DE102010028200B4 - Engine assembly - Google Patents

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Brennkraftmaschinen-Anordnung (1) mit: einer Brennkraftmaschine (20), die einen Abgasausgang (21) und einen Lufteingang (22) aufweist, einer Abgasturbolader-Anordnung (30) zur Druckerhöhung von der Brennkraftmaschine (20) über den Lufteingang (22) zuzuführender Luft, wobei die Abgasturbolader-Anordnung (30) eine Abgasturbine (35) mit einem Turbineneingang (36), der über eine Abgasausgangsleitung (23) mit dem Abgasausgang (21) verbunden ist, und einen mit der Abgasturbine (35) antriebsverbundenen Verdichter (40) mit einem Verdichterausgang (42) aufweist, der über eine Lufteingangsleitung (28) mit dem Lufteingang (22) verbunden ist, Abgasmengen-Steuermitteln (70), die in einer vor dem Turbineneingang (36) von der Abgasausgangsleitung (23) abzweigenden Abgasabzweigleitung (73) angeordnet sind und die eingerichtet sind, gesteuert Abgas aus der Abgasausgangsleitung (23) abzuzweigen und dadurch eine der Abgasturbine (35) zugeführte Abgasmenge zu steuern, einer weiteren Abgasturbine (80) mit einem Turbineneingang (81), der mit der Abgasabzweigleitung (73) verbunden ist, so dass der weiteren Abgasturbine (80) über die Abgasmengen-Steuermittel (70) gesteuert aus der Abgasausgangsleitung (23) abgezweigtes Abgas zuführbar ist, wobei die weitere Abgasturbine (80) mit einem Verbraucher (110) antriebsverbunden ist, und die weitere Abgasturbine (80) abtriebsmäßig von der Druckerhöhung von der Brennkraftmaschine (20) über den Lufteingang (22) zuzuführender Luft entkoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dampferzeuger (60) mit einem Dampferzeuger-Abgaseingang (61) vorgesehen ist, wobei der Dampferzeuger-Abgaseingang (61) über eine Abgasabführleitung (25) mit der Abgasturbine (35) der Abgasturbolader-Anordnung (30) verbunden ist, und wobei der Dampferzeuger (60) eingerichtet ist, unter Nutzung einer von über die Abgasabführleitung (25) geführtem Abgas bereitgestellten Wärmemenge Dampf zu erzeugen, weiterhin eine Dampfturbine (120) mit einem Dampfturbineneingang (121) vorgesehen ist, und wobei der Dampfturbineneingang (121) über eine Dampfausgangsleitung (64) mit einem Dampferzeugerausgang (63) des Dampferzeugers (60) verbunden ist, so dass vom Dampferzeuger (60) erzeugter Dampf der Dampfturbine (120) zu deren Antrieb zuführbar ist, wobei der Dampferzeuger-Abgaseingang (61) über eine Bypassleitung (90) mit der Abgasabzweigleitung (73) verbunden ist, und wobei in der Bypassleitung (90) ein Bypass-Steuerventil (91) angeordnet ist, so dass dem Dampferzeuger (60) über das Bypass-Steuerventil (91) gesteuert aus der Abgasabzweigleitung (73) abgezweigtes Abgas zuführbar ist.An internal combustion engine arrangement (1) comprising: an internal combustion engine (20) having an exhaust gas outlet (21) and an air inlet (22), an exhaust gas turbocharger arrangement (30) for pressure increase from the internal combustion engine (20) via the air inlet (22) zuzuführender Air, wherein the exhaust gas turbocharger arrangement (30) has an exhaust gas turbine (35) with a turbine inlet (36) which is connected to the exhaust gas outlet (21) via an exhaust gas outlet line (23) and a compressor (40) which is drive-connected to the exhaust gas turbine (35) ) having a compressor output (42) which is connected via an air input line (28) to the air inlet (22), exhaust gas quantity control means (70) in an off before the turbine inlet (36) from the exhaust gas outlet line (23) branching exhaust branch line ( 73) are arranged and which are arranged to divert exhaust gas from the exhaust gas outlet line (23) and thereby control one of the exhaust gas turbine (35) supplied exhaust gas, another exhaust gas turbine (80 ) with a turbine inlet (81) which is connected to the exhaust branch line (73), so that the exhaust gas to another exhaust gas turbine (80) via the exhaust gas quantity control means (70) controlled from the exhaust gas outlet line (23) branched off exhaust gas can be supplied, wherein the further exhaust gas turbine (80) is drivingly connected to a consumer (110), and the further exhaust gas turbine (80) is decoupled from the pressure increase of the internal combustion engine (20) via the air inlet (22) supplied air, characterized in that a steam generator (60) a steam generator exhaust inlet (61) is provided, wherein the steam generator exhaust inlet (61) via an exhaust gas discharge line (25) with the exhaust gas turbine (35) of the exhaust gas turbocharger assembly (30) is connected, and wherein the steam generator (60) is arranged, to generate steam by utilizing steam supplied from exhaust gas supplied through the exhaust gas discharge pipe (25), further comprising a steam turbine (120) having a steam turbine input ng (121) is provided, and wherein the steam turbine inlet (121) via a steam outlet line (64) with a steam generator output (63) of the steam generator (60) is connected, so that from the steam generator (60) generated steam of the steam turbine (120) to the Drive can be supplied, wherein the steam generator exhaust inlet (61) via a bypass line (90) with the exhaust branch line (73) is connected, and wherein in the bypass line (90), a bypass control valve (91) is arranged, so that the steam generator ( 60) via the bypass control valve (91) controlled from the exhaust branch line (73) branched off exhaust gas can be fed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschinen-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an internal combustion engine arrangement according to the preamble of claim 1.

In 1 ist aus dem Stand der Technik eine Brennkraftmaschinen-Anordnung 1a der eingangsgenannten Art beschrieben. Die in 1 gezeigte Brennkraftmaschinen-Anordnung 1a weist eine Brennkraftmaschine 10a, die einen Abgasausgang 11a und einen Lufteingang 12a hat, und eine Abgasturbolader-Anordnung 20a zur Druckerhöhung von der Brennkraftmaschine 10a über den Lufteingang 12a zuzuführender Luft auf.In 1 From the prior art is an internal combustion engine arrangement 1a of the type mentioned above described. In the 1 shown internal combustion engine arrangement 1a has an internal combustion engine 10a that have an exhaust outlet 11a and an air inlet 12a has, and an exhaust gas turbocharger arrangement 20a for increasing the pressure of the internal combustion engine 10a over the air inlet 12a To be supplied air.

Die in 1 gezeigte Abgasturbolader-Anordnung 20a hat eine optional mit variabler Turbinengeometrie ausgestattete erste Abgasturbine 25a (Hochdruckturbine) mit einem Turbineneingang 26a, der über eine Abgasausgangsleitung 13a mit dem Abgasausgang 11a verbunden ist, und einen mit der ersten Abgasturbine 25a antriebsverbundenen ersten Verdichter 30a mit einem Verdichterausgang 31a, der über eine Lufteingangsleitung 16a mit dem Lufteingang 12a verbunden ist.In the 1 shown turbocharger arrangement 20a has a first exhaust gas turbine optionally equipped with variable turbine geometry 25a (High-pressure turbine) with a turbine inlet 26a that has an exhaust output line 13a with the exhaust outlet 11a connected, and one with the first exhaust gas turbine 25a drive-connected first compressor 30a with a compressor outlet 31a that via an air intake pipe 16a with the air inlet 12a connected is.

Die in 1 gezeigte Brennkraftmaschinen-Anordnung 1a weist ferner Abgasmengen-Steuermittel in Form eines Steuerventils 50a auf, das in einer vor dem Turbineneingang 26a der ersten Abgasturbine 25a von der Abgasausgangsleitung 13a abzweigenden Abgasabzweigleitung 51a angeordnet ist und das eingerichtet ist, gesteuert Abgas aus der Abgasausgangsleitung 13a abzuzweigen und dadurch eine der ersten Abgasturbine 25a zugeführte Abgasmenge zu steuern.In the 1 shown internal combustion engine arrangement 1a further comprises exhaust gas quantity control means in the form of a control valve 50a in, in front of the turbine entrance 26a the first exhaust gas turbine 25a from the exhaust output line 13a branching off exhaust branch pipe 51a is arranged and which is arranged controlled exhaust gas from the exhaust gas outlet line 13a branch off and thereby one of the first exhaust gas turbine 25a to control the amount of exhaust gas supplied.

Die in 1 gezeigte Abgasturbolader-Anordnung 20a weist ferner eine zweite Abgasturbine 35a mit einem Turbineneingang 36a auf, der über eine Abgasverbindungsleitung 14a und die erste Abgasturbine 25a mit der Abgasabzweigleitung 13a verbunden ist, so dass der zweiten Abgasturbine 35a über das Steuerventil 50a gesteuert aus der Abgasausgangsleitung 13a abgezweigtes Abgas zuführbar ist. Die zweite Abgasturbine 35a ist mit einem zweiten Verdichter 40a als Verbraucher antriebsverbunden.In the 1 shown turbocharger arrangement 20a also has a second exhaust gas turbine 35a with a turbine inlet 36a up, over an exhaust gas connection pipe 14a and the first exhaust gas turbine 25a with the exhaust branch pipe 13a connected, so that the second exhaust gas turbine 35a via the control valve 50a controlled from the exhaust output line 13a branched off exhaust gas can be fed. The second exhaust gas turbine 35a is with a second compressor 40a drive-connected as a consumer.

Eine wie in 1 gezeigte zweistufig aufgeladene Brennkraftmaschine 10a, wie z. B. ein Großdieselmotor eines Motorkraftwerks, verfügt üblicherweise über eine solche wie in 1 mit der über das Steuerventil 50a regelbaren ersten Abgasturbine 25a realisierte regelbare Aufladegruppe (erste Abgasturbine 25a und erster Verdichter 30a), um bei höheren Leistungen der Brennkraftmaschine 10a z. B. einen Ladedruck der über den Lufteingang 12a zugeführten Luft und damit auch einen maximalen Zylinderdruck in der Brennkraftmaschine 10a einzustellen und bei Teillast ausreichend hohe Ladedrücke sicherzustellen.A like in 1 shown two-stage supercharged internal combustion engine 10a , such as B. a large diesel engine of a motor power plant, usually has such as in 1 with the over the control valve 50a adjustable first exhaust gas turbine 25a realized controllable charging group (first exhaust gas turbine 25a and first compressor 30a ), at higher powers of the internal combustion engine 10a z. B. a boost pressure of the air inlet 12a supplied air and thus also a maximum cylinder pressure in the internal combustion engine 10a adjust and ensure sufficiently high boost pressures at partial load.

Als Regelorgane dienen wie in 1 gezeigt entweder das Steuerventil 50a, welches auch als Waste Gate bezeichnet wird, an der ersten Abgasturbine 25a oder die variable Turbinengeometrie (Variable Turbine Area (VTA)).As control organs serve as in 1 shown either the control valve 50a , which is also referred to as waste gate, at the first exhaust gas turbine 25a or Variable Turbine Area (VTA).

Wird bei z. B. Motorkraftwerken ein dem Motor (z. B. Großdieselmotor) nachgeschalteter Dampfkreislauf verwendet, ist es von Vorteil einem z. B. in Form eines Abhitzekessels ausgebildeten Dampferzeuger möglichst heißes Abgas zur Dampferzeugung zur Verfügung zu stellen. Auch hierzu können die Regelorgane an der ersten Abgasturbine 25a eingesetzt werden. Als Regelgröße wird dann beispielsweise eine geeignete Abgastemperatur zwischen Motor (Brennkraftmaschine) und Dampferzeuger definiert.Is at z. B. engine power plants a the engine (eg., Large diesel engine) downstream steam cycle used, it is advantageous to a z. B. in the form of a waste heat boiler steam generator as hot as possible to provide exhaust gas for steam generation available. Also for this purpose, the control elements on the first exhaust gas turbine 25a be used. As a control variable then, for example, a suitable exhaust gas temperature between the engine (internal combustion engine) and steam generator is defined.

