WO2012055514A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Brennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2012055514A1
WO2012055514A1 PCT/EP2011/005310 EP2011005310W WO2012055514A1 WO 2012055514 A1 WO2012055514 A1 WO 2012055514A1 EP 2011005310 W EP2011005310 W EP 2011005310W WO 2012055514 A1 WO2012055514 A1 WO 2012055514A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion engine
compressor
internal combustion
exhaust gas
stage
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/005310
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg HEIERMANN
Original Assignee
Mtu Friedrichshafen Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mtu Friedrichshafen Gmbh filed Critical Mtu Friedrichshafen Gmbh
Priority to RU2013124042/06A priority Critical patent/RU2575509C2/ru
Priority to JP2013535303A priority patent/JP5887353B2/ja
Priority to BR112013010405-8A priority patent/BR112013010405B1/pt
Priority to CN201180053000.2A priority patent/CN103370511B/zh
Publication of WO2012055514A1 publication Critical patent/WO2012055514A1/de
Priority to US13/872,103 priority patent/US9316180B2/en
Priority to HK13114258.3A priority patent/HK1186764A1/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/004—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F02B37/10—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/16—Control of the pumps by bypassing charging air
    • F02B37/168—Control of the pumps by bypassing charging air into the exhaust conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/08—EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/24—Layout, e.g. schematics with two or more coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/34—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with compressors, turbines or the like in the recirculation passage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine comprising: an internal combustion engine with an exhaust side and a charging fluid side; a supercharging system comprising an exhaust gas turbocharger for supercharging the internal combustion engine, with a supercharger on the compressor side and a turbine assembly on the exhaust side, and a compressor whose primary side is connected to the Ladefluidseite and whose secondary side on the exhaust side.
  • the invention also relates to a vehicle with an internal combustion engine.
  • an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger for two-stage supercharging of the internal combustion engine is known.
  • a compressor is provided, which can provide compressed air in a compressed air reservoir available, which can be made available to the exhaust gas turbocharger via a pedal activation.
  • An aforementioned internal combustion engine is known from DE 103 15 148 A1 of the applicant. This has an exhaust gas turbocharger with a compressor and a turbine and in addition a compressor for the compression of air from the environment.
  • a valve for switching a flow path on the secondary side of the compressor is arranged in a first position to connect the secondary side of the compressor with the primary side of the turbine.
  • a suitable connecting line is provided, in which the air supplied by the compressor is guided to the primary side of the turbine and thereby the rotational speed of the turbine can be increased. Due to such an increased speed of the exhaust gas turbocharger, a charge air pressure of the air taken from the environment and then compressed is increased. When a limit value is exceeded, in a second position of the valve, the air compressed by the compressor can be conveyed to the secondary side of the turbine and thus blown off.
  • the invention begins, the object of which is to provide an internal combustion engine which has an improved charging system, in particular an improved charging system, in which the compressor is connected in an improved manner.
  • an internal combustion engine should have an improved charge pressure.
  • the charging system further comprises: an exhaust gas recirculation with a return line for exhaust gas from the exhaust side of the engine to the charging fluid side of the internal combustion engine wherein the exhaust gas turbocharger two-stage charging of the internal combustion engine has a low pressure stage and a high-pressure stage.
  • the low-pressure stage has a low-pressure compressor of the compressor arrangement driven by a low-pressure turbine of the turbine arrangement
  • the high-pressure stage has a high-pressure compressor of the compressor arrangement driven by a high-pressure turbine of the turbine arrangement.
  • the compressor for compressing Aufladefluid from the low pressure stage and the supply of the compressed Aufladefluids is formed to the high pressure stage, the primary side of the compressor is connected to the secondary side of the low pressure compressor and the secondary side of the compressor on the primary side of the high pressure turbine ,
  • a compressor is to be understood as a component for compressing charging fluid.
  • a compressor is to be understood as meaning a component for compressing charging fluid, which is driven by a mechanical drive.
  • a compressor may also be powered by a turbine engine.
  • a compressor designed as a screw compressor has proved to be advantageous.
  • the invention is based on the consideration that a supercharging system in an internal combustion engine of the type mentioned in the introduction can be supplemented, in particular, by an exhaust gas recirculation, in particular for an in-engine-improved NO x reduction.
  • the invention provides a return line for exhaust gas from the exhaust side of the internal combustion engine to the charging fluid side of the internal combustion engine.
  • the invention has also recognized that internal combustion engines, in particular diesel engines, with an exhaust gas recirculation and turbocharging even at relatively low speeds are still improved. At low speeds, it was recognized that either comparatively high exhaust gas recirculation rates - for compliance with NO x - limit values - in a desired manner are not always feasible.
  • the invention solves the problem by means of the use of an exhaust gas turbocharger for two-stage charging of the internal combustion engine with a low-pressure stage and a high-pressure stage according to the characterizing part of claim 1.
  • the invention has recognized that the compressor can be integrated for compressing the Aufladefluids in a particularly advantageous manner, in that it is to be designed to compress the charging fluid from the low-pressure stage and to supply the compressed charging fluid to the high-pressure stage-less for the compression of an air from the environment.
  • the primary side of the compressor is connected to the secondary side of the low-pressure compressor and the secondary side of the compressor is connected to the primary side of the high-pressure turbine.
  • the invention enables in a particularly advantageous manner an additional and particularly high pressure build-up by means of the compressor in the two-stage exhaust gas turbocharger in front of the high-pressure turbine of the turbine arrangement, which thereby additionally and above average strongly inflated will be.
  • the invention has recognized that on the one hand such a strong negative purge gradient - namely a negative pressure difference between a pressure on the charging fluid side and a pressure on the exhaust side of the internal combustion engine - can be achieved that this len even at relatively low speeds the internal combustion engine for comparatively high exhaust gas recirculation rates is sufficient.
  • a high-pressure turbocharger is kept at rather high rotational speeds during operation, so that even in stationary or transient operation of the internal combustion engine a sufficient charge pressure of the charging fluid and thus fresh air is available. This leads to a comparatively low smoke level.
  • the concept of the invention leads to an improved response of an internal combustion engine, especially at part load with nevertheless good exhaust gas recirculation rates even at partial load.
  • the concept of the invention leads to an internal combustion engine with an internal combustion engine in the form of a series engine - be it a series four-cylinder or in-line six-cylinder engine.
  • the concept is also beneficial for a V-engine.
  • a motor in the form of a medium-fast or high-speed rotor is formed so that comparatively high mean pressures can be achieved at comparatively low speeds.
  • the concept of the invention also applies to a vehicle, in particular a commercial vehicle, with an internal combustion engine according to the concept of the invention.
  • a vehicle in particular a commercial vehicle
  • an internal combustion engine according to the concept of the invention has become the use of an internal combustion engine according to the concept of the invention in a tractor, a construction vehicle or a transport vehicle proved to be advantageous.
  • the exhaust gas recirculation can be formed in the form of at least one-stage low-temperature exhaust gas recirculation and for this purpose have at least one heat exchanger.
  • the exhaust gas recirculation can advantageously have at least one, in particular an adjustable throttle.
  • a throttle may be formed, for example in the form of a throttle valve or the like rohrveraxedes and / or confining means.
  • exhaust gas recirculation in the form of a two-stage low-temperature exhaust gas recirculation has proven to be advantageous.
  • a low-temperature exhaust gas recirculation advantageously has a first heat exchanger in a first stage and a second heat exchanger in a second stage.
  • a temperature, in particular density, of the recirculated exhaust gas can be adjusted in a particularly advantageous manner, depending on the operating state of the internal combustion engine, for example a starting state or a stationary or transient state.
  • the second stage of the exhaust gas recirculation has a main line - preferably the return line - with the second heat exchanger and a separate bypass line.
  • the bypass line is connected to the second heat exchanger on the primary side and the secondary side, thus providing a path for an exhaust gas flow bypassing the second heat exchanger. This measure ultimately results in the second stage of low temperature exhaust gas recirculation being activated or deactivated as needed.
  • the exhaust gas flows through the second heat exchanger.
  • the exhaust gas is passed through the second heat exchanger immediately through the bypass line.
  • the low-pressure heat exchanger is advantageously arranged between the low-pressure compressor and the high-pressure compressor. net. It has also proven to be advantageous to provide the high pressure stage of the exhaust gas turbocharger on the Aufladefluidseite with a high pressure heat exchanger.
  • a high-pressure heat exchanger has proved to be advantageous in order to supply the charging fluid supplied to the internal combustion engine at as low a temperature as possible.
  • the primary side of the compressor may be connected between the low-pressure heat exchanger and the high-pressure compressor. This measure of connection of the primary side of the compressor to a secondary side of the low-pressure heat exchanger has proven to be particularly advantageous for effective and optimum compression of the charging fluid.
  • the primary side of the compressor can also be connected directly between the low-pressure compressor and the low-pressure heat exchanger, for example in coordination with a dimensioning of the heat exchangers, in particular a low-pressure heat exchanger and / or high-pressure heat exchanger. It is also possible, for example, to form the low pressure stage of the exhaust gas turbocharger on the charging fluid side without a heat exchanger. If necessary, the exhaust gas turbocharger can be provided with a two-stage design only with a single heat exchanger corresponding dimensioning. The primary side of the compressor can be connected directly between low-pressure and high-pressure compressor in the case.
  • charge fluid is basically a charge air.
  • a return line of the exhaust gas recirculation may be connected to the charging fluid side of the internal combustion engine such that the recirculated exhaust gas can be supplied to different points of the charging fluid side as needed.
  • an exhaust gas of the charging fluid side can be supplied to a secondary side of a high-pressure compressor and / or a high-pressure heat exchanger-in particular practically directly to the charging fluid manifold of the internal combustion engine.
  • the return line for exhaust gas from the exhaust side of the internal combustion engine to the charging fluid side of the internal combustion engine in a ladefluid lake high pressure stage and / or ladefluid lake low pressure stage of the exhaust gas turbocharger so for example, the primary side of the high pressure compressor or primary side of the low pressure compressor is connected.
  • measures can be taken against sooting of a heat exchanger.
  • the compressor can be driven by a crankshaft of the internal combustion engine.
  • the compressor can also be driven by a drive separate from the engine.
  • a drive means for the compressor suitable as a drive means for the compressor, a clutch and / or a transmission between the engine or the separate drive and the compressor.
  • the drive means for the compressor may also include a belt, chain, gear or the like. Connection to a crankshaft of the internal combustion engine or a separate drive.
  • a connecting line on the primary side of the compressor may have a valve, in particular a controllable valve. Also possible is an adjustable throttle. In principle, other means of pipe constriction or pipe closure are possible.
  • a valve or throttle is suitable in a preferred manner to supply a compressor fluid supplied charging fluid from the low pressure stage wholly or partially.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an internal combustion engine with a compressor for compressing the supercharging fluid from the low-pressure stage and supplying the compressed supercharging fluid to the high-pressure stage, there the high-pressure turbine of a two-stage exhaust gas turbocharger, the primary side of the compressor being connected between the low-pressure heat exchanger and the high-pressure compressor ;
  • FIG. 2 shows a first embodiment of an internal combustion engine with a compressor for compressing the Aufladefluids from the low pressure stage and supplying the compressed Aufladefluids to the high pressure stage, there the high pressure turbine of a two-stage exhaust gas turbocharger, wherein the primary side of the compressor between the low pressure compressor and the low pressure heat exchanger is connected.
  • 1 shows an internal combustion engine 100 with an internal combustion engine 10 and a supercharging system, which has an exhaust gas turbocharger 20 and an exhaust gas recirculation 30.
  • the internal combustion engine 10 is presently in the form of a four-cylinder in-line engine as a rapid runners in the range between 600 and 2500 rev / min formed.
  • the internal combustion engine 10 has an exhaust gas side AG for discharging exhaust gas from the exhaust manifold 1 of the internal combustion engine 10 into a line 1.2 leading to the exhaust gas turbocharger 20 and into a line 1.3 leading to the exhaust gas recirculation 30.
  • the internal combustion engine 10 also has a charging fluid side LL for charging the internal combustion engine 10 with a charging fluid via a charging fluid manifold 2.
  • the charge fluid in the charge-air manifold 2 is a suitable mixture of charge air from the exhaust-gas turbocharger 20 supplied from a line 2.2 and exhaust gas supplied from a line 2.3 from the exhaust-gas recirculation 30, depending on the operating state of the internal combustion engine 10.
  • the charge air and the exhaust gas become in a mixer 3 for the formation of the mixture of charge air and exhaust gas and a further line 2.1 to the Ladefluidkrümmer 2 fed.
  • the arrows indicated in FIG. 1 respectively indicate the direction of flow of a charging fluid on the charging fluid side LL or of an exhaust gas on the exhaust side AG or in the region of the internal combustion engine 10.
  • KS here denotes the power output side of the internal combustion engine 10, ie the side of the internal combustion engine 10 for arrangement 2, for coupling a further drive system to the crankshaft of the internal combustion engine.
  • KGS designates the force opposite side of the internal combustion engine.
  • the charging system of the internal combustion engine 10 is presently provided with exhaust gas recirculation 30 in the form of a two-stage low-temperature exhaust gas recirculation further training.
  • the exhaust gas recirculation 30 has for this purpose a first stage 31 and a second stage 32.
  • the first stage has a high-temperature heat exchanger 33 and a high-temperature heat exchanger 33 on the primary side upstream throttle 34.
  • a primary side of a component basically means the input side of a component and a secondary side of a component basically the output side of a component for the case of normal operation of the internal combustion engine 10, ie for a flow direction of a charging fluid or exhaust gas shown in FIG.
  • Exhaust gas recirculation 30 is provided with a return line 39 for returning exhaust gas from the exhaust gas side AG of the internal combustion engine 10 to the charging fluid side LL of the internal combustion engine, which is connected from line 1.3 to line 2.3.
  • the as main line Serving return line 39 connects primary side to a second heat exchanger 35 of the second stage 32 of the exhaust gas recirculation 30.
  • the second heat exchanger 35 is in turn upstream of a valve 36 on the primary side.
  • the second stage 32 of the exhaust gas recirculation 30 has a separate bypass line 38, which connects at the second heat exchanger 35 flow-current primary side and secondary side.
  • exhaust gas can be pre-cooled in a determined by the first throttle 34 amount by means of the high-temperature heat exchanger 33 and then - depending on the operating condition of the engine - in a through the valve 36, the second low-temperature heat exchanger 35 for further cooling and / or the bypass line 38 are supplied. Subsequently, the thus demand-cooled exhaust gas from the main exhaust line and / or the bypass line 38 of the line 2.3 is supplied to the charging fluid side LL of the internal combustion engine 10 to be mixed in the mixer 3 with the supplied from line 2.2 charge air and fed to the aforementioned Ladefluidkrümmer 2 ,
  • the exhaust-gas turbocharger 20 is designed for the two-stage supercharging of the internal combustion engine 10 with a low-pressure stage ND and a high-pressure stage HD.
  • the low-pressure stage ND has a low-pressure compressor 22 driven by a low-pressure turbine 21.
  • the high-pressure stage HD has a high-pressure compressor 24 driven by a high-pressure turbine 23.
  • the components of the low-pressure stage ND on the charging fluid side LL are arranged in a charge air line 28 connecting the surroundings U and the mixer 3.
  • the internal combustion engine 100 can be operated as follows. Fresh air is sucked to form charge air in the line 2.2 from the environment U and compressed via the low pressure compressor 22 of the low pressure stage ND of the exhaust gas turbocharger, precooled in a secondary side of the low pressure compressor 22 connected low pressure heat exchanger 25 and further compressed in the high pressure compressor 24 of the high pressure stage HD and then in The high-pressure heat exchanger 26 connected to the secondary side of the high-pressure compressor 24 is cooled to a supply temperature suitable for delivery to the internal combustion engine 10.
  • Air drawn in from the surroundings is located in a part of the charge air line 28 located between low pressure compressor 22 and high pressure compressor 24 at a first pressure level P ND above atmospheric pressure and in a part of the charge air line 28 located between high pressure compressor 24 and mixer 3 on a second to the low pressure level P ND high pressure level P H D lying on the further throttle 27, the amount of charge air in the further line 2.2 is determined, that determines a proportion of fresh air in the charge fluid.
  • the throttle 34 determines the proportion of exhaust gas in the line 2.3, ie the proportion of exhaust gas in a charging fluid of the line 2.1.
  • a charge air portion is tuned to an operating state of the internal combustion engine 10 provided by the engine speed, ie an air-fuel ratio ⁇ ⁇ set such that it is as high as possible. Therefore, the highest possible proportion of fresh air should be present in order to ensure the most effective possible combustion of fuel in the internal combustion engine 10 at the lowest possible smoke level.
  • an adjustment of the exhaust gas turbocharger 20 and the exhaust gas recirculation 30 can take place such that a comparatively high negative purge gradient - namely a pressure difference P5-P7 between the charge fluid side LL and the exhaust gas side AG gets into the negative range as far as possible.
  • the aim of such an adjustment is to achieve comparatively high exhaust gas recirculation rates in a part which covers the rotational speed range of the internal combustion engine 10 as completely as possible.
  • compliance with NO x limits is ensured by comparatively high exhaust gas recirculation rates.
  • a fresh air supply for combustion of a charging line 2. 1 and 2 Ladefluidkrümmer supplied positively influenced by the design of the exhaust gas turbocharger 20 with a low pressure stage ND and a high-pressure stage HD. This results in a good acceleration behavior of the internal combustion engine 100 already applied in the base when used in a vehicle which is not explained here in more detail.
  • exhaust gas generated is supplied to the exhaust manifold 1 on the exhaust gas side AG and there to the further line 1.2.
  • the exhaust gas turbocharger 20 additionally present a compressor assembly 40 in one of the charge air line 28 leading to the Abgasabrios Gustav 29 Compressor on line 49.
  • the compressor 41 is for compressing charge air from the low pressure stage ND on Ladefluidseite LL - that is, starting from a low pressure level P ND - and feeding the further compressed charge air to the high-pressure turbine 23 of the high pressure stage HD formed on the exhaust side AG.
  • the primary side 41.1 of the compressor 41 is connected to the secondary side 22.1 of the low-pressure compressor 22 and the secondary side 41.2 of the compressor 41 is connected to the primary side 23.1 of the high-pressure turbine 23.
  • the compressor line 49 is connected to the charge air line 28 and the exhaust pipe 29.
  • the compressor 41 is, as already mentioned, charge air at a low pressure level P N D, which is in a certain determined by the low-pressure compressor 22 above atmospheric pressure supplied.
  • the valve 42 in the compressor line 49 on the primary side 41.1 of the compressor 41 is used to switch on / off the air flow through the compressor 41.
  • the valve 42 is designed as a so-called black and white valve, which is either open or closed.
  • the compressor 41 itself is presently driven by a separate drive 44, for example an electric drive or the like.
  • the compressor 41 is provided as an additional mechanical supercharger and after the low-pressure stage ND or from the low-pressure stage ND supercharged air reaches at a pressure level P ND , compresses it further and thus inflates the high-pressure turbine 23 , As a result, the above purging slope P5-P7 is further tilted into the negative area by means of the additional pressure build-up on the primary side 23.1 of the high-pressure turbine 23 as a result of the charge air even further compressing effect of the compressor 41st
  • the high-pressure turbine 23 and thus the high-pressure turbocharger or Hoch horrstu Fe HD of the exhaust gas turbocharger 20 is thus maintained or brought to rotational speed, so that in the stationary and in the transient operating state of the internal combustion engine 10 sufficient charge pressure on the charging fluid side LL is available - so that sufficient fresh air via the charge air line 28 to the mixer 3 is supplied , This measure thus serves to further improve the air-fuel ratio Ag.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an internal combustion engine 200 which is slightly varied with respect to FIG. 1, for which reason the same reference numerals are used for the sake of simplicity and clarity for identical or similar parts or parts of identical or similar function.
  • the compressor line 49 connects in a low pressure compressor 22 downstream region of the charge air line 28 between low pressure heat exchanger 25 and high pressure compressor 24 - the compressor line 49 includes in the engine 200 in a region of the load fluid line 28 between the low pressure compressor 22 and low pressure heat exchanger 25.
  • the compressor line 49 thus connects to a primary side of the low-pressure heat exchanger 25, while in the internal combustion engine 100, the compressor line 49 connects to a secondary side of the low-pressure heat exchanger 25.
  • the compressor line 49 i. the primary side 41. 1 of the compressor 41, on a secondary side 22. 1 of the low-pressure compressor 22.
  • the thus varied embodiment of the internal combustion engine 200 is advantageously also and in particular for operating conditions in which the temperature level of the compressed charge air in the low pressure stage ND is still sufficiently low to be further compressed by the compressor 41 effectively.
  • the internal combustion engine 200 provides a compressor 41, wherein the drive 44 via a clutch 45 and a drive means 46, such as a belt, chain, gear or the like. Connection to a crankshaft on the power output side KS of the internal combustion engine mechanically driven is connected.
  • the invention relates to an internal combustion engine 100, 200 comprising: an internal combustion engine 10 having an exhaust side AG and a charging fluid side LL;
  • a charging system comprising:
  • an exhaust gas turbocharger 20 for supercharging the internal combustion engine 10 with a compressor arrangement on the charging fluid side LL and a turbine arrangement on the exhaust gas side
  • the charging system further comprises:
  • the low pressure stage ND driven by a low pressure turbine 21 of the turbine assembly low pressure compressor 22 of the compressor assembly and
  • the high-pressure stage HD has a high-pressure compressor 24 of the compressor arrangement driven by a high-pressure turbine 23 of the turbine arrangement, and the compressor 41 is designed to compress charging fluid from the low-pressure stage ND and supply the compressed suspension fluid to the high-pressure stage HD, the primary side 41.1 of which is on the secondary side 22.1 of the low-pressure compressor 22 and the secondary side 41.2 on the primary side 23.1 of the high-pressure turbine 23 is connected.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine (100, 200) aufweisend: einen Brennkraftmotor (10) mit einer Abgasseite (AG) und einer Ladefluidseite (LL) ein Aufladesystem umfassend: - einen Abgasturbolader (20) zur Aufladung des Brennkraftmotors (10), mit einer Verdichteranordnung auf der Ladefluidseite (LL) und einer Turbinenanordnung auf der Abgasseite (AG), - einen Kompressor (41), dessen Primärseite (41.1) auf der Ladefluidseite (LL) und dessen Sekundärseite (41.2) auf der Abgasseite (AG) angeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Aufladesystem weiter umfasst: - eine Abgasrückführung (30) mit einer Rückführleitung (39) für Abgas von der Abgasseite (AG) des Brennkraftmotors (10) zur Ladefluidseite (LL) des Brennkraftmotors (10); und der Abgasturbolader (20) zur zweistufigen Aufladung des Brennkraftmotors (10) eine Niederdruckstufe (ND) und ein Hochdruckstufe (HD) aufweist, wobei die Niederdruckstufe (ND) einen von einer Niederdruckturbine (21) der Turbinenanordnung angetriebenen Niederdruckverdichter (22) der Verdichteranordnung und die Hochdruckstufe (HD) einen von einer Hochdruckturbine (23) der Turbinenanordnung angetriebenen Hochdruckverdichter (24) der Verdichteranordnung aufweist, und wobei der Kompressor (41) zur Kompression von Aufladefluid aus der Niederdruckstufe (ND) und Zuführung des komprimierten Aufladefluids zur Hochdruckstufe (HD) ausgebildet ist, wobei dessen Primärseite (41.1) auf der Sekundärseite (22.1) des Niederdruckverdichters (22) und dessen Sekundärseite (41.2) auf der Primärseite (23.1) der Hochdruckturbine (23) angeschlossen ist.

Description

Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine aufweisend: einen Brennkraftmotor mit einer Abgasseite und eine Ladefluidseite; ein Aufladesystem umfassend einen Abgasturbolader zur Aufladung des Brennkraftmotors, mit einer Verdichteranordnung auf der Ladefluidseite und einer Turbinenanordnung auf der Abgasseite, und einen Kompressor, dessen Primärseite auf der Ladefluidseite und dessen Sekundärseite auf der Abgasseite angeschlossen ist. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine.
Aus DE 198 37 978 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader zur zweistufigen Aufladung eines Brennkraftmotors und mit einer Abgasrückführung bekannt, wobei eine Abgasrückführleitung zu einer Sekundärseite eines Hochdruckverdichters vorgesehen ist.
Aus GB 2 121 474 A ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader zur zweistufigen Aufladung des Brennkraftmotors bekannt. Dabei ist ein Kompressor vorgesehen, welcher Druckluft in einem Druckluftspeicher zur Verfügung stellen kann, die über eine Pedalaktivierung dem Abgasturbolader zur Verfügung gestellt werden kann. Eine eingangs genannte Brennkraftmaschine ist aus DE 103 15 148 A1 der Anmelderin bekannt. Diese weist einen Abgasturbolader mit einem Verdichter und einer Turbine auf sowie zusätzlich einen Kompressor zur Verdichtung von Luft aus der Umgebung. Ein Ventil zum Schalten eines Strömungspfads auf der Sekundärseite des Kompressors ist eingerichtet in einer ersten Stellung, die Sekundärseite des Kompressors mit der Primärseite der Turbine zu verbinden. Dazu ist eine geeignete Verbindungsleitung vorgesehen, in der vom Kompressor geförderte Luft auf die Primärseite der Turbine geführt wird und dadurch die Drehzahl der Turbine erhöht werden kann. Aufgrund einer so erhöhten Drehzahl des Abgasturboladers wird ein Ladeluftdruck der aus der Umgebung entnom- menen und dann verdichteten Luft erhöht. Bei Übersteigen eines Grenzwerts kann in einer zweiten Stellung des Ventils die durch den Kompressor komprimierte Luft auf die Sekundärseite der Turbine gefördert und so abgeblasen werden.
Es hat sich gezeigt, dass eine solche Brennkraftmaschine noch verbesserbar ist.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist eine Brennkraftmaschine anzugeben, die ein verbessertes Aufladesystem aufweist, insbesondere ein verbessertes Aufladesystem, bei welchem der Kompressor in verbesserter Weise angeschlossen ist. Insbesondere soll eine Brennkraftmaschine einen verbesserten Ladedruck aufweisen.
Die Aufgabe wird betreffend die Brennkraftmaschine durch die Erfindung mit einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art gelöst, bei der erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Aufladesystem weiter umfasst: eine Abgasrückführung mit einer Rückführleitung für Abgas von der Abgasseite des Brennkraftmotors zur Ladefluidseite des Brennkraftmotors wobei der Abgasturbolader zur zweistufigen Aufladung des Brennkraftmotors eine Niederdruckstufe und eine Hochdruckstufe aufweist. Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass die Niederdruckstufe einen von einer Niederdruckturbine der Turbinen- anordnung angetriebenen Niederdruckverdichter der Verdichteranordnung und die Hochdruckstufe einen von einer Hochdruckturbine der Turbinenanordnung angetriebenen Hochdruckverdichter der Verdichteranordnung aufweist. Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kompressor zur Kompression von Aufladefluid aus der Niederdruckstufe und die Zuführung des komprimierten Aufladefluids zur Hochdruckstufe aus- gebildet ist, wobei die Primärseite des Kompressors auf der Sekundärseite des Niederdruckverdichters und die Sekundärseite des Kompressors auf der Primärseite der Hochdruckturbine angeschlossen ist. Ganz allgemein ist unter einem Kompressor ein Bauteil zur Verdichtung von Ladefluid zu verstehen. Insbesondere ist unter einem Kompressor ein Bauteil zur Verdichtung von Ladefluid zu verstehen, das durch einen mechanischen Antrieb angetrieben ist. Ein Kompressor kann auch durch einen Turbinenantrieb angetrieben sein. Insbesondere hat sich ein als Schraubenverdichter ausgeführter Kompressor als vorteilhaft erwiesen.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sich ein Aufladesystem bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art insbesondere für eine innermotorisch verbesserte NOx-Reduktion, in vorteilhafter Weise durch eine Abgasrückführung ergänzen lässt. Die Erfindung sieht eine Rückführleitung für Abgas von der Abgasseite des Brennkraftmotors zur Ladefluidseite des Brennkraftmotors vor. Darüber hinaus hat die Erfindung auch erkannt, dass Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einer Abgasrückführung und Abgasturboaufladung insbesondere bei vergleichsweise kleinen Drehzahlen noch verbesserbar sind. Bei kleinen Drehzahlen wurde erkannt, dass entweder vergleichsweise hohe Abgasrückführraten - für die Einhaltung von NOx- Grenzwerten - in einer gewünschten Weise nicht immer realisierbar sind. Es wurde auch erkannt, dass - im Falle hoher Abgasrückführraten - ein gewisser Mangel an Frischluft in der Ladeluft eintreten kann. Ein Frischluftmangel kann sich ungünstig auf ein Beschleunigungsverhalten eines mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Fahrzeugs auswirken. Aus dieser gegenläufigen Problematik kann eine Situation resultieren, in der Emissions- grenzwerte für NOx-Emissionen nicht oder nur mangelhaft erreicht werden und/oder ein Mangel an Fahrdynamik für das Fahrzeug resultiert.
Die Erfindung löst die Problematik mittels des Einsatzes eines Abgasturboladers zur zweistufigen Aufladung des Brennkraftmotors mit einer Niederdruckstufe und einer Hochdruckstufe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Dabei hat die Erfindung erkannt, dass sich der Kompressor zur Kompression des Aufladefluids in besonders vorteilhafter Weise einbinden lässt, indem dieser - weniger zur Kompression einer Luft aus der Umgebung - als vielmehr zur Kompression des Aufladefluids aus der Niederdruckstufe und zur Zuführung des komprimierten Aufladefluids zur Hochdruckstufe auszubilden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Primärseite des Kompressors auf der Sekundärseite des Niederdruckverdichters und die Sekundärseite des Kompressors auf der Primärseite der Hochdruckturbine angeschlossen ist. Die Erfindung ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise einen zusätzlichen und besonders hohen Druckaufbau mittels des Kompressors beim zweistufigen Abgasturbolader vor der Hochdruckturbine der Turbinenanordnung, die dadurch zusätzlich und überdurchschnittlich stark angebla- sen wird. In überlegener Weise hat die Erfindung erkannt, dass dadurch zum einen ein derart starkes negatives Spülgefälle - nämlich eine negative Druckdifferenz zwischen einem Druck auf der Ladefluidseite und einem Druck auf der Abgasseite des Brennkraftmotors - erreicht werden kann, dass dieses selbst bei vergleichsweise kleinen Drehzah- len des Brennkraftmotors für vergleichsweise hohe Abgasrückführraten ausreichend ist. Zum anderen wird durch den vergleichsweise erhöhten zusätzlichen Druckaufbau vor der Hochdruckturbine mittels des Kompressors ein Hochdruckturbolader im Betriebsfall bei eher hohen Drehzahlen gehalten, so dass selbst im stationären oder transienten Betrieb des Brenn kraftmotors ein ausreichender Ladedruck des Ladefluids und damit Frischluft zur Verfügung steht. Dies führt zu einem vergleichsweise geringen Rauchniveau. Insgesamt führt das Konzept der Erfindung zu einem verbesserten Ansprechverhalten einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei Teillast mit dennoch guten Abgasrückführraten auch bei Teillast.
Das fundamentale Problem von Brennkraftmaschinen mit einer Abgasrückführung gemäß der oben erläuterten gegenläufigen Problematik zwischen Abgasrückführraten einerseits und Verfügbarkeit von Frischluft andererseits wird somit gelöst. Es hat sich gezeigt, dass das Konzept der Erfindung ausreichend ist, selbst anspruchsvollen NOx-Grenzwerten innermotorisch zu genügen, ohne dass eine zusätzliche Abgasnachbehandlung bei der Brennkraftmaschine vorgesehen werden müsste. Trotzdem hat sich die Brennkraftma- schine gemäß dem Konzept der Erfindung selbst bei hohen Abgasrückführraten mit einer vergleichsweise hohen Fahrdynamik bewährt.
Insbesondere führt das Konzept der Erfindung auf eine Brennkraftmaschine mit einem Brennkraftmotor in Form eines Reihenmotors - sei es ein Reihen-Vierzylinder- oder Reihen-Sechszylinder-Motor. Das Konzept ist auch vorteilhaft für einen V-Motor. Insbe- sondere ist ein Motor in Form eines Mittelschnell- oder Schnell-Läufers gebildet, so dass bei vergleichsweise kleinen Drehzahlen vergleichsweise hohe Mitteldrücke realisierbar sind. So hat sich gezeigt, dass bei einem Schnellläufer mit Drehzahlen im Bereich zwischen 500 und 2300 U/min, insbesondere bei einem Schnellläufer mit Drehzahlen im Bereich zwischen 900 und 2000 U/min eine erhebliche Steigerung von Mitteldrücken um bis zu 40 % erreichbar ist.
Das Konzept der Erfindung führt auch auf ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine gemäß dem Konzept der Erfindung. Insbesondere hat sich der Einsatz einer Brennkraftmaschine gemäß dem Konzept der Erfindung bei einem Traktor, einem Baufahrzeug oder einem Transportfahrzeug als vorteilhaft erwiesen.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Grundsätzlich kann die Abgasrückführung in Form einer wenigstens einstufigen Niedertemperaturabgasrückführung gebildet sein und dazu wenigstens einen Wärmetauscher aufweisen. Die Abgasrückführung kann vorteilhaft wenigstens eine, insbesondere eine einstellbare, Drossel aufweisen. Eine Drossel kann beispielsweise in Form einer Drosselklappe oder dergleichen rohrverschließendes und/oder einengendes Mittel gebildet sein. Im Hinblick auf den zweistufig ausgeführten Abgasturbolader hat sich insbesondere eine Abgasrückführung in Form einer zweistufigen Niedertemperaturabgasrückführung als vorteilhaft erwiesen. Eine Niedertemperaturabgasrückführung weist vorteilhaft in einer ersten Stufe einen ersten und in einer zweiten Stufe einen zweiten Wärmetauscher auf. Mittels der zweistufigen Niedertemperaturabgasrückführung kann in besonders vorteilhafter Weise eine Temperatur, insbesondere Dichte, des rückgeführten Abgases je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine - beispielsweise einem Anfahrzustand, oder aber einem stationären oder transienten Zustand - angepasst werden. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die zweite Stufe der Abgasrückführung eine Hauptleitung - vorzugsweise die Rückführleitung - mit dem zweiten Wärmetauscher und eine davon separate Bypass-Leitung aufweist. Die Bypass-Leitung ist an den zweiten Wärmetauscher primärseitig und sekundärseitig angeschlossen und bietet so einen den zweiten Wärmetauscher umgehenden Pfad für eine Abgasströmung. Diese Maßnahme führt letztendlich dazu, dass die zweite Stufe einer Niedertemperaturabgasrückführung je nach Bedarf aktiviert oder deaktiviert werden kann. Im Falle einer Aktivierung durchströmt das Abgas den zweiten Wärmetauscher. Im Falle einer Deaktivierung wird das Abgas den zweiten Wärmetauscher umgehend durch die Bypass-Leitung geführt.
Um eine ausreichende Kompression des Ladefluids - insbesondere Ladeluft, bzw. bei Bedarf ein Gemisch aus Ladeluft und Abgas - zu erreichen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Niederdruckstufe des Abgasturboladers auf der Aufladefluidseite mit einem Niederdruckwärmetauscher zu versehen. Der Niederdruckwärmetauscher ist vorteilhaft zwischen dem Niederdruckverdichter und dem Hochdruckverdichter angeord- net. Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, die Hochdruckstufe des Abgasturboladers auf der Aufladefluidseite mit einem Hochdruckwärmetauscher zu versehen. Ein Hochdruckwärmetauscher hat sich als vorteilhaft erwiesen, um das dem Brennkraftmotor zugeführte Ladefluid bei einer möglichst geringen Temperatur zuzuführen. Allgemein hat die Weiterbildung erkannt, einer Ladefluidverdichtung eine Ladefluidkühlung nachzuschalten. Dies führt zu einer vorteilhaft erhöhten Dichte des Ladefluids, so dass ein Luftkraftstoffverhältnis im Ladefluid besonders hoch gewählt werden kann, d.h. vergleichsweise viel Frischluft zugeführt werden kann. Dies führt zu einer vergleichsweise geringen ΝΟχ-Emission und auch zu einem vorteilhaft geringen Rauchniveau. Diese Vorteile werden in verstärktem Maße durch den gemäß dem Konzept der Erfindung vorgesehenen Kompressor zur Kompression des Aufladefluids aus der Niederdruckstufe und Zuführung des komprimierten Aufladefluids zur Hochdruckstufe, dort die Hochdruckturbine, erreicht. Zusätzlich wird in der oben erläuterten Weise ein negatives Spülgefälle erhöht, was zu vergleichsweise hohen Abgasrückführraten praktisch im gesamten Drehzahlbereich führt und im Rahmen der oben genannten erhöhten Fahrdynamik zu einem besseren Ansprechverhalten des Brennkraftmotors, selbst bei Teillast. Je nach Bedarf kann die Primärseite des Kompressors zwischen dem Niederdruckwärmetauscher und dem Hochdruckverdichter angeschlossen sein. Diese Maßnahme eines Anschlusses der Primärseite des Kompressors auf einer Sekundärseite des Niederd- ruckwänmetauschers hat sich als besonders vorteilhaft für eine effektive und möglichst gute Kompression des Ladefluids erwiesen. Gleichwohl kann - beispielsweise in Abstimmung mit einer Dimensionierung der Wärmetauscher, insbesondere eines Niederdruckwärmetauschers und/oder Hochdruckwärmetauschers - die Primärseite des Kompressors auch direkt zwischen dem Niederdruckverdichter und dem Niederdruckwärme- tauscher angeschlossen sein. Es ist ebenfalls möglich, beispielsweise die Niederdruckstufe des Abgasturboladers auf der Aufladefluidseite ohne einen Wärmetauscher auszubilden. Bei Bedarf kann der Abgasturbolader selbst bei zweistufiger Ausführung nur mit einem einzigen Wärmetauscher entsprechender Dimensionierung versehen sein. Die Primärseite des Kompressors kann in dem Fall unmittelbar zwischen Niederdruck- und Hochdruckverdichter angeschlossen sein.
Es ist auch zu verstehen, dass unter Ladefluid grundsätzlich eine Ladeluft zu verstehen ist. Gleichwohl kann eine Rückführleitung der Abgasrückführung so an die Ladefluidseite des Brennkraftmotors angeschlossen sein, dass das rückgeführte Abgas je nach Bedarf an unterschiedlichen Stellen der Ladefluidseite zugeführt werden kann. Beispielsweise kann ein Abgas der Ladefluidseite an einer Sekundärseite eines Hochdruckverdichters und/oder eines Hochdruckwärmetauschers - insbesondere praktisch direkt dem Lade- fluidkrümmer des Brennkraftmotors - zugeführt werden. Gleichwohl sind auch Weiterbildungen möglich, bei welchen die Rückführleitung für Abgas von der Abgasseite des Brennkraftmotors zur Ladefluidseite des Brennkraftmotors in einer ladefluidseitigen Hochdruckstufe und/oder ladefluidseitigen Niederdruckstufe des Abgasturboladers erfolgt - also beispielsweise primärseitig des Hochdruckverdichters oder primärseitig des Niederdruckverdichters angeschlossen ist. Insbesondere können dabei Maßnahmen gegen eine Versottung eines Wärmetauschers getroffen werden. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Kompressor von einer Kurbelwelle des Brennkraftmotors antreibbar. In einer dazu alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung kann der Kompressor auch von einem vom Brennkraftmotor separaten Antrieb angetrieben werden. Grundsätzlich eignen sich als Antriebsmittel für den Kompressor eine Kupplung und/oder ein Getriebe zwischen dem Brennkraftmotor bzw. dem separaten Antrieb und dem Kompressor. Das Antriebsmittel für den Kompressor kann auch einen Riemen, Kette, Zahnrad oder dgl. Verbindung zu einer Kurbelwelle des Brennkraftmotors bzw. einem separaten Antrieb aufweisen. Eine Verbindungsleitung auf der Primärseite des Kompressors kann ein Ventil, insbesondere ein regelbares Ventil aufweisen. Möglich ist auch eine einstellbare Drossel. Auch sind grundsätzlich andere Mittel zur Rohrverengung oder Rohrverschließung möglich. Ein Ventil oder Drossel eignet sich in bevorzugter Weise dazu, ein dem Kompressor zugeführtes Ladefluid aus der Niederdruckstufe ganz oder teilweise zuzuführen.
Es ist zu verstehen, dass - auch wenn nicht im Detail beschrieben - sich das Konzept der Erfindung auch erstreckt auf Weiterbildungen, bei denen eine Primärseite des Komp- ressors auf der Sekundärseite des Niederdruckverdichters angeordnet ist, jedoch nicht unmittelbar aus der Niederdruckstufe Aufladefluid dem Kompressor zugeführt wird. Beispielsweise kann auch zusätzlich Aufladefluid aus der Hochdruckstufe dem Kompressor zugeführt werden oder Aufladefluid zugeführt werden unter Zwischenschaltung weiterer Komponenten oder Leitungsteile des Abgasturboladers. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschrei- bung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in: Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit einem Kompressor zur Kompression des Aufladefluids aus der Niederdruckstufe und Zuführung des komprimierten Aufladefluids zur Hochdruckstufe, dort die Hochdruckturbine eines zweistufigen Abgasturboladers, wobei die Primärseite des Kompressors zwischen dem Niederdruckwärmetauscher und dem Hochdruckverdichter angeschlossen ist; Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit einem Kompressor zur Kompression des Aufladefluids aus der Niederdruckstufe und Zuführung des komprimierten Aufladefluids zur Hochdruckstufe, dort die Hochdruckturbine eines zweistufigen Abgasturboladers, wobei die Primärseite des Kompressors zwischen dem Niederdruckverdichter und den Niederdruckwärmetauscher angeschlossen ist. Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 100 mit einem Brennkraftmotor 10 und einem Aufladesystem, das einen Abgasturbolader 20 und eine Abgasrückführung 30 aufweist. Der Brennkraftmotor 10 ist vorliegend in Form eines vierzylindrigen Reihenmotors als Schnell- läufer mit Umdrehungszahlen im Bereich zwischen 600 und 2500 U/min gebildet. Der Brennkraftmotor 10 weist eine Abgasseite AG zur Abführung von Abgas aus dem der Abgaskrümmer 1 des Brennkraftmotors 10 auf in eine zum Abgasturbolader 20 führende Leitung 1.2 sowie in eine zur Abgasrückführung 30 führende Leitung 1.3 auf. Der Brenn- kraftmotor 10 weist auch eine Ladefluidseite LL zur Aufladung des Brennkraftmotors 10 mit einem Ladefluid über einen Ladefluidkrümmer 2 auf. Das Ladefluid im Ladefluid- krümmer 2 ist vorliegend ein geeignetes je nach Betriebszustand des Brennkraftmotors 10 vorgesehenes Gemisch von aus einer Leitung 2.2 zugeführter Ladeluft vom Abgasturbolader 20 sowie von aus einer Leitung 2.3 zugeführtem Abgas aus der Abgasrückfüh- rung 30. Die Ladeluft und das Abgas werden in einem Mischer 3 zur Bildung des Gemisches aus Ladeluft und Abgas sowie einer weiteren Leitung 2.1 dem Ladefluidkrümmer 2 zugeführt. Die in Fig. 1 angezeigten Pfeile bezeichnen jeweils die Strömungsrichtung eines Ladefluids auf der Ladefluidseite LL bzw. eines Abgases auf der Abgasseite AG bzw. im Bereich des Brennkraftmotors 10. KS bezeichnet vorliegend die Kraftabgabeseite des Brennkraftmotors 10, d.h. die Seite des Brennkraftmotors 10 zur Anordnung eines Getriebes sowie einer etwaigen, z.B. in Fig. 2 gezeigten Kupplung zur Anbindung eines weiteren Antriebssystems an die Kurbelwelle des Brennkraftmotors 10. Entsprechend bezeichnet KGS die Kraftgegenseite des Brennkraftmotors 10. Das Aufladesystem des Brennkraftmotors 10 ist vorliegend mit einer Abgasrückführung 30 in Form einer zweistufigen Niedertemperaturabgasrückführung weitergebildet. Die Abgasrückführung 30 weist dazu eine erste Stufe 31 sowie eine zweite Stufe 32 auf. Die erste Stufe weist einen Hochtemperaturwärmetauscher 33 sowie eine dem Hochtemperaturwärmetauscher 33 primärseitig vorgeordnete Drossel 34 auf. Im Folgenden wird unter einer Primärseite einer Komponente grundsätzlich die Eingangsseite einer Komponente und unter einer Sekundärseite einer Komponente grundsätzlich die Ausgangsseite einer Komponente verstanden für den Fall eines normalen Betriebs der Brennkraftmaschine 10, d.h. für eine in Fig. 1 gezeigte Strömungsrichtung eines Ladefluids bzw. Abgases. Die Abgasrückführung 30 ist mit einer von der Leitung 1.3 zur Leitung 2.3 anschließenden Rückführleitung 39 zur Rückführung von Abgas von der Abgasseite AG des Brennkraftmotors 10 zur Ladefluidseite LL des Brennkraftmotors versehen. Die als Hauptleitung dienende Rückführleitung 39 schließt primärseitig an einen zweiten Wärmetauscher 35 der zweiten Stufe 32 der Abgasrückführung 30 an. Dem zweiten Wärmetauscher 35 ist wiederum primärseitig ein Ventil 36 vorgeordnet. Neben dem in der Hauptleitung angeordneten zweiten Wärmetauscher 35 weist die zweite Stufe 32 der Abgasrückführung 30 eine davon separate Bypass-Leitung 38 auf, die an dem zweiten Wärmetauscher 35 strömungsumgehend primärseitig und sekundärseitig anschließt. Das von der Leitung 1.3 zur Rückführleitung 39 geführte Abgas kann so in einer durch die erste Drossel 34 bestimmten Menge mittels des Hochtemperaturwärmetauschers 33 vorgekühlt werden und sodann - je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine - in einer durch das Ventil 36 dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 35 zur weiteren Kühlung und/oder der Bypass-Leitung 38 zugeführt werden. Anschließend wird das so bedarfsgerecht gekühlte Abgas aus der Abgashauptleitung und/oder der Bypass-Leitung 38 der Leitung 2.3 auf der Ladefluidseite LL des Brennkraftmotors 10 zugeführt, um im Mischer 3 mit der aus Leitung 2.2 zugeführten Ladeluft gemischt und dem vorgenannten Ladefluidkrümmer 2 zugeführt zu werden.
Der Abgasturbolader 20 ist vorliegend zur zweistufigen Aufladung des Brennkraftmotors 10 mit einer Niederdruckstufe ND und einer Hochdruckstufe HD ausgebildet. Die Niederdruckstufe ND weist einen von einer Niederdruckturbine 21 angetriebenen Niederdruckverdichter 22 auf. Die Hochdruckstufe HD weist einen von einer Hochdruckturbine 23 angetriebenen Hochdruckverdichter 24 auf. Die Komponenten der Niederdruckstufe ND auf Ladefluidseite LL sind in einer die Umgebung U und den Mischer 3 verbindenden Ladeluftleitung 28 angeordnet.
In einem an sich bekannten Betriebszustand kann die Brennkraftmaschine 100 wie folgt betrieben werden. Frischluft wird zur Bildung von Ladeluft in die Leitung 2.2 aus der Umgebung U angesaugt und über den Niederdruckverdichter 22 der Niederdruckstufe ND des Abgasturboladers verdichtet, in einem sekundärseitig des Niederdruckverdichters 22 angeschlossenen Niederdruckwärmetauscher 25 vorgekühlt sowie in dem Hochdruckverdichter 24 der Hochdruckstufe HD weiter verdichtet und dann im sekundärseitig des Hochdruckverdichters 24 angeschlossenen Hochdruckwärmetauscher 26 auf eine zur Abgabe an den Brennkraftmotor 10 geeignete Zuführtemperatur abgekühlt. Aus der Umgebung angesaugte Luft befindet sich dabei in einem zwischen Niederdruckverdichter 22 und Hochdruckverdichter 24 befindlichen Teil der Ladeluftleitung 28 auf einem ersten über Atmosphärendruck liegenden Druckniveau PND und in einem zwischen Hochdruckverdichter 24 und Mischer 3 befindlichen Teil der Ladeluftleitung 28 auf einem zweiten über dem Niederdruckniveau PND liegenden Hochdruckniveau PHD- Über die weitere Drossel 27 wird die Menge an Ladeluft in der weiteren Leitung 2.2 bestimmt, also ein Anteil an Frischluft im Ladefluid bestimmt. Wie oben erläutert, bestimmt andererseits die Drossel 34 den Anteil von Abgas in der Leitung 2.3, also den Anteil von Abgas in einem Ladefluid der Leitung 2.1 . Letztendlich wird durch eine geeignete Einstellung der Drosseln 34 oder 27 ein Ladeluftanteil abgestimmt auf einen durch die Motordrehzahl vorgesehenen Betriebszustand des Brennkraftmotors 10, d.h. ein Luft-Kraftstoffverhältnis λΒ derart eingestellt, dass dieses möglichst hoch ist. Deshalb sollte ein möglichst hoher Anteil von Frischluft vorhanden sein, um eine möglichst effektive Verbrennung von Kraft- stoff in dem Brennkraftmotor 10 bei einem möglichst geringen Rauchniveau zu gewährleisten. Außerdem kann eine Einstellung des Abgasturboladers 20 und die der Abgasrückführung 30 derart erfolgen, dass ein vergleichsweise hohes negatives Spülgefälle - nämlich eine Druckdifferenz P5-P7 zwischen Ladefluidseite LL und Abgasseite AG möglichst weit in den negativen Bereich gerät. Ziel einer solchen Einstellung ist, in einem den Drehzahlbereich des Brennkraftmotors 10 möglichst vollständig abdeckenden Teil vergleichsweise hohe Abgasrückführraten zu erzielen. Bei einer in Fig. 1 gezeigten Brennkraftmaschine 100 ist zudem die Einhaltung von NOx-Grenzwerten durch vergleichsweise hohe Abgasrückführraten gewährleistet. Außerdem ist eine Frischluftversorgung zur Verbrennung eines über Leitung 2.1 und Ladefluidkrümmer 2 zugeführten Ladefluids bereits positiv beeinflusst durch die Ausführung des Abgasturboladers 20 mit einer Niederdruckstufe ND und einer Hochdruckstufe HD. Daraus resultiert ein bereits in der Basis angelegtes gutes Beschleunigungsverhalten der Brennkraftmaschine 100 bei Einsatz in einem hier nicht näher erläuterten Fahrzeug. Unter Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs mit dem Ladefluid im Brennkraftmotor 10 wird erzeugtes Abgas dem Abgas- krümmer 1 auf der Abgasseite AG und dort der weiteren Leitung 1.2 zugeführt.
Zum Abführen des Abgases über eine Hochdruckturbine 23 der Hochdruckstufe HD sowie über eine Niederdruckturbine 21 der Niederdruckstufe ND dient dann eine Abgasabführleitung 29.
In einer dem Konzept der Erfindung folgenden besonders vorteilhaften Weiterbildung der Brennkraftmaschine 100 zur weiteren Verbesserung des oben genannten hohen Luft- Kraftstoffanteils Ag sowie zum Erreichen eines möglichst negativen Spülgefälles P5-P7 als auch zur Verbesserung des Ansprechverhaltens der Brennkraftmaschine 10 selbst bei Teillast weist der Abgasturbolader 20 vorliegend zusätzlich eine Kompressoranordnung 40 in einer von der Ladeluftleitung 28 zu der Abgasabführleitung 29 führenden Kompres- sorleitung 49 auf. Der Kompressor 41 ist zur Kompression von Ladeluft aus der Niederdruckstufe ND auf Ladefluidseite LL - d.h. ausgehend von einem Niederdruckniveau PND - und Zuführung der weiter komprimierten Ladeluft zur Hochdruckturbine 23 der Hochdruckstufe HD auf der Abgasseite AG ausgebildet. Dazu ist die Primärseite 41.1 des Kompressors 41 auf der Sekundärseite 22.1 des Niederdruckverdichters 22 angeschlossen und die Sekundärseite 41.2 des Kompressors 41 ist auf der Primärseite 23.1 der Hochdruckturbine 23 angeschlossen. Dazu ist die Kompressorleitung 49 an die Ladeluftleitung 28 und die Abgasleitung 29 angeschlossen. Dem Kompressor 41 wird, wie bereits genannt, Ladeluft auf einem Niederdruckniveau PND, das in einer durch den Niederdruck- Verdichter 22 bestimmten Weise über Atmosphärendruck liegt, zugeführt. Das Ventil 42 in der Kompressorleitung 49 auf der Primärseite 41.1 des Kompressors 41 dient dem Zu- /Abschalten des Luftstroms durch den Kompressor 41. Vorliegend wird ist das Ventil 42 dazu als ein sogenanntes Schwarz Weiss-Ventil ausgebildet, das entweder offen oder geschlossen ist. Der Kompressor 41 selbst ist vorliegend über einen separaten Antrieb 44, beispielsweise einem Elektroantrieb oder dergleichen, angetrieben.
Aufgrund der so beschriebenen weiterbildenden Ausführung der Brennkraftmaschine 100 wird der Kompressor 41 als zusätzlicher mechanischer Lader vorgesehen und greift nach der Niederdruckstufe ND bzw. aus der Niederdruckstufe ND Ladeluft auf einem Druckni- veau PND ab, verdichtet diese weiter und bläst damit die Hochdruckturbine 23 an. Dadurch wird das oben genannte Spülgefälle P5-P7 noch weiter in den negativen Bereich gekippt mittels des zusätzlichen Druckaufbaus auf der Primärseite 23.1 der Hochdruckturbine 23 in Folge der Ladeluft noch weiter komprimierenden Wirkung des Kompressors 41. Die Hochdruckturbine 23 und damit der Hochdruckturbolader bzw. die Hochdruckstu- fe HD des Abgasturboladers 20 wird somit auf Drehzahl gehalten bzw. gebracht, so dass im stationären als auch im transienten Betriebszustand des Brennkraftmotors 10 ausreichend Ladedruck auf der Ladefluidseite LL zur Verfügung steht - damit also ausreichend Frischluft über die Ladeluftleitung 28 dem Mischer 3 zugeführt wird. Diese Maßnahme dient also der weiteren Verbesserung des Luft-Kraftstoffanteils Ag. Außerdem hat sich diese positive Wirkung der Kompressoranordnung 40 bei allen Motordrehzahlen des Brennkraftmotors 10 gezeigt, also im gesamten oben genannten Drehzahlbereich zwischen 900 und 2000 U/min. Insbesondere werden bei vergleichsweise kleinen Drehzahlen im Unterschied zu bisher bekannten Brennkraftmaschinen überlegen hohe Mitteldrücke erreicht, die wenigstens bis zu 25 % über üblichen Mitteldrücken vergleichbaren Brennkraftmaschinen liegen. Im Ergebnis ist ein Betrieb des Brennkraftmotors 10 mit höchsten Abgasrückführraten über die Abgasrückführung 30 möglich unter Erhalt einer dennoch hohen Fahrdynamik, selbst bei kleineren Drehzahlen. Letzteres resultiert aus einem besseren Ansprechverhaltens des Brennkraftmotors 10 selbst bei einem Teillastbetrieb.
Fig. 2 zeigt eine in Bezug auf Fig. 1 leicht variierte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 200, weswegen der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber für identische oder ähnliche Teile oder Teile identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zur Brennkraftmaschine 100 Bezug genommen. Im Unterschied zur Brennkraftmaschine 100 - wo die Kompressorleitung 49 in einem dem Niederdruckverdichter 22 nachgeordneten Bereich der Ladeluftleitung 28 zwischen Niederdruckwärmetauscher 25 und Hochdruckverdichter 24 anschließt - schließt die Kompressorleitung 49 bei der Brennkraftmaschine 200 in einem Bereich der Ladefluidleitung 28 zwischen Niederdruckverdichter 22 und Niederdruckwärmetauscher 25 an. Im Unterschied zur Brennkraftmaschine 100 schließt die Kompressorleitung 49 also auf einer Primärseite des Niederdruckwärmetauschