DE10151196A1

DE10151196A1 - Abgasrückzirkulationssystem in einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10151196A1
Application number: DE10151196A
Authority: DE
Inventors: Gerald N Coleman; James J Faletti; Dennis D Feucht; David A Pierpont
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2002-07-25
Also published as: JP3965292B2; JP2002180911A; US6321537B1

Abstract

Ein Abgasrückzirkulationssystem, das insbesondere zur Anwendung bei einem Verbrennungsmotor geeignet ist, wird mit einer Vielzahl von Verbrennungszylindern versehen, mit mindestens einer Auslaßsammelleitung und mindestens einer Einlaßsammenlleitung. Jede Auslaßsammelleitung ist mit einer Vielzahl der Verbrennungszylinder gekoppelt, und jede Einlaßsammelleitung ist mit einer Vielzahl von Verbrennungszylindern gekoppelt. Ein erster Turbolader weist eine erste Turbine mit mindestens einem Einlaß und einem Auslaß auf, und einen ersten Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß. Der mindestens eine erste Turbineneinlaß ist strömungsmittelmäßig mit einer entsprechenden Auslaßsammelleitung gekoppelt. Ein zweiter Turbolader weist eine zweite Turbine mit mindestens einem Einlaß und einem Auslaß auf, und einen zweiten Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß. Der mindestens eine zweite Turbineneinlaß ist strömungsmittelmäßig mit einer entsprechenden Auslaßsammelleitung gekoppelt. Eine Ventilanordnung weist einen Einlaß, einen ersten Auslaß und einen zweiten Auslaß auf. Der Ventileinlaß ist strömungsmittelmäßig mit einem entsprechendem ersten Turbineneinlaß gekoppelt, der erste Ventilauslaß ist strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Turbineneinlaß gekoppelt, und der zweite Ventilauslaß ist strömungsmittelmäßig mit mindestens einer Einlaßsammelleitung gekoppelt.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasrückzirkulationssystem zur Anwendung in einem Verbrennungsmotor und insbesondere auf ein Ab gasrückzirkulationssystem zur Anwendung in einem Verbrennungsmotor mit mehreren Turboladern.

Technischer Hintergrund

Ein Verbrennungsmotor kann einen oder mehrere Turbolader aufweisen, um ein Strömungsmittel zu komprimieren, das an eine oder mehrere Brenn kammern innerhalb entsprechender Verbrennungszylinder geliefert wird. Je der Turbolader weist typischerweise eine Turbine auf, die von Abgasen des Motors angetrieben wird, und einen Kompressor, der von der Turbine ange trieben wird. Der Kompressor nimmt das zu komprimierende Strömungsmit tel auf und liefert das komprimierte Strömungsmittel an die Brennkammern. Das Strömungsmittel, das von dem Kompressor komprimiert wird, kann in Form von Verbrennungsluft oder einer Brennstoff-Luft-Mischung vorliegen.

Es ist bekannt, mehrere Turbolader innerhalb eines Turboladersystems in einem Verbrennungsmotor vorzusehen. Beispielsweise offenbart das US-Patent 3 250 068 (Vulliamy) einen Verbrennungsmotor mit zwei Turboladern. Ein erster Turbolader weist eine Turbine auf, die von einer einzigen Auslaß sammelleitung des Verbrennungsmotors angetrieben wird. Das aus der Tur bine des ersten Turboladers ausgelassene Abgas wird in serieller Weise zum Einlaß einer Turbine des zweiten Turboladers transportiert. Das ausge stoßene Abgas wird dann in die Umgebung durch die Turbine des zweiten Turboladers ausgestoßen. Der Kompressor des zweiten Turboladers kom primiert die Umgebungsverbrennungsluft und liefert die komprimierte Ver brennungsluft in serieller Weise zum Kompressor des ersten Turboladers, der wiederum die komprimierte Verbrennungsluft zur Einlaßsammelleitung des Motors transportiert.

