Vorrichtung zur Verbesserung der Abgasemission Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Nutzung der Drosselenergie einer Brennkraftmaschine mit einem mit einem Verdichter in Antriebsverbindung stehenden Generator und einer mit dem Verdichter in Antriebsverbindung stehenden Turbine, die über eine erste Versorgungsleitung Frischluft einem Saugrohr der Brennkraftmaschine zuführt, wobei über den Verdichter Abgas ebenfalls dem Saugrohr der Brennkraftmaschine zugeführt werden kann oder während des Startvorgangs Frischluft aus dem Luftfilter in das Abgas der Leitung geleitet wird.

Es ist bereits ein Antriebsaggregat für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zur Abgabe von Antriebsenergie, mit einem Abgasturbolader bekannt (DE 198 40 629 A1), der eine Turbine mit einem Verdichter aufweist. Hier wird die Turbine durch Abgase des Verbrennungsmotors und der Verdichter durch die Turbine angetrieben. Ferner weist das Aggregat ein Luftleitungssystem auf, das dem Verdichter Frischluft zuführt, in welchem sie zur Ladeluft verdichtet wird, wobei die Ladeluft vom Verdichter zum Verbrennungsmotor geführt wird. Ferner ist ein Zusatzverdichter vorgesehen, der verdichtete Frischluft erzeugt, die bedarfsabhängig dem Luftleitungssystem stromauf des Verbrennungsmotors zuführbar ist, wobei als Zusatzverdichter ein bereits für andere Zwecke im Fahrzeug vorhandener Verdichter verwendet wird.

Ferner weiß man, dass während des Kaltvorgangs und der Leerlauf-, Start-oder Schubphasen eines Verbrennungsmotors im Ansaugtrakt die Luft für die motorische Verbrennung bedarfsgerecht gedrosselt wird. Hierzu setzt man in bekannter Weise eine Drosselklappe ein. Die durch die Drosselklappe dissipierte Energie wird in Wärme umgesetzt und damit in eine reine Verlustleistung (negative Ladungswechselschleife) umgewandelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drosselenergie für weitere Prozesse zu nutzen und in andere Energieformen umzuwandeln.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die erste Versorgungsleitung an die Turbine derart angeschlossen ist, dass beim Startvorgang oder vor dem ersten Einspritzzyklus der Brennkraftmaschine zumindest die Quantitätsregelung der angesaugten Luft über die Turbine erfolgt, die über eine Welle mit dem Verdichter und einem Generator in Antriebsverbindung steht, von dem in der Startphase Energie als Bremsenergie abgenommen werden kann.

Da die erste Versorgungsleitung für die Ansaugluft direkt über die Turbine geleitet wird, kann in sinnvoller Weise die Drosselenergie genutzt werden, wobei durch den Antriebsstand zwischen Turbine und Generator der Generator als Bremse fungiert. Es wird also durch die Kopplung der Turbine mit dem Generator Energie gewonnen. Damit ist eine Nutzung auch für andere Aggregate, z. B. die elektrische Servopumpe, oder andere elektrische Verbraucher zum Laden der Batterie möglich. Durch die entsprechende Laststellung des Generators lässt sich die Luftmasse wie durch eine Drosselklappe begrenzen. Das Signal der Drosselklappensteuerung wird dann für die Ansteuerung der Generatorsteuerung eingesetzt. Daraus ergibt sich für die Motorsteuerung kein größerer Aufwand. Ferner wird durch diese Anordnung die Möglichkeit der Erzeugung von Sekundärluft durch einen zusätzlichen Verdichter geschaffen. Der Verdichter wird über die Turbine angetrieben und fördert somit auf vorteilhafte Weise Sekundärluft zum Auslasskanal durch entsprechende Ventilsteuerung.

Hier ist es vorteilhaft, dass der Verdichter über den Luftmassenstrom aus der Versorgungsleitung und damit über die Turbine angetrieben wird.

Ferner ist es vorteilhaft, dass vor einer Öffnung einer Versorgungsleitung zum Verdichter ein Wegeventil vorgesehen ist, über das Frischluft aus dem Luftfilter oder Restabgas dem Verdichter zugeführt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass während der Startphase Frischluft aus dem Luftfilter über eine Versorgungsleitung direkt dem Verdichter und dann über eine weitere Versorgungsleitung und ein zweites Wegeventil der Abgasleitung der Brennkraftmaschine oder danach Abgas bzw.

Restgas über das zweite Wegeventil dem Saugrohr zugeführt wird.

Ferner ist es vorteilhaft, dass nach einer Auslassöffnung des Verdichters zu der weiteren Versorgungsleitung das weitere Wegeventil vorgesehen ist, über das die Sekundärluft zur Abgasleitung der Brennkraftmaschine geleitet und an die Umgebungsluft abgegeben wird, und dass der Generator mit einem Steuergerät und/oder einem Leistungssteuergerät der Brennkraftmaschine wirkungsmäßig verbunden ist.

Außerdem ist es vorteilhaft, dass der Verdichter und der Generator über die Turbine angetrieben werden und der Antrieb über das Leistungssteuergerät geregelt wird.

