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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft aufgeladene Verbrennungsmotoren, beispielsweise Verbrennungsmotoren mit einer Brennraum-Bypass-Leitung, durch welche Gase zwischen einem Ansaugtrakt und einem Abgastrakt an einem Brennraum vorbei geführt werden können. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zum Steuern einer solchen Gasströmung durch eine Brennraum-Bypass-Leitung für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor.
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Stand der Technik
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Bei bisherigen Verbrennungsmotoren können Abgasrückführungsleitungen vorgesehen sein, die gesteuert einen Teil der Verbrennungsabgase in einen Ansaugtrakt des Luftzuführungssystems zurückführen, um beispielsweise die Emissionen von Stickoxiden im mittleren und unteren Lastbereich des Verbrennungsmotors zu reduzieren. In Betriebsbereichen, in denen eine Aufladeeinrichtung verdichtete Frischluft bereitstellt, besteht eine umgekehrte Druckdifferenz zwischen dem Ansaugtrakt und dem Abgasabführungstrakt, so dass kein Verbrennungsabgas in das Luftzuführungssystem gelangen kann. In diesem Fall kann die Abgasrückführungsleitung entweder passiv durch ein Rückschlagventil oder aktiv durch ein steuerbares Abgasrückführungsventil geschlossen werden.
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Die Druckschrift
US 8,783,020 B2 beschreibt eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, die einen Abgasstrang aufweist, der mit einer Auslassseite der Brennkraftmaschine verbindbar ist, wobei im Abgasstrang in stromabwärtiger Richtung wenigstens ein Katalysator angeordnet und diesem ein Partikelfilter nachgeschaltet ist. Ferner ist im Abgasstrang stromaufwärts des Partikelfilters eine Sekundärlufteinlassöffnung zum Einleiten von verdichteter Sekundärluft über wenigstens ein Flatterventil in den Abgasstrang vorgesehen.
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Die Druckschrift
WO 2009/115405 A1 offenbart ein Verfahren zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Dieselbrennkraftmaschine, die in ihrem Abgastrakt einen Katalysator und den Dieselpartikelfilter aufweist. Dabei wird Luft in den Abgastrakt derart eingebracht, dass diese zusammen mit dem Abgas der Brennkraftmaschine den Katalysator und den Dieselpartikelfilter durchströmt.
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Die Druckschrift
DE 32 258 67 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, dessen Laderauslass mit der eine Drosselklappe aufweisenden Einlassleitung und dessen Turbineneinlass mit der Auslassleitung der Brennkraftmaschine verbunden sind sowie mit einer Bypass-Leitung zwischen dem Laderauslass und dem Turbineneinlass. Die Bypass-Leitung ist stromabwärts der Drosselklappe an die Einlassleitung angeschlossen und enthält ein Ventil, das die Bypass-Leitung nur dann absperrt, wenn der Abgasdruck in der Auslassleitung den Ladedruck in der Einlassleitung um ein bestimmtes Maß übersteigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Brennraum-Bypass-Ventils in einer einen aufgeladenen Verbrennungsmotor umgehenden Brennraum-Bypass-Leitung zwischen einem Luftzuführungssystem und einem Abgasabführungssystem gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor vorgesehen, dem Frischluft über ein Luftzuführungssystem zugeführt und von dem Verbrennungsabgas über ein Abgasabführungssystem abgeführt wird, wobei eine das Luftzuführungssystem und das Abgasabführungssystem verbindende Brennraum-Bypass-Leitung mit einem darin angeordneten variabel stellbaren Brennraum-Bypass-Ventil vorgesehen ist. Das Brennraum-Bypass-Ventil wird nunmehr auch bei einem positiven Druckunterschied zwischen dem Luftzuführungssystem und dem Abgasabführungssystem, d.h. bei einem Überdruck im Luftzuführungssystem bezüglich des Abgasabführungssystems, abhängig von einem Betriebszustand des Motorsystems verstellt.
