AT514792A1 - Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

In einem Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs ist eine Kompression und Speicherung von angesaugter Frischluft während einer ersten Betriebsphase des Fahrzeugs vorgesehen. Während einer zweiten Betriebsphase des Fahrzeugs ist eine Nutzung der gespeicherten Frischluft zum Betrieb des Fahrzeugs, insbesondere des Verbrennungsmotors, vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einemVerbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs und Vorrichtungen zurDurchführung dieses Verfahrens.

Verbrennungsmotoren verbrauchen normalerweise Frischluft aus ihrer Betriebsum¬gebung und emittieren Verbrennungsabgase in diese Betriebsumgebung. Besondersin städtischen Ballungsräumen, aber nicht nur hier, ist der Betrieb von Verbren¬nungsmotoren daher mit erheblichen Umweltbelastungen verbunden. Auf der ande¬ren Seite steht die benötigte Frischluft nicht in allen Betriebsumgebungen vonVerbrennungsmotoren, nicht jederzeit, nicht immer in der benötigten Qualität, ins¬besondere nicht mit dem benötigten Sauerstoffgehalt und/oder in ausreichenderMenge zur Verfügung.

Die vorliegende Erfindung strebt nach einer Verbesserung der Frischluftversorgungvon Verbrennungsmotoren bei gleichzeitiger Berücksichtigung von Umweltaspektenwie etwa der Erhaltung oder Verbesserung der Luftqualität in der Betriebsumge¬bung von Verbrennungsmotoren, insbesondere bei der Durchfahrt durch Tunnel.

Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens bzw. mittels einer Vorrichtung nacheinem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen dieses Ver¬fahrens und dieser Vorrichtungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors einesFahrzeugs vorgesehen mit Schritten zur Kompression und Speicherung von ange¬saugter Frischluft während einer ersten Betriebsphase des Fahrzeugs und mitSchritten zur Nutzung der gespeicherten Frischluft zum Betrieb des Verbrennungs¬motors oder des Fahrzeugs während einer zweiten Betriebsphase des Fahrzeugs.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einer Betriebsphase des Fahrzeugsoder des Verbrennungsmotors ein Zeitabschnitt im zeitlichen Verlauf des Betriebsdes Fahrzeugs oder des Verbrennungsmotors zu verstehen, dessen Dauer vorzugs¬weise zwischen ca. einer Minute und einigen Stunden liegt und besonders vorzugs¬weise einige Minuten beträgt.

Unter einer ersten Betriebsphase ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Be¬triebsphase zu verstehen, während deren Dauer eine Kompression und Speicherung von angesaugter Frischluft erfolgt. Der Beginn dieser ersten Betriebsphase wirdvorzugsweise so gelegt, dass ab diesem Zeitpunkt bis zum Ende dieser ersten Be¬triebsphase voraussichtlich Frischluft in ausreichender Menge und Qualität zur Ver¬fügung steht, insbesondere weil das Fahrzeug während dieser ersten Betriebsphasein einer Betriebsumgebung betrieben wird, in denen diese Bedingungen gegebensind. Beispiele für solche Betriebsumgebungen, in denen für die erste Betriebsphasevorteilhafte Bedingungen herrschen, sind Verkehrswege mit wenigstens ausrei¬chender Frischluftzufuhr, vorzugsweise fernab von Industrieanlagen oder vonmenschlichen Siedlungen wie insbesondere großen Städten und vorzugsweise fern¬ab von Hindernissen für eine ungehinderte Frischluftzufuhr wie insbesondere Stra¬ßentunnel, Eisenbahntunnel oder Parkgaragen. Eine derartige Wahl der zeitlichenLage der ersten Betriebsphasen führt zu einer Schonung knapper Frischluftressour¬cen in den genannten Bereichen, wodurch die Umweltqualität in diesen Bereichenerheblich verbessert werden kann.

An eine erste Betriebsphase schließt sich vorzugsweise eine zweite Betriebsphasean, in der eine Nutzung der gespeicherten Frischluft zum Betrieb des Fahrzeugs,insbesondere des Verbrennungsmotors, erfolgt. Dabei kann auch eine erste Be¬triebsphase durch eine Anzahl zweiter Betriebsphasen unterbrochen werden, oderes können sich erste und zweite Betriebsphasen zeitlich überlappen. Beginn, Endeund Dauer einer zweiten Betriebsphase werden vorzugsweise durch die speziellenAnforderungen oder Randbedingungen der Art einer Nutzung der gespeichertenFrischluft bestimmt, aber auch durch technische Randbedingungen der zur Durch¬führung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Vorrichtungen, beispiels¬weise durch die Kapazität der verwendeten Frischluftspeicher.

Im Sinne der Erfindung ist unter einem Verbrennungsmotor eine Verbrennungs¬kraftmaschine, also eine Wärmekraftmaschine mit innerer oder äußerer Verbren¬nung zu verstehen, die chemische Energie eines Kraftstoffs durch Verbrennung die¬ses Kraftstoffs in mechanische Arbeit umwandelt. Die Verbrennung findet dabeivorzugsweise in einem Brennraum statt, in dem ein Gemisch aus Kraftstoff undFrischluft gezündet und unter Freisetzung von Verbrennungsabgasen verbranntwird. Bei inneren bzw. äußeren Verbrennungskraftmaschinen wird die Wärmeaus¬dehnung der Verbrennungsabgase bzw. eines Arbeitsmediums, beispielsweise Was¬serdampf bei der Dampfmaschine oder Heißluft beim Stirlingmotor genutzt, um Ar¬beit zu leisten, beispielsweise um einen Kolben zu bewegen.

Im Sinne der Erfindung ist unter einer Brennkammer oder einem Brennraumein Vo¬lumen, vorzugsweise ein veränderbares Volumen, zu verstehen, innerhalb welchemdie Verbrennung und bei inneren Verbrennungsmotoren auch der Arbeitsvorgang,insbesondere die Umwandlung von chemisch gebundener Energie in thermischeund/oder mechanische Energie vollzogen wird. Vorzugsweise ist unter einer solchenBrennkammer ein Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine in Hubkolbenbau¬weise zu verstehen.

Vorzugsweise ist eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welche nach demDiesel- oder Ottoprinzip arbeitet, besonders bevorzugt eine Verbrennungskraftma¬schine in Hubkolbenbauweise, welche nach dem Viertaktprinzip arbeitet. Weitervorzugsweise ist diese Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz in einem Kraftfahr¬zeug, besonders vorzugsweise zum mittelbaren oder unmittelbaren Antrieb diesesKraftfahrzeugs eingerichtet und weist bevorzugt eine Zylinderzahl zwischen 1 und20, besonders bevorzugt zwischen 2 und 8 auf, wobei vorzugsweise jeder einzelnedieser Zylinder ein Brennraumvolumen zwischen 5 I und 20 I aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraft¬fahrzeug, das besonders vorzugsweise durch den Verbrennungsmotor angetriebenwird, insbesondere um einen Zugwagen eines Schienenfahrzeugs, z. B. eine Loko¬motive.

