Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zumindest einer Gaswechselöffnung pro Zylinder, zumindest einem Kraftstoffin jektor, mit zumindest einem eine Abgasturbine und einen Verdichter aufweisenden Abgasturbolader, wobei Abgaswärme des Auslasssystems und/oder des Abgas rückführsystems der Brennkraftmaschine mit einer nach einem organischen Rankine-Zyklus arbeitenden Abwärmerückgewinnungseinrichtung rückgewonnen wird.

Weiters betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Kraft stoffinjektor, mit zumindest einem eine Abgasturbine und einen Verdichter aufwei senden Abgasturbolader, wobei vorzugsweise die Brennkraftmaschine ein Abgas- rückführsystem mit zumindest einer Abgasrückführleitung zwischen einem Einlass system und einem Auslasssystem aufweist, sowie mit einer nach einem organi schen Rankine-Zyklus arbeitenden Abwärmerückgewinnungseinrichtung zur Rück gewinnung von Abgaswärme aus dem Abgassystem und/oder dem Abgasrückführ system, welche Abwärmerückgewinnungseinrichtung einen Kreislauf für ein Ar beitsmedium mit zumindest einer Pumpe, zumindest einem Verdampfer, zumin dest einem Expander und zumindest einem Kondensator aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auslegen dieser Brennkraftmaschine.

Abwärmerückgewinnungseinrichtungen werden unter anderem bei Straßen-Nutz- fahrzeugen eingesetzt, um die Abgas-Abwärme der Brennkraftmaschine unter Ver wendung eines einen Verdichter und einen Expander aufweisende organischen Rankine Zyklus zu nutzen. Dabei wird im Expander, beispielsweise einer Turbine oder einer Kolbenmaschine mechanische Arbeit verrichtet.

Bisher wurden Abwärmerückgewinnungseinrichtungen und Brennkraftmaschinen unabhängig voneinander entwickelt und optimiert. Die Abwärmerückgewinnungs einrichtung wurde nachträglich der Brennkraftmaschine zugefügt. Nachteilig ist, dass - obwohl die Brennkraftmaschine für sich und die Abwärmerückgewinnungs einrichtung für sich optimiert wurden - der thermische Wirkungsgrad des Gesamt systems aus Brennkraftmaschine und Abwärmerückgewinnungseinrichtung nicht optimal war.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Gesamtwirkungsgrad des Systems Brennkraft maschine und Abwärmerückgewinnungseinrichtung zu verbessern. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung in zumindest einem Betriebspunkt einen thermischen Gesamtwirkungsrad vom mindestens 50% zu erreichen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Brennkraftmaschine in zumindest einem definierten Betriebspunkt mit folgender Kombination von Pa rametern betrieben wird:

Kompressionsverhältnis zwischen 21 und 23;

Spitzenverbrennungsdruck von mindestens 250 bar, vorzugsweise zwi schen 250 bar und 270 bar, im gesamten Motorkennfeld;

Liefergrad von mindestens 90%;

Drallzahl im Brennraum zwischen 0 und 1,6;

Durchflusskoeffizient zumindest einer Gaswechselöffnung: Mindestens 0,068;

Einspritzdruck der Kraftstoff! n je ktoren von mindestens 2500 bar; spezifische Düsendurchflussrate der Kraftstoff! njektoren von 700 - 1200 ml/60s pro 100 kW Nennleistung, gemessen bei einem Kraft stoffei nspritzdruck von 100 bar;

Abgasturbolader-Wirkungsgrad mindestens 60%, vorzugsweise mindes tens 65%;

Beginn der Haupteinspritzung des Kraftstoffes im besten Betriebspunkt des thermischen Wirkungsgrads so, dass der Verbrennungsschwerpunkt (MFB50%) bei etwa 6° bis 12°, vorzugsweise 8° bis 10°, Kurbelwinkel KW nach dem Totpunkt (ATDC) der Zündung liegt.

Weist die Brennkraftmaschine ein Abgasrückführsystem, insbesondere ein Hoch- druck-Abgasrückführsystem, auf, mit welchem in zumindest einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine Abgas von einem Auslasssystem zu einem Einlasssystem der Brennkraftmaschine rückgeführt wird, so ist es vorteilhaft, wenn das Abgas in zumindest einem definierten Betriebspunkt mit einer Abgasrückführrate zwischen 0% und 15% rückgeführt wird. Vorzugsweise wird dabei das rückgeführte Abgas in der Abgasrückführleitung des Abgasrückführsystems über ein in Strömungsrich tung öffnendes Reed-Ventil geleitet wird.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasturbine des Abgasturboladers mittels eines Waste-Gates oder einer variablen Turbinen geometrie geregelt wird.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehene, dass die Brennkraft maschine bei einer Drehzahl der Kurbelwelle in einem Bereich zwischen 1020 U/min und 1200 U/min, vorzugsweise zwischen 1025 U/min und 1150 U/min, und bei einem Drehmoment in einem Bereich zwischen 75% und 85% des Nenndrehmomentes für diese Drehzahl mit maximalem thermischen Wir kungsgrad betrieben wird, wobei vorzugsweise der relative Ladedruck des Abgas turboladers zwischen 2,8 bar und 3,1 bar liegt.

Die besten Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn als Arbeitsmedium der Abwär merückgewinnungseinrichtung Cyclopentan verwendet wird.

Durch die genannten Maßnahmen wird der Massenfluss durch die Brennkraftma schine minimiert, um höchste Abgastemperaturen zu erreichen. Auf diese Weise erreicht man einen Thermischen Gesamtwirkungsgrad von mindesten 50%, wobei zum thermischen Gesamtwirkungsgrad die Brennkraftmaschine mit etwa 48% und die Abwärmerückgewinnungseinrichtung mit etwa 2% beiträgt.

Dadurch ist es möglich die C02-Emissionen im Vergleich zu leistungsgleichen her kömmlichen Kombinationen aus Brennkraftmaschinen und Abwärmerückgewin nungseinrichtungen zu reduzieren.

Um einen hohen thermischen Gesamtwirkungsgrad zu erreichen, wird erfindungs gemäß ein Verfahren zur Auslegung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wel ches folgende Schritte aufweist: a. Anpassen des Abgasturboladers solange, bis ein minimaler Ladedruck des Verdichters des Abgasturboladers erreicht wird, bei dem eine erforderli che Abgasmenge noch rückgeführt werden kann, um gesetzlich vorgege bene maximale NOx-Emissionswerte am Endrohraustritt der Brennkraft maschine zu erfüllen; b. Erhöhen des Kompressionsverhältnisses der Brennkraftmaschine, bis der maximale Zylinder-Spitzendruck erreicht wird; c. Wiederholen der Schritte a. und b. mit höherer Abgasrückführrate, wenn der Stickoxidgehalt am Endrohraustritt des Auslassstranges der Brenn kraftmaschine die gesetzlich vorgegebenen maximalen NOx-Emissions- werte überschreitet.

Diese iterative Auslegungsmethode für die Brennkraftmaschine ermöglicht den höchsten thermischen Gesamtwirkungsgrad für die Brennkraftmaschine samt Ab wärmerückgewinnungseinrichtung für einen einzelnen stationären Betriebspunkt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den nicht einschränkenden Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen schematisch:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine; Fig. 2 eine Abwärmerückgewinnungseinrichtung dieser Brennkraftma schine;

Fig. 3 ein Detail der Brennkraftmaschine;

Fig. 4 eine vereinfachte Abwärmerückgewinnungseinrichtung;

Fig. 5 ein Leistungsdiagramm des Expanders;

Fig. 6 ein Kennfeld der Brennkraftmaschine ohne Abwärmerückgewin nungseinrichtung; und

Fig. 7 ein Kennfeld der Brennkraftmaschine mit Abwärmerückgewinnungs einrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 zur Durch führung des beanspruchten Verfahrens. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Ein lassstrang 2, einen Auslassstrang 3, eine im Auslassstrang 3 angeordnete Abgas nachbehandlungseinrichtung 4 und eine Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 auf, von welcher in Fig. 1 der Abgaswärmetauscher 51 und der EGR-Wärmetau- scher 52 (EGR=exhaust gas recirculation) dargestellt ist. Zwischen dem Aus lassstrang 3 und dem Einlassstrang 2 ist eine Abgasrückführeinrichtung 6, bei spielsweise eine Hochdruck-Abgasrückführeinrichtung vorgesehen, mit welcher Abgase aus dem Auslassstrang 3 in den Einlassstrang 2 rückgeführt werden. Wei ters weist die Brennkraftmaschine 1 einen Abgasturbolader 7 mit einem Verdichter 71 im Einlassstrang 2 und einer Abgasturbine 72 im Auslassstrang 3 auf.