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Das obige Verfahren nutzt eine Brennraum-Bypass-Leitung, die einen Saugrohrabschnitt des Luftzuführungssystems mit einem Bypass-Bereich des Abgasabführungssystems verbindet. In der Brennraum-Bypass-Leitung ist ein Brennraum-Bypass-Ventil angeordnet. Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, das Brennraum-Bypass-Ventil so zu betreiben, dass neben einer herkömmlichen Betriebsart einer Abgasrückführung auch bei Betriebsbereichen des Verbrennungsmotors, bei denen in Folge einer Aufladung durch eine Aufladeeinrichtung in dem Saugrohrabschnitt ein höherer Druck vorliegt als im Bypass-Bereich des Abgastrakts, eine Strömung von Frischluft aus dem Ansaugtrakt in diesen Bypass-Bereich in gesteuerter Weise ermöglicht wird.
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Dies eröffnet mehrere neuartige Betriebsarten, die insbesondere durch eine Verbesserung des Wirkungsgrades und Funktionsfähigkeit des Verbrennungsmotors gekennzeichnet sind. Insbesondere bei dynamischen Laständerungen kann durch Öffnen und Schließen des Brennraum-Bypass-Ventils ein schneller Eingriff für einen Ladedruckabbau bzw. Ladedruckaufbau erreicht werden, so dass die Ansprechdynamik des Verbrennungsmotors verbessert wird.
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Durch die Betriebsarten, bei denen eine Strömung von Frischluft aus dem Ansaugtrakt in den Bypass-Bereich vorgesehen wird, kann bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren eine kritische Lastdynamik verbessert werden. Das heißt, es kann das Motoransprechverhalten in spezifischen Betriebsbereichen verbessert werden.
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Weiterhin kann das Verstellen des Brennraum-Bypass-Ventils, d.h. seines Öffnungsquerschnitts über einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf elektronisch gesteuert durchgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Verstellen des Brennraum-Bypass-Ventils bei einem Ottomotor bei einem Betriebszustand durchgeführt werden, bei dem eine Reduzierung des Drehmoments aus einem oberen Lastbereich, insbesondere innerhalb eines Betriebsbereichs, bei dem der positive Druckunterschied zwischen dem Saugrohrdruck und dem Abgasgegendruck vorliegt, angefordert wird, wobei das Verstellen durch ein Ansteuern des Brennraum-Bypass-Ventils zum Öffnen bzw. zum weiteren Öffnen durchgeführt wird, insbesondere ohne zunächst eine Drosselklappe zum Schließen anzusteuern. Somit kann durch die Möglichkeit, eine Strömung von Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt in den Bypass-Bereich des Abgasabführungssystems zuzulassen, u.U. auf ein Schubumluftsystem zum Abbau eines hohen Drucks ausgangsseitig eines Verdichters einer Aufladeeinrichtung bei einer Betriebsart einer schnellen Lastreduzierung verzichtet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Brennraum-Bypass-Ventil zum Bereitstellen einer permanenten Luftströmung durch die Brennraum-Bypass-Leitung in das Abgasabführungssystem in einem oberen Teillastbereich unter erhöhtem Ladedruck permanent geöffnet wird, wobei bei einem Betriebszustand, bei dem eine Erhöhung einer Last in einem Aufladungsbetriebsbereich, d.h. in einem Betriebsbereich, in dem eine Aufladung erfolgt, angefordert wird, das Brennraum-Bypass-Ventil zum weiteren bzw. vollständigen Schließen angesteuert wird. Dabei kann es erforderlich sein, einen stationären Bypass-Luftstrom zum Schutz gegen Katalysatorauskühlung stromab einzuleiten.
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Insbesondere kann das Verstellen des Brennraum-Bypass-Ventils bei einem Betriebszustand durchgeführt werden, bei dem eine Reinigung der Brennraum-Bypass-Leitung und/oder des Brennraum-Bypass-Ventils vorgenommen werden soll. Das Verstellen kann beispielsweise durch ein aufeinanderfolgendes Öffnen und Schließen des Brennraum-Bypass-Ventils für eine vorbestimmte Zeitdauer durchgeführt werden.
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Beim Betrieb der Brennraum-Bypass-Leitung als Abgasrückführung kann diese verrußen, bzw. versotten, wodurch sich deren freier Querschnitt (Durchlassquerschnitt) verändern kann und die Funktionsfähigkeit des darin angeordneten Brennraum-Bypass-Ventils beeinträchtigt werden kann. Durch die Möglichkeit, eine Strömung von Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt in den Bypass-Bereich zu bewirken, kann ein Reinigungseffekt der Brennraum-Bypass-Leitung durch Rückspülung mit Frischluft erreicht werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Brennraum-Bypass-Ventil bei einem negativen Druckunterschied zwischen dem Saugrohrdruck im Luftzuführungssystem und dem Abgasgegendruck im Abgasabführungssystem gemäß einer vorgegebenen Abgasrückführungsregelung angesteuert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Verstellen des Brennraum-Bypass-Ventils bei einem Betriebszustand durchgeführt werden, bei dem ein Katalysator des Motorsystems mit einem Ottomotor als Verbrennungsmotor auf eine Betriebstemperatur geheizt werden soll, wobei bei einem mittleren bis oberen Lastbereich das Brennraum-Bypass-Ventil zum Öffnen angesteuert wird, um Frischluft in das Abgasabführungssystem zu leiten, und die Verbrennung im Ottomotor mit einem Kraftstoffüberschuss durchgeführt wird. Es kommt dadurch zu einer Nachverbrennung, die den Katalysator auf eine gewünschte Betriebstemperatur bringt.
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Durch Einbringen von Frischluft in den Abgasabführungsabschnitt kann bei einem als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungsmotor eine Sekundärluftzugabe in einem einem Aufladungsbetriebsbereich, d.h. einem Betriebsbereich, in dem eine Aufladung durch eine Aufladeeinrichtung erfolgt, erreicht werden, d.h. die Katalysatoraufheizung kann im Sinne geringerer Tailpipe-Emisssionen beschleunigt werden. Im unteren Lastbereich wird ergänzend auf Spätzündwinkelmaßnahmen zurückgegriffen. Damit lässt sich ein konventionelles Sekundärlufteinblasesystem ersetzen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Verstellen des Brennraum-Bypass-Ventils bei einem Betriebszustand durchgeführt wird, bei dem in einem oberen Teillastbereich bei einem stöchiometrischen Betrieb des Verbrennungsmotors Bauteile im Abgastrakt, z.B. eine Lambdasonde oder ein Katalysator des Motorsystems mit einem Ottomotor als Verbrennungsmotor gekühlt werden sollen, wobei das Verstellen durch ein Ansteuern des Brennraum-Bypass-Ventils zum Öffnen bzw. zum weiteren Öffnen durchgeführt wird. Damit kann auf eine Innenkühlung durch Gemischanfettung verzichtet werden, was zu einer Kraftstoffeinsparung führt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor vorgesehen, dem Frischluft über ein Luftzuführungssystem zugeführt und von dem Verbrennungsabgas über ein Abgasabführungssystem abgeführt wird, wobei eine das Luftzuführungssystem und das Abgasabführungssystem verbindende Brennraum-Bypass-Leitung mit einem darin angeordneten variabel stellbaren Brennraum-Bypass-Ventil vorgesehen ist. Die Vorrichtung ist ausgebildet, um das Brennraum-Bypass-Ventil bei jeglichem Druckunterschied zwischen dem Luftzuführungssystem und dem Abgasabführungssystem abhängig von einem Betriebszustand des Motorsystems variabel, insbesondere stufenlos oder in mehr als zwei Stufen, zu verstellen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor;
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des Brennraum-Bypass-Ventils des Motorsystems.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor 2, in dem eine Anzahl von Zylindern 3 (im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier) vorgesehen ist. Luft wird den Zylindern 3 durch entsprechende Einlassventile über ein Luftzuführungssystem 4 zugeführt und durch entsprechende Auslassventile über ein Abgasabführungssystem 5 abgeführt.
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Es ist eine Aufladeeinrichtung 6 vorgesehen, die eine Turbine 61 aufweist, die mit einem Abgasabführungssystem 5 gekoppelt ist, um eine Abgasenthalpie, die in einem beim Betrieb des Verbrennungsmotors 2 ausgestoßenen Verbrennungsabgas enthalten ist, in mechanische Energie zum Antreiben eines Verdichters 62 in dem Luftzuführungssystem 4 umzuwandeln. Dazu sind die Turbine 61 und der Verdichter 62 über eine Welle 63 mechanisch miteinander gekoppelt.
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Die Turbine 61 kann mit einem Turbinenstellgeber versehen sein. Der Turbinenstellgeber kann als VTG-Turbine (VTG: Variable Turbinengeometrie) vorgesehen sein, so dass über eine Verstellung einer Turbinengeometrie ein Wirkungsgrad der Turbine 61 eingestellt werden kann. Alternativ kann als Turbinenstellgeber ein verstellbares Wastegate-Ventil in einer die Turbine 61 umgehenden Wastegate-Leitung vorgesehen sein. Der Turbinenwirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der zur Verfügung stehenden Abgasenthalpie in mechanische Energie umgesetzt wird.
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Die Turbine 62 befindet sich im Luftzuführungssystem 4 und dient dazu, Frischluft aus der Umgebung des Motorsystems 1 anzusaugen und in einem Ladedruckabschnitt 41 unter einem erhöhten Druck, dem so genannten Ladedruck, bereitzustellen. Der Ladedruckabschnitt 41 wird durch eine Drosselklappe 7 begrenzt, mit der eine Luftströmung durch einen nachfolgenden Saugrohrabschnitt 42 zu dem Verbrennungsmotor 2 steuerbar ist. Der Saugrohrabschnitt 42 befindet sich zwischen der Drosselklappe 7 und Einlassventilen (nicht gezeigt) der Zylinder 3 des Verbrennungsmotors 2.
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Im Wesentlichen unmittelbar stromabwärts der Auslassventile (nicht gezeigt) der Zylinder 3 des Verbrennungsmotors 2 mündet eine Brennraum-Bypass-Leitung 8 in einen Bypass-Bereich 51 des Abgasabführungssystems 5. Die Brennraum-Bypass-Leitung 8 verbindet das Abgasabführungssystem 5 mit dem Saugrohrabschnitt 42. In der Brennraum-Bypass-Leitung 8 ist ein Brennraum-Bypass-Ventil 82 vorgesehen, um einen Abgasmassenstrom von dem Abgas-Bypass-Abschnitt 51 in den Saugrohrabschnitt 42 gemäß herkömmlichen, an sich bekannten Verfahren einzustellen. Dazu sind herkömmliche Abgasrückführungsregelungen vorgesehen, die insbesondere in geringen und mittleren Lastbereichen, in denen der Druck im Bypass-Bereich 51 des Abgasabführungssystems 5 höher ist als ein Saugrohrdruck im Saugrohrabschnitt 42, einen Abgasmassenstrom in den Saugrohrabschnitt 42 zum Erreichen einer gewünschten Abgasrückführungsrate regeln.
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Es ist eine elektronische Steuereinheit 10 vorgesehen, die den Verbrennungsmotor 2 zum Bereitstellen eines bestimmten Drehmoments bzw. einer bestimmten Last betreiben kann. Die Steuereinheit 10 kann basierend auf über Sensoren oder geeignete Systemmodelle erhaltene Zustandsgrößen, wie beispielsweise einen Luftmassenstrom eingangsseitig des Verdichters 62, einem gemessenen Ladedruck in dem Ladedruckabschnitt 41, einer Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 und dergleichen, Stellgeber des Verbrennungsmotors 2 so ansteuern, dass das gewünschte Drehmoment bzw. die gewünschte Last erreicht wird. Die Stellgeber umfassen beispielsweise den Turbinenstellgeber, die Drosselklappe 7, das Brennraum-Bypass-Ventil 82 und dergleichen. Wie oben beschrieben, kann die Steuereinheit 10 vorsehen, bei einem negativen Druckunterschied zwischen dem Saugrohrabschnitt 42 und dem Bypass-Bereich 51 das Brennraum-Bypass-Ventil 82 entsprechend der Funktion eines herkömmlichen Abgasrückführungsventils anzusteuern, um so eine bestimmte Abgasrückführungsrate, die entsprechend einer Abgasrückführungsregelung vorgegeben wird, einzustellen.
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Während die herkömmliche Abgasrückführungsregelung vorsieht, das Brennraum-Bypass-Ventil 82 bei einem positiven Druckunterschied zwischen dem Saugrohrdruck in dem Saugrohrabschnitt 42 und dem Druck im Bypass-Bereich 51, d.h. einem Überdruck in dem Saugrohrabschnitt 42 bezüglich des Bypass-Bereichs 51, zu schließen, sind nun Betriebsarten vorgesehen, bei denen das Abgasrückführungsventil ein Abströmen von Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt 42 in das Abgasabführungssystem 5 zulässt.