Leider ist eine Regelung auf höhere Abgastemperaturen entsprechend 1 aber immer auch mit einem Verlust an wertvoller Energie verbunden, was insbesondere bei der Verwendung des Steuerventils (Waste Gates) 50a an der ersten Abgasturbine 25a gilt, weil über das Steuerventil 50a ein Druckgefälle ungenutzt abgebaut wird.Unfortunately, a regulation is appropriate for higher exhaust gas temperatures 1 but always associated with a loss of valuable energy, especially when using the control valve (Waste Gates) 50a at the first exhaust gas turbine 25a applies because of the control valve 50a a pressure gradient is reduced unused.

Jüngste Untersuchungen haben ergeben, dass der beste Gesamtwirkungsgrad eines Motorkraftwerkes mit nachgeschaltetem Dampfkreislauf (Diesel Combined Cycle) dann erreicht wird, wenn an der ersten Abgasturbine 50a des Motors (der Brennkraftmaschine 10a) überschüssige Leistung direkt ausgekoppelt werden könnte.Recent studies have shown that the best overall efficiency of a diesel combined cycle engine power plant is achieved when at the first exhaust gas turbine 50a the engine (the internal combustion engine 10a ) excess power could be directly decoupled.

Ein Ansatz hierzu zeigt eine in 2 gezeigte Brennkraftmaschinen-Anordnung 1b, welche bis auf im Folgenden erläuterte Unterschiede identisch mit der Brennkraftmaschinen-Anordnung 1a gemäß 1 ist, wobei gleiche Komponenten gleiche, jedoch um ein ”b” statt um ein ”a” ergänzte Ziffern der Bezugszeichen tragen.One approach to this is shown in 2 shown internal combustion engine arrangement 1b , which except for differences explained below identical to the internal combustion engine arrangement 1a according to 1 is equal components, but by a "b" instead of an "a" supplemented numerals of the reference numerals.

Im Unterschied zur Brennkraftmaschinen-Anordnung 1a gemäß 1 weist die Brennkraftmaschinen-Anordnung 1b gemäß 2 anstatt des Steuerventils 50a und der Abgasabzweigleitung 51a einen über eine Verbindungswelle 61b mit der ersten Abgasturbine 25b drehantriebsverbundenen Elektrogenerator 60b zum direkten Auskoppeln überschüssiger Leistung auf.In contrast to the internal combustion engine arrangement 1a according to 1 has the engine assembly 1b according to 2 instead of the control valve 50a and the exhaust branch pipe 51a one over a connecting shaft 61b with the first exhaust gas turbine 25b Rotary drive connected electric generator 60b for direct decoupling of excess power.

Der materielle und kostenmäßige Aufwand für die in 2 gezeigte Brennkraftmaschinen-Anordnung 1b ist allerdings erheblich. Es ist nicht nur ein hochdrehzahlgeeigneter Elektrogenerator 60b notwendig, sondern auch eine Leistungselektronik, um die gewonnene Elektroenergie mit der richtigen Frequenz in ein Stromnetz einzuspeisen.The material and cost expenditure for in 2 shown internal combustion engine arrangement 1b is, however, significant. It's not just a high-speed electric generator 60b necessary, but also a power electronics to feed the electricity produced with the right frequency in a power grid.

Außerdem müsste, wenn die Brennkraftmaschinen-Anordnung 1b wie in einem Motorkraftwerk üblich mehrere Brennkraftmaschinen 10b mit jeweiligen Abgasturbolader-Anordnungen 20b aufweisen würde, an jeder ersten Abgasturbine 25b ein Elektrogenerator 60b vorgesehen sein, was die Kosten zusätzlich in die Höhe treibt. Ferner ist der Elektrogenerator 60b, da die erste Abgasturbine 25b (Strömungsmaschine) schon mit dem ersten Verdichter 30b antriebsverbunden ist, schwierig mit der ersten Abgasturbine 25b zu koppeln und muss ggf. auch die hohen Schwingungsanregungen der Brennkraftmaschine 10b ertragen, was die Lebensdauer des Elektrogenerators 60b stark verkürzen kann bzw. zusätzliche kostenaufwendige Vorkehrungen erforderlich macht. In addition, if the internal combustion engine arrangement would have 1b As in an engine power plant, several internal combustion engines 10b with respective exhaust gas turbocharger arrangements 20b would, at each first exhaust gas turbine 25b an electric generator 60b be provided, which drives the cost in addition to the height. Further, the electric generator 60b because the first exhaust gas turbine 25b (Turbomachine) already with the first compressor 30b drive-connected, difficult with the first exhaust gas turbine 25b to couple and possibly also the high vibration excitations of the internal combustion engine 10b endure what the life of the electric generator 60b can greatly shorten or additional costly arrangements required.

Darüber hinaus ist in der WO 2007/115 579 A2 bereits eine Brennkraftmaschinen-Anordnung beschrieben, bei der eine weitere Abgasturbine abtriebsmäßig von der Druckerhöhung von der Brennkraftmaschine über den Lufteingang zuzuführender Luft entkoppelt ist.In addition, in the WO 2007/115 579 A2 already described an internal combustion engine arrangement in which a further exhaust gas turbine is decoupled in terms of output from the pressure increase of the internal combustion engine via the air inlet air to be supplied.

Die WO 2010/092 945 A1 zeigt ebenfalls eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer ein Steuerventil aufweisenden Abzweigleitung zu einer Abgasturbine mit einem Generator.The WO 2010/092 945 A1 also shows a supercharged internal combustion engine having a control valve having a branch line to an exhaust gas turbine with a generator.

Außerdem zeigt die US 4 760 702 A bereits eine Brennkraftmaschinen-Anordnung, bei dieser der Turbineneingang der Abgasturbine einer weiteren aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einer Abgaszweigleitung der Hauptbrennkraftmaschine über eine Leitung mit einem Steuerventil verbunden werden kann.In addition, the shows US 4,760,702 A. already an internal combustion engine arrangement, in which the turbine inlet of the exhaust gas turbine of another supercharged internal combustion engine with an exhaust branch line of the main engine can be connected via a line with a control valve.

Der Erfindung liegt die demnach Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschinen-Anordnung bereitzustellen, bei der überschüssige Leistung auf effiziente und robuste Weise ausgekoppelt werden kann und einem gewünschten Verbraucher zur Verfügung gestellt werden kann.The invention is therefore based on the object of providing an internal combustion engine arrangement in which excess power can be coupled out in an efficient and robust manner and can be made available to a desired consumer.

Dies wird mit einer Brennkraftmaschinen-Anordnung gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This is achieved with an internal combustion engine arrangement according to claim 1. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung weist eine Brennkraftmaschinen-Anordnung auf: eine Brennkraftmaschine, die einen Abgasausgang und einen Lufteingang hat, eine Abgasturbolader-Anordnung zur Druckerhöhung von der Brennkraftmaschine über den Lufteingang zuzuführender Luft, wobei die Abgasturbolader-Anordnung eine Abgasturbine mit einem Turbineneingang, der über eine Abgasausgangsleitung mit dem Abgasausgang verbunden ist, und einen mit der Abgasturbine antriebsverbundenen Verdichter mit einem Verdichterausgang hat, der über eine Lufteingangsleitung mit dem Lufteingang verbunden ist, Abgasmengen-Steuermittel, die in einer vor dem Turbineneingang von der Abgasausgangsleitung abzweigenden Abgasabzweigleitung angeordnet sind und die eingerichtet sind, gesteuert Abgas aus der Abgasausgangsleitung abzuzweigen und dadurch eine der Abgasturbine zugeführte Abgasmenge zu steuern, und eine weitere Abgasturbine mit einem Turbineneingang, der mit der Abgasabzweigleitung verbunden ist, so dass der weiteren Abgasturbine über die Abgasmengen-Steuermittel gesteuert aus der Abgasausgangsleitung abgezweigtes Abgas zuführbar ist, wobei die weitere Abgasturbine mit einem Verbraucher antriebsverbunden ist. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen-Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die weitere Abgasturbine abtriebsmäßig von der Druckerhöhung von der Brennkraftmaschine über den Lufteingang zuzuführender Luft entkoppelt ist.According to the invention, an internal combustion engine arrangement comprises: an internal combustion engine having an exhaust outlet and an air inlet, an exhaust gas turbocharger arrangement for pressure increase from the internal combustion engine via the air inlet air to be supplied, wherein the exhaust gas turbocharger assembly, an exhaust turbine with a turbine inlet, via a Exhaust discharge line is connected to the exhaust outlet, and having a drive connected to the exhaust turbine compressor having a compressor output, which is connected via an air inlet line to the air inlet, exhaust gas quantity control means which are arranged in a front of the turbine inlet of the exhaust gas outlet line branching exhaust branch line and which are arranged controlled to divert exhaust gas from the exhaust gas outlet line and thereby control one of the exhaust gas turbine supplied amount of exhaust gas, and another exhaust gas turbine with a turbine inlet, which is connected to the exhaust branch line, so that the other Exhaust gas turbine via the exhaust gas quantity control means controlled from the exhaust gas outlet line branched off exhaust gas can be supplied, wherein the further exhaust gas turbine is drive-connected to a consumer. The internal combustion engine arrangement according to the invention is characterized in that the further exhaust gas turbine is decoupled in terms of output by the pressure increase from the internal combustion engine via the air inlet to be supplied air.

Mit anderen Worten ist die weitere Abgasturbine nicht an der Druckerhöhung von der Brennkraftmaschine über den Lufteingang zuzuführender Luft beteiligt, treibt also z. B. keinen Verdichter der Abgasturbolader-Anordnung an.In other words, the further exhaust gas turbine is not involved in the pressure increase of the internal combustion engine via the air inlet air supplied, so z. B. no compressor of the exhaust gas turbocharger assembly.

Daher kann der mit der weiteren Abgasturbine antriebsverbundene Verbraucher weit genug von der Brennkraftmaschine entfernt angeordnet sein, so dass der Verbraucher nicht die hohen Schwingungsanregungen der Brennkraftmaschine ertragen muss. Damit kann eine äußerst robuste, d. h. auf lange Lebensdauer optimierte, Auskopplung von überschüssiger Abgasenergie erzielt werden.Therefore, the drive connected to the further exhaust gas turbine consumers can be far enough away from the engine, so that the consumer does not have to endure the high vibration excitations of the internal combustion engine. This can be an extremely robust, d. H. optimized for long life, decoupling of excess exhaust gas energy can be achieved.

Da die Auskopplung von überschüssiger Abgasenergie unter vorteilhafter Nutzung des vorhandenen Druckgefälles direkt vor der ersten Abgasturbine erfolgt, kann die Auskopplung auf hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen-Anordnung optimale bzw. effiziente Weise realisiert werden.Since the decoupling of excess exhaust gas energy takes place under advantageous use of the existing pressure gradient directly in front of the first exhaust gas turbine, the decoupling can be realized in terms of the overall efficiency of the internal combustion engine arrangement optimal or efficient manner.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Brennkraftmaschine von einem Großdieselmotor gebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Brennkraftmaschinen-Anordnung in ein Motorkraftwerk integriert, wobei die Brennkraftmaschine mit einem leistungsstarken Elektrogenerator antriebsverbunden ist, der Elektroenergie in ein Stromnetz einspeisen kann.According to one embodiment of the invention, the internal combustion engine is formed by a large diesel engine. According to a further embodiment of the invention, the internal combustion engine arrangement is integrated in an engine power plant, wherein the internal combustion engine is drive-connected to a powerful electric generator which can feed electric energy into a power grid.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Abgasmengen-Steuermittel als Regelmittel ausgebildet.According to one embodiment of the invention, the exhaust gas quantity control means are designed as control means.

