Niederdruckseite des abgasgetriebenen Turboladers 26 angeordnet und derart konfiguriert, einen Anteil des Abgases 24 von der Abgasleitung 34 umzulenken und diesen zu dem Ansaugsystem 12 zurückzuführen oder zu rezirkulieren. In Reihe mit der AGR-Leitung 52 ist ein Abgaskühler 66 angeordnet, der einen Einlass 68 und einen Auslass 70 für die Zirkulation von Kühlmedium 50 hindurch umfasst. Der Abgaskühler 66 empfängt Abgas 24 von der AGR-Leitung 52 und liefert nach Kühlung des umgelenkten Abgases 24 darin das gekühlte Abgas durch die Niederdruckverzweigung der AGR-Leitung 52A oder die Hochdruckverzweigung der AGR-Leitung 52B, wie durch den Controller 58 bestimmt ist, der das erste und zweite AGR-Ventil 54 und 62 betätigt. In dieser Konfiguration ist das unter niedrigem Druck stehende umgelenkte Abgas 56, das an das Ansaugsystem 12 geliefert wird, stromabwärts der Drossel 19 auch einer Kühlung durch den Abgaskühler 66 vor seiner Lieferung daran ausgesetzt.
Nun Bezug nehmend auf 3 weist bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale, die bereits beschrieben sind, betreffen, das Abgasrückführungs-(”AGR”)-System 251 eine AGR-Leitung 52 in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 34 zur Aufnahme von Abgas 24 davon auf. Die AGR-Leitung 52 ist an der stromabwärtigen Niederdruckseite des abgasgetriebenen Turboladers 26 angeordnet und derart konfiguriert, einen Anteil des Abgases 24 von der Abgasleitung 34 umzulenken und diesen an das Ansaugsystem 12 rückzuführen oder zu rezirkulieren. In Reihe mit der AGR-Leitung 52 ist ein Abgaskühler 66 angeordnet, der einen Einlass 68 und einen Auslass 70 für die Zirkulation von Kühlmedium 50 hindurch umfasst. Der Abgaskühler 66 empfängt Abgas 24 von der AGR-Leitung 52 und liefert nach der Kühlung des umgelenkten Abgases darin das gekühlte Abgas 24 durch die Niederdruckverzweigung der AGR-Leitung 52A oder die Hochdruckverzweigung der AGR-Leitung 52B. Der Controller 58, der das erste und zweite AGR-Ventil 54 und 62 betätigt, bestimmt den Lieferpfad des Abgases 24. In dieser Konfiguration ist das umgelenkte Abgas 56, das an das Ansaugsystem 12 geliefert wird, stromabwärts der Drossel 19 auch einer Kühlung durch den Abgaskühler 66 vor seiner Lieferung daran ausgesetzt. Bei der beispielhaften Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, steht die Abgasumlenkerverzweigung 74 in Fluidkommunikation mit der AGR-Leitung 52 stromaufwärts des Abgaskühlers 66 und erstreckt sich zu einer Stelle stromabwärts des Abgaskühlers, wo sie in Fluidkommunikation mit einer Niederdruck-AGR-Leitungsverzweigung 52A, einer Hochdruck-AGR-Leitungsverzweigung 52B oder beiden steht.
Ein Abgasbypassventil 76 ist in Fluidkommunikation mit der Abgasumlenkerverzweigung 74 angeordnet und derart konfiguriert, dass ermöglicht wird, das Abgas 24 den Abgaskühler 66 umgehen kann, sollte eine Kühlung des Abgases durch den Controller 58 auf Grundlage der verschiedenen Eingänge 61a bis 61n als unerwünscht angenommen werden. Die Steuerung 58 steht in Signalkommunikation mit dem Abgasbypassventil 76 und kann bei Bestimmung, dass eine Kühlung des umgelenkten Abgases 56 unerwünscht ist, das Abgasbypassventil betätigen, um eine Strömung von umgelenktem Abgas 56 ungekühlt durch die Abgasumlenkerverzweigung 74 zu ermöglichen. Ein zweites Abgasventil 78 ist zwischen der Niederdruck-AGR-Leitungsverzweigung 52A und der Hochdruck-AGR-Leitungsverzweigung 52B angeordnet. Der Controller 58 steht auch in Signalkommunikation mit dem zweiten Abgasventil 78 und dient dazu, das Ventil zu schließen, wenn das nicht gekühlte umgelenkte Abgas 56 an dem Abgaskühler 66 parallel vorbei geführt ist. Der Schließvorgang verhindert einen Eintritt des nicht gekühlten umgelenkten Abgases 56 in die Hochdruck-AGR-Leitungsverzweigung 52B, wenn nicht gekühltes umgelenktes Abgas 56 an das Ansaugsystem 12 stromabwärts des Drosselkörpers 19 geführt wird.