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Im Folgenden werden verschiedene Betriebsarten beschrieben, bei denen ein Abströmen von Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt 42 in das Abgasabführungssystem 5 zugelassen wird.
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In 2 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das Verfahren beschreibt, bei denen bei bestimmten Betriebsarten ein Abströmen von Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt 42 in das Abgasabführungssystem 5 zugelassen wird.
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In Schritt S1 wird zunächst überprüft, ob ein positiver Druckunterschied zwischen einem Saugrohrdruck in dem Saugrohrabschnitt 42 und einem Abgasgegendruck in dem Bypassbereich 51 vorliegt. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S2 fortgesetzt, andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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In Schritt S2 wird überprüft, ob ein bestimmter Betriebszustand vorliegt. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S3 fortgesetzt, andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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In Schritt S3 wird abhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2 das Brennraum-Bypass-Ventil 82 für ein von dem Betriebszustand abhängige Zeitdauer eingestellt, so dass insbesondere ein bestimmtes Öffnungsverhalten bewirkt wird.
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Im Folgenden kann beispielsweise als der Betriebszustand des Schritts S2 ein Betriebszustand betrachtet werden, bei dem bei einem als Dieselmotor oder als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungsmotor 2 eine Reduzierung des Drehmoments, z.B. auf einen mittleren Lastbereich von einem oberen Lastbereich des Verbrennungsmotors 2 angefordert wird.
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Bei herkömmlichen Betriebsverfahren wird dazu vorgesehen, bei Anforderung der Reduzierung des Drehmoments den Ladedruck abzusenken und die Drosselklappe 7 (transient) zu schließen, um den Saugrohrdruck schnell zu vermindern und dann bei geöffnetem Motor-Bypassventil 82 eine gewünschte Menge an Abgas zur Reduzierung der Stickoxidemissionen zurückzuführen. Bei diesem Betriebsverfahren steigen üblicherweise die Drosselverluste an, wodurch ein Motorwirkungsgrad verringert wird.
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Stattdessen kann bei Anforderung einer Reduzierung des Drehmoments ausgehend von dem oberen Lastbereich bei unverändert geöffneter Drosselklappe das Brennraum-Bypass-Ventil 82 schnell (weiter oder vollständig) geöffnet werden, so dass ein Teil der Luft im Saugrohrabschnitt 42 in den Abgasabführungsabschnitt 5 abströmen kann. Dies führt zu einer Verminderung des Saugrohrdrucks und dadurch zu einer geringeren Zylinderfüllung mit Frischluft. Dadurch verringern sich die Drosselverluste bei einem als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungsmotor 2 und es wird der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 2 gegenüber der bisherigen Vorgehensweise verbessert. Die Verdichtungsendtemperatur sowie die Verbrennungsspitzentemperatur werden verringert, was sich vor allem bei einem Dieselmotor positiv auswirken kann: Die Stickoxidproduktion im Verbrennungsmotor wird reduziert, was man auf herkömmliche Weise durch die gegengerichtete Strömung in der Brennraum-Bypass-Leitung 8 mithilfe der Abgasrückführung nur im unteren Lastbereich erreichen kann und die dort nach wie vor verfügbar ist. Hier wird beim Ottomotor weiterhin angedrosselt, beim Dieselmotor genügt die bei beiden Motorbauarten erfolgende komplette Rücknahme der Aufladung.
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Des Weiteren kann bei Ottomotoren das Abführen von komprimierter Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt 42 über die Brennraum-Bypass-Leitung 8 für den schnellen Abbau von Ladedruck, parallel zum Öffnen des Wastegates, verwendet werden, so dass eine etwaige Schubumluftstrecke an dem Verdichter 62 der Aufladeeinrichtung 6 nicht benötigt wird. Für einen mittleren Lastbereich kann eine permanente Luftströmung durch die Brennraum-Bypass-Leitung 8 in das Abgasabführungssystem 5 vorgesehen werden, soweit dies die Katalysatortemperatur nicht zu stark absenkt. Besteht eine erhöhte Gefahr der Katalysatorauskühlung kann das bidirektionale Brennraum-Bypass-Ventil 82 als Dreiwegeventil zwischen Saugrohreinspeise-/entnahmepunkt und zwei Abgaseinspeise- /entnahmepunkten (jeweils vor und nach Hauptkatalysator) ausgeführt werden.
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Im Folgenden wird als der Betriebszustand des Schritts S2 ein Betriebszustand betrachtet, bei dem bei einem als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor 2 eine schnelle Lasterhöhung aus einem mittleren Lastbereich zu einem höheren Lastbereich angefordert wird. In diesem Betriebszustand kann bei einem bereits zumindest teilweise geöffneten Brennraum-Bypassventil 82, bei dem Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt 42 in den Bypass-Bereich 51 abströmt, das Brennraum-Bypassventil 82 (weiter oder vollständig) geschlossen werden, um schnell den Saugrohrdruck und dadurch den Ladedruck im Ladedruckabschnitt 41 zu erhöhen. Somit kann eine Laststeuerung durch das Brennraum-Bypass-Ventil 82 vorgenommen werden, so dass bei einem Erhöhen einer Lastanforderung aus einem Aufladungsbereich, d.h. in einem Betriebsbereich, in dem eine Aufladung erfolgt, und in dem das Brennraum-Bypass-Ventil 82 zumindest teilweise geöffnet ist, ein geforderter Ladedruck durch weiteres bzw. vollständiges Schließen des Brennraum-Bypass-Ventils 82 schnell aufgebaut werden kann. Dies ermöglicht einen schnelleren Ladedruckaufbau, als dies durch eine Ansteuerung des Turbinenstellers möglich wäre. Dadurch kann das dynamische Verhalten bei einer positiven Lastanforderung deutlich verbessert werden, da eine prinzipiell träge Ladedruckänderung über den Turbinenstellgeber der Turbine 61 durch einen Mitkopplungseffekt in zweifacher Weise beschleunigt werden kann. Infolge einer stärkeren initialen Verbrennung durch den beschleunigten Füllungsaufbau erhöht sich erstens die Abgastemperatur schneller. Zweitens erhöht sich aufgrund eines erhöhten Gasdurchsatzes durch den Brennraum insgesamt die Enthalpie und damit den Wirkungsgrad der Turbine der Aufladeeinrichtung.
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Im Folgenden wird als der Betriebszustand des Schritts S2 ein Betriebszustand betrachtet, bei dem eine Reinigung der Brennraum-Bypass-Leitung 8 bzw. des Brennraum-Bypass-Ventils 82 vorgenommen werden kann. Da beim Abgasrückführungsbetrieb in der Brennraum-Bypass-Leitung 8 Versottung / Verrußung auftreten kann, ist es zweckmäßig, die Brennraum-Bypass-Leitung 8 regelmäßig bzw. zu vorgegebenen Zeitpunkten durchzuspülen bzw. zu reinigen. Dies kann durch ein geeignetes pulsartiges Öffnen und Schließen des Brennraum-Bypass-Ventils 82 in einem Aufladungsbetriebsbereich für eine vorbestimmte Zeitdauer erreicht werden, wobei eine positive Druckdifferenz zwischen dem Saugrohrabschnitt 42 und dem Bypassbereich 51 vorliegt. Durch das aufeinanderfolgende Öffnen und Schließen werden Frischluftpulse erzeugt, durch die Partikelanlagerungen gelöst und in das Abgasabführungssystem 5 abgeblasen werden können.
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Des Weiteren ist es notwendig, dass dieser Reinigungsvorgang momentenneutral, d.h. ohne spürbare Auswirkung auf das Fahrverhalten, durchgeführt werden kann. Dies ist bei Dieselmotoren eher unkritisch, da geringe Änderungen der Frischluftfüllung im Zylinder sich nur unwesentlich bemerkbar machen. Beim Ottomotor hingegen muss der Momentenneutralität durch eine Momentenreserve (vorgehaltene Mehrluftmenge bei späterem Zündwinkel) Rechnung getragen werden.