Ein Abgasrückzirkulationssystem (AGR-System) wird verwendet, um die Er zeugung von nicht wünschenswerten Verunreinigungsgasen und Partikelstof fen im Betrieb von Verbrennungsmotoren zu steuern. Solche Systeme haben sich insbesondere bei Verbrennungsmotoren als nützlich erwiesen, die bei Motorfahrzeugen verwendet werden, wie beispielsweise bei Passagierbus sen, Leichtlastwagen und anderen auf den Straßen fahrenden mit Motor ausgerüsteten Fahrzeugen. AGR-Systeme zirkulieren in erster Linie die Ab gasnebenprodukte in die Einlaßluftversorgung des Verbrennungsmotors zu rück. Das Abgas, das in den Motorzylinder wieder eingeleitet wird, verringert die Konzentration des Sauerstoffs darin, was wiederum die maximale Ver brennungstemperatur innerhalb des Zylinders senkt, und die chemische Re aktion des Verbrennungsprozesses verlangsamt, was die Bildung von Stickoxyden (NOx) verringert. Weiterhin enthalten die Abgase typischerweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe, die bei der Wiedereinleitung in den Mo torzylinder verbrannt werden, was weiterhin die Emission von Abgasneben produkten verringert, die als nicht wünschenswerte Verunreinigungen aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßen werden würden.

Bei einem AGR-System, wie oben beschrieben, ist es bekannt, die Menge des Abgases zu steuern, die mit der Verbrennungsluft zur Einleitung in die Einlaßsammelleitung gemischt wird. Typischerweise wird eine Mischvorrich tung, wie beispielsweise ein Venturi-Mischer oder ähnliches verwendet, um die Menge des Abgases zu steuern, die sich mit der Verbrennungsluft ver mischt. Jedoch kann die Steuerung der Menge des Abgases, die sich mit der Verbrennungsluft unter Verwendung von nur einem Mischer vermischt, nicht ausreichend sein, um feine Einstellungen an dem Mischungsverhältnis der Verbrennungsluft und des Abgases vorzusehen.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der Erfindung wird ein Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Verbrennungszylindern vorgesehen, mit mindestens einer Aus laßsammelleitung und mindestens einer Einlaßsammelleitung. Jede Auslaß sammelleitung ist mit einer Vielzahl von Verbrennungszylindern gekoppelt, und jede Einlaßsammelleitung ist mit einer Vielzahl von Verbrennungszylin dern gekoppelt. Ein erster Turbolader weist eine erste Turbine mit minde stens einem Einlaß und einem Auslaß auf, und einen ersten Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß. Der mindestens eine erste Turbineneinlaß ist strömungsmittelmäßig mit einer entsprechenden Auslaßsammelleitung gekoppelt. Ein zweiter Turbolader weist eine zweite Turbine mit mindestens einem Einlaß und einem Auslaß und einem zweiten Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß auf. Der mindestens eine zweite Turbineneinlaß ist strömungsmittelmäßig mit einer entsprechenden Auslaßsammelleitung ge koppelt. Eine Ventilanordnung weist einen Einlaß, einen ersten Auslaß und einen zweiten Auslaß auf. Der Ventileinlaß ist strömungsmittelmäßig mit ei nem entsprechenden ersten Turbineneinlaß gekoppelt, der erste Ventilaus laß ist strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Turbineneinlaß gekoppelt, und der zweite Ventilauslaß ist strömungsmittelmäßig mit mindestens einer Ein laßsammelleitung gekoppelt.

Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird ein Verfahren zum Rückzirkulieren bzw. Rückleiten von Abgas in einem Abgasrückzirkulations system eines Verbrennungsmotors vorgesehen, und zwar mit folgenden Schritten: Vorsehen eines ersten Turboladers, der eine erste Turbine mit mindestens einem Einlaß und einem Auslaß aufweist, und einen ersten Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß, wobei der mindestens ei nen ersten Turbineneinlaß strömungsmittelmäßig mit einer entsprechenden Auslaßsammelleitung gekoppelt ist; Vorsehen eines zweiten Turboladers, der eine zweite Turbine mit mindestens einem Einlaß und einem Auslaß aufweist, und einen zweiten Kompressor mit einem Einlaß und einem Aus laß, und wobei der mindestens eine zweite Turbineneinlaß strömungsmittel mäßig mit einer entsprechenden Auslaßsammelleitung gekoppelt ist; Vorse hen einer Ventilanordnung, die einen Einlaß aufweist, einen ersten Auslaß, ein erstes Ventil, das mit dem ersten Auslaß assoziiert ist, einen zweiten Auslaß und ein zweites Ventil, das mit dem zweiten Auslaß assoziiert ist, wobei der Ventileinlaß strömungsmittelmäßig mit einer entsprechenden Auslaßsammelleitung und dem ersten Turbineneinlaß gekoppelt ist, wobei der erste Ventilauslaß strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Turbinen einlaß gekoppelt ist, und wobei der zweite Ventilauslaß strömungsmittelmä ßig mit der mindestens einen Einlaßsammelleitung gekoppelt ist; und selekti ves Öffnen und Schließen des ersten Ventilauslasses und des zweiten Ven tilauslasses.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, der ein Ausführungsbeispiel eines Abgasrückzirkulationssy stems der vorliegenden Erfindung aufweist; und

Fig. 2 ist eine Seitenschnittansicht der in Fig. 1 gezeigten Venti lanordnung.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 ist ein Ausfüh rungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 10 gezeigt, der ein Ausführungs beispiel eines Abgasrückzirkulationssystems bzw. Abgasrückleitungssystems 12 der vorliegenden Erfindung aufweist.