Auf diese Weise kann die über die Abgasabzweigleitung abgezweigte Abgasmenge auch in Abhängigkeit von Rückkopplungssignalen von Sensoren, wie z. B. einem eine Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder des Verdichters und/oder der weiteren Abgasturbine überwachenden Drehzahlsensor und/oder einem einen Druck in der Abgasabzweigleitung überwachenden Drucksensor, und/oder eines Ladeluftdrucks einer Abgasturbine geregelt werden.In this way, the exhaust gas branched off via the exhaust branch line also in response to feedback signals from sensors such. B. a speed one Crankshaft of the internal combustion engine and / or the compressor and / or the further exhaust gas turbine monitoring speed sensor and / or a pressure in the exhaust branch line monitoring pressure sensor, and / or a charge air pressure of an exhaust gas turbine are controlled.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist der Verbraucher von einem Elektrogenerator gebildet, so dass über von der weiteren Abgasturbine bereitgestellte Antriebsenergie Elektroenergie erzeugt und bevorzugt in das Stromnetz eingespeist werden kann.According to yet another embodiment of the invention, the consumer is formed by an electric generator so that electric energy generated by the further exhaust gas turbine engine can be generated and preferably fed into the power grid.

Auf diese Weise kann der Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen-Anordnung weiter erhöht werden. Die weitere Abgasturbine bildet in diesem Fall eine Powerturbine.In this way, the overall efficiency of the internal combustion engine arrangement according to the invention can be further increased. The further exhaust gas turbine forms in this case a power turbine.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die weitere Abgasturbine über ein Getriebe mit dem Verbraucher, bevorzugt mit dem Elektrogenerator, antriebsverbunden.In accordance with yet another embodiment of the invention, the further exhaust gas turbine is drive-connected via a transmission to the consumer, preferably to the electric generator.

Aus diese Weise kann die von der weiteren Abgasturbine bereitgestellte Abtriebsdrehzahl auf eine für den Verbraucher geeignete Drehzahl, wie z. B. eine Nenndrehzahl des Elektrogenerators, gebracht werden, so dass der Verbraucher nicht kostenaufwendig an die hohe Drehzahl der weiteren Abgasturbine angepasst werden muss und damit im Fall des Elektrogenerators als Verbraucher eine kostenaufwendige Leistungselektronik entfallen kann.From this way, the output speed provided by the further exhaust gas turbine engine can be adjusted to a speed suitable for the consumer, such as, for example, the engine speed. As a rated speed of the electric generator can be brought so that the consumer does not costly to the high speed of the other exhaust gas turbine must be adjusted and thus in the case of the electric generator as a consumer costly power electronics can be omitted.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Brennkraftmaschinen-Anordnung ferner einen Dampferzeuger mit einem Dampferzeuger-Abgaseingang auf, wobei der Dampferzeuger-Abgaseingang über eine Abgasabführleitung mit der Abgasturbine der Abgasturbolader-Anordnung verbunden ist, und wobei der Dampferzeuger eingerichtet ist, unter Nutzung einer von über die Abgasabführleitung geführtem Abgas bereitgestellten Wärmemenge Dampf zu erzeugen.According to a further embodiment of the invention, the internal combustion engine arrangement further comprises a steam generator with a steam generator exhaust inlet, wherein the steam generator exhaust inlet is connected via an exhaust gas discharge line to the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger assembly, and wherein the steam generator is set, using one of To generate steam via the Abgasabführleitung exhaust gas supplied amount of heat.

Durch die weitere Nutzung der Abgasenergie in einem zusätzlichen Prozess, nämlich der Dampferzeugung, kann der Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen-Anordnung weiter erhöht werden. Der erzeugte Dampf kann einem gewünschten weiteren Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.By the further use of the exhaust gas energy in an additional process, namely the steam generation, the overall efficiency of the internal combustion engine assembly according to the invention can be further increased. The generated steam can be made available to a desired additional consumer.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung weist die Brennkraftmaschinen-Anordnung als weiteren Verbraucher eine Dampfturbine mit einem Dampfturbineneingang auf, wobei der Dampfturbineneingang über eine Dampfausgangsleitung mit einem Dampferzeugerausgang des Dampferzeugers verbunden ist, so dass vom Dampferzeuger erzeugter Dampf der Dampfturbine zu deren Antrieb zuführbar ist.According to yet another embodiment of the invention, the internal combustion engine arrangement as a further consumer to a steam turbine with a steam turbine inlet, wherein the steam turbine inlet is connected via a steam outlet line to a steam generator output of the steam generator, so that steam generated by the steam generator of the steam turbine can be supplied to the drive.

Mit der Umwandlung der Dampfenergie in Rotationsenergie einer Dampfturbine lässt sich auf einfache und effiziente Weise ein gewünschter mechanischer Drehantrieb für noch einen gewünschten Verbraucher realisieren.With the conversion of the steam energy into rotational energy of a steam turbine, a desired mechanical rotary drive can be realized for a desired consumer in a simple and efficient manner.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dampfturbine mit dem Verbraucher der weiteren Abgasturbine antriebsverbunden.According to one embodiment of the invention, the steam turbine is drive-connected to the consumer of the further exhaust gas turbine.

Mit anderen Worten treiben die weitere Abgasturbine und die Dampfturbine gemeinsam den daran drehantriebsmäßig gekoppelten Verbraucher, bevorzugt den Elektrogenerator, an. Durch die erhöhte Antriebsleistung kann der Verbraucher relativ Leistungsstark und damit wirkungsgradoptimiert ausgeführt sein.In other words, the further exhaust-gas turbine and the steam turbine jointly drive the consumer, which is rotationally coupled thereto, preferably the electric generator. Due to the increased drive power, the consumer can be designed relatively powerful and thus efficiency optimized.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dampfturbine über ein Getriebe mit dem Verbraucher antriebsverbunden.According to yet another embodiment of the invention, the steam turbine is drive-connected to the load via a transmission.

Damit kann auch die Dampfturbine mit für diese optimaler Drehzahl betrieben werden, wobei auf einfache Weise eine Adaptierung der Drehzahl an die für den Verbraucher geeignete Drehzahl erzielt wird.Thus, the steam turbine can be operated with optimal for this speed, with a simple adaptation of the speed is achieved at the appropriate speed for the consumer.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Dampferzeuger-Abgaseingang über eine Bypassleitung mit der Abgasabzweigleitung verbunden, wobei in der Bypassleitung ein Bypass-Steuerventil angeordnet ist, so dass dem Dampferzeuger über das Bypass-Steuerventil gesteuert aus der Abgasabzweigleitung abgezweigtes Abgas zuführbar ist.According to yet another embodiment of the invention, the steam generator exhaust inlet is connected via a bypass line to the exhaust branch line, wherein in the bypass line, a bypass control valve is arranged so that the exhaust steam generator via the bypass control valve controlled from the exhaust branch line branched off exhaust gas can be fed.

Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann dem Dampferzeuger bei Bedarf bzw. bei von der weiteren Abgasturbine nicht benötigtem überschüssigem Abgas in der Abgasabzweigleitung gezielt Abgas zugeleitet werden und so die Abgasenergie noch effizienter ausgenutzt werden.With this embodiment of the invention, the steam generator can be selectively supplied with exhaust gas in the exhaust branch line, if required or with excess exhaust gas not required by the further exhaust gas turbine, so that the exhaust gas energy can be utilized even more efficiently.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Bypass-Steuerventil als Regelventil ausgebildet.According to one embodiment of the invention, the bypass control valve is designed as a control valve.

Auf diese Weise kann die von der Abgasabzweigleitung in die Bypassleitung abgezweigte Abgasmenge auch in Abhängigkeit von Rückkopplungssignalen von Sensoren, wie z. B. einem eine Temperatur im Dampferzeuger überwachenden Temperatursensor, geregelt werden.In this way, the branched off from the exhaust branch line in the bypass line exhaust gas also in response to feedback signals from sensors such. B. a temperature in the steam generator monitoring temperature sensor can be controlled.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Abgasmengen-Steuermittel ein Zuführungs-Steuerventil auf, das abgasströmungsabwärts einer Abzweigstelle der Bypassleitung in der Abgasabzweigleitung angeordnet ist.According to another embodiment of the invention, the exhaust gas amount control means comprises a supply control valve which exhaust gas downstream of a branch point of the bypass line in the exhaust branch line is arranged.

Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die der weiteren Abgasturbine zugeführte Abgasmenge gezielt gesteuert werden, so dass einerseits bevorzugt vorrangig genügend Antriebsenergie für die weitere Abgasturbine und andererseits genügend zusätzliche Heizenergie für den Dampferzeuger zur Verfügung steht.With this embodiment of the invention, the amount of exhaust gas supplied to the further exhaust gas turbine can be specifically controlled, so that on the one hand preferably sufficient drive energy for the further exhaust gas turbine and, on the other hand, enough additional heat energy for the steam generator is available.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Zuführungs-Steuerventil als Regelventil ausgebildet.According to one embodiment of the invention, the supply control valve is designed as a control valve.

Auf diese Weise kann die der weiteren Abgasturbine zugeführte Abgasmenge auch in Abhängigkeit von Rückkopplungssignalen von Sensoren, wie z. B. einem eine Drehzahl des Elektrogenerators überwachenden Drehzahlsensor und/oder einem eine vom Elektrogenerator erzeugte elektrische Leistung überwachenden Leistungssensor und/oder einem einen Druck in der Abgasabzweigleitung überwachenden Drucksensor, und/oder eines Ladeluftdrucks einer Abgasturbine geregelt werden.In this way, the further exhaust gas turbine exhaust amount supplied also in response to feedback signals from sensors such. B. a speed of the electric generator monitoring speed sensor and / or an electric power generated by the electric generator monitoring power sensor and / or a pressure in the exhaust branch line monitoring pressure sensor, and / or a charge air pressure of an exhaust gas turbine.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Turbinenausgang der weiteren Abgasturbine über eine Abgasrückführleitung abgasströmungsabwärts des Bypass-Steuerventils mit der Bypassleitung verbunden.According to yet another embodiment of the invention, a turbine outlet of the further exhaust gas turbine is connected to the bypass line via an exhaust gas recirculation line downstream of the bypass control valve.

Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die restliche Wärmeenergie des aus der weiteren Abgasturbine ausströmenden Abgases vorteilhaft zur zusätzlichen Heizenergieversorgung des Dampferzeugers verwendet werden.With this embodiment of the invention, the residual heat energy of the effluent from the further exhaust gas exhaust gas can be used advantageously for additional heating energy supply of the steam generator.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Abgasrückführleitung ein Rückführungs-Steuerventil angeordnet, so dass dem Dampferzeuger über das Rückführungs-Steuerventil gesteuert aus dem Turbinenausgang der weiteren Abgasturbine austretendes Abgas zuführbar ist.According to one embodiment of the invention, a return control valve is arranged in the exhaust gas recirculation line, so that the exhaust gas generator via the return control valve controlled from the turbine outlet of the further exhaust gas exiting exhaust gas can be fed.

Damit kann bei Bedarf, wenn z. B. die weitere Abgasturbine außer Betrieb ist, die Abgasrückführleitung geschlossen werden, so dass kein Abgas aus der Bypassleitung ausgangsseitig in die weitere Abgasturbine einströmen kann.This can, if necessary, if z. B. the further exhaust gas turbine is out of operation, the exhaust gas recirculation line are closed, so that no exhaust gas from the bypass line on the output side can flow into the further exhaust gas turbine.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Abgasabzweigleitung einen Speisungsabschnitt, der an die Abgasausgangsleitung angeschlossen ist, einen Sammelabschnitt, der an den Speisungsabschnitt angeschlossen ist, und einen Zuführungsabschnitt auf, der an den Sammelabschnitt und an den Turbineneingang der weiteren Abgasturbine angeschlossen ist, wobei die Abgasmengen-Steuermittel ein Speisungs-Steuerventil aufweisen, das in dem Speisungsabschnitt angeordnet ist, so dass dem Sammelabschnitt über das Speisungs-Steuerventil gesteuert aus der Abgasausgangsleitung abgezweigtes Abgas zuführbar ist.According to still another embodiment of the invention, the exhaust branch pipe has a feeding portion connected to the exhaust gas discharge pipe, a collecting portion connected to the feeding portion, and a feeding portion connected to the collecting portion and the turbine inlet of the another exhaust gas turbine the exhaust gas quantity control means comprise a feed control valve arranged in the feed section, so that exhaust gas branched off from the exhaust gas exit line can be supplied to the collecting section in a controlled manner via the feed control valve.

Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die über die Abgasabzweigleitung abgezweigte Abgasmenge z. B. so gezielt gesteuert werden, dass unter vorrangiger Realisierung einer aktuell erforderlichen Verdichterdrehzahl z. B. ein bestimmter Druck im Sammelabschnitt realisiert wird.With this embodiment of the invention, the exhaust gas branched off via the exhaust branch line z. B. are controlled so targeted that under priority realization of a currently required compressor speed z. B. a certain pressure in the collection section is realized.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Speisungs-Steuerventil als Regelventil ausgebildet.According to one embodiment of the invention, the feed control valve is designed as a control valve.

Auf diese Weise kann die über die Abgasabzweigleitung abgezweigte Abgasmenge auch in Abhängigkeit von Rückkopplungssignalen von Sensoren, wie z. B. einem eine Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder des Verdichters und/oder der weiteren Abgasturbine überwachenden Drehzahlsensor und/oder einem einen Druck in der Abgasabzweigleitung überwachenden Drucksensor, und/oder eines Ladeluftdrucks einer Abgasturbine geregelt werden.In this way, the exhaust gas branched off via the exhaust branch line also in response to feedback signals from sensors such. B. a speed of a crankshaft of the internal combustion engine and / or the compressor and / or the further exhaust gas turbine monitoring speed sensor and / or a pressure in the exhaust branch line monitoring pressure sensor, and / or a charge air pressure of an exhaust gas turbine can be controlled.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung weist die erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen-Anordnung wenigstens eine weitere Brennkraftmaschine mit einem Abgasausgang und einem Lufteingang sowie wenigstens eine weitere Abgasturbolader-Anordnung zur Druckerhöhung von der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine über deren Lufteingang zuzuführender Luft auf, wobei ein Turbineneingang einer Abgasturbine der wenigstens einen weiteren Abgasturbolader-Anordnung über eine Abgasausgangsleitung mit dem Abgasausgang der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei ein vor dem Turbineneingang der Abgasturbine der wenigstens einen weiteren Abgasturbolader-Anordnung von der Abgasausgangsleitung der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine abzweigender Speisungsabschnitt einer Abgasabzweigleitung der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine an den Sammelabschnitt der Abgasabzweigleitung der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, und wobei in dem Speisungsabschnitt der Abgasabzweigleitung der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine ein Speisungs-Steuerventil angeordnet ist, so dass dem Sammelabschnitt über das Speisungs-Steuerventil der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine gesteuert aus der Abgasausgangsleitung der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine abgezweigtes Abgas zuführbar ist.According to yet another embodiment of the invention, the internal combustion engine arrangement according to the invention at least one further internal combustion engine with an exhaust outlet and an air inlet and at least one further exhaust gas turbocharger arrangement for pressure increase of the at least one further internal combustion engine via the air inlet zuzuführender air, wherein a turbine inlet of an exhaust gas turbine at least one further exhaust-gas turbocharger arrangement is connected to the exhaust-gas outlet of the at least one further internal combustion engine via an exhaust-gas outlet line, wherein a feed section of an exhaust-branching line of the at least one further branching off from the exhaust-gas outlet line of the at least one further internal combustion engine upstream of the turbine inlet of the exhaust-gas turbine of the at least one further exhaust-gas turbocharger arrangement Internal combustion engine is connected to the collecting portion of the exhaust branch line of the internal combustion engine, and wherein in the Feisungsa Bschnitt the exhaust branch line of the at least one other internal combustion engine, a feed control valve is arranged so that the collecting section via the feed control valve of the at least one further internal combustion engine controlled from the exhaust gas outlet line of at least one further internal combustion engine branched off exhaust gas can be fed.

Durch die Anbindung des Speisungsabschnitts der Abgasabzweigleitung der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine kann die über den Zuführungsabschnitt an den Sammelabschnitt angeschlossene weitere Abgasturbine mit überschüssigem Abgas mehrerer Brennkraftmaschinen versorgt werden, womit sich aufgrund der dann leistungsstärker dimensionierten weiteren Abgasturbine (Strömungsmaschine) Wirkungsgradvorteile im Vergleich zu einer Lösung mit jeweils einer kleineren Abgasturbine pro Brennkraftmaschine ergeben.Through the connection of the feed section of the exhaust branch line of the at least one further internal combustion engine, the over the Supply section connected to the collecting section further exhaust gas turbine are supplied with excess exhaust gas of several internal combustion engines, which results in efficiency advantages compared to a solution, each with a smaller exhaust gas turbine per engine due to the then more powerful dimensioned further exhaust gas turbine (turbomachine).

Natürlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass mehr als zwei Brennkraftmaschinen mit ihrem Speisungsabschnitt an den über den Zuführungsabschnitt mit der weiteren Abgasturbine verbundenen Sammelabschnitt angeschlossen sind. Ferner ist es im Rahmen der Erfindung natürlich auch möglich, dass mehr als eine weitere Abgasturbine mit jeweils antriebsverbundenem Verbraucher (z. B. Elektrogenerator) und bevorzugt damit antriebsverbundener Dampfturbine vorgesehen sind.Of course, it is also possible within the scope of the invention that more than two internal combustion engines are connected with their feed section to the collecting section connected via the feed section to the further exhaust gas turbine. Furthermore, it is of course also possible within the scope of the invention for more than one further exhaust gas turbine to be provided, in each case with a drive-connected consumer (eg electric generator) and preferably with a steam turbine connected thereto.

Zusammenfassend werden gemäß Ausführungsformen der Erfindung u. a. die folgenden Vorteile erzielt: teure und aufwendige Elektrogeneratoren inklusive Leistungselektronik direkt an den für die Luftaufladung vorgesehenen Abgasturbinen von Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren werden vermieden, die Funktionalität bezüglich der Einregelung einer möglichst hohen Abgastemperatur vor den Dampferzeugern, wie z. B. Abhitzekesseln, und Realisierung eines gewünschten Ladeluftdrucks wird sichergestellt, an den Aufladegruppen der Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren überschüssige Energie wird wirkungsgradoptimal genutzt und die erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen-Anordnung kann unter akzeptablem Anlagen- und Kostenaufwand realisiert werden.In summary, according to embodiments of the invention u. a. the following advantages achieved: expensive and expensive electric generators including power electronics directly to the provided for the air charge exhaust gas turbines of internal combustion engines or internal combustion engines are avoided, the functionality with respect to the regulation of the highest possible exhaust gas temperature before the steam generators, such. B. waste heat boilers, and realization of a desired charge air pressure is ensured at the Aufladegruppen the internal combustion engines or internal combustion engines excess energy is used to optimum efficiency and the engine assembly according to the invention can be realized under acceptable investment and cost.

Der optimale Gesamtanlagenwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen-Anordnung ergibt sich mit einem Elektrogenerator an der weiteren Abgasturbine bzw. Powerturbine. Durch die beschriebenen Anlagenkonfigurationen gelingt es, die teuren und aufwendigen Elektrogeneratoren inklusive Leistungselektronik zu vermeiden und das in den Aufladegruppen einer als Mehrmotorenanlage ausgebildeten Brennkraftmaschinen-Anordnung nicht benötigte Abgas der gemeinsamen weiteren Abgasturbine (Powerturbine) zuzuleiten.The optimal overall system efficiency of the internal combustion engine arrangement according to the invention results with an electric generator on the further exhaust gas turbine or power turbine. The system configurations described make it possible to avoid the expensive and expensive electric generators including power electronics and to supply the exhaust gas of the common further exhaust gas turbine (power turbine) which is not required in the charging groups of an internal combustion engine arrangement designed as a multi-engine system.

Die weitere Abgasturbine kann mit einer ggf. vorhandenen Dampfturbine über ein Getriebe mit einem gemeinsamen Elektrogenerator gekoppelt sein, was vorteilhaft hinsichtlich eines durch den dann größeren Elektrogenerator höheren Wirkungsgrades sowie hinsichtlich geringerer Kosten ist.The further exhaust gas turbine can be coupled with an optionally existing steam turbine via a transmission with a common electric generator, which is advantageous in terms of one through the then larger electric generator higher efficiency and lower costs.

Da das Abgas von mehreren Brennkraftmaschinen auf eine (bzw. wenige) Powerturbine(n) geleitet wird, ergeben sich aufgrund der dann größeren Strömungsmaschine Wirkungsgradvorteile im Vergleich zu einer Lösung mit z. B. jeweils einer Nutzturbine an der Brennkraftmaschine.Since the exhaust gas from several internal combustion engines on one (or a few) power turbine (s) is passed, resulting from the then larger turbomachine efficiency advantages compared to a solution with z. B. in each case a power turbine to the internal combustion engine.

Gemäß Ausführungsformen der Erfindung werden folgende Realisierungen vorgesehen: die Kombination mehrerer Brennkraftmaschinen mit Regeleinrichtung in einer Aufladegruppe (Abgasturbine mit damit antriebsverbundenem Verdichter) mit einer (oder mehreren) Powerturbine(n) (weitere Abgasturbine), die es ermöglicht, die nicht für die Aufladegruppe benötigte Abgasenergie wirkungsgradoptimal für den Gesamtprozess zu nutzen, wobei bevorzugt eine Powerturbine ihr Abgas von mehreren Brennkraftmaschinen erhält. Eine Powerturbine und eine Dampfturbine können auf einen gemeinsamen Elektrogenerator als Verbraucher arbeiten, wobei jedoch auch getrennte Maschinen/Elektrogeneratoren denkbar sind.According to embodiments of the invention, the following realizations are provided: the combination of several internal combustion engines with control device in a Aufladegruppe (exhaust gas turbine with drive-connected compressor) with one (or more) power turbine (s) (further exhaust gas turbine), which makes it possible, not required for the Aufladegruppe Efficiency of exhaust gas efficiency optimal for the entire process to use, preferably a power turbine receives its exhaust gas from several internal combustion engines. A power turbine and a steam turbine can work on a common electric generator as a consumer, but also separate machines / electric generators are conceivable.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.In the following the invention will be described in more detail by means of a preferred embodiment and with reference to the attached figures.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschinen-Anordnung gemäß dem Stand der Technik. 1 shows a schematic view of an internal combustion engine arrangement according to the prior art.

2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Brennkraftmaschinen-Anordnung gemäß dem Stand der Technik. 2 shows a schematic view of another engine assembly according to the prior art.