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Im Instationärfall kann der Reinigungsvorgang der Brennraum-Bypass-Leitung 8 von Partikelanlagerungen bei einer Lastreduzierung aus oberen Lastbereichen, d.h. bei hohem Ladedruck, erfolgen. Auf diese Weise kann der beschleunigte Abbau des Ladedrucks mit einem Rückspüleffekt durch die Brennraum-Bypass-Leitung 8 kombiniert werden, um gleichzeitig die Reinigung der Brennraum-Bypass-Leitung 8 von einer Versottung zu erreichen. Dieser Reinigungsvorgang kann mit einem Ablösevorgang von festsitzenden Partikeln eingeleitet werden. Dies erfolgt durch geeignetes Öffnen und Schließen des Brennraum-Bypass-Ventils 82 (z.B. getaktet mit gezieltem Prellen). Daran kann sich ein mäßiges Öffnen mit dem Ziel hoher Durchströmungsgeschwindigkeit anschließen. Dies kann entweder zu vorgegebenen Zeitpunkten oder als Anfangsphase zu Beginn einer jeden regulären Ansteuerung erfolgen.
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Die herkömmliche Vorgehensweise bei aufgeladenen Dieselmotoren, den Ladedruck in einem Teillastbereich deutlich abzusenken, hat den Nachteil, dass sich ein angeforderter maximaler Ladedruck nur vergleichsweise langsam aufbaut und die Drehmoment bestimmenden Einspritzmengen nicht unmittelbar erhöht werden können, da sonst Überfettung und Rußemissionen die Folge wären. Insbesondere im mittleren Lastbereich und oberen Lastbereich kann daher eine höhere Basisaufladung durch die Aufladeeinrichtung 6 vorgesehen werden und der Saugrohrdruck bzw. der Ladedruck über ein variables Einstellen des Brennraum-Bypass-Ventils 82 geregelt werden. Der durch die variable Einstellung bestimmte Öffnungsquerschnitt des Brennraum-Bypass-Ventils 82 bestimmt dann die in den Abgasabführungsabschnitt 5 strömende Frischluftmenge und zugleich das Potential der schnellen Füllungs- und Laststeigerung (Dynamik).
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Die Kombination des herkömmlichen Verfahrens zum Betreiben eines Abgasrückführungssystems steht nicht im Konflikt mit dem neuartigen Brennraum-Bypass-System, durch das ein Abströmen von Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt 42 in den Bypass-Bereich 51 des Abgasabführungssystems 5 ermöglicht wird. Diese Betriebsbereiche sind über die Richtung des Druckgefälles in der Brennraum-Bypass-Leitung 8 separiert.
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Im Folgenden wird als der Betriebszustand des Schritts S2 ein Betriebszustand betrachtet, bei dem ein Katalysator eines Motorsystems 1 mit einem Ottomotor als Verbrennungsmotor 2 auf eine Betriebstemperatur geheizt werden kann. Bei einem Ottomotor mit aktiver Aufladung, d.h. die Abgasenthalpie ist ausreichend, um eine Verdichtung von Frischluft in den Ladedruckabschnitt 41 zu erreichen, wie es bei mittleren bis oberen Lastbereichen der Fall ist, kann das Steuergerät 10 vorsehen, das Brennraum-Bypass-Ventil 82 zu öffnen, um Frischluft in den Abgasabführungstrakt 5 zu leiten und dort unter Verwendung eines zum Beispiel leicht fetten Brennraumgemisches eine Nachverbrennung zu erzielen. Dadurch kann der an sich bekannte Katalysatorheizeffekt vorgesehen werden, für den herkömmlich ein separates Sekundärluftsystem benötigt würde. An die Stelle einer Sekundärluftpumpe tritt dann die abgasgetriebene Aufladeeinrichtung 6, so dass auf das Vorsehen der Sekundärluftpumpe verzichtet werden kann.
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Im Folgenden wird als der Betriebszustand des Schritts S2 ein Betriebszustand betrachtet, bei dem ein Katalysator eines Motorsystems 1 mit einem Ottomotor als Verbrennungsmotor 2 gekühlt werden soll. Dazu kann in einem oberen Lastbereich bei einem stöchiometrischen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2, d.h. es gelangt kein überschüssiger unverbrannter Kraftstoff in das Abgasabführungssystem 5, durch Einleiten von Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt 42 in den Abgastrakt 5 eine Katalysatorkühlung erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8783020 B2 [0003]
- WO 2009/115405 A1 [0004]
- DE 3225867 A1 [0005]