Der Verbrennungsmotor 10 weist eine Vielzahl von Verbrennungszylindern 14 auf, wie beispielsweise die sechs Verbrennungszylinder 14, die in Fig. 1 gezeigt sind. Ein Brennstoff, wie beispielsweise ein Dieselbrennstoff, wird in jeden Verbrennungszylinder 14 eingespritzt und darin in bekannter Weise verbrannt.

Der Verbrennungsmotor 10 weist auch mindestens eine Einlaßsammellei tung 16 auf, wobei jede Einlaßsammelleitung in Strömungsmittelverbindung mit einer Vielzahl von Verbrennungszylindern 14 angeordnet ist. In dem ge zeigten Ausführungsbeispiel weist der Verbrennungsmotor 10 eine einzige Einlaßsammelleitung 16 auf, die in Strömungsmittelverbindung mit jedem der sechs Verbrennungszylinder 14 angeordnet ist. Die Einlaßsammelleitung 16 liefert eine Luftmischung an jeden Verbrennungszylinder 14, wie im folgen den beschrieben wird.

Der Verbrennungsmotor 10 weist auch mindestens eine Auslaßsammellei tung auf, wobei jede Auslaßsammelleitung strömungsmittelmäßig mit einer Vielzahl von Verbrennungszylindern 14 gekoppelt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Verbrennungsmotor 10 eine erste Auslaß sammelleitung 18 und eine zweite Auslaßsammelleitung 20 auf, wobei jede Auslaßsammelleitung 18, 20 strömungsmittelmäßig mit drei der sechs Ver brennungszylinder 14 gekoppelt ist.

Das Abgasrückzirkulationssystem 12 weist ein Turboladersystem 22, einen Nachkühler 24, einen Mischer 26, einen Abgasrückzirkulationskühler 28 und eine Ventilanordnung 30 auf.

Das Turboladersystem 22 weist einen ersten Turbolader 32 und einen zwei ten Turbolader 34 auf. Der erste Turbolader 32 weist eine erste Turbine 36 mit mindestens einem Einlaß 38 und einem Auslaß 40 auf. Der Einlaß 38 ist strömungsmittelmäßig mit der ersten Auslaßsammelleitung 18 gekoppelt und nimmt Abgas auf, um drehbar ein (nicht gezeigtes) Turbinenrad anzutreiben, das in der ersten Turbine 36 angeordnet ist. Der Einlaß 38 kann als Einlaß mit fester Geometrie konfiguriert sein, oder kann als Einlaß mit variabler Dü se konfiguriert sein, und zwar abhängig von der speziellen Anwendung.

Der erste Turbolader 32 weist auch einen ersten Kompressor 42 mit einem (nicht gezeigten) Kompressorrad darin auf, welches mechanisch mit dem Turbinenrad innerhalb der ersten Turbine 36 über die Welle 44 gekoppelt ist und von diesem angetrieben wird. Der erste Kompressor 42 weist einen Einlaß 46 und einen Auslaß 48 auf. Der erste Kompressor 42 nimmt Ver brennungsluft am Einlaß 46 auf und liefert komprimierte Verbrennungsluft am Auslaß 48.

Der zweite Turbolader 34 weist eine zweite Turbine 50 mit mindestens einem Einlaß 52 und einem Auslaß 54 auf. Der Einlaß 52 ist strömungsmittelmäßig mit sowohl der zweiten Auslaßsammelleitung 20 als auch dem ersten Turbi nenauslaß 40 gekoppelt. Somit nimmt die zweite Turbine 50 Abgas direkt von der zweiten Auslaßsammelleitung 20 auf und nimmt Abgas indirekt von der ersten Auslaßsammelleitung 18 über die erste Turbine 36 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die zweite Turbine 50 einen einzigen Einlaß 52 auf, der Abgas von sowohl der zweiten Auslaßsammelleitung 20 als auch dem ersten Turbinenauslaß 40 aufnimmt. Es ist jedoch auch mög lich, die zweite Turbine 50 mit getrennten Einlässen zu konfigurieren, die Abgas von der zweiten Auslaßsammelleitung 20 und dem ersten Turbinen auslaß 40 in paralleler Weise aufnehmen. Jeder Einlaß kann als Einlaß mit fester Geometrie oder als Düse mit variabler Geometrie konfiguriert werden, und zwar abhängig von der speziellen Anwendung. Der zweite Turbinenaus laß 54 läßt das verbrauchte Abgas in die Umgebung über ein (nicht gezeig tes) Abgassystem aus.