Mit der vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also der zum Betreiben des Laders notwendige Saugdruck und somit der erforderliche Ansaugluftmassenstrom während der Start-, Leerlauf-und Schubphase durch den Verbrennungsmotor gewährleistet. Die Nutzung der Drosselenergie zum Antrieb einer Turbine im Ansaugtrakt erfolgt also über die Kopplung des Verdichters mit dem Generator. Mit dieser Anordnung ist die Erzeugung von elektrischer Energie durch den Antrieb des Generators möglich. Ferner wird durch den Verdichter der erforderliche Luftmassenstrom erzeugt. Für die Sekundärlufteinblasung ist also eine Sekundärluftpumpe nicht erforderlich. Durch die vorteilhafte Ventilsteuerung und damit die Luftführung aus dem Luftfilter über den Lader und über die Bypassleitung ergibt sich ein geringerer Saugwiderstand. Der Luftmassenstrom kann ferner zur Abgaskrümmerkühlung bei entsprechender Ventilschaltstellung eingesetzt werden. Durch die Führung des Luftmassenstroms über den Verdichter bei entsprechender Ventilstellung ist es in vorteilhafter Weise möglich, einen entsprechenden Katalysator einzusetzen und damit die Abgasnachreaktion zu erhöhen. Ferner besteht bei dieser Anordnung und entsprechender Ventilstellung die Möglichkeit, den Verdichter entsprechend einzusetzen, um das Abgas anzusaugen und in das Saugrohr zu fördern.

In der Zeichnung ist mit 22 ein Antriebsaggregat für eine in der Zeichnung nicht dargestellte Brennkraftmaschine, beispielsweise einen Ottomotor, bezeichnet. Zu dem Antriebsaggregat 22 gehört ein Generator 3, der über eine Antriebswelle 2 mit einem Verdichter 1 verbunden ist. Der Verdichter 1 steht über die Antriebswelle 2 mit einem Lader bzw. einer Turbine 5 in Antriebsverbindung.

Über eine Abgasleitung 10 wird Abgas 25 über ein Wegeventil 13, eine Versorgungsleitung 12, den Verdichter 1 und über eine zweite Leitung 9 bei entsprechender Stellung eines Wegeventils 23 einem Saugrohr 11 zugeführt. Das eine Wegeventil ist zwischen der Einlassöffnung zum Verdichter 1 und dem Luftfilter vorgesehen. Das zweite Wegeventil 23 ist zwischen dem Verdichter 1 und dem Saugrohr 11 angeordnet. Bei einer anderen Durchflussstellung des Wegeventils 13 kann Luft 26 aus dem in der Zeichnung nicht dargestellten Luftfilter über die Leitung 12, den Verdichter 1, über die zweite Leitung 9 sowie das Wegeventil 23 über eine Leitung 24 zum Abgaskrümmer abfließen.

Wie aus der Zeichnung ferner hervorgeht, gelangt Luft 26 auch über einen Heißfilmluftmassenmesser 8 (HFM) über eine weitere Versorgungsleitung 7 direkt zum Lader bzw. der Turbine 5 und über eine Leitung 6 zum Saugrohr 11 der Brennkraftmaschine.

Durch die vorteilhafte Anordnung der beschriebenen Vorrichtung wird die bisher verwendete Drosselklappe weggelassen, wobei der Verbrennungsmotor bzw. der Ottomotor quantitätsgesteuert bzw. geregelt ist, d. h. über die Versorgungsleitung 6 wird eine ausreichende Luftmenge zur Verfügung gestellt, damit der Motor seinen Betriebszustand halten kann. Die bisher übliche Drosselklappe, durch die die Luftmenge gesteuert wird, entfällt. Diese Funktion wird durch die Turbine bzw. den Lader 5 ersetzt, die dann über den Generator gebremst werden kann. Die Turbine 5 gibt die Drosselenergie an den Generator 3 ab. Dieses Verfahren kann zum Starten der Brennkraftmaschine eingesetzt werden, wobei die Turbine 5 als Sekundärluftlader verwendet wird. Hierzu ist es vorteilhaft, dass bei diesem Verfahren der Ausstoß der Kohlenwasserstoffe (HC) nicht erhöht wird. Ferner werden durch dieses Verfahren Luftaufwand und Abgastemperaturkühlung und somit der Gesamtwirkungsgrad verbessert. Mit diesem Verfahren ist ferner keine zusätzliche Antriebsenergie erforderlich, das Gewicht der gesamten Vorrichtung kann verringert und die Luftmassenregelung optimiert werden. Die bisher eingesetzte Drosselklappe kann, wie bereits erwähnt, zwischen dem Heißfilmluftmassenmesser 8 und dem Saugrohr 11 eingespart und die dadurch freigesetzte Energie in optimaler Weise genutzt werden bzw. dem Generator 3 zur Verfügung gestellt werden. Zur Optimierung des Verfahrens ist der Generator 3 mit einem Steuergerät bzw. einem Leistungssteuergerät 4 der Brennkraftmaschine verbunden.

Bezugszeichenliste 1 Turbolader, Verdichter 2 Antriebswelle des Generators 3 Generator 4 Leistungssteuerung 5 Turbine, Turbolader 6 Leitung zum Verdichter, Frischluft 7 erste Versorgungsleitung 8 HFM Heißfilmluftmassenmesser 9 zweite Versorgungsleitung 10 Abgasleitung 11 Saugrohr 12 Versorgungsleitung 13 Wegeventil 22 Antriebsaggregat 23 Stellventil, Wegeventil 24 Leitung zur Abgasleitung 25 Abgas 26 Luft