3 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschinen-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 3 shows a schematic view of an internal combustion engine arrangement according to an embodiment of the invention.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 eine Brennkraftmaschinen-Anordnung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.The following is with reference to 3 an internal combustion engine arrangement 1 described according to an embodiment of the invention.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen-Anordnung 1 ist in ein Motorkraftwerk zur Erzeugung von Elektroenergie integriert.The internal combustion engine arrangement according to the invention 1 is integrated in a motor power plant for the production of electrical energy.

Wie in 3 gezeigt, weist die erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen-Anordnung 1 eine erste Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10 und eine zweite Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10 auf.As in 3 shown, the engine assembly according to the invention 1 a first electric power generation unit 10 and a second electric power generation unit 10 on.

Im Folgenden wird zunächst die in 3 im unteren Bereich angeordnete erste Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10 beschrieben.The following is the first in 3 in the lower area arranged first electric power generation unit 10 described.

Die erste Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10 weist eine in Form eines Großdieselmotors ausgebildete Brennkraftmaschine 20, eine Abgasturbolader-Anordnung 30 und Abgasmengen-Steuermittel 70 auf.The first electric power generation unit 10 has an engine designed in the form of a large diesel engine 20 , an exhaust gas turbocharger arrangement 30 and exhaust gas quantity control means 70 on.

Die Brennkraftmaschine 20 weist einen Abgasausgang 21 und einen Lufteingang 22 auf und ist abtriebsseitig mit einem leistungsstarken Elektrogenerator (nicht dargestellt) drehantriebsverbunden, der zum Einspeisen von Elektroenergie mit einem Stromnetz verbunden ist. The internal combustion engine 20 has an exhaust outlet 21 and an air inlet 22 on the output side with a powerful electric generator (not shown) drehantriebsverbunden, which is connected for feeding electrical energy to a power grid.

Die Abgasturbolader-Anordnung 30 dient zur Druckerhöhung von der Brennkraftmaschine 20 über den Lufteingang 22 zuzuführender Luft und weist eine erste Aufladegruppe mit einer ersten Abgasturbine 35 (Hochdruckturbine) und einem über eine Verbindungswelle (nicht bezeichnet) mit der ersten Abgasturbine 35 drehantriebsverbundenen ersten Verdichter 40 sowie eine zweite Aufladegruppe mit einer zweiten Abgasturbine 45 (Niederdruckturbine) und einem über eine Verbindungswelle (nicht bezeichnet) mit der zweiten Abgasturbine 45 drehantriebsverbundenen zweiten Verdichter 50 auf.The turbocharger arrangement 30 serves to increase the pressure of the internal combustion engine 20 over the air inlet 22 to be supplied air and has a first Aufladegruppe with a first exhaust gas turbine 35 (High-pressure turbine) and one via a connecting shaft (not labeled) with the first exhaust gas turbine 35 rotary drive connected first compressor 40 and a second Aufladegruppe with a second exhaust gas turbine 45 (Low pressure turbine) and one via a connecting shaft (not labeled) with the second exhaust gas turbine 45 rotary drive connected second compressor 50 on.

Die erste Abgasturbine 35 hat einen Turbineneingang 36, der über eine Abgasausgangsleitung 23 mit dem Abgasausgang 21 der Brennkraftmaschine 20 verbunden ist, und einen Turbinenausgang 37, der über eine Abgasverbindungsleitung 24 mit einem Turbineneingang 46 der zweiten Abgasturbine 45 verbunden ist.The first exhaust gas turbine 35 has a turbine inlet 36 that has an exhaust output line 23 with the exhaust outlet 21 the internal combustion engine 20 connected, and a turbine outlet 37 that has an exhaust connection line 24 with a turbine inlet 46 the second exhaust gas turbine 45 connected is.

Ein Turbinenausgang 47 der zweiten Abgasturbine 45 ist über eine Abgasabführleitung 25 mit einem Dampferzeuger-Abgaseingang 61 eines als Abhitzekessel ausgebildeten Dampferzeugers 60, welcher eingerichtet ist, unter Nutzung einer von über die Abgasabführleitung 25 geführtem Abgas bereitgestellten Wärmemenge Dampf aus z. B. Wasser zu erzeugen, verbunden.A turbine outlet 47 the second exhaust gas turbine 45 is via a Abgasabführleitung 25 with a steam generator exhaust inlet 61 a designed as a waste heat boiler steam generator 60 , which is arranged using one of the exhaust gas discharge line 25 guided exhaust gas amount of heat from steam z. B. to produce water connected.

Mit anderen Worten ist der Dampferzeuger-Abgaseingang 61 über die Abgasabführleitung 25, die zweite Abgasturbine 45 und die Abgasverbindungsleitung 24 mit der ersten Abgasturbine 35 und diese über die Abgasausgangsleitung 23 mit der Brennkraftmaschine 20 verbunden.In other words, the steam generator exhaust inlet 61 via the exhaust gas discharge line 25 , the second exhaust gas turbine 45 and the exhaust connection line 24 with the first exhaust gas turbine 35 and these via the exhaust output line 23 with the internal combustion engine 20 connected.

Auf diese Weise kann aus der Brennkraftmaschine 20 über deren Abgasausgang 21 ausströmendes heißes Abgas über die Abgasausgangsleitung 23 in die erste Abgasturbine 35 strömen, über die Abgasverbindungsleitung 24 in die zweite Abgasturbine 45 strömen und über die Abgasabführleitung 25 in den Dampferzeuger 60 strömen. Aus dem Dampferzeuger 60 kann das abgekühlte Abgas über einen Dampferzeuger-Abgasausgang 62 dessen und z. B. einen filterbestückten Schornstein (nicht dargestellt) in die Umgebung abströmen.In this way can from the internal combustion engine 20 via the exhaust outlet 21 escaping hot exhaust gas via the exhaust gas outlet line 23 in the first exhaust gas turbine 35 flow, via the exhaust gas connection line 24 in the second exhaust gas turbine 45 flow and over the Abgasabführleitung 25 in the steam generator 60 stream. From the steam generator 60 The cooled exhaust gas may be via a steam generator exhaust outlet 62 whose and z. B. a filter-equipped chimney (not shown) flow into the environment.

Der zweite Verdichter 50 weist einen Verdichtereingang 51, der über eine daran angeschlossene Luftzuführleitung 26 Frischluft aus der Umgebung ansaugen kann, und einen Verdichterausgang 52 auf, der über eine Luftverbindungsleitung 27 und einen darin installierten Wärmetauscher bzw. Kühler (nicht bezeichnet) mit einem Verdichtereingang 41 des ersten Verdichters 40 verbunden ist.The second compressor 50 has a compressor inlet 51 , via an air supply line connected to it 26 Fresh air can suck in from the environment, and a compressor output 52 up, over an air connection line 27 and a heat exchanger (not shown) installed therein with a compressor inlet 41 of the first compressor 40 connected is.

Ein Verdichterausgang 42 des ersten Verdichters 40 ist über eine Lufteingangsleitung 28 und einen darin installierten Wärmetauscher bzw. Kühler (nicht bezeichnet) mit dem Lufteingang 22 verbunden.A compressor output 42 of the first compressor 40 is via an air input line 28 and a heat exchanger or radiator (not shown) installed therein with the air inlet 22 connected.

Auf diese Weise kann in den Verdichtereingang 51 des zweiten Verdichters 50 eingesaugte und im zweiten Verdichter 50 verdichtete Frischluft als Ladeluft über die Luftverbindungsleitung 27 und den darin installierten Kühler in den ersten Verdichter 40 strömen und über die Lufteingangsleitung 28 und den darin installierten Kühler als nochmals verdichtete Ladeluft in die Brennkraftmaschine 20 strömen.In this way, in the compressor input 51 of the second compressor 50 sucked in and in the second compressor 50 compressed fresh air as charge air via the air connection line 27 and the radiator installed in the first compressor 40 flow and over the air input line 28 and the radiator installed therein as a further compressed charge air into the internal combustion engine 20 stream.

Die Abgasmengen-Steuermittel 70 weisen ein Speisungs-Steuerventil 71 und ein Zuführungs-Steuerventil 72 auf, die jeweils als Regelventil ausgebildet sind.The exhaust gas amount control means 70 have a feed control valve 71 and a supply control valve 72 on, which are each designed as a control valve.

Das Speisungs-Steuerventil 71 und das Zuführungs-Steuerventil 72 sind in einer vor dem Turbineneingang 36 der ersten Abgasturbine 35 von der Abgasausgangsleitung 23 abzweigenden Abgasabzweigleitung 73 angeordnet.The power control valve 71 and the supply control valve 72 are in a front of the turbine entrance 36 the first exhaust gas turbine 35 from the exhaust output line 23 branching off exhaust branch pipe 73 arranged.

Die Abgasabzweigleitung 73 weist einen Speisungsabschnitt 74, in dem das Speisungs-Steuerventil 71 angeordnet ist und der an die Abgasausgangsleitung 23 angeschlossen ist, einen Sammelabschnitt 75, der an den Speisungsabschnitt 74 angeschlossen ist, und einen Zuführungsabschnitt 76 auf, der an den Sammelabschnitt 75 und an einen Turbineneingang 81 einer abtriebsmäßig von der Druckerhöhung von der Brennkraftmaschine 20 über den Lufteingang 22 zuzuführender Luft entkoppelten dritten Abgasturbine (bzw. Powerturbine) 80 angeschlossen ist.The exhaust branch line 73 has a feeding section 74 in which the power control valve 71 is arranged and to the exhaust gas outlet line 23 connected, a collection section 75 which is connected to the feeding section 74 is connected, and a feeding section 76 on, at the collecting section 75 and to a turbine inlet 81 one of the output of the pressure increase of the internal combustion engine 20 over the air inlet 22 supplied air decoupled third exhaust gas turbine (or power turbine) 80 connected.

Demgemäß ist der dritten Abgasturbine 80 über die Abgasmengen-Steuermittel 70 gesteuert aus der Abgasausgangsleitung 23 abgezweigtes Abgas zuführbar. Wie aus 3 ersichtlich, ist die dritte Abgasturbine 80 bevorzugt mit variabler Turbinengeometrie (Variable Turbine Area (VTA)) ausgestattet.Accordingly, the third exhaust gas turbine 80 via the exhaust gas quantity control means 70 controlled from the exhaust output line 23 branched off exhaust gas fed. How out 3 can be seen, is the third exhaust gas turbine 80 preferably equipped with Variable Turbine Geometry (Variable Turbine Area (VTA)).

Das Speisungs-Steuerventil 71 ist eingerichtet, gesteuert Abgas aus der Abgasausgangsleitung 23 abzuzweigen und dadurch eine der ersten Abgasturbine 35 zugeführte Abgasmenge zu steuern. Ferner ist das Speisungs-Steuerventil 71 so eingerichtet, dass dem Sammelabschnitt 75 über das Speisungs-Steuerventil 71 gesteuert aus der Abgasausgangsleitung 23 abgezweigtes Abgas mit einem gewünschten Druck zuführbar ist.The power control valve 71 is set up, controlled exhaust gas from the exhaust output line 23 branch off and thereby one of the first exhaust gas turbine 35 to control the amount of exhaust gas supplied. Further, the feed control valve 71 set up so that the collecting section 75 via the supply control valve 71 controlled from the Exhaust gas output line 23 branched off exhaust gas with a desired pressure can be supplied.

Der Dampferzeuger-Abgaseingang 61 des Dampferzeugers 60 ist über eine Bypassleitung 90 mit dem Zuführungsabschnitt 76 der Abgasabzweigleitung 73 verbunden, wobei in der Bypassleitung 90 ein als Regelventil ausgebildetes Bypass-Steuerventil 91 angeordnet ist, so dass dem Dampferzeuger 60 über das Bypass-Steuerventil 91 gesteuert aus dem Zuführungsabschnitt 76 der Abgasabzweigleitung 73 abgezweigtes Abgas zuführbar ist.The steam generator exhaust inlet 61 of the steam generator 60 is via a bypass line 90 with the feeding section 76 the exhaust branch line 73 connected, wherein in the bypass line 90 a trained as a control valve bypass control valve 91 is arranged so that the steam generator 60 via the bypass control valve 91 controlled from the feed section 76 the exhaust branch line 73 branched off exhaust gas can be fed.