Pro Zylinder sind über Hubventile gesteuerte Gaswechselöffnungen, also eine oder mehrere Einlassöffnungen und eine oder mehrere Auslassöffnungen vorgesehen, welche den Gasaustausch im Zylinder ermöglichen. Die Brennkraftmaschine 1 kann selbstzündend oder fremdgezündet sein, einen oder mehrere Zylinder für hin- und hergehende Kolben aufweisen.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 kann zumindest einen Partikelfilter und/oder zumindest einen Katalysator aufweisen. Die Abgasrückführeinrichtung 6 weist ein Abgasrückführventil 60 und eine Abgasrückführleitung 61 auf, in wel chem der EGR-Wärmetauscher 52 und ein Reed-Ventil 62 (Flatterventil) angeord net ist.

Die Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 arbeitet nach dem ORC-Verfahren (ORC=Organic Rankine Cycle) und weist einen Kreislauf 50 für ein organisches Arbeitsmedium auf, welcher in Fig. 2 dargestellt ist. In dem Kreislauf 50 sind neben dem ersten Verdampfer 510 des Abgaswärmetauschers 51 und dem zweiten Ver dampfer 520 des EGR-Wärmetauschers 52 ein Expander 53 - beispielsweise eine Kolbenmaschine oder eine Turbine, ein Kondensator 54, ein Reservoir 55, eine Pumpe 56 und ein Verteilerventil 57 angeordnet.

Die Wärmequellen - Abgas des Abgasstranges 3 und rückgeführtes Abgas des Ab gasrückführleitung 61 - werden in der Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 ge nutzt, um das Arbeitsmedium im ersten Verdampfer 51 und/oder zweiten Ver dampfer 52 zu verdampfen. Der erste Verdampfer 51 und der zweite Verdampfer 52 sind im Kreislauf 50 der Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 parallel ge schaltet und werden über das Verteilerventil 57 geschaltet, um einen Betrieb mit oder ohne Abgasrückführung zu ermöglichen. In letzterem Falle wird das Arbeits medium am zweiten Verdampfer 520 vorbeigeleitet.

Der erste Verdampfer 510 ist im Abgasstrang 3 nach der Abgasnachbehandlungs einrichtung 4 der Brennkraftmaschine 1 positioniert, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Da durch können nachteilige Auswirkungen auf die Abgasnachbehandlung vermieden werden.

Mittels des ORC-Verfahrens wird in der Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 Ab wärme aus dem Abgas (Enthalpie) in mechanische Energie umgewandelt.

Fig. 4 zeigt eine Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 mit vereinfachtem ORC mit nur einer Wärmequelle, und zwar einem ersten Verdampfer 510 eines Abgas wärmetauschers 51. Die Enthalpie Q des Abgases kann aus dem Abgasmassen strom m, der spezifischen Wärmekapazität c _p , welche als annähernd konstant be trachtet wird, und der abgasseitigen Temperaturdifferenz DT zwischen Eintritt 511 und Austritt 512 des ersten Verdampfers 510 berechnet werden :

Q = m - c _P - AT

Ein Ansteigen der Enthalpie Q hat ein Ansteigen der mechanischen Leistung P des Expanders zu Folge.

In Fig. 5 ist die Leistung P des Expanders 53 als Funktion über verschiedenen Ab gasmassenströme m und abgasseitige Eintrittstemperaturen TE des Abgaswärme tauschers 51 mit einem konstanten Wirkungsgrad aufgetragen. Daraus ist ersicht lich, dass die abgasseitigen Eintrittstemperaturen T _E des Abgaswärmetauschers 51 größeren Einfluss auf die Leistung P des Expanders 53 haben, als der Abgasmas senstrom m.