Die beschriebenen Systeme sehen den Zusatz von umgelenktem Abgas 56 zu dem Ansaugsystem 12 des Verbrennungsmotors 10 stromabwärts der Drosseln 19 vor, was dazu dient, das AGR-System durch Bereitstellung einer angemessenen umgelenkten Abgasströmung zu den Motorzylindern 16 unter Niedrigdrehzahl- und Leichtlastbedingungen zu ergänzen, wodurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeitsvorteile ausreichender AGR verbessert werden. Die Distanz zwischen der Einführung des umgelenkten Abgases 56 zu den Motorzylindern 16 ist in einer solchen Anordnung signifikant verkürzt, was in einer Zunahme eines Übergangs-AGR-Ansprechens resultiert. Auch reduziert durch Umgehen des abgasgetriebenen Turboladers 26 (d. h. Führen von umgelenktem Abgas 56 direkt zu dem Ansaugsystem 12 während des Niedriglastbetriebs) die Möglichkeit der Kontamination des Turboladerkompressors durch Abgas 24. Die verschiedenen Ausgestaltungen sehen eine Flexibilität bei der Auswahl zwischen gekühltem und nicht gekühltem Abgas für Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors 10 vor. Auch resultiert, wie angegeben ist, ein Abziehen von Abgas zum Zweck der Rückführung von Abgas zu dem Motor 10 stromabwärts des abgasgetriebenen Turboladers 26 in einer verbesserten Leistungsfähigkeit des Turboladers 26.

Claims

Abgasrückführungssystem (251) in Fluidkommunikation mit einem Ansaugsystem (12) eines Verbrennungsmotors (10), umfassend: ein Abgassystem (14) mit einem Abgaskrümmer (22) in Fluidkommunikation mit Zylindern (16) des Verbrennungsmotors (10), das derart konfiguriert ist, Abgas (24) davon zu entfernen; einen abgasgetriebenen Turbolader (26) mit einem Turbinengehäuse (28), das einen Hochdruckturbineneinlass (30) in Fluidkommunikation mit dem Abgaskrümmer (22), der derart konfiguriert ist, Abgas (24) davon aufzunehmen, einen Niederdruckturbinenauslass (32) in Fluidkommunikation mit einer Abgasleitung (34) des Abgassystems (14) zum Austrag von Abgas (24) von dem Turbinengehäuse (28) und ein Kompressorgehäuse (36) aufweist, das einen Niederdruckkompressoreinlass (38) in Kommunikation mit der Umgebung (64) und einen Hochdruckkompressorauslass (40) in Kommunikation mit dem Ansaugsystem (12) besitzt; eine Abgasrückführungsleitung (52) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (34), die derart konfiguriert ist, einen Anteil von Abgas (24) davon umzulenken; eine Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A), die sich zwischen der Abgasrückführungsleitung (52) und dem Ansaugsystem (12) erstreckt und diese fluidtechnisch verbindet, um nicht komprimiertes Abgas (56) daran zu liefern; eine Hochdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52B), die sich zwischen der Abgasrückführungsleitung (52) und dem Niederdruckkompressoreinlass (38) des abgasgetriebenen Turboladers (26) erstreckt und diese fluidtechnisch verbindet und derart konfiguriert ist, Abgas (60) an den Niederdruckkompressoreinlass (38) zur Kompression in dem abgasgetriebenen Turbolader (26) und zur Lieferung an das Ansaugsystem (12) zu liefern; und einem Abgaskühler (66) in Fluidkommunikation mit der Abgasrückführungsleitung (52), der stromaufwärts der Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A) und der Hochdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52B) angeordnet ist; gekennzeichnet durch eine Abgasumlenkerverzweigung (74) in Fluidkommunikation mit der Abgasrückführungsleitung (52) an einer Stelle stromaufwärts des Abgaskühlers (66), die sich zu der Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A) erstreckt und mit dieser in Fluidkommunikation steht; und ein Bypassventil (76), das in der Abgasumlenkerverzweigung (74) angeordnet und konfiguriert ist, nicht gekühltes Hochtemperaturabgas von der Abgasrückführungsleitung (74) und zu der Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A) umzulenken.