Die Kompression der Frischluft kann mithilfe eines Kompressors erfolgen, der durchden Verbrennungsmotor angetrieben wird. Diese Lösung ist technisch relativ ein¬fach zu realisieren, erhöht jedoch den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotorsentsprechend dem Energieverbrauch des Kompressors. Eine andere Möglichkeit,den Kompressor mit Energie zu versorgen besteht in der Verwendung von im Be¬trieb des Fahrzeugs anfallender überschüssiger Energie, beispielsweise der beimBremsen des Fahrzeugs frei werdenden Energie. Vorzugsweise geschieht dies, in¬dem beim Bremsen des Fahrzeugs diesem Fahrzeug kinetische Energie durch we¬nigstens einen ersten elektrischen Generator entzogen wird, dessen erzeugte Leis¬tung direkt zum Antrieb des Kompressors verwendet und/oder in einen Energie¬speicher, vorzugsweise in einen elektrochemischen Energiespeicher eingespeistwird. Der erste Generator kann dabei auch ein erster Elektromotor sein, der dasFahrzeug, sofern es nicht gebremst wird, antreibt und während dieser Antriebspha¬sen vorzugsweise über einen zweiten Generator, der von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, mit Energie versorgt wird. Dieser zweite Generator arbeitet wäh¬rend der Bremsung des Fahrzeugs vorzugsweise als zweiter Elektromotor, welcherden Kompressor antreibt. Während der Bremsphasen wird der Verbrennungsmotorvorzugsweise als Kompressor betrieben, indem er nicht ein Gemisch aus Frischluftund Kraftstoff ansaugt und Verbrennungsabgase ausstößt, sondern indem er Frisch¬luft ansaugt und komprimierte Frischluft ausstößt, somit also als Luftpumpe betrie¬ben wird.

Vorzugsweise werden die Kolben eines entsprechend ausgestalteten Verbren¬nungsmotors in Betriebsphasen, in denen dieser Verbrennungsmotor nicht zur E-nergieerzeugung benötigt wird, als Luftpumpen eingesetzt, um Frischluft zu komp¬rimieren. Andere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, das eineKompression von Frischluft mit Hilfe elektrisch angetriebener Luftpumpen ge¬schieht, welche während eines dynamischen Bremsvorgangs vorzugsweise von ei¬nem Generator angetrieben werden, der dem Fahrzeug kinetische Energie entzieht.

Die Speicherung der komprimierten Frischluft erfolgt dabei vorzugsweise in Formvon Druckluft in einem hierfür vorgesehenen Drucklufttank, der mit dem Fahrzeugmitgeführt wird. Bei Schienenfahrzeugen ist hierfür vorzugsweise ein Wagon vorge¬sehen, auf dem der Drucklufttank befördert wird.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor,dass die zur Kompression und/oder Speicherung von angesaugter Frischluft benö¬tigte Energie wenigstens teilweise der kinetischen Energie des Fahrzeugs entnom¬men wird. Vorzugsweise geschieht dies, indem beim Bremsen des Fahrzeugs die¬sem Fahrzeug kinetische Energie durch wenigstens einen ersten elektrischen Gene¬rator entzogen wird, dessen erzeugte Leistung direkt zum Antrieb des Kompressorsverwendet und/oder in einen Energiespeicher, vorzugsweise in einen elektrochemi¬schen Energiespeicher eingespeist wird. Der erste Generator kann dabei auch einerster Elektromotor sein, der das Fahrzeug, sofern es nicht gebremst wird, antreibtund während dieser Antriebsphasen vorzugsweise übereinen zweiten Generator,der von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, mit Energie versorgt wird. Die¬ser zweite Generator arbeitet während der Bremsung des Fahrzeugs vorzugsweiseals zweiter Elektromotor, welcher den Kompressor antreibt. Während der Brems¬phasen wird der Verbrennungsmotor vorzugsweise als Kompressor betrieben, in¬dem er nicht ein Gemisch aus Frischluft und Kraftstoff ansaugt und Verbrennungs¬ abgase ausstößt, sondern indem der Frischluft ansaugt und komprimierte Frischluftausstößt. Andere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, bei denen derVerbrennungsmotor das Fahrzeug unmittelbar, also nicht über einen Generator mitnachgeschaltetem Elektromotor, antreibt sehen vor, dass der Verbrennungsmotorals Kompressor genutzt wird, der direkt durch das zu bremsende Fahrzeug ange¬trieben wird. Diese Lösung ist konstruktiv weniger aufwendig als die elektrodynami¬sche Koppelung von Verbrennungsmotor und Fahrzeug; diese ist jedoch mit demVorteil verbunden, dass überschüssige Bremsenergie, die nicht zur Kompressionbenötigt wird, in einem vorzugsweise elektrochemischen Energiespeicher gespei¬chert werden kann.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht einewenigstens teilweise Kompression und Speicherung von Verbrennungsabgasen desVerbrennungsmotors während einer dritten Betriebsphase des Fahrzeugs vor. DerBeginn, die Dauer und das Ende einer solchen dritten Betriebsphase wird vorzugs¬weise so gewählt, dass Emissionen von Verbrennungsabgasen durch das Fahrzeugbzw. durch dessen Verbrennungsmotor nach Möglichkeit vermieden oder vermin¬dert werden, wenn oder während das Fahrzeug eine Umgebung passiert, in der E-missionen von Verbrennungsabgasen unerwünscht, verboten oder nachteilig sind.Solche Situationen treten insbesondere bei der Durchfahrt durch ein Tunnelbauwerkauf.

Unter dem Begriff Tunnelbauwerk sollen im Sinne der vorliegenden Erfindungkünstliche oder natürliche Unterquerungen von Verkehrshindernissen aller Art ver¬standen werden, insbesondere Straßentunnelbauwerke oder Schienentunnelbau¬werke.