Die Position des Betriebspunktes mit dem höchsten thermischen Wirkungsgrad BTEopt für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in den in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigten Kennfeldern dargestellt, wobei jeweils das Drehmoment MD über der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 aufgetragen sind. Im Kennfeld sind die ther mischen Wirkungsgrade BTEi der Brennkraftmaschine 1 eingetragen. Fig. 6 zeigt den thermischen Wirkungsgrad BTEi für die Brennkraftmaschine 1 alleine, also ohne Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 (WHR=Waste Heat Recovery), und Fig. 7 zeigt den thermischen Wirkungsgrad BTEi ₊ s für die Brennkraftmaschine 1 samt Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5. Der markierte Bestpunkt BTE _opt des thermischen Wirkungsgrades BTEi liegt in Fig. 6 bei der Brennkraftmaschine 1 al leine bei 48% - bei einer Drehzahl N von 1261 U/min und einem Drehmoment MD von 1892 Nm, das sind 84% des Nenndrehmomentes M N für diese Drehzahl N - und in Fig. 7 bei der Brennkraftmaschine 1 samt Abwärmerückgewinnungseinrich tung 5 bei etwa 50% - bei einer Drehzahl N von 1230 U/min und einem Drehmo ment MD von 1789 Nm, das sind 80% des Nenndrehmomentes M N für diese Dreh zahl N.

Auf der Basis der Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 lässt sich die Schlussfolgerung ziehen, dass - bei gegebener Abwärmemenge einer Brennkraftmaschine 1 - für die Effi zienz des ORC-Verfahrens hohe Abgastemperaturen TE und geringe Abgasmassen ströme m besser sind als niedrige Abgastemperaturen TE und hohe Abgasmassen ströme m.

Hohe Abgastemperaturen TE bei möglichst geringen Abgasmassenströmen m kön nen in einer Brennkraftmaschine 1 durch größtmögliche Reduzierung der Luft menge erzielt werden.

Ursache-Wirkung-Beziehung für einen Dieselmotor

Im Folgenden werden zwei unterschiedliche technologische Konzepte zum Errei chen eines hohen thermischen Wirkungsgrades BTEi für die Brennkraftmaschinen 1 allein aufgezeigt, wobei weiterhin die NOx-Emissionsanforderungen erfüllt wer den

Konzept 1 ( niedrige Zylindermasse) :

• "Niedrige" Zylindermasse ermöglicht die Auslegung des Abgasturboladers 7 mit "niedrigem" Ladedruck und positiver Pumparbeit.

• Die geringe Zylindermasse ermöglicht ein hohes Verdichtungsverhältnis CR bei einer Motorauslegung für einen festen Zündspitzendruck (z.B. 250 bar).

• Die positive Pumparbeit verhindert allerdings den Transport großer Mengen rückgeführten Abgases der Hochdruck-Abgasrückführeinrichtung, was zu einer hohen NOx-Emission aus der Brennkraftmaschine 1 führt. Deshalb ist ein effizientes, aber teures De-NOx-System (z.B. SCR-Katalysator) der Ab gasnachbehandlungseinrichtung 4 erforderlich. Konzept 1 wirkt sich wie folgt auf den thermischen Wirkungsgrad BTEi der Brenn kraftmaschine 1 und die Bedingungen für den ersten Abgasverdampfer 510 der Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 aus:

• Positive Pumparbeit (höherer Ansaugdruck als Abgasdruck) erhöht den ther mischen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 1.

• Ein hohes Verdichtungsverhältnis CR erhöht die Verbrennungseffizienz des Hochdruckzyklus und ermöglicht einen höheren thermischen Wirkungsgrad BTEi der Brennkraftmaschine 1.

• Eine geringere Zylindermasse erhöht allerdings den Wärmeübergang auf die Zylinderwände, was wiederum den thermischen Wirkungsgrad BTEi verrin gert.

• Der geringere Luftstrom und der daraus resultierende geringere Ladedruck führen zu einem geringeren Druck vor der Abgasturbine 72 des Abgastur boladers 7, was wiederum zu einer geringeren Expansion in der Abgastur bine 72 führt und eine höhere Abgastemperatur TE nach der Abgasturbine 7 ermöglicht.

• Bei gleicher Abgasenthalpie ist die Abgastemperatur TE "hoch" und der Ab gasmassenstrom m "niedrig", was für den thermischen Wirkungsgrad BTEs der Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 günstig ist.

Konzept 2 (hohe Zylindermasse) :

• Hohe Zylindermasse führt zu einer Turbolader Auslegung mit hohem Lade druck und typischerweise negativer Pumparbeit

• Die hohe Zylindermasse ermöglicht ein niedriges Verdichtungsverhältnis bei einer Motorauslegung für einen festen Zündspitzendruck (z.B. 250 bar).