Abgasrückführungssystem nach Anspruch 1, ferner mit: einem ersten Abgasrückführungsventil (54), das in der Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A) angeordnet und derart konfiguriert ist, eine Volumenmenge von Abgas (56), das an das Ansaugsystem (12) geliefert wird, einzustellen; und einem zweiten Abgasrückführungsventil (62), das in der Hochdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52B) angeordnet und derart konfiguriert ist, eine Volumenmenge von Abgas (60) zur Lieferung an das Kompressorgehäuse (36) zur Kompression darin und zur Lieferung an das Ansaugsystem (12) einzustellen.
Abgasrückführungssystem nach Anspruch 2, ferner mit: einem Controller (58) in Signalkommunikation mit dem Verbrennungsmotor (10) und dem ersten und zweiten Abgasrückführungsventil (54, 62), der derart konfiguriert ist, die Ventile (54, 62) so zu betätigen, dass die Volumenmenge von hindurchströmendem Abgas (56, 60) eingestellt wird.
Abgasrückführungssystem nach Anspruch 1, ferner mit: einem Ansaugladekühler (44) in Fluidkommunikation mit dem Ansaugsystem (12) des Verbrennungsmotors (10).
Abgasrückführungssystem nach Anspruch 1, ferner mit: einem Controller (58) in Signalkommunikation mit dem Verbrennungsmotor (10) und dem Bypassventil (76), der derart konfiguriert ist, das Ventil (76) so zu betätigen, dass eine Temperatur von Abgas (56), das zu der Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A) und dem Ansaugsystem (12) des Verbrennungsmotors (10) strömt, zu variieren.
Verbrennungsmotor (10), mit: einem Ansaugsystem (12) mit einem Ansaugkrümmer (18) in Fluidkommunikation mit Zylindern (16) des Verbrennungsmotors (10), das derart konfiguriert ist, eine Ansaugladung daran zu liefern; einer Drossel (19) in Fluidkommunikation mit dem Ansaugkrümmer (18), die derart konfiguriert ist, die Ansaugluftladung von einer Ansaugluftleitung (42) zur Lieferung an den Ansaugkrümmer (18) aufzunehmen; einem Abgassystem (251) mit einem Abgaskrümmer (18) in Fluidkommunikation mit den Zylindern (16) des Verbrennungsmotors, das derart konfiguriert ist, Abgas (24) davon zu entfernen; einem abgasgetriebenen Turbolader (26) mit einem Hochdruckturbineneinlass (30) in Fluidkommunikation mit dem Abgaskrümmer (22), einem Niederdruckturbinenauslass (32) in Fluidkommunikation mit einer Abgasleitung (34) des Abgassystems (12) und einem Kompressorgehäuse (36), das einen Niederdruckkompressoreinlass (38) in Kommunikation mit der Umgebung (64) und einen Hochdruckkompressorauslass (40) in Kommunikation mit der Ansaugluftleitung (42) aufweist; einer Abgasrückführungsleitung (52) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung; einer Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A), die sich zwischen der Abgasrückführungsleitung (52) und dem Ansaugsystem (12) an einer Position stromabwärts der Drossel (19) erstreckt; einer Hochdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52B), die sich zwischen der Abgasrückführungsleitung (52) und dem Niederdruckkompressoreinlass (38) des abgasgetriebenen Turboladers (26) erstreckt; und einem Abgaskühler (66) in Fluidkommunikation mit der Abgasrückführungsleitung (52), der stromaufwärts der Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A) und der Hochdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52B) angeordnet ist; gekennzeichnet durch eine Abgasumlenkerverzweigung (74) in Fluidkommunikation mit der Abgasrückführungsleitung (52) an einer Stelle stromaufwärts des Abgaskühlers (66), die sich zu der Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A) erstreckt und mit dieser in Fluidkommunikation steht; und ein Bypassventil (76), das in der Abgasumlenkerverzweigung (74) angeordnet und konfiguriert ist, nicht gekühltes Hochtemperaturabgas von der Abgasrückführungsleitung (74) und zu der Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A) umzulenken.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, ferner mit: einem ersten Abgasrückführungsventil (54), das in der Niederdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52A) angeordnet ist; und einem zweiten Abgasrückführungsventil (62), das in der Hochdruck-Abgasrückführungsverzweigung (52B) angeordnet ist.