Der zweite Turbolader 34 weist auch einen zweiten Kompressor 56 mit ei nem Einlaß 58 und einem Auslaß 60 auf. Der zweite Kompressor 56 weist ein (nicht gezeigtes) Kompressorrad auf, das mechanisch von dem Turbi nenrad innerhalb der zweiten Turbine 50 über die Welle 62 gekoppelt ist und von diesem angetrieben wird. Der zweite Kompressor 56 nimmt Verbren nungsluft von der Umgebung am Einlaß 58 auf und läßt komprimierte Ver brennungsluft am Auslaß 60 aus. Der Auslaß 60 ist strömungsmittelmäßig mit dem ersten Kompressoreinlaß 46 in serieller Weise gekoppelt. Somit de finieren der zweite Kompressor 56 und der erste Kompressor 42 einen zweistufigen Kompressor zur Komprimierung der Umgebungsverbrennungs luft.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wirkt die Ventilanord nung 30 des Abgasrückzirkulationssystems 12 sowohl zur Regulierung des Abgasflusses, der mit der Verbrennungsluft vermischt wird, die zur Einlaß sammelleitung 16 transportiert wird, genauso wie zum Liefern von Abgas an die zweite Turbine 50. Die Steuerung oder Regulierung der Menge des Ab gases, die zur Einlaßsammelleitung 16 transportiert wird, sieht ein effektives Abgasrückzirkulationssystem in dem Verbrennungsmotor 10 vor. Darüber hinaus verwendet die Steuerung eines Abgasflusses zur zweiten Turbine 50 Energie aus dem Abgas, das nicht zur Einlaßsammelleitung 16 transportiert wird, um die zweite Turbine 50 anzutreiben.

Insbesondere mit Bezug auf Fig. 2 weist die Ventilanordnung 30 einen Kör per 64 mit einer Längsbohrung 66 mit einer Längsachse 68 auf. Der Körper 64 weist einen Einlaß 70 auf, einen ersten Auslaß 72 und einen zweiten Auslaß 74. Der Einlaß 70 erstreckt sich im allgemeinen senkrecht zur Längsachse 68 der Bohrung 66 und ist strömungsmittelmäßig mit der Strö mungsmittelleitung 76 gekoppelt, die die erste Auslaßsammelleitung 18 und den ersten Turbineneinlaß 38 verbindet. Der Ventileinlaß 70 nimmt somit Abgas von der ersten Auslaßsammelleitung 18 in Parallelflußweise auf.

Der erste Ventilauslaß 72 ist im allgemeinen koaxial zur Längsachse 68 der Bohrung 66 positioniert und ist strömungsmittelmäßig mit der Strömungsmit telleitung 78 gekoppelt, die die zweite Auslaßsammelleitung 20 und den zweiten Turbineneinlaß 52 verbindet. Der zweite Ventilauslaß 74 ist im all gemeinen senkrecht zur Längsachse 68 der Bohrung 66 positioniert und ist strömungsmittelmäßig mit der Einlaßsammelleitung 16 gekoppelt.

Eine Welle 80 ist verschiebbar innerhalb der Bohrung 66 positioniert. Ein erstes Ventil 82 wird durch die Welle 80 in Assoziation mit dem ersten Ven tilauslaß 72 getragen; und ein zweites Ventil 84 wird durch die Welle 80 in Assoziation mit dem zweiten Ventilauslaß 74 getragen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden das erste Ventil 82 und das zweite Ventil 84 monolithisch mit der Welle 80 ausgebildet, können jedoch getrennt ausge formt werden und von der Welle 80 getragen werden. Das erste Ventil 82 und das zweite Ventil 84 haben jeweils eine vorbestimmte Konfiguration, die gestattet, daß der erste Ventilauslaß 72 und der zweite Ventilauslaß 74 se lektiv geöffnet und geschlossen werden, während man gleichzeitig die er wünschten Strömungsmittelflußcharakteristiken für das Abgas vorsieht, wel ches aus dem ersten Ventil 72 und/oder dem zweiten Ventil 74 fließt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat das erste Ventil 82 eine im allgemeinen kegelstumpfförmige Form, und das zweite Ventil 84 hat im allgemeinen eine Scheibenform.

Das erste Ventil 82 ist relativ zu einem Einsatz 86 bewegbar, der den ersten Ventilauslaß 72 definiert. Der Einsatz 86 ist entfernbar am Körper 64 ange bracht, um den ersten Auslaß 72 mit einer vordefinierten inneren Konfigura tion zu versehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Einsatz 86 eine auseinanderlaufende Oberfläche 88, die eine Gasexpansion und einen Druckanstieg an der Auslaßseite des ersten Auslasses 72 vorsieht. Die im allgemeinen kegelstumpfförmige Form des ersten Ventils 82 hilft bei der De finition von Venturimitteln innerhalb des Einsatzes 86. Somit beschleunigt der Abgasfluß unter verringertem Druck nach dem ersten Ventil 82 und ex pansiert mit einem ansteigenden Druck an der Auslaßseite des Einsatzes 86.

Das zweite Ventil 84 hat im allgemeinen eine Scheibenform, die eine ring förmige Öffnung relativ zum Körper 64 definiert, wenn das zweite Ventil 84 positioniert ist, um es dem Abgas zu gestatten, zum zweiten Ventilauslaß 74 zu fließen. Die Bohrung 66 des Körpers 64 ist mit einem Durchmesser 90 konfiguriert, der größer ist, als ein Durchmesser 92 innerhalb einer Halsregi on des Einsatzes 86. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser 90 und dem Durchmesser 92 kann ausgewählt werden, um eine erwünschte volu metrische Flußrate von sowohl dem ersten Ventilauslaß 72 als auch dem zweiten Ventilauslaß 74 vorzusehen. Die Werte des Durchmessers 90 und des Durchmessers 92 können von einer Anwendung zur nächsten variieren und können relativ einfach empirisch bestimmt werden. Eine Ventilführung 94 wird innerhalb der Bohrung 66 des Körpers 64 getragen bzw. vorgesehen und trägt verschiebbar die Welle 90 innerhalb der Bohrung 66. Die Ventilfüh rung 94 weist eine Umfangsnut 96 auf, die einen Strömungsmittelkanal defi niert, der in Strömungsmittelverbindung mit einem Wassereinlaß 98 und ei nem Wassereinlaß 100 ist. Die Ventilanordnung 30 ist somit wassergekühlt, um Wärme zu entfernen, die erzeugt wird, wenn das Abgas dort hindurch fließt.

Eine Spannscheibe 102 ist an der Welle 80 auf einer Distanz entfernt von der Ventilführung 94 angebracht. Eine Druckfeder 104 übt entgegenwirkende Axialkräfte gegen sowohl die Ventilführung 94 als auch die Spannscheibe 102 aus und spannt dadurch das zweite Ventil 84 in eine Position, die den zweiten Ventilauslaß 74 schließt, wie in Fig. 2 gezeigt.

Eine Betätigungsvorrichtung 106 ist mit der Welle 80 gekoppelt und bewegt diese selektiv, und zwar auf oder zwischen einer ersten Position, in der das erste Ventil 82 den ersten Ventilauslaß 72 schließt, und einer zweiten Positi on (Fig. 2) in der das zweite Ventil 84 den zweiten Ventilauslaß 74 schließt, oder auf irgendeine ausgewählte Position dazwischen. Die Betätigungsvor richtung 106 kann in Form einer mechanischen Betätigungsvorrichtung vor liegen, die die Welle 80 beispielsweise basierend auf den Druckdifferenzen an ausgewählten Stellen bewegt; oder kann in Form einer elektrischen Betä tigungsvorrichtung vorliegen, wie beispielsweise als Elektromagnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Betätigungsvorrichtung 106 in Form einer elektrischen Betätigungsvorrichtung, die die Welle 80 auf die erste Position bewegt, die den ersten Ventilauslaß 72 schließt, und auf die zweite Position, die den zweiten Ventilauslaß 74 schließt und auch zwischen die sen.

Der Nachkühler 24 kühlt die komprimierte Verbrennungsluft, die aus dem ersten Kompressorauslaß 48 austritt, und der Abgasrückzirkulationskühler 28 kühlt das Abgas, das aus dem zweiten Auslaß 74 des Ventils 30 fließt. Der Mischer 26 vermischt das Abgas mit der Verbrennungsluft. Der Nach kühler 24, der Mischer 26 und der Abgasrückzirkulationskühler 28 können jeweils von herkömmlicher Konstruktion sein und werden somit nicht weiter beschrieben.

Industrielle Anwendbarkeit

Während der Anwendung wird Brennstoff, wie beispielsweise Dieselbrenn stoff, in jeden Verbrennungszylinder 14 eingespritzt und darin verbrannt. Ab gas fließt aus der ersten Auslaßsammelleitung 18 in die erste Turbine 36, um drehbar die erste Turbine 36 anzutreiben. Gleichzeitig fließt Abgas von der ersten Auslaßsammelleitung 18 in paralleler Weise zum Einlaß 70 der Ventilanordnung 30. Das verbrauchte Abgas aus der ersten Turbine 36 wird mit dem Abgas aus der zweiten Auslaßsammelleitung 20 vermischt und wird zur zweiten Turbine 50 gespeist, um die zweite Turbine 50 drehbar anzutrei ben. Das verbrauchte bzw. ausgelassene Abgas aus der zweiten Turbine 50 wird in die Umgebung ausgelassen. Der erste Kompressor 42 und der zweite Kompressor 56 werden jeweils drehbar durch die erste Turbine 36 und die zweite Turbine 50 angetrieben. Die Umgebungsverbrennungsluft wird in den zweiten Kompressor 56 gezogen und darin komprimiert. Die komprimierte Verbrennungsluft wird aus dem zweiten Kompressor 56 in serieller Weise zum ersten Kompressor 42 ausgelassen, um eine zweistufige Kompression der Verbrennungsluft vorzusehen. Die komprimierte Verbrennungsluft wird dann in dem Nachkühler 24 gekühlt und zum Mischer 26 transportiert.

Das Ventil 30 wird selektiv betätigt, um den Fluß des Abgases aus dem er sten Ventilauslaß 72 und/oder dem zweiten Ventilauslaß 74 zu steuern. Das Abgas, das aus dem ersten Ventilauslaß 72 herausfließt, vermischt sich mit dem Abgas aus der zweiten Auslaßsammelleitung 20 und fließt zum zweiten Turbineneinlaß 52. Das Abgas von zweiten Ventilauslaß 74 wird innerhalb des Abgasrückzirkulationskühlers 28 gekühlt und dann zum Mischer 26 transportiert, um sich mit der Verbrennungsluft zu vermischen. Die Mischung aus Verbrennungsluft und Abgas wird dann zur Einlaßsammelleitung 16 transportiert.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Abgasrückzirkulationssystem 12 vor, das in Verbindung mit einem Turboladersystem 22, mit einem ersten Turbolader 32 und einem zweiten Turbolader 34 verwendet werden kann. Die Menge des Abgases, die aus dem ersten Ventilauslaß 72 und/oder dem zweiten Ventilauslaß 74 transportiert wird, kann gesteuert werden durch Vorsehen der Bohrung 66 und/oder der Ventile 82, 84 mit ausgewählter Größe und/oder Form. Die Ventile werden selektiv, teilweise oder vollständig geöff net und geschlossen, und zwar entweder unter Verwendung einer mechani schen oder einer elektrischen Betätigungsvorrichtung, wodurch eine Flexibili tät für die Einrichtung des Abgasrückzirkulationssystems 12 vorgesehen wird. Die spezielle Größe und Form der Bohrung 66 und der Ventile 82, 84 kann abhängig von einer speziellen Anwendung ausgewählt werden und kann leicht empirisch von einer Anwendung zur nächsten bestimmt werden.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können aus einem Stu dium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche er halten werden.

Claims

1. Verbrennungsmotor, der folgendes aufweist:
eine Vielzahl von Verbrennungszylindern;
mindestens eine Auslaßsammelleitung, wobei jede Auslaßsammellei tung mit einer Vielzahl der Verbrennungszylinder gekoppelt ist;
mindestens eine Einlaßsammelleitung, wobei jede Einlaßsammellei tung mit einer Vielzahl der Verbrennungszylinder gekoppelt ist;
einen ersten Turbolader, der eine erste Turbine mit mindestens einem Einlaß und einem Auslaß aufweist, und einen ersten Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß, wobei der mindestens eine erste Turbineneinlaß strömungsmittelmäßig mit einer entsprechenden Aus laßsammelleitung gekoppelt ist;
einen zweiten Turbolader, der eine zweite Turbine mit mindestens ei nem Einlaß und einem Auslaß aufweist, und einen zweiten Kompres sor mit einem Einlaß und einem Auslaß, wobei der mindestens eine zweite Turbineneinlaß strömungsmittelmäßig mit einer entsprechen den Auslaßsammelleitung gekoppelt ist; und
eine Ventilanordnung, die einen Einlaß, einen ersten Auslaß und ei nen zweiten Auslaß aufweist, wobei der Ventileinlaß strömungsmit telmäßig mit dem entsprechenden ersten Turbineneinlaß gekoppelt ist, wobei der erste Ventilauslaß strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Turbineneinlaß gekoppelt ist, und wobei der zweite Ventilaus laß strömungsmittelmäßig mit mindestens einer der Einlaßsammellei tungen gekoppelt ist.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch, wobei das Ventil einen Körper mit einer Längsbohrung aufweist, eine Welle, die innerhalb der Boh rung positioniert ist, ein erstes Ventil, das von der Welle in Assoziation mit dem ersten Ventilauslaß getragen wird, und ein zweites Ventil, das von der Welle in Assoziation mit dem zweiten Ventilauslaß getragen wird.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei die Welle mit dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil monolithisch ausgeführt ist.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei der erste Ventilauslaß im allgemeinen eine Kegelstumpfform hat, und wobei der zweite Ven tilauslaß im allgemeinen eine Scheibenform hat.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, der eine Betätigungsvorrich tung aufweist, um selektiv die Welle auf eine erste Position zu bewe gen, in der das erste Ventil den ersten Ventilauslaß schließt, und auf eine zweite Position, in der das zweite Ventil den zweiten Ventilauslaß schließt und auch zwischen diesen.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, wobei die Betätigungsvorrich tung entweder eine mechanische Betätigungsvorrichtung oder eine elektrische Betätigungsvorrichtung ist.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, der eine Feder aufweist, die die Welle in eine erste Position vorspannt, in der das zweite Ventil den zweiten Ventilauslaß schließt.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei die Bohrung einen er sten Durchmesser benachbart zum ersten Ventilauslaß und einen zweiten Durchmesser benachbart zum zweiten Ventilauslaß hat, wo bei der zweite Durchmesser größer ist als der erste Durchmesser.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, wobei der erste Ventilauslaß eine auseinanderlaufende Oberfläche hat.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, wobei das Ventil einen Einsatz an dem ersten Auslaß besitzt, der die erwähnte divergierende bzw. auseinanderlaufende Oberfläche definiert.

11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei der Ventileinlaß und der zweite Ventilauslaß sich im allgemeinen senkrecht zu einer Längs achse der Bohrung erstrecken, und wobei der erste Ventilauslaß sich im allgemeinen koaxial zur Längsachse der Bohrung erstreckt.

12. Abgasrückzirkulationssystem in einem Verbrennungsmotor, das eine Vielzahl von Verbrennungszylindern aufweist, mindestens eine Aus laßsammelleitung und mindestens eine Einlaßsammelleitung, wobei das Abgasrückzirkulationssystem folgendes aufweist:
einen ersten Turbolader, der eine erste Turbine mit mindestens einem Einlaß und einem Auslaß besitzt, und einen ersten Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß, wobei der mindestens eine erste Turbineneinlaß strömungsmittelmäßig mit einer entsprechenden Aus laßsammelleitung gekoppelt ist;
einen zweiten Turbolader, der eine zweite Turbine mit mindestens ei nem Einlaß und einem Auslaß aufweist, und einen zweiten Kompres sor mit einem Einlaß und einem Auslaß, wobei der mindestens eine zweite Turbineneinlaß strömungsmittelmäßig mit einer entsprechen den Auslaßsammelleitung gekoppelt ist; und
eine Ventilanordnung, die einen Einlaß, einen ersten Auslaß und ei nen zweiten Auslaß aufweist, wobei der Ventileinlaß strömungsmit telmäßig mit einem entsprechenden ersten Turbineneinlaß gekoppelt ist, wobei der erste Ventilauslaß strömungsmittelmäßig mit dem er wähnten zweiten Turbineneinlaß gekoppelt ist, und wobei der zweite Ventilauslaß strömungsmittelmäßig mit der mindestens einen Einlaß sammelleitung gekoppelt ist.

13. Abgasrückzirkulationssystem nach Anspruch 12, wobei das Ventil ei nen Körper mit einer Längsbohrung aufweist, weiter eine Welle, die in der Bohrung positioniert ist, ein erstes Ventil, das von der Welle in As soziation mit dem ersten Ventilauslaß getragen wird, und ein zweites Ventil, das von der Welle in Assoziation mit dem zweiten Ventilauslaß getragen wird.

14. Abgasrückzirkulationssystem nach Anspruch 13, wobei die Welle mo nolithisch bzw. in einem Stück mit dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil ausgeführt ist.

15. Abgasrückzirkulationssystem nach Anspruch 13, wobei der erste Ventilauslaß im allgemeinen eine Kegelstumpfform hat, und wobei der zweite Ventilauslaß im allgemeinen eine Scheibenform hat.

16. Abgasrückzirkulationssystem nach Anspruch 13, das eine Betäti gungsvorrichtung aufweist, um selektiv die Welle auf eine erste Posi tion zu bewegen, in der das erste Ventil den ersten Ventilauslaß schließt, und auf eine zweite Position, in der das zweite Ventil den zweiten Ventilauslaß schließt, und auch zwischen diesen.

17. Abgasrückzirkulationssystem nach Anspruch 16, wobei die Betäti gungsvorrichtung entweder eine mechanische Betätigungsvorrichtung oder eine elektrische Betätigungsvorrichtung ist.

18. Abgasrückzirkulationssystem nach Anspruch 13, das eine Feder auf weist, die die Welle auf eine erste Position vorspannt, in der das zweite Ventil den zweiten Ventilauslaß schließt.

19. Abgasrückzirkulationssystem nach Anspruch 13, wobei die Bohrung einen ersten Durchmesser benachbart zum ersten Ventilauslaß be sitzt, und einen zweiten Durchmesser benachbart zum zweiten Ven tilauslaß, wobei der zweite Durchmesser größer ist als der erste Durchmesser.

20. Abgasrückzirkulationssystem nach Anspruch 19, wobei der erste Ventilauslaß eine divergierende bzw. auseinanderlaufende Oberfläche besitzt.

21. Abgasrückzirkulationssystem nach Anspruch 20, wobei das Ventil ei nen Einsatz am ersten Auslaß besitzt, der die auseinanderlaufende Oberfläche definiert.

22. Abgasrückzirkulationssystem nach Anspruch 13, wobei der Ventilein laß, der erste Ventilauslaß und der zweite Ventilauslaß sich im allge meinen senkrecht zur Bohrung erstrecken.

23. Verfahren zur Rückzirkulierung von Abgas in einem Abgasrückzirkula tionssystem eines Verbrennungsmotors, das folgende Schritte auf weist:
Vorsehen eines ersten Turboladers, der eine erste Turbine mit min destens einem Einlaß und einem Auslaß aufweist, und einem ersten Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß, wobei der minde stens eine erste Turbineneinlaß strömungsmittelmäßig mit einer ent sprechenden Auslaßsammelleitung gekoppelt ist;
Vorsehen eines zweiten Turboladers, der eine zweite Turbine mit mindestens einem Einlaß und einem Auslaß aufweist, und einen zweiten Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß, wobei der mindestens eine zweite Turbineneinlaß strömungsmittelmäßig mit ei ner entsprechenden Auslaßsammelleitung gekoppelt ist; und
Vorsehen einer Ventilanordnung, die einen Einlaß aufweist, einen er sten Auslaß, ein erstes Ventil, das mit dem ersten Auslaß assoziiert ist, einen zweiten Auslaß und ein zweites Ventil, das mit dem zweiten Auslaß assoziiert ist, wobei der Ventileinlaß strömungsmittelmäßig mit einer entsprechenden Auslaßsammelleitung und dem ersten Turbi neneinlaß gekoppelt ist, wobei der erste Ventilauslaß strömungsmit telmäßig mit dem zweiten Turbineneinlaß gekoppelt ist, und wobei der zweite Ventilauslaß strömungsmittelmäßig mit mindestens einer Ein laßsammelleitung gekoppelt ist; und
selektives Öffnen und Schließen des ersten Ventilauslasses und des zweiten Ventilauslasses.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Ventil einen Körper mit einer Längsbohrung und eine Welle aufweist, die in der Bohrung positioniert ist, wobei das erste Ventil von der Welle in Assoziation mit dem ersten Ventilauslaß getragen wird, und wobei das zweite Ventil von der Welle in Assoziation mit dem zweiten Ventilauslaß getragen wird, und das den Schritt aufweist, selektiv die Welle zu einer ersten Position zu be wegen, in der das erste Ventil den ersten Ventilauslaß schließt, und zu einer zweiten Position, in der das zweite Ventil den zweiten Ventil auslaß schließt, und auch zwischen diesen.