• Die negative Pumparbeit ermöglicht den Transport großer Mengen von rück geführtem Abgas des Hochdruck-Abgasrückführsystems, was zu einer ge ringeren NOx-Emission aus der Brennkraftmaschine 1 führt und ein einfa cheres und kostengünstigeres De-NOx-System (z.B. SCR-Katalysator) der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 ermöglicht.

Konzept 2 wirkt sich wie folgt auf den thermischen Wirkungsgrad BTEi der Brenn kraftmaschine 1 und die Bedingungen für den ersten Abgasverdampfer 510 der Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 aus:

• Eine höhere Zylindermasse verringert den Wärmeübergang an die Zylinder wände, wodurch der thermische Wirkungsgrad BTEi der Brennkraftma schine 1 erhöht wird.

• Eine negative Pumparbeit (höherer Abgasdruck als Einlassdruck) verringert den thermischen Wirkungsgrad BTEi der Brennkraftmaschine 1. • Ein niedriges Verdichtungsverhältnis CR aufgrund der PFP-Konstruktions- grenze (PFP=peak firing pressure) führt zu einer geringeren Verbrennungs effizienz, was wiederum zu einem niedrigeren thermischen Wirkungsgrad BTEi der Brennkraftmaschine 1 führt.

• Der höhere Luftstrom und der daraus resultierende höhere Ladedruck füh ren zu einem höheren Druck vor der Abgasturbine 72, was wiederum zu einer höheren Expansion in der Abgasturbine 72 führt und eine niedrigere Abgastemperatur TE nach der Abgasturbine 72 ermöglicht.

• Bei gleicher Abgasenthalpie ist die Abgastemperatur TE niedrig und der Ab gasmassenstrom m "hoch", was für den thermischen Wirkungsgrad BTEs der Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 ungünstig ist.

Sowohl für Konzept 1 als auch für Konzept 2 werden die folgenden Funktionen verwendet, um den höchsten thermischen Wirkungsgrad BTEi der Brennkraftma schine 1 zu erzielen :

• die Ventilsteuerung der Gaswechselventile ermöglicht einen Liefergrad li von > 90% am besten Punkt, wenn keine Miller-Steuerung vorhanden ist;

• geringe Drallzahlen Rs im Brennraum im Bereich von 0 bis 1,6;

• maximale Durchflusskoeffizienten K _v der Gaswechselöffnungen : gleich oder höher 0,068;

• Maximaler Kraftstoffeinspritzdruck der Kraftstoff! njektoren gleich oder über 2500 bar;

• Düsendurchflussrate der Kraftstoff Injektoren : 700 - 1200 ml/60s pro 100 kW Nennleistung PWR bei einem Kraftstoffeinspritzdruck von 100 bar;

• Reed-Ventile 62 in der Abgasrückführleitung 61 für Brennkraftmaschinen 1 mit Abgasrückführsystem 6;

• Maximaler Turboladerwirkungsgrad über 60%;

• Start der Haupteinspritzung im besten Betriebspunkt des thermischen Wir kungsgrad BTEi, wodurch ein Verbrennungsschwerpunkt MFB50% bei 6 - 12 ° Kurbelwinkel KW nach dem Totpunkt ATDC der Zündung erreicht wird.

Simulationen, die den thermischen Wirkungsgrad BTEi ₊ s der Brennkraftmaschine 1 samt Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 von Konzept 1 und Konzept 2 ver gleichen, sind in folgender Tabelle 1 gezeigt. Beide Konzepte weisen einen thermi schen Wirkungsgrad BTEi der Brennkraftmaschine 1 alleine von 48% auf. Als Ar beitsmedium der Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 wurde Cyclopentan ver wendet.