Das Zuführungs-Steuerventil 72 der Abgasmengen-Steuermittel 70 ist abgasströmungsabwärts einer Abzweigstelle der Bypassleitung 90 in dem Zuführungsabschnitt 76 der Abgasabzweigleitung 73 angeordnet.The feed control valve 72 the exhaust gas amount control means 70 is exhaust gas downstream of a branch point of the bypass line 90 in the feeding section 76 the exhaust branch line 73 arranged.

Ein Turbinenausgang 82 der dritten Abgasturbine 80 ist über eine Abgasrückführleitung 100 abgasströmungsabwärts des Bypass-Steuerventils 91 mit der Bypassleitung 90 verbunden ist, wobei in der Abgasrückführleitung 100 ein Rückführungs-Steuerventil 101 angeordnet ist, so dass dem Dampferzeuger 60 über das Rückführungs-Steuerventil 101 gesteuert aus dem Turbinenausgang 82 der dritten Abgasturbine 80 austretendes Abgas zuführbar ist.A turbine outlet 82 the third exhaust gas turbine 80 is via an exhaust gas recirculation line 100 exhaust flow downstream of the bypass control valve 91 with the bypass line 90 is connected, wherein in the exhaust gas recirculation line 100 a recirculation control valve 101 is arranged so that the steam generator 60 via the recirculation control valve 101 controlled from the turbine outlet 82 the third exhaust gas turbine 80 exiting exhaust gas can be supplied.

Die dritte Abgasturbine 80 ist über ein Getriebe 83 mit einem Verbraucher 110 in Form eines Elektrogenerators drehantriebsverbunden, wobei das Getriebe eine Abtriebsdrehzahl n1 der dritten Abgasturbine 80 auf eine Nenndrehzahl n2 des Verbrauchers 110 reduziert.The third exhaust gas turbine 80 is about a gearbox 83 with a consumer 110 rotationally connected in the form of an electric generator, the transmission having an output speed n 1 of the third exhaust gas turbine 80 to a rated speed n 2 of the consumer 110 reduced.

Dadurch, dass der Verbraucher 110 von einem Elektrogenerator gebildet ist, ist über von der dritten Abgasturbine 80 bereitgestellte Antriebsenergie Elektroenergie erzeugbar und in das von der Brennkraftmaschinen-Anordnung 1 gespeiste Stromnetz einspeisbar.By doing that the consumer 110 is formed by an electric generator is over from the third exhaust gas turbine 80 provided drive power electric power generated and in the of the engine assembly 1 powered power grid can be fed.

Der Verbraucher 110 ist zusätzlich über ein weiteres Getriebe 123 mit einer Dampfturbine 120 drehantriebsverbunden, wobei das weitere Getriebe 123 eine Abtriebsdrehzahl n3 der Dampfturbine 120 auf die Nenndrehzahl n2 des Verbrauchers 110 reduziert.The consumer 110 is in addition to another gear 123 with a steam turbine 120 drehantriebsverbunden, with the further transmission 123 an output speed n 3 of the steam turbine 120 to the rated speed n 2 of the consumer 110 reduced.

Ein Dampfturbineneingang 121 der Dampfturbine 120 ist über eine Dampfsammelleitung 65 und eine Dampfausgangsleitung 64 mit einem Dampferzeugerausgang 63 des Dampferzeugers 60 verbunden, so dass vom Dampferzeuger 60 erzeugter Dampf der Dampfturbine 120 zu deren Antrieb zuführbar ist.A steam turbine entrance 121 the steam turbine 120 is via a steam manifold 65 and a steam exit pipe 64 with a steam generator output 63 of the steam generator 60 connected, so from the steam generator 60 steam generated by the steam turbine 120 can be fed to the drive.

Ein Dampfturbinenausgang 122 der Dampfturbine 120 ist mit einem Kondensator (nicht dargestellt) verbunden, welcher wiederum mit einem Wasserreservoir (nicht dargestellt) für den Dampferzeuger 60 verbunden ist.A steam turbine outlet 122 the steam turbine 120 is connected to a condenser (not shown), which in turn is connected to a water reservoir (not shown) for the steam generator 60 connected is.

Die in 3 im oberen Bereich angeordnete zweite Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10' ist bis auf wenige im Folgenden zu beschreibende Unterschiede identisch zu der ersten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10 aufgebaut, wobei gleiche Komponenten wie bei der ersten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10 in der zweiten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10' mit gleichen, jedoch um ein Apostroph erweiterten Bezugszeichen versehen sind.In the 3 arranged in the upper region second electric power generation unit 10 ' is, apart from a few differences to be described below, identical to the first electric power generation unit 10 constructed, with the same components as in the first electric power generation unit 10 in the second electric power generation unit 10 ' are provided with the same, but an apostrophe extended reference numerals.

Im Unterschied zur ersten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10 weist die zweite Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10' keinen separaten Sammelabschnitt, keinen separaten Zuführungsabschnitt mit integriertem Zuführungs-Steuerventil, keine separate Bypassleitung mit integriertem Bypass-Steuerventil, keine separate Abgasrückführleitung mit integriertem Rückführungs-Steuerventil, keine separate Powerturbine (dritte Abgasturbine) mit angekoppeltem Getriebe und Verbraucher sowie weiterem Getriebe und Dampfturbine und keine separate Dampfsammelleitung auf.In contrast to the first electric power generation unit 10 has the second electric power generation unit 10 ' no separate collection section, no separate supply section with integrated supply control valve, no separate bypass line with integrated bypass control valve, no separate exhaust gas recirculation line with integrated recirculation control valve, no separate power turbine (third exhaust gas turbine) with coupled gearbox and consumer and further gearbox and steam turbine and none separate steam manifold on.

Der vor dem Turbineneingang 36' der ersten Abgasturbine 35' der Abgasturbolader-Anordnung 30' der zweiten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10' von deren Abgasausgangsleitung 23' abzweigende Speisungsabschnitt 74' der Abgasabzweigleitung 73' der zweiten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10' ist an den Sammelabschnitt 75 der Abgasabzweigleitung 73 der ersten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10 angeschlossen.The one in front of the turbine entrance 36 ' the first exhaust gas turbine 35 ' the exhaust gas turbocharger arrangement 30 ' the second electric power generation unit 10 ' from the exhaust gas outlet line 23 ' branching feed section 74 ' the exhaust branch line 73 ' the second electric power generation unit 10 ' is at the collecting section 75 the exhaust branch line 73 the first electric power generation unit 10 connected.

Das in dem Speisungsabschnitt 74' der Abgasabzweigleitung 73' der zweiten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10' angeordnete Speisungs-Steuerventil 71' ist so eingerichtet, dass dem Sammelabschnitt 75 der ersten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10 über das Speisungs-Steuerventil 71' der zweiten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10' gesteuert aus deren Abgasausgangsleitung 23' abgezweigtes Abgas zuführbar ist.That in the feed section 74 ' the exhaust branch line 73 ' the second electric power generation unit 10 ' arranged power steering valve 71 ' is set up so that the collecting section 75 the first electric power generation unit 10 via the supply control valve 71 ' the second electric power generation unit 10 ' controlled from the exhaust output line 23 ' branched off exhaust gas can be fed.

Abschließend soll nun noch kurz die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen-Anordnung 1 erläutert werden.Finally, let the operation of the internal combustion engine arrangement according to the invention briefly 1 be explained.

In 3 sind schematisch jeweils der Luftpfad und der Abgaspfad der turboaufgeladenen Brennkraftmaschinen 20, 20' gezeigt. Jeder Brennkraftmaschine 20, 20' ist ein Dampferzeuger 60, 60' nachgeschaltet, der die heißen Abgase nach der jeweiligen Abgasturbolader-Anordnung 30, 30' nutzt, um Dampf zu erzeugen, der in der Dampfturbine 120 entspannt wird und Arbeit verrichtet.In 3 are schematically each the air path and the exhaust path of the turbocharged internal combustion engine 20 . 20 ' shown. Every internal combustion engine 20 . 20 ' is a steam generator 60 . 60 ' downstream of the hot exhaust gases to the respective exhaust gas turbocharger arrangement 30 . 30 ' uses to generate steam in the steam turbine 120 relaxed and doing work.

Die in der Dampfturbine 120 gewonnene Arbeit wird über das weitere Getriebe 123 dem als Elektrogenerator ausgeführten Verbraucher 110 zugeführt und in Elektroenergie umgewandelt. The in the steam turbine 120 work won over the further transmission 123 the consumer designed as an electric generator 110 fed and converted into electrical energy.

In Strömungsrichtung der Abgase ist vor jeder ersten Abgasturbine 35, 35' ein Regelorgan in Form des Speisungs-Steuerventils 71, 71' verbaut, was in Abhängigkeit der betrieblichen Erfordernisse die erste Aufladegruppe der jeweiligen Brennkraftmaschine 20, 20' regelt.In the flow direction of the exhaust gases is before every first exhaust gas turbine 35 . 35 ' a control element in the form of the supply control valve 71 . 71 ' installed, depending on the operational requirements, the first Aufladegruppe the respective internal combustion engine 20 . 20 ' regulates.

Das Speisungs-Steuerventil 71, 71' hat dabei z. B. folgende Aufgaben:

  • – Bei geringer Leistung der jeweiligen Brennkraftmaschine 20, 20' oder bei einer größeren Lastaufschaltung sollte das Speisungs-Steuerventil 71, 71' geschlossen sein.
  • – Bei höheren Leistungen soll ein bestimmter Ladeluftdruck nicht überschritten werden, wobei das Speisungs-Steuerventil 71, 71' einen Teil der Abgasenergie vor der ersten Abgasturbine 35, 35' abzweigt und es in den mit der jeweils anderen Brennkraftmaschine 20, 20' verbundenen Sammelabschnitt 75 einleitet.
  • – Das Speisungs-Steuerventil 71, 71' stellt eine vorgegebene, für den Gesamtprozess optimale Abgastemperatur in der jeweiligen ersten Aufladegruppe ein.
The power control valve 71 . 71 ' has z. B. the following tasks:
  • - At low power of the respective internal combustion engine 20 . 20 ' or at a larger load engagement should the power control valve 71 . 71 ' be closed.
  • - At higher powers, a certain charge air pressure should not be exceeded, with the feed control valve 71 . 71 ' a part of the exhaust gas energy in front of the first exhaust gas turbine 35 . 35 ' branches off and it in with each other's internal combustion engine 20 . 20 ' associated collection section 75 initiates.
  • - The power control valve 71 . 71 ' sets a given, optimal for the overall process exhaust gas temperature in the respective first Aufladegruppe.