Die Luft in Tunnelbauwerken ist häufig durch Verbrennungsabgase zahlreicherFahrzeuge erheblich belastet. In der Folge dieser Belastung ist der Sauerstoffgehaltder Luft in Tunnelbauwerken im Vergleich zum Sauerstoffgehalt der Frischluft au¬ßerhalb dieser Tunnelbauwerke häufig erheblich vermindert. Außerdem ist die Kon¬zentration von in Verbrennungsabgasen enthaltenen Schadstoffen, insbesonderevon Säuren oder sauren Gasen wie beispielsweise Schwefelsäure, schwefeliger Säu¬re, Schwefeldioxid, Salpetersäure oder Stickoxiden in der Atmosphäre innerhalbvon Tunnelbauwerken häufig im Vergleich zur Atmosphäre außerhalb solcher Tun¬nelbauwerke erheblich erhöht. Hierdurch werden nicht nur Baumaterialien beschä¬ digt und Pflanzen, Tiere oder Menschen belästigt oder gesundheitlich beeinträchtigt.Der verminderte Sauerstoffgehalt der Luft in Tunnelbauwerken führt häufig zu einerVerminderung der Leistung von Verbrennungsmotoren, die in diesen Tunnelbau¬werken betrieben werden. Erfindungsgemäß werden nun vorzugsweise Beginn, En¬de und Dauer einer dritten Betriebsphase so gewählt, dass die durch das Fahrzeugverursachten Emissionen von Verbrennungsabgasen in die Atmosphäre des Tunnel¬bauwerks nach Möglichkeit vermieden oder vermindert werden. Vorzugsweise wirddazu der Beginn bzw. das Ende einer dritten Betriebsphase zeitlich vor die Einfahrtin ein Tunnelbauwerk bzw. hinter die Ausfahrt aus dem Tunnelbauwerk gelegt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht das Ab¬lassen gespeicherter Verbrennungsabgase während einer vierten Betriebsphase desFahrzeugs vor. Vorzugsweise werden der Beginn, das Ende und die Dauer einer sol¬chen vierten Betriebsphase so gewählt, dass Emissionen von Verbrennungsabgasendurch das Fahrzeug bzw. durch dessen Verbrennungsmotor nach Möglichkeit ver¬mieden oder vermindert werden, wenn oder während das Fahrzeug eine Umgebungpassiert, in der Emissionen von Verbrennungsabgasen unerwünscht, verboten odernachteilig sind. Solche Situationen treten insbesondere bei der Durchfahrt durch einTunnelbauwerk auf. Erfindungsgemäß werden daher vorzugsweise Beginn, Endeund Dauer einer vierten Betriebsphase so gewählt, dass die durch das Fahrzeugverursachten Emissionen von Verbrennungsabgasen in die Atmosphäre des Tunnel¬bauwerks nach Möglichkeit vermieden oder vermindert werden. Vorzugsweise wirddazu der Beginn bzw. das Ende einer vierten Betriebsphase zeitlich hinter die Aus¬fahrt aus einem Tunnelbauwerk bzw. vor die Einfahrt in ein nachfolgendes Tunnel¬bauwerk gelegt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor,dass die zur Kompression und oder Speicherung von Verbrennungsabgasen benö¬tigte Energie wenigstens teilweise der kinetischen Energie des Fahrzeugs entnom¬men wird. Vorzugsweise geschieht dies, indem beim Bremsen des Fahrzeugs die¬sem Fahrzeug kinetische Energie durch wenigstens einen ersten elektrischen Gene¬rator entzogen wird, dessen erzeugte Leistung direkt zum Antrieb des Kompressorsverwendet und/oder in einen Energiespeicher, vorzugsweise in einen elektrochemi¬schen Energiespeicher eingespeist wird. Der erste Generator kann dabei auch einerster Elektromotor sein, der das Fahrzeug, sofern es nicht gebremst wird, antreibtund während dieser Antriebsphasen vorzugsweise übereinen zweiten Generator, der von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, mit Energie versorgt wird. Die¬ser zweite Generator arbeitet während der Bremsung des Fahrzeugs vorzugsweiseals zweiter Elektromotor, welcher den Kompressor antreibt. Während der Brems¬phasen wird der Verbrennungsmotor vorzugsweise als Kompressor betrieben, in¬dem die durch den Verbrennungsmotor erzeugten Verbrennungsabgase nicht in dieumgebende Atmosphäre sondern in einen Drucktank geleitet werden. Diese Lösungist mit dem Vorteil verbunden, dass überschüssige Bremsenergie, die nicht zurKompression benötigt wird, in einem vorzugsweise elektrochemischen Energiespei¬cher gespeichert werden kann.

Die erfindungsgemäße Kompression von Verbrennungsabgasen während einer Tun¬neldurchfahrt des Fahrzeugs ist insbesondere dann vor Vorteil, wenn auf oder indem Fahrzeug zwei, drei oder mehr Verbrennungsmotoren in Fahrtrichtung hinter¬einander angeordnet sind, wobei die Verbrennungsabgase wenigstens eines erstenVerbrennungsmotors so ausgestoßen werden, dass wenigstens ein in Fahrtrichtungnachfolgender zweiter Verbrennungsmotor ein Gasgemisch ansaugt, in welchem dieKonzentration der durch den ersten Verbrennungsmotor ausgestoßenen Verbren¬nungsabgase stark erhöht ist, beispielsweise weil diese Verbrennungsabgase durchden Lufteinlass des nachfolgenden Verbrennungsmotors angesogen werden. Ähnli¬che Vorteile ergeben sich in Fällen, in denen eine Mehrzahl von erfindungsgemäßausgestalteten Fahrzeugen dicht hintereinander ein Tunnelbauwerk durchfährt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht die Nutzung dervorzugsweise als Druckluft gespeicherten Frischluft und/oder des Verbrennungsab¬gases durch Injektion der gespeicherten Frischluft in den Verbrennungsmotor wäh¬rend einer zweiten Betriebsphase des Fahrzeugs vor. Vorzugsweise wird dieseDruckluft in den Verbrennungsmotor, vorzugsweise vor dem Turbolader-Kompressor, injiziert, wodurch eine erhebliche Leistungssteigerung des Verbren¬nungsmotors erreicht werden kann. Bevorzugt kann der Verbrennungsmotor unterentsprechender Modifikation der Ventilsteuerung auch ausschließlich mit der Ener¬gie der gespeicherten Druckluft betrieben werden. Eine andere bevorzugte alterna¬tive oder zusätzliche Nutzung der als Druckluft gespeicherten Frischluft und/oderdes Verbrennungsabgases sieht die Bremsung des Fahrzeugs mit Hilfe von Druck¬luftbremsen vor. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin¬dung sieht vor, dass ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Betriebsphasen durcheine Auswertung von Signalen gesteuert wird, die von wenigstens einer Signalquel¬ le, vorzugsweise durch eine Mehrzahl von Signalquellen erzeugt werden, die in ei¬ner Umgebung einer Fahrstrecke des Fahrzeugs angeordnet sind. Vorzugsweisesind solche Signalquellen an Stellen entlang der Fahrstrecke eines erfindungsgemä¬ßen Fahrzeugs angeordnet, die in der Nähe von Punkten der Fahrstrecke liegen, beideren passieren durch das erfindungsgemäß Fahrzeug ein Wechsel einer Betriebs¬phase vorgenommen werden soll, oder bei deren passieren durch das erfindungs¬gemäße Fahrzeug eine oder mehrere der Betriebsphasen beginnen oder enden sol¬len. Vorzugsweise sind solche Signalquellen vor einer Einfahrt in ein Tunnelbauwerkoder hinter einer Ausfahrt aus einem Tunnelbauwerk angeordnet. Die Übertragungvon Signalen von einer Signalquelle zum Fahrzeug erfolgt dabei vorzugsweisedrahtlos, besonders vorzugsweise funktechnisch, d.h. über Radiowellen, oder op¬tisch, d.h. über Lichtwellen einschließlich infraroter Lichtwellen. Vorzugsweise sindsolche Signalquellen als Funkbaken oder elektro-optische Signalquellen ausgestal¬tet. Vorzugsweise sind diese Signalquellen so angeordnet, dass bei gegebener, vonder jeweils verwendeten Technik abhängigen Reichweite der Signalübertragung ge¬währleistet ist, dass das zu übertragende Signal das Fahrzeug erreicht, bevor einWechsel einer Betriebsphase vorgenommen werden soll, oder bevor eine Betriebs¬phase begonnen oder beendet werden soll.

Die von solchen in einer Umgebung einer Fahrstrecke des Fahrzeugs angeordnetenSignalquellen ausgesendeten Signale werden vorzugsweise von wenigstens eineman, auf oder in dem Fahrzeug angeordneten Signalempfänger empfangen, der dieseSignale einer Steuereinrichtung zur weiteren Verarbeitung, insbesondere zur Einlei¬tung, zur Beendigung oder zum Wechsel von Betriebsphasen, zugeführt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor,dass ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Betriebsphasen durch eine Auswer¬tung von Signalen gesteuert wird, die eine Information über die geographische Po¬sition, vorzugsweise über geographische Koordinaten des Fahrzeugs enthalten. Sol¬che Signale werden vorzugsweise von einem geographischen Positionsbestim¬mungssystems wie beispielsweise dem Globalen Positionierungssystem „GPS" emp¬fangen oder aus solchen empfangenen Signalen abgeleitet. In einer Verarbeitungs¬einheit des Fahrzeugs sind vorzugsweise Daten über die Position von geographi¬schen Orten verfügbar, an denen eine Einleitung, eine Beendigung oderein Wechselvon Betriebsphasen wünschenswert oder vorgeschrieben ist.

Diese Daten umfassen neben Positionsdaten vorzugsweise auch Informationen überdie Bedeutung dieser Orte für die Steuerung der Betriebsphasen, also beispielswei¬se Informationen übe die Position von Einfahrten oder Ausfahrten von Fahrstre¬ckenabschnitten, Tunnelbauwerken, oder ähnliche Informationen.

Bei einer Annäherung des Fahrzeugs an einen solchen Ort, die durch eine vorzugs¬weise laufende Auswertung von empfangenen Informationen über die geographi¬sche Position des Fahrzeugs festgestellt werden kann, wird eine entsprechende Ein¬leitung, eine Beendigung oder ein Wechsel wenigstes einer Betriebsphase vorge¬nommen. Bevorzugte Beispiele für Orte, an denen eine Einleitung, eine Beendigungoderein Wechsel von Betriebsphasen im Sinne der vorliegenden Erfindung wün¬schenswert oder vorgeschrieben ist, sind Einfahrten oder Ausfahrten von Tunnel¬bauwerken, Zufahrten zu oder Ausfahrten aus geschlossenen Ortschaften, Wohn¬vierteln oder Naturschutzgebieten.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor,dass eine Einleitung, eine Beendigung von oder ein Wechsel zwischen unterschiedli¬chen Betriebsphasen durch eine Auswertung wenigstens einer Stoffkonzentration inder Umgebungsluft des Fahrzeugs gesteuert wird. Bevorzugte Beispiele für Stoffe,deren Konzentration in der Umgebungsluft des Fahrzeugs ausgewertet werden, umeine Einleitung, eine Beendigung oder einen Wechsel von Betriebsphasen im Sinneder vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von den ausgewerteten Konzentratio¬nen vorzunehmen, sind in Abhängigkeit von dem zum Betrieb des Verbrennungs¬motors verwendeten Kraftstoff solche Stoffe, die den Verbrennungsprozess störenoder beeinträchtigen könnten, die Beschädigungen an zum Aufbau oder Betrieb desVerbrennungsmotors verwendeten Materialien hervorrufen könnten, oder derenKonzentration in der Umgebungsluft durch Ablassen von Verbrennungsabgasen ü-ber eine unschädliche oder erlaubte Schwelle erhöht werden könnte, wie insbeson¬dere Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Ozon oder Kohlenmonoxid.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor,dass die Konzentration wenigstens eines Stoffes gemessen wird, der in den Abga¬sen des Verbrennungsmotors enthalten oder der ein mögliches Reaktionsproduktdieser Abgase ist.

Vorzugsweise wird auch die Intensität des Lichteinfalls mit Hilfe wenigstens eines

Phnt-ncpnQnrQ nnt-nplpk+mniqrhpn ^ρηςητς nHpr PhnfnHpl-pH-nrQ πρηπρςςρη_ ήρςηη- ders vorzugsweise auch die Intensität der einfallenden Ultraviolettstrahlung. DieMessung solcher Daten erlaubt Vorhersagen über photochemisch induzierte chemi¬sche Reaktionen von Bestandteilen der Verbrennungsabgase mit Inhaltsstoffen derUmgebungsluft. Hierdurch können unerwünschte oder schädigende Einflüsse derReaktionsprodukte solcher Reaktionen auf die Umgebung der Fahrstrecke reduziertoder vermieden werden. Solche Photosensoren, optoelektronischen Sensoren oderPhotodetektoren werden vorzugsweise an der Außenhaut des Fahrzeugs ange¬bracht. Die gemessenen Lichtintensitäten werden vorzugsweise zusammen mit ge¬messenen Stoffkonzentrationen in der Umgebungsluft und/oder in den Verbren¬nungsabgasen dazu verwendet, die Betriebsphasen in einer Weise zu steuern, dassunerwünschte oder schädigende Einflüsse der Reaktionsprodukte von Reaktionenvon Bestandteilen der Verbrennungsabgase mit Inhaltsstoffen der Umgebungsluftauf die Umgebung der Fahrstrecke reduziert oder vermieden werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Steuerung einesWechsels zwischen den Betriebsphasen auf. Im Sinne der Erfindung ist unter einerSteuereinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche an der Steuerung einesFahrzeugs oder einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere an der Betätigungvon Steuerorganen, beteiligt ist.

Im Sinne der Erfindung ist unter einem Steuerorgan eine Einrichtung zu verstehen,welche an der Steuerung des Einleitens, des Beendens oder des Wechselns wenigs¬tens einer Betriebsphase beteiligt ist. Vorzugsweise ist eines dieser Steuerorganean der Steuerung der Kompression, am Ablassen und/oder an der Speicherung vonFrischluft und/oder Verbrennungsabgasen beteiligt. Weiter vorzugsweise wird dasSteuerorgan zwischen einer ersten und einer zweiten Position hin und her bewegtum das Einleiten, das Beendens oder den Wechsel wenigstens einer Betriebsphasezu steuern, insbesondere zwischen einer Stellung in welcher dieses Steuerorganeine Öffnung in einer Verbindung zwischen der Brennkammer des Verbrennungs¬motors und einem Drucktank verschließt und einer Stellung in welcher es diese Öff¬nung freigibt. Vorzugsweise ist ein Steuerorgan als eine Einrichtung mit einemschaftartigen und einem tellerartigen Abschnitt zu verstehen. Weiter vorzugsweiseist ein Steuerorgan als ein Einlass- beziehungsweise Auslassventil eines Drucktankszu verstehen und verschließt oder öffnet eine Öffnung zu einem Drucktank und er¬möglicht oder verhindert damit das Zu- oder Abströmen von Frischluft oderVerbrennungsgasen zu diesem Drucktank.

Im Sinne der Erfindung ist unter einer Verstellvorrichtung eine Vorrichtung zumVerstellen zwischen mehreren Steuerstellungen, vorzugsweise zwischen zwei odermehr Steuerstellungen, zu verstehen. Vorzugsweise weist diese Verstellvorrichtungeine Aktuatoreinrichtung, vorzugsweise einen elektromechanischen Aktuator, weitervorzugsweise einen hydromechanischen Aktuator, auf.

Im Sinne der Erfindung ist unter einem solchen Aktuator eine Einrichtung zu ver¬stehen, welche eine Eingangsgröße, insbesondere eine elektrische oder hydrauli¬sche Eingangsgröße, in eine mechanische Ausgangsgröße, vorzugsweise eineKraftwirkung, umwandelt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist dieerfindungsgemäße Vorrichtung einen Empfänger zum Empfang und zur Auswertungvon Signalen zur Steuerung eines Wechsels zwischen den Betriebsphasen auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist dieerfindungsgemäße Vorrichtung einen Sensor zur Messung wenigstens einer Stoff¬konzentration in der Umgebungsluft der Steuerungseinrichtung auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist dieerfindungsgemäße Vorrichtung einen Sensor zur Messung der Konzentration einesStoffes auf, der in den Abgasen des Verbrennungsmotors enthalten oder der einmögliches Reaktionsprodukt dieser Abgase ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist dieerfindungsgemäße Vorrichtung einen Sender zur Aussendung eines Signals zurSteuerung eines Wechsels zwischen den Betriebsphasen auf.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sichaus unterschiedlichen Kombinationen von Merkmalen einer Mehrzahl der vorherge¬hend dargestellten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Merkmal der Erfindung sind Gegenstand der Figu¬ren, dabei sind die Darstellungen in den Figuren teilweise schematisiert. Nachfol¬gend zeigt,

Fig. 1 in schematischer Weise ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 in schematischer Weise ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 in schematischer Weise ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 in schematischer Weise ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 in schematischer Weise ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 in schematischer Weise ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 7 bis Fig. 24 zeigen Ausführungsbeispiele der DE 10 2010 038 201 Al.

Bei den in den Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindungweist das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor VM auf, welcher mit einer Leitung101, 201, vorzugsweise einer Rohrleitung oder einer anderen für den Gastransportgeeigneten Leitung, mit einem Kompressor KP verbunden ist. Der Kompressor wirdüber eine Steuereinrichtung SE gesteuert 106, 206. In dem in Fig. 1 gezeigten Aus¬führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung empfängt 105 die Steuereinrichtung SEüber einen Empfänger RX Signale, die von einer Signalquelle SQ ausgesandt wer¬den 104. In Abhängigkeit von der Betriebsphase, in welcher das Fahrzeug bzw. sei¬ne Komponenten betrieben werden, komprimiert der Kompressor in diesen beidenAusführungsbeispielen Frischluft und speichert 102 diese Frischluft in einem Frisch¬luftspeicher FS. In anderen Betriebsphasen komprimiert der Kompressor KPVerbrennungsabgase der Verbrennungsmaschine und speichert 103 diese Verbren¬nungsabgase in dem Abgasspeicher AS.

Das in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter¬scheidet sich von dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dasssich die Signalquelle SQ nicht wie bei dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbei¬spiel in der Umgebung des Fahrzeugs FZ befindet, sondern dass sich die Signalquel¬le SQ an Bord des Fahrzeugs befindet und die Signale 205 dadurch erzeugt, dassdie Signalquelle Daten 204 auswertet, welche sie von einem Empfänger RX, bei¬spielsweise von einem GPS-Empfänger, bezieht

Jedes dieser Ausführungsbespiele kann mit anderen Ausführungsbeispielen der vor¬liegenden Erfindung, insbesondere mit den nachfolgend beschriebenen Ausfüh¬rungsbeispielen, vorteilhaft kombiniert werden.

Beispielsweise zeigt die Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eineMehrzahl von Verbrennungsmotoren VM1, VM2 und VM3 auf, an oder in dem Fahr¬zeug FZ hintereinander so angeordnet sind, dass sich der Abgasauslass eines je¬weils vorhergehenden Verbrennungsmotors in der Nähe des Frischluftansaugstut-zens eines nachfolgenden Verbrennungsmotors befindet, so dass insbesondere beieiner Tunneldurchfahrt ein erheblicher Teil der durch einen vorhergehendenVerbrennungsmotor ausgestoßenen Abgase von einem nachfolgenden Verbren¬nungsmotor zusammen mit der anzusaugenden Frischluft eingesogen wird. Während der vorderste Verbrennungsmotor VM1 einen freiliegenden Frischluftein¬satz 301 aufweist, sei in diesem Beispiel angenommen, dass der Abgasauslass 304des Verbrennungsmotors VM1 in Bezug auf den Frischluftansaugstutzen 302 desVerbrennungsmotors VM2 so angeordnet ist, dass ein erheblicher Teil der durch denVerbrennungsmotor VM1 ausgestoßenen Abgase von dem nachfolgenden Verbren¬nungsmotor VM2 angesogen wird. Das Gleiche sei von den VerbrennungsmotorenVM2 und VM3 angenommen in Bezug auf den Abgasauslass 305 des Verbren¬nungsmotors VM2 und dem Frischluftansaugstutzen 303 des VerbrennungsmotorsVM3.

In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Kompressoren KP1 und KP2 vorgesehen,welche Verbrennungsabgase der Verbrennungsmotoren VM1 bzw. VM2 und VM3komprimieren und in den Verbrennungsabgasspeichern AS1 bzw. AS2 speichern.Dies geschieht unter dem Einfluss der Steuereinrichtung SE, welche die Verbren¬nungsmotoren mit entsprechenden Steuersignalen 307 versieht.

Insbesondere bei einer Tunneldurchfahrt ist es bei diesem Ausführungsbeispiel vor¬teilhaft, wenn während einer Tunneldurchfahrt die Verbrennungsabgase derVerbrennungsmotoren VM1, VM2 und auch VM3 komprimiert werden, da hierdurchdie Konzentration der Verbrennungsabgase, welcher einer der jeweils nachfolgen¬den Verbrennungsmotoren ansaugt, erheblich vermindert werden kann. In Bezugauf die durch den Verbrennungsmotor VM3 ausgestoßenen Abgase 306 gilt dies indiesem Beispiel allerdings nur für einen Verbrennungsmotor eines nachfolgendenFahrzeugs.

Diese Situation ist in der Fig. 4 dargestellt, welche ein Ausführungsbeispiel der Er¬findung zeigt, bei dem ein Fahrzeug FZ1 einem FZ2 vorausfährt, und bei dem dievon dem Verbrennungsmotor VM1 des Fahrzeugs FZ1 ausgestoßenen Verbren¬ nungsabgase 404 wenigstens teilweise von dem Verbrennungsmotor VM2 des nach¬folgenden Fahrzeugs FZ2 eingesogen werden 402. Auch bei diesem in der Fig. 4gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bewirkt eine Kompressi¬on der Verbrennungsabgase des Verbrennungsmotors VM1 durch dem KompressorKP1 und die Speicherung dieser Verbrennungsabgase in dem Abgasspeicher AS1eine Verminderung der Konzentration der durch den Verbrennungsmotor VM2 desnachfolgenden Fahrzeugs FZ2 angesaugten Verbrennungsabgase. Die Kompressionder Verbrennungsabgase des Verbrennungsmotors VM2 des nachfolgenden Fahr¬zeugs FZ2 durch den Kompressor KP2 und deren Speicherung in dem Abgasspei¬cher AS2 führt dagegen zu einer Verminderung der in der Umgebung der beidenFahrzeuge verbleibenden Verbrennungsabgase, was insbesondere bei einer Tunnel¬durchfahrt sich vorteilhaft für nachfolgende Fahrzeuge auswirkt.

Bei dem in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindungsind zwei Motorgeneratoren MGI und MG2 vorgesehen, die je nach Betriebsphaseals Elektromotoren oder als elektrische Generatoren arbeiten könnten. Flier saugtder Verbrennungsmotor VM Frischluft 501 an und stößt Verbrennungsabgase 504aus, sofern diese nicht durch den Kompressor KP komprimiert und in dem Abgas¬speicher AS gespeichert werden. Die Steuerung der Betriebsphasen erfolgt auchhier durch die Steuereinrichtung SE und die Verbrennungsmaschine VM treibt 510den in der hier gezeigten Betriebsphase als elektrisch arbeitenden MotorgeneratorMGI an, welcher den in dieser Betriebsphase als Elektromotor arbeitenden Motor¬generator MG2 mit elektrischer Energie 512 versorgt. Ein Antrieb des KompressorsKP kann sowohl elektrisch über die von dem Motorgenerator 1 erzeugten elektri¬schen Energie 511 erfolgen als auch mechanisch 513 durch den als Elektromotorarbeitenden Motorgenerator MG2.

Bei dem in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindungist ein Drosselventil TV einer Motorbremse im Abgassystem des Verbrennungsmo¬tors VM zwischen dem Verbrennungsmotor und einer Turbine T vorgesehen. Wirddas Ventil TV geschlossen, steigt der Druck im Abgassystem. Durch eine Verbin¬dung 601 des Abgassystems mit einem Drucktank DT, vorzugsweise überein Ein¬weg-Ventil, wird es möglich, Luft in den Drucktank zu pumpen. Die Obergrenze fürden aufzubauenden Druck kann vorzugsweise über eine passend gewählte Feder¬kraft von vorzugsweise vorgesehenen Ansaug- bzw. Ausstoß-Ventilen eingestelltwerden.

Vorzugsweise wird die so, besonders vorzugsweise durch dynamisches Bremsen,erzeugte Druckluft vor einem vorzugsweise vorgesehenen Kompressor zur Leis¬tungssteigerung der Maschine verwendet. Vorzugsweise wird dabei die Verbren¬nungsmaschine während eines dynamischen Bremsvorgangs als Luftpumpe betrie¬ben, oder es wird eine elektrisch angetriebene Luftpumpe zur Drucklufterzeugungverwendet, die mit elektrischer Energie betrieben wird, die während des dynami¬schen Bremsens erzeugt wurde oder wird.

Die Injektion von Druckluft kann dabei vorzugsweise manuell, über GPS oder in Ab¬hängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit aktiviert werden, insbesondere wenndie Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeitliegt.

Die Dosierung für die Injektion von Druckluft wird vorzugsweise manuell gesteuertoder anhand einer optimierten Strategie, vorzugsweise in Anhängigkeit von derTunnellänge, der Höhenlage des Tunnels, der Fahrzeuggeschwindigkeit bei Einfahrtin den Tunnel, der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit, der Anzahl der mit demFahrzeug mitgeführten Verbrennungsmotoren, dem Fahrzeuggewicht und von derverfügbaren Druckluftmenge.

Vorzugsweise wird die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bzw. unter Be¬nutzung der Lehren der DE 10 2010 038 201 Al realisiert. Dieses Dokument offen¬bart eine Brennkraftmaschine mit einem Einlasssystem mit einem vorzugsweisedurch eine Abgasturbine angetriebene Verdichter und einem Auslasssystem, miteinem Abgasrückführsystem mit zumindest einer Abgasrückführleitung, zur Rück¬führung von Abgas aus dem Auslasssystem in das Einlasssystem, wobei Abgas mitUnterstützung eines einen Druckluftbehälter aufweisenden Druckluftsystems übereine Venturi-Einrichtung rückführbar ist. Dieses Dokument wird hiermit durch Be¬zugnahme ausdrücklich zum Bestandteil der vorliegenden Offenbarung gemacht.

Diesem Dokument DE 10 2010 038 201 Al liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgas¬rückführsystem zu entwickeln, mit welchem auf möglichst einfache und energiespa¬rende Weise Stickoxidemissionen reduziert werden können. Nach der Lehre diesesDokuments wird dies dadurch erreicht, dass der Druckluftbehälter über zumindestein separates Entnahmeventil mit zumindest einem Arbeitsraum eines Zylindersströmungsverbindbar ist, wobei vorzugsweise das Entnahmeventil ein in den Zylin¬derraum öffnendes, zusätzlich zu Gaswechselventilen angeordnetes Hubventil ist.

Dadurch, dass im Motorbremsbetrieb die Brennkraftmaschine vorzugsweise als Ver¬dichter genutzt wird, kann Druckluft auf einfache Weise gespeichert werden, ohnedass ein zusätzlicher elektrisch oder mechanisch betriebener Kompressor erforder¬lich wäre. Eine energetisch günstige Aufladung des Druckluftsystems kann erreichtwerden, wenn zumindest ein Zylinder in zumindest einem Motorbetriebsbereich de¬aktiviert wird und der Druckluftbehälter über zumindest ein Entnahmeventil mitdem Arbeitsraum des deaktivierten Zylinders strömungsverbunden wird, wobei vor¬zugsweise die Aufladung des Druckluftbehälters während eines Motorbremsbetrie¬bes erfolgt. In einer einfachen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen,dass zwischen dem Entnahmeventil und dem Druckluftbehälter eine Entnahmelei¬tung und in der Entnahmeleitung ein erstes Ventil, vorzugsweise ein Rückschlag¬ventil, angeordnet ist. Anstelle des ersten Rückschlagventils kann auch ein syn¬chron mit dem Entnahmeventil betätigtes Steuerventil vorgesehen sein.

Ein hoher Luftdurchsatz lässt sich erreichen, wenn die Entnahmeleitung über eineVerbindungsleitung mit dem Einlasssystem, vorzugsweise stromaufwärts des Ver¬dichters, verbunden ist. Um ein Rückströmen der Druckluft in Richtung des Luftfil¬ters zu vermeiden, ist vorgesehen, dass in der Verbindungsleitung ein vorzugsweisedurch ein Rückschlagventil gebildetes zweites Ventil angeordnet ist.

Fig. 7 zeigt (mit den in der DE 10 2010 038 201 Al verwendeten Bezugszeichen)eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Einlasssystem 2 und einem Auslasssystem 3.Im Auslasssystem 3 ist die Abgasturbine 4 und im Einlasssystem 2 der Verdichter 5eines Abgasturboladers angeordnet. Zur Rückführung von Abgas aus dem Auslass¬system 3 in das Einlasssystem 2 ist in der Abgasrückführleitung 13a des Abgasrück¬führsystem 13 ein Abgasrückführventil 6 und ein Abgasrückführkühler 7 angeord¬net. Stromabwärts des Verdichters 5 befinden sich ein Ladeluftkühler 8 und eineDrosselklappe 9. Um ein rasches Ansprechverhalten des Verdichter 5 des Abgastur¬boladers zu erreichen, ist ein Druckluftsystem 14 mit einer in das Einlasssystemmündenden Druckluftleitung 15 vorgesehen, wobei das Druckluftsystem 14 weite¬res einen Druckluftbehälter 10 und ein Druckluftventil 11 aufweist.

Stromabwärts des Abgasrückführkühlers 7 verzweigt sich die Abgasrückführleitung13a in einen ersten und einen zweiten Abgasströmungsweg 16, 17. Die Verzwei¬gung ist mit Bezugszeichen 13b bezeichnet. Im ersten Abgasströmungsweg 16 isteine Venturi-Einrichtung 12 angeordnet, wobei die Druckluftleitung 15 stromauf¬ wärts der Venturi-Einrichtung 12 in den ersten Abgasströmungsweg 16 einmündet.Dadurch kann auch bei ungünstiger Druckdifferenz zwischen Einlasssystem 2 undAuslasssystem 3 ausreichend Abgas vom Auslasssystem 3 in das Einlasssystem 2rückgeführt werden. Um eine effektive Abgasrückführung zu erreichen, ist im ers¬ten und/oder zweiten Abgasströmungsweg 16, 17 stromabwärts der Venturi-Einrichtung 12 ein Abgasventil 18 angeordnet, mit welchem der Strömungsquer¬schnitt des ersten bzw. zweiten Abgasströmungsweges 16, 17 vermindert oder ge¬schlossen werden kann.

In dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist (mit den Bezugszeichen derDE 10 2010 038 201 Al) dieses Abgasventil 18 als Umschaltventil 18a zum Um¬schalten zwischen erstem und dem zweitem Strömungsweg 16, 17 ausgebildet. DasUmschaltventil 18a weist dabei zumindest zwei Schaltstellung auf, wobei in einerersten Schaltstellung, wie in Fig. 7 ersichtlich, der erste Strömungsweg 16 gesperrtund der zweite Strömungsweg 17 geöffnet und in der in Fig. 24 dargestellten zwei¬ten Schaltstellung der erste Strömungsweg 16 geöffnet und der zweite Strömungs¬weg 17 gesperrt ist. Das Umschaltventil kann selbsttätig durch die Druckdifferenzzwischen erstem und zweiten Strömungsweg 16, 17 oder gesteuert durch einenAktuator betätigt werden.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Abgasventil 18 als durcheinen Aktuator 19 betätigtes Steuerventil 18b ausgebildet ist, wobei durch dasSteuerventil 18b der Strömungsquerschnitt des zweiten Abgasströmungsweges 17verändert werden kann. Der zweite Strömungsweg 17 mündet dabei über einenAbgas/Luft-Mischer 20 in das Einlasssystem 2 ein. Der Aktuator 19 kann beispiels¬weise durch eine Unterdruckdose gebildet sein. Alternativ dazu kann das Abgasven¬til 18 auch durch ein federbelastetes Einwegventil, beispielsweise eine federbelaste¬te Klappe gebildet sein, welche in Richtung des Einlasssystems 2 öffnet. Währenddes stationären Motorbetriebes ist das Druckluftventil 11 geschlossen. Die Brenn¬kraftmaschine 1 kann somit mit konventioneller Abgasrückführung über das Abgas¬rückführventil 6 und die Drosselklappe 9 gesteuert werden, wobei durch das Abgas¬ventil 18 der zweite Abgasströmungsweg 17 geöffnet wird. Während eines transienten Motorbetriebes kann das Druckluftventil 11 geöffnetwerden, um frische Druckluft über den ersten Abgasströmungsweg 16 dem Einlass¬system 2 zuzuführen, wodurch das transiente Verhalten der Brennkraftmaschine 1 verbessert wird. Zur Verbesserung der Abgasqualität kann in dieser Phase das Ab¬gasrückführventil 6 zur Rückführung von Abgas in dem Einlasssystem 2 geöffnetwerden, wodurch Abgas über die Venturi-Einrichtung 12 und dem ersten Abgas¬strömungsweg 16 in das Einlasssystem 2 strömt. Das Abgasventil 18 (18a in Fig. 7,18b in Fig. 8) ist dabei geschlossen. Ferner kann im transienten Betriebsbereich derBrennkraftmaschine 1 die Drosselklappe 9 geschlossen werden, wenn Druckluft ü-ber das Druckluftventil 11 in das Einlasssystem 2 eingeblasen wird, um den Dreh¬momentaufbau der Brennkraftmaschine 1 zu verbessern. Die zusätzliche Venturi-Einrichtung 12 hat den Vorteil, dass Abgas auch in dieser Phase bei ungünstigenDruckverhältnissen in ausreichender Menge rückgeführt werden kann. Dadurchkann das Auftreten von Stickoxidspitzen zuverlässig verhindert werden.

Fig. 9 zeigt (mit den in der DE 10 2010 038 201 Al verwendeten Bezugszeichen)einen Zylinder 21 mit einem Hin- und Hergehenden Kolben 22 einer Brennkraftma¬schine 1, wobei in den Arbeitsraum 23 des Zylinders 21 zusätzlich zu Ein- und Aus¬lassventilen 24, 25 ein Entnahmeventil 26 angeordnet ist, welches eine Druckluftlei¬tung 27 steuert. Die Druckluftleitung 27 ist übereine Verbindungsleitung 28 mitdem Druckluftbehälter 10 verbunden, wobei in der Verbindungsleitung 28 ein alsRückschlagventil ausgeführtes erstes Ventil 29 angeordnet ist. Die Druckluftleitung27 und die Verbindungsleitung 28 sind überein als Rückschlagventil ausgeführteszweites Ventil 30 mit der Niederdruckseite des Einlasssystems 2 verbunden. Mit 2aist dabei ein Luftfilter angedeutet.

In Fig. 10 ist die Lage der Einlass- und Auslassventile 24 und 25, sowie des zusätz¬lichen Entnahmeventils 26 dargestellt. Im Bereich der Zylindermitte ist eine Ein¬spritzeinrichtung 31 angedeutet. Während des normalen Betriebes der Brennkraft¬maschine 1 ist das Entnahmeventil 26 geschlossen. Während eines Motorbremsbe¬triebes oder während einer Niederlast- oder Leerlaufbetriebsphase der Brennkraft¬maschine 1 kann bei zumindest einem Zylinder das Entnahmeventil 26 geöffnetwerden. Der Hub und die Anordnung des Entnahmeventils 26 sind so gewählt, dassauch bei voller Öffnung des Entnahmeventils 26 keine Kollision mit dem Kolben 22auftritt. Durch Verändern des Öffnungsquerschnittes des Entnahmeventils 26 kanndie Bremsleistung reguliert werden. Die Betätigung des Entnahmeventils 26 kanndurch einen nicht weiterdargestellten einfachen hydraulischen- oder mechanischenAktuator erfolgen.

Fig. 11 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem deaktivierten Zylinder 21 wäh¬rend der Einlassphase A, wobei Luft über das Einlassventil 24 und das Entnahme¬ventil 26 in den Arbeitsraum 23 strömt.

Fig. 12 zeigt den Zylinder 21 während der Verdichtungsphase B, wobei komprimier¬te Luft über das Entnahmeventil 26 in die Entnahmeleitung 27 und über das ersteVentil 29 in den Druckluftbehälter 10 befördert wird. Die Drosselverluste durch dasEntnahmeventil 26 tragen maßgebend zur Motorbremsleistung bei.

Fig. 13 zeigt den Zylinder 21 während der Expansionsphase C, wobei Luft über dasEntnahmeventil 26 aus der Verbindungsleitung 28 in den Arbeitsraum 23 gesaugtwird.

Fig. 14 zeigt den Zylinder 21 während der Auslassphase D, wobei Luft aus dem Ar¬beitsraum 23 durch das Auslassventil 25 ausgestoßen wird.

Fig. 15 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit mehreren deaktivierten Zylindern 21,wobei jeder Arbeitsraum 23 über jeweils ein Entnahmeventil 26 und eine Entnah¬meleitung 27 mit dem Druckbehälter 10 verbunden ist. Die Arbeitsweise ist analogzu der in den Fig. 11 bis Fig. 14 gezeigten Variante.

Die Fig. 16 bis Fig. 19 eine dritte Ausführungsvariante des Druckluftsystems 14 fürverschiedene Arbeitstakte, wobei die mit den Entnahmeventilen 26 verbundeneEntnahmeleitung 27 jeweils vom Einlasssystem 2 getrennt ist. Während der inFig. 16 dargestellten Einlassphase A wird Luft nur über das Einlassventil 24 ange¬saugt. Während der in Fig. 17 gezeigten Verdichtungsphase B wird komprimierteLuft nur über das Entnahmeventil 26 in die Entnahmeleitung 27 ausgestoßen. Inder Expansionsphase C (Fig. 18) wird Luft durch die geöffneten Einlass- und Aus¬lassventile 24, 25 in den Arbeitsraum 23 angesaugt, wobei die Einlass- und Aus¬lassventile 24, 25 durch den Unterdrück im Zylinder 21 geöffnet werden. Schließlichwird in der Auslassphase D der Inhalt des Arbeitsraumes 23 über das Auslassventil25 ausgestoßen, wie aus Fig. 19 ersichtlich ist.

Die Fig. 20 bis Fig. 23 zeigen die Arbeitstakte einer vierten Variante des Druckluft¬systems 14, welche sich von der in den Fig. 16 bis Fig. 19 dargestellten Variantedadurch unterscheidet, dass in der Expansionsphase C (Fig. 22) Luft nur durch dasEinlassventil 24 angesaugt und während der in Fig. 23 gezeigten Ausstoßphase D

Luft nur durch das Entnahmeventil 26 , in die Entnahmeleitung 27 ausgestoßenwird. Diese Variante setzt eine vollvariable Ventilbetätigungseinrichtung voraus.Dadurch, dass der Druckluftbehälter 10 während des Bremsbetriebes mit Druckluftüber Entnahmeventile 26 aufgeladen wird, können Bremsverluste während des Mo¬torbremsbetriebes verringert bzw. frei werdende Bremsenergie zur Aufladung desDruckluftbehälters 10 genutzt werden.

Die in der DE 10 2010 038 201 Al beschriebenen Ausführungsbeispiele können vor¬teilhaft zum Antrieb des Motors VM und zum Betrieb der Kolben eines vorzugsweiseals Kolbenmotor ausgestalteten Motors VM als Luftpumpe oder Luftverdichter zurErzeugung von Druckluft im Zusammenhang mit Ausführungsformen der vorliegen¬den Erfindung verwendet werden. Die komprimierte und gespeicherte Druckluftkann vorteilhaft verwendet werden, um Luft vor einem vorzugsweise vorgesehenenTurbolader-Kompressor während einer Durchfahrt durch einen Tunnel zu injizieren,um auf diese Weise die Leistung der Verbrennungskraftmaschine insbesonderewährend der Tunneldurchfahrt zu steigern. Die komprimierte und gespeicherteDruckluft kann auch vorteilhaft zum Betrieb eines herkömmlichen Bremssystemsdes Fahrzeugs verwendet werden.

Die nachstehende Bezugszeichenliste ist ausdrücklich Bestandteil der Beschreibungder vorliegenden Erfindung:

Bezugszeichenliste FZ Fahrzeug FZ1, FZ2 erstes Fahrzeug, zweites Fahrzeug SQ Signalquelle RX Empfänger SE Steuerungseinrichtung KP Kompressor FS Frischluftspeicher AS Abgasspeicher 101, 201 Leitung zwischen Kompresser und Verbrennungsmotor 102, 202 Speicherung von Frischluft 103, 203 Speicherung von Verbrennungsabgasen 104, 204 Signalübertragung 105, 205 Signalübertragung 106, 206 Steuerung der Betriebsphasen 301, 302, 303 Ansaugen von Frischluft aus der Umgebung 401, 402 Ansaugen von Frischluft aus der Umgebung 304, 305, 306 Ausstößen von Abgasen durch den Verbrennungsmotor 404, 405 Ausstößen von Abgasen durch den Verbrennungsmotor 307 Steuerung der Betriebsphasen VM1, VM2, VM3 Verbrennungsmotoren KP1, KP2 Kompressoren AS1, AS2 Abgasspeicher SEI, SE2 Steuerungseinrichtungen 501 Frischlufteinlass 504 Abgasausstoß in die Umgebung 510 Antrieb 511 Antrieb 512 Antrieb 513 Antrieb MGI erster Motorgenerator MG2 zweiter Motorgenerator TV Drosselventil T Turbine DT Drucktank

Claims (15)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (FZ) mit einem Verbrennungsmotor(VM), insbesondere des Zugwagens eines Schienenfahrzeugs, folgende Schritteaufweisend: a) Kompression (KP) und Speicherung (FS, 102) von angesaugter Frischluftwährend einer ersten Betriebsphase des Fahrzeugs; b) Nutzung der gespeicherten Frischluft zum Betrieb des Fahrzeugs (FZ), ins¬besondere zum Betrieb des Verbrennungsmotors (VM), während einer zwei¬ten Betriebsphase des Fahrzeugs.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem zusätzlichen Schritt der wenigstens teil¬weisen Kompression (103) und Speicherung (AS) von Verbrennungsabgasendes Verbrennungsmotors (VM) während einer dritten Betriebsphase des Fahr¬zeugs.
3. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem zusätzlichenSchritt des Ablassens gespeicherter Verbrennungsabgase während einer viertenBetriebsphase des Fahrzeugs.
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Nutzung dervorzugsweise als Druckluft gespeicherten Frischluft (FS) und/oder Verbren¬nungsabgase (AS) durch Injektion (101) der gespeicherten Frischluft in denVerbrennungsmotor (VM) und/oder Verbrennungsabgase (AS) während derzweiten Betriebsphase des Fahrzeugs erfolgt, insbesondere zum Erzeugen einesVortriebs des Fahrzeugs.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Nutzung dervorzugsweise als Druckluft gespeicherten Frischluft (FS) und/oder Verbren¬nungsabgase (AS) durch einen Betrieb der Druckluftbremsen während der zwei¬ten Betriebsphase erfolgt.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zur Kom¬pression (KP) und/oder Speicherung (AS) von Verbrennungsabgasen und/oder die zur Kompression (KP) und oder Speicherung (FS) von angesaugter Frischluftbenötigte Energie wenigstens teilweise der kinetischen Energie des Fahrzeugs(FZ) entnommen wird.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Wechselzwischen unterschiedlichen Betriebsphasen auf der Grundlage einer Auswertungvon Signalen gesteuert wird, die von wenigstens einer Signalquelle, vorzugs¬weise durch eine Mehrzahl von Signalquellen (SQ) erzeugt werden, die in einerUmgebung einer Fahrstrecke des Fahrzeugs angeordnet sind.
8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Wechselzwischen unterschiedlichen Betriebsphasen auf der Grundlage einer Auswertungvon Signalen (205) gesteuert wird, die eine Information über die geographischePosition, vorzugsweise geographische Koordinaten, des Fahrzeugs enthalten.
9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Wechselzwischen unterschiedlichen Betriebsphasen auf der Grundlage einer Auswertungwenigstens einer Stoffkonzentration in der Umgebungsluft des Fahrzeugs ge¬steuert wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Konzentration wenigstens eines Stoffesgemessen wird, der in den Abgasen des Verbrennungsmotors enthalten oderder ein mögliches Reaktionsprodukt dieser Abgase ist.
11. 11. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehen¬den Ansprüche, die eine Einrichtung zur Steuerung eines Wechsels zwischenden Betriebsphasen aufweist.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11 mit einem Empfänger (RX) zum Empfang undzur Auswertung von Signalen zur Steuerung eines Wechsels zwischen den Be¬triebsphasen.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12 mit einem Sensor zur Mes¬sung wenigstens einer Stoffkonzentration in der Umgebungsluft der Steue¬rungseinrichtung.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13 mit einem Sensor zurMessung der Konzentration eines Stoffes, der in den Abgasen des Verbren¬nungsmotors enthalten oder der ein mögliches Reaktionsprodukt dieser Abgaseist.
15. 15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Sender zurAussendung eines Signals zur Steuerung eines Wechsels zwischen den Be¬triebsphasen. 2013 10 28