Konzept 1 :

Maßnahmen zur Reduktion des spezifischen Kraftstoffverbrauches BSFC:

• Hohes Kompressionsverhältnis CR

• Geringerer Ladedruck führt zu positiver Pumparbeit (P_im > P_31) Resultat:

• Weniger AGR-Transport und höheres NOx

• Niedrigere Zylindermasse

• Geringere Expansion der Abgasturbine

• Höhere Abgastemperatur

Konzept 2 :

Maßnahme zur Reduktion des spezifischen Kraftstoffverbrauches BSFC:

• Hohe Zylindermasse bewirkt reduzierte Wärmeübertragung Resultat:

• Hoher Ladedruck führt zu negativer Pumparbeit (PJm <P_31), wodurch der AGR-Transport ermöglicht und NOx gesenkt wird

• Niedrigeres Verdichtungsverhältnis bei gleichem Spitzendruck PFP

• Hohe Expansion in der Abgasturbine

• Niedrigere Abgastemperatur

Die Ergebnisse zeigen, dass der gesamte thermische Wirkungsgrad BTEi ₊ s für Brennkraftmaschine 1 samt Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 für Konzept 1 viel höher ist, als bei Konzept 2. Der Hauptgrund dafür ist die höhere Abgastem peratur TE vor dem Eintritt in den Verdampfer 51, die für das ORC-Verfahren gün stig ist.

Somit erzielt Konzept 1 erzielt in Kombination mit der Abwärmerückgewinnungs einrichtung 5 unter Verwendung des ORC-Verfahrens den höchsten thermischen Gesamtwirkungsgrad BTEi ₊ s.

Basierend auf diesen Erkenntnissen lässt sich ein Auslegungsverfahren zur Erzie lung des höchsten thermischen Wirkungsgrades BTEi ₊ s für eine Brennkraftma schine 1 samt Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 in einem einzelnen stationä ren Kennfeldpunkt finden :

Es handelt sich dabei um eine Auslegungsmethode für den höchsten thermischen Wirkungsgrad BTEi ₊ s in einem einzelnen Kennfeldpunkt für eine Brennkraftma schine 1 mit Hochdruck-Abgasrückführung samt einer Abwärmerückgewinnungs einrichtung 5 für zumindest eine Abwärmequelle, wobei die Brennkraftmaschine 1 einen festen Zündspitzendruck (PFP), eine nichtvariable Ventilsteuerung und einen festen volumetrischen Wirkungsgrad, einen festen maximalen Kraftstoffeinspritz druck (Rail), einen festen Düsendurchfluss, zumindest ein Reed-Ventil 62, einen festen Turboladerwirkungsgrad (z.B. 62%) und einen Beginn der Haupteinspritz ung aufweist, welche einen Verbrennungsschwerpunkt MFB50% bei etwa 6° bis 12° Kurbelwinkel KW nach dem Totpunkt ATDC der Zündung in einem einzigen Betriebspunkt aufweist, der die gesetzlich vorgegebenen maximale NOx-Emis- sionswerte am Endrohraustritt erfüllt:

Dabei wird folgende Iteration durchgeführt:

1) Anpassung des Abgasturboladers 7, welche eine Reduzierung des Lade druckes bis zu dem Punkt ermöglicht, an dem das erforderliche rückge führte Abgas noch transportiert werden kann, um die gesetzlich vorgege benen NOx-Emissionsvorschriften zu erfüllen. Dabei wird ein Kompromiss zwischen positiver Pumparbeit und Zylindermasse eingegangen. Das er forderliche Ladedruck bzw. die erforderliche Abgasrückführungsrate RT_EGR ist abhängig von der Leistungsfähigkeit der Abgasnachbehand lungseinrichtung 4.

2) Das Kompressionsverhältnis CR wird erhöht, bis der maximale Zylinder- Spitzendruck erreicht ist.

3) Die resultierende Abgastemperatur, der Abgasmassenstrom und das durch die Brennkraftmaschine 1 emittierte Stickoxid NOx_Engine_Out er möglichen einen Stickoxidgehalt NOx_TailPipe am Endrohr 31 für die ge gebene Abgasnachbehandlungseinrichtung 4.

4) Wenn der Stickoxidgehalt NOx_TailPipe am Endrohr die gesetzlich vorge gebenen maximalen NOx-Emissionswerte am Endrohraustrittaustritt 31 überschreitet, dann wird Schritt 1) mit höherer Abgasrückführrate RT_EGR (Iteration) wiederholt.

Diese iterative Auslegungsmethode für die Brennkraftmaschine 1 ermöglicht den höchsten thermischen Gesamtwirkungsgrad BTEi ₊ s für die Brennkraftmaschine 1 samt Abwärmerückgewinnungseinrichtung 5 für einen einzelnen stationären Be triebspunkt.