Das über die Speisungs-Steuerventile 71, 71' den jeweiligen ersten Aufladegruppen entnommene Abgas wird der dritten Abgasturbine 80 (Powerturbine) zugeleitet, die bevorzugt mehrstufig und bevorzugt mit variabler Turbinengeometrie ausgerüstet ist. Der Abgasmassenstrom zur dritten Abgasturbine 80 wird über das Zuführungs-Steuerventil 72 und das Bypass-Steuerventil 91 eingestellt. Nach der Entspannungsarbeit in der dritten Abgasturbine 80 werden die Abgase dem Dampferzeuger 60 der ersten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10 zugeleitet. Der Dampferzeuger 60 der ersten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10 ist entsprechend anders ausgelegt als der Dampferzeuger 60' der zweiten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10'.The over the supply control valves 71 . 71 ' The exhaust gas taken from the respective first charge groups becomes the third exhaust gas turbine 80 (Powerturbine) fed, which is preferably multi-stage and preferably equipped with variable turbine geometry. The exhaust gas mass flow to the third exhaust gas turbine 80 is via the feed control valve 72 and the bypass control valve 91 set. After the relaxation work in the third exhaust gas turbine 80 The exhaust gases are the steam generator 60 the first electric power generation unit 10 fed. The steam generator 60 the first electric power generation unit 10 is designed differently than the steam generator 60 ' the second electric power generation unit 10 ' ,

Die an der dritten Abgasturbine 80 verrichtete Arbeit wird über deren zugehöriges Getriebe 83 an den als Elektrogenerator ausgebildeten Verbraucher 110 geleitet, der diese Arbeit wiederrum in Elektroenergie umwandelt.The at the third exhaust gas turbine 80 done work is about their associated gear 83 to the trained as an electric generator consumer 110 which converts this work into electrical energy.

Über das Zuführungs-Steuerventil 72 wird die dritte Abgasturbine 80 immer mit der optimalen Abgasmenge versorgt. Allerdings muss das Bypass-Steuerventil 91 zu jedem Zeitpunkt sicherstellen, dass der Druck im Sammelabschnitt 75 der Abgasabzweigleitung 73 stets niedriger ist als die Drücke vor den ersten Abgasturbinen 35, 35' der jeweiligen Brennkraftmaschinen 20, 20' ist. Die Brennkraftmaschine 20, 20' mit der niedrigsten abgegebenen Leistung (dem niedrigstem Druck vor der ersten Abgasturbine 35, 35') gibt somit den einzuregelnden Druck im Sammelabschnitt 75 vor. Nur so kann die jeweilige erste Aufladegruppe der Brennkraftmaschinen 20, 20' über das Speisungs-Steuerventil 71, 71' richtig eingestellt werden.Via the feed control valve 72 becomes the third exhaust gas turbine 80 always supplied with the optimal amount of exhaust gas. However, the bypass control valve must be 91 Make sure at all times that the pressure in the collection section 75 the exhaust branch line 73 always lower than the pressures before the first exhaust gas turbine 35 . 35 ' the respective internal combustion engines 20 . 20 ' is. The internal combustion engine 20 . 20 ' with the lowest output power (the lowest pressure before the first exhaust gas turbine 35 . 35 ' ) thus gives the einzuregelnden pressure in the collection section 75 in front. Only then can the respective first charging group of the internal combustion engines 20 . 20 ' via the supply control valve 71 . 71 ' be set correctly.

Ist die dritte Abgasturbine 80 nicht in Betrieb, wird die Abgaszufuhr über das Rückführungs-Steuerventil 101 und das Zuführungs-Steuerventil 72 unterbrochen und das Abgas gelangt aus dem Zuführungsabschnitt 76 über die Bypassleitung 90 und das Bypass-Steuerventil 91 direkt zum Dampferzeuger 60 der ersten Elektroenergie-Erzeugungseinheit 10, um für die Dampferzeugung genutzt zu werden.Is the third exhaust gas turbine 80 not in operation, the exhaust gas is supplied via the recirculation control valve 101 and the supply control valve 72 interrupted and the exhaust gas passes from the feed section 76 over the bypass line 90 and the bypass control valve 91 directly to the steam generator 60 the first electric power generation unit 10 to be used for steam generation.

Je nach Auslegung der Anlage kann es von Vorteil sein, mehrere Dampf- und Powerturbinen in der Anlage vorzusehen und geeignet mit den Dampferzeugern 60, 60' und den Brennkraftmaschinen 20, 20' zu verschalten.Depending on the design of the plant, it may be advantageous to provide several steam and power turbines in the system and suitable with the steam generators 60 . 60 ' and the internal combustion engines 20 . 20 ' to interconnect.

Die hier mit Bezug auf 3 gezeigte Anordnung für zweistufig aufgeladene Brennkraftmaschinen kann sinngemäß sowohl für ein- als auch für mehrstufige Aufladesysteme realisiert werden.The here with reference to 3 Arrangement shown for two-stage supercharged internal combustion engines can be realized analogously for both single and multi-stage charging systems.

Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere bei Mehrmotorenanlagen von Vorteil, da dann mehrere Motoren (Brennkraftmaschinen) die Powerturbine (dritte Abgasturbine) gemeinsam nutzen können. Bei der in 3 gezeigten Ausgestaltung der Erfindung können auch noch weitere Elektroenergie-Erzeugungseinheiten 10' an den Sammelabschnitt 75 angeschlossen sein, wie durch den Anschluss 130 in 3 links unten angedeutet.The solution according to the invention is particularly advantageous in multi-engine systems, since then several engines (internal combustion engines) can share the power turbine (third exhaust gas turbine). At the in 3 shown embodiment of the invention may also be further electric power generation units 10 ' to the collection section 75 be connected as through the connection 130 in 3 indicated on the bottom left.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1a, 1b1a, 1b
Brennkraftmaschinen-AnordnungEngine assembly
10a, 10b10a, 10b
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
11a, 11b11a, 11b
Abgasausgangexhaust outlet
12a, 12b12a, 12b
Lufteingangair inlet
13a, 13b13a, 13b
AbgasausgangsleitungExhaust gas output line
14a, 14b14a, 14b
AbgasverbindungsleitungExhaust connection line
16a, 16b16a, 16b
LufteingangsleitungAir input line
20a, 20b20a, 20b
Abgasturbolader-AnordnungTurbocharger arrangement
25a, 25b25a, 25b
Abgasturbineexhaust turbine
26a, 26b26a, 26b
Turbineneingangturbine inlet
30a, 30b30a, 30b
Verdichtercompressor
31a, 31b31a, 31b
Verdichterausgangcompressor output
35a, 35b35a, 35b
Abgasturbineexhaust turbine
36a, 36b36a, 36b
Turbineneingangturbine inlet
40a, 40b40a, 40b
Verdichtercompressor
50a50a
Steuerventilcontrol valve
51a51a
AbgasabzweigleitungExhaust branch line
60b60b
Elektrogeneratorelectric generator
61b61b
Verbindungswelleconnecting shaft
11
Brennkraftmaschinen-AnordnungEngine assembly
10, 10'10, 10 '
Elektroenergie-ErzeugungseinheitElectric power generating unit
20, 20'20, 20 '
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
21, 21'21, 21 '
Abgasausgangexhaust outlet
22, 22'22, 22 '
Lufteingangair inlet
23, 23'23, 23 '
AbgasausgangsleitungExhaust gas output line
24, 24'24, 24 '
AbgasverbindungsleitungExhaust connection line
25, 25'25, 25 '
AbgasabführleitungAbgasabführleitung
26, 26'26, 26 '
Luftzuführleitungair supply line
27, 27'27, 27 '
LuftverbindungsleitungAir connection pipe
28, 2828, 28
LufteingangsleitungAir input line
30, 30'30, 30 '
Abgasturbolader-AnordnungTurbocharger arrangement
35, 35'35, 35 '
Abgasturbineexhaust turbine
36, 36'36, 36 '
Turbineneingangturbine inlet
37, 37'37, 37 '
Turbinenausgangturbine output
40, 40'40, 40 '
Verdichtercompressor
41, 41'41, 41 '
Verdichtereingangcompressor inlet
42, 42'42, 42 '
Verdichterausgangcompressor output
45, 45'45, 45 '
Abgasturbineexhaust turbine
46, 46'46, 46 '
Turbineneingangturbine inlet
47, 47'47, 47 '
Turbinenausgangturbine output
50, 50'50, 50 '
Verdichtercompressor
51, 51'51, 51 '
Verdichtereingangcompressor inlet
52, 52'52, 52 '
Verdichterausgangcompressor output
60, 60'60, 60 '
Dampferzeugersteam generator
61, 61'61, 61 '
Dampferzeuger-AbgaseingangSteam generator exhaust input
62, 62'62, 62 '
Dampferzeuger-AbgasausgangSteam generator exhaust gas output
63, 63'63, 63 '
DampferzeugerausgangSteam generator output
64, 64'64, 64 '
DampfausgangsleitungSteam output line
6565
DampfsammelleitungSteam manifold
70, 70'70, 70 '
Abgasmengen-SteuermittelExhaust gas amount control means
71, 71'71, 71 '
Speisungs-SteuerventilLinefeed control valve
7272
Zuführungs-SteuerventilSupply control valve
73, 73'73, 73 '
AbgasabzweigleitungExhaust branch line
74, 74'74, 74 '
Speisungsabschnittsupply section
7575
Sammelabschnittcollecting section
7676
Zuführungsabschnittfeeding section
8080
Abgasturbineexhaust turbine
8181
Turbineneingangturbine inlet
8282
Turbinenausgangturbine output
8383
Getriebetransmission
9090
Bypassleitungbypass line
9191
Bypass-SteuerventilBypass control valve
100100
AbgasrückführleitungExhaust gas recirculation line
101101
Rückführungs-SteuerventilRecirculation control valve
110110
Verbraucherconsumer
120120
Dampfturbinesteam turbine
121121
Dampfturbineneingangsteam input
122122
Dampfturbinenausgangsteam output
123123
Getriebetransmission
130130
Anschlussconnection
n1 n 1
AbtriebsdrehzahlOutput speed
n2 n 2
NenndrehzahlRated speed
n3 n 3
AbtriebsdrehzahlOutput speed

Claims (10)

Brennkraftmaschinen-Anordnung (1) mit: einer Brennkraftmaschine (20), die einen Abgasausgang (21) und einen Lufteingang (22) aufweist, einer Abgasturbolader-Anordnung (30) zur Druckerhöhung von der Brennkraftmaschine (20) über den Lufteingang (22) zuzuführender Luft, wobei die Abgasturbolader-Anordnung (30) eine Abgasturbine (35) mit einem Turbineneingang (36), der über eine Abgasausgangsleitung (23) mit dem Abgasausgang (21) verbunden ist, und einen mit der Abgasturbine (35) antriebsverbundenen Verdichter (40) mit einem Verdichterausgang (42) aufweist, der über eine Lufteingangsleitung (28) mit dem Lufteingang (22) verbunden ist, Abgasmengen-Steuermitteln (70), die in einer vor dem Turbineneingang (36) von der Abgasausgangsleitung (23) abzweigenden Abgasabzweigleitung (73) angeordnet sind und die eingerichtet sind, gesteuert Abgas aus der Abgasausgangsleitung (23) abzuzweigen und dadurch eine der Abgasturbine (35) zugeführte Abgasmenge zu steuern, einer weiteren Abgasturbine (80) mit einem Turbineneingang (81), der mit der Abgasabzweigleitung (73) verbunden ist, so dass der weiteren Abgasturbine (80) über die Abgasmengen-Steuermittel (70) gesteuert aus der Abgasausgangsleitung (23) abgezweigtes Abgas zuführbar ist, wobei die weitere Abgasturbine (80) mit einem Verbraucher (110) antriebsverbunden ist, und die weitere Abgasturbine (80) abtriebsmäßig von der Druckerhöhung von der Brennkraftmaschine (20) über den Lufteingang (22) zuzuführender Luft entkoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dampferzeuger (60) mit einem Dampferzeuger-Abgaseingang (61) vorgesehen ist, wobei der Dampferzeuger-Abgaseingang (61) über eine Abgasabführleitung (25) mit der Abgasturbine (35) der Abgasturbolader-Anordnung (30) verbunden ist, und wobei der Dampferzeuger (60) eingerichtet ist, unter Nutzung einer von über die Abgasabführleitung (25) geführtem Abgas bereitgestellten Wärmemenge Dampf zu erzeugen, weiterhin eine Dampfturbine (120) mit einem Dampfturbineneingang (121) vorgesehen ist, und wobei der Dampfturbineneingang (121) über eine Dampfausgangsleitung (64) mit einem Dampferzeugerausgang (63) des Dampferzeugers (60) verbunden ist, so dass vom Dampferzeuger (60) erzeugter Dampf der Dampfturbine (120) zu deren Antrieb zuführbar ist, wobei der Dampferzeuger-Abgaseingang (61) über eine Bypassleitung (90) mit der Abgasabzweigleitung (73) verbunden ist, und wobei in der Bypassleitung (90) ein Bypass-Steuerventil (91) angeordnet ist, so dass dem Dampferzeuger (60) über das Bypass-Steuerventil (91) gesteuert aus der Abgasabzweigleitung (73) abgezweigtes Abgas zuführbar ist.Internal combustion engine arrangement ( 1 ) with: an internal combustion engine ( 20 ), which has an exhaust outlet ( 21 ) and an air intake ( 22 ), an exhaust gas turbocharger arrangement ( 30 ) for increasing the pressure of the internal combustion engine ( 20 ) over the air inlet ( 22 ) to be supplied, the exhaust gas turbocharger arrangement ( 30 ) an exhaust gas turbine ( 35 ) with a turbine inlet ( 36 ), which via an exhaust gas outlet line ( 23 ) with the exhaust outlet ( 21 ), and one with the exhaust gas turbine ( 35 ) drive-connected compressor ( 40 ) with a compressor outlet ( 42 ), which via an air input line ( 28 ) with the air inlet ( 22 ), exhaust gas quantity control means ( 70 ) located in front of the turbine entrance ( 36 ) from the exhaust output line ( 23 ) branching off exhaust branch line ( 73 ) are arranged and which are arranged controlled exhaust gas from the exhaust gas outlet line ( 23 ) and thereby one of the exhaust gas turbine ( 35 ) to control the amount of exhaust gas supplied, another exhaust gas turbine ( 80 ) with a turbine inlet ( 81 ) connected to the exhaust branch line ( 73 ), so that the further exhaust gas turbine ( 80 ) via the exhaust gas quantity control means ( 70 ) controlled from the exhaust gas outlet line ( 23 ) branched off exhaust gas can be supplied, wherein the further exhaust gas turbine ( 80 ) with a consumer ( 110 ) is drivingly connected, and the further exhaust gas turbine ( 80 ) in terms of output from the pressure increase of the internal combustion engine ( 20 ) over the air inlet ( 22 ) is supplied decoupled air, characterized in that a steam generator ( 60 ) with a steam generator exhaust ( 61 ), wherein the steam generator exhaust gas inlet ( 61 ) via an exhaust gas discharge line ( 25 ) with the exhaust gas turbine ( 35 ) of the exhaust gas turbocharger arrangement ( 30 ), and wherein the steam generator ( 60 ) is set, using one of the exhaust gas discharge line ( 25 ) produced steam to produce steam, furthermore a steam turbine ( 120 ) with a steam turbine inlet ( 121 ), and wherein the steam turbine entrance ( 121 ) via a steam outlet line ( 64 ) with a steam generator outlet ( 63 ) of the steam generator ( 60 ), so that from the steam generator ( 60 ) generated steam of the steam turbine ( 120 ) can be supplied to the drive, wherein the steam generator exhaust gas inlet ( 61 ) via a bypass line ( 90 ) with the exhaust branch line ( 73 ), and wherein in the bypass line ( 90 ) a bypass control valve ( 91 ), so that the steam generator ( 60 ) via the bypass control valve ( 91 ) controlled from the exhaust branch line ( 73 ) branched off exhaust gas can be fed. Brennkraftmaschinen-Anordnung (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Verbraucher (110) von einem Elektrogenerator gebildet ist, so dass über von der weiteren Abgasturbine (80) bereitgestellte Antriebsenergie Elektroenergie erzeugbar ist. Internal combustion engine arrangement ( 1 ) according to claim 1, wherein the consumer ( 110 ) is formed by an electric generator, so that over from the further exhaust gas turbine ( 80 ) provided drive power electric energy can be generated. Brennkraftmaschinen-Anordnung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die weitere Abgasturbine (80) über ein Getriebe (83) mit dem Verbraucher (110) antriebsverbunden ist.Internal combustion engine arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the further exhaust gas turbine ( 80 ) via a transmission ( 83 ) with the consumer ( 110 ) is drive-connected. Brennkraftmaschinen-Anordnung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Dampfturbine (120) mit dem Verbraucher (110) antriebsverbunden ist.Internal combustion engine arrangement ( 1 ) according to claim 1, wherein the steam turbine ( 120 ) with the consumer ( 110 ) is drive-connected. Brennkraftmaschinen-Anordnung (1) gemäß Anspruch 1 oder 4, wobei die Dampfturbine (120) über ein Getriebe (123) mit dem Verbraucher (110) antriebsverbunden ist.Internal combustion engine arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 4, wherein the steam turbine ( 120 ) via a transmission ( 123 ) with the consumer ( 110 ) is drive-connected. Brennkraftmaschinen-Anordnung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Abgasmengen-Steuermittel (70) ein Zuführungs-Steuerventil (72) aufweisen, das abgasströmungsabwärts einer Abzweigstelle der Bypassleitung (90) in der Abgasabzweigleitung (73) angeordnet ist.Internal combustion engine arrangement ( 1 ) according to claim 1, wherein the exhaust gas quantity control means ( 70 ) a supply control valve ( 72 ), the exhaust gas flow downstream of a branch point of the bypass line ( 90 ) in the exhaust branch line ( 73 ) is arranged. Brennkraftmaschinen-Anordnung (1) gemäß Anspruch 1 oder 6, wobei ein Turbinenausgang (82) der weiteren Abgasturbine (80) über eine Abgasrückführleitung (100) abgasströmungsabwärts des Bypass-Steuerventils (91) mit der Bypassleitung (90) verbunden ist.Internal combustion engine arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 6, wherein a turbine outlet ( 82 ) of the further exhaust gas turbine ( 80 ) via an exhaust gas recirculation line ( 100 ) downstream of the bypass control valve (FIG. 91 ) with the bypass line ( 90 ) connected is. Brennkraftmaschinen-Anordnung (1) gemäß Anspruch 7, wobei in der Abgasrückführleitung (100) ein Rückführungs-Steuerventil (101) angeordnet ist, so dass dem Dampferzeuger (60) über das Rückführungs-Steuerventil (101) gesteuert aus dem Turbinenausgang (82) der weiteren Abgasturbine (80) austretendes Abgas zuführbar ist.Internal combustion engine arrangement ( 1 ) according to claim 7, wherein in the exhaust gas recirculation line ( 100 ) a return control valve ( 101 ), so that the steam generator ( 60 ) via the return control valve ( 101 ) controlled from the turbine outlet ( 82 ) of the further exhaust gas turbine ( 80 ) Exhaust gas can be supplied. Brennkraftmaschinen-Anordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abgasabzweigleitung (73) einen Speisungsabschnitt (74), der an die Abgasausgangsleitung (23) angeschlossen ist, einen Sammelabschnitt (75), der an den Speisungsabschnitt (74) angeschlossen ist, und einen Zuführungsabschnitt (76) aufweist, der an den Sammelabschnitt (75) und an den Turbineneingang (81) der weiteren Abgasturbine (80) angeschlossen ist, wobei die Abgasmengen-Steuermittel (70) ein Speisungs-Steuerventil (71) aufweisen, das in dem Speisungsabschnitt (74) angeordnet ist, so dass dem Sammelabschnitt (75) über das Speisungs-Steuerventil (71) gesteuert aus der Abgasausgangsleitung (23) abgezweigtes Abgas zuführbar ist.Internal combustion engine arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the exhaust branch line ( 73 ) a feed section ( 74 ) which is connected to the exhaust gas outlet line ( 23 ), a collection section ( 75 ) connected to the feed section ( 74 ), and a feeder section ( 76 ) which is connected to the collecting section ( 75 ) and to the turbine entrance ( 81 ) of the further exhaust gas turbine ( 80 ), wherein the exhaust gas amount control means ( 70 ) a feed control valve ( 71 ), which in the feed section ( 74 ) is arranged so that the collecting section ( 75 ) via the supply control valve ( 71 ) controlled from the exhaust gas outlet line ( 23 ) branched off exhaust gas can be fed. Brennkraftmaschinen-Anordnung (1) gemäß Anspruch 9, wobei wenigstens eine weitere Brennkraftmaschine (20') mit einem Abgasausgang (21') und einem Lufteingang (22') sowie wenigstens eine weitere Abgasturbolader-Anordnung (30') zur Druckerhöhung von der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine (20') über deren Lufteingang (22') zuzuführender Luft vorgesehen sind, wobei ein Turbineneingang (36') einer Abgasturbine (35') der wenigstens einen weiteren Abgasturbolader-Anordnung (30') über eine Abgasausgangsleitung (23') mit dem Abgasausgang (21') der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine (20') verbunden ist, wobei ein vor dem Turbineneingang (36') der Abgasturbine (35') der wenigstens einen weiteren Abgasturbolader-Anordnung (30') von der Abgasausgangsleitung (23') der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine (20') abzweigender Speisungsabschnitt (74') einer Abgasabzweigleitung (73') der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine (20') an den Sammelabschnitt (75) der Abgasabzweigleitung (73) der Brennkraftmaschine (20) angeschlossen ist, und wobei in dem Speisungsabschnitt (74') der Abgasabzweigleitung (73') der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine (20') ein Speisungs-Steuerventil (71') angeordnet ist, so dass dem Sammelabschnitt (75) über das Speisungs-Steuerventil (71') der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine (20') gesteuert aus der Abgasausgangsleitung (23') der wenigstens einen weiteren Brennkraftmaschine (20') abgezweigtes Abgas zuführbar ist.Internal combustion engine arrangement ( 1 ) according to claim 9, wherein at least one further internal combustion engine ( 20 ' ) with an exhaust outlet ( 21 ' ) and an air intake ( 22 ' ) and at least one further exhaust gas turbocharger arrangement ( 30 ' ) for increasing the pressure of the at least one further internal combustion engine ( 20 ' ) via the air intake ( 22 ' ) are provided, wherein a turbine inlet ( 36 ' ) an exhaust gas turbine ( 35 ' ) of the at least one further exhaust gas turbocharger arrangement ( 30 ' ) via an exhaust gas outlet line ( 23 ' ) with the exhaust outlet ( 21 ' ) of the at least one further internal combustion engine ( 20 ' ), one in front of the turbine entrance ( 36 ' ) of the exhaust gas turbine ( 35 ' ) of the at least one further exhaust gas turbocharger arrangement ( 30 ' ) from the exhaust output line ( 23 ' ) of the at least one further internal combustion engine ( 20 ' ) branching feed section ( 74 ' ) an exhaust branch line ( 73 ' ) of the at least one further internal combustion engine ( 20 ' ) to the collecting section ( 75 ) of the exhaust branch line ( 73 ) of the internal combustion engine ( 20 ), and wherein in the feed section ( 74 ' ) of the exhaust branch line ( 73 ' ) of the at least one further internal combustion engine ( 20 ' ) a feed control valve ( 71 ' ) is arranged so that the collecting section ( 75 ) via the supply control valve ( 71 ' ) of the at least one further internal combustion engine ( 20 ' ) controlled from the exhaust gas outlet line ( 23 ' ) of the at least one further internal combustion engine ( 20 ' ) branched off exhaust gas can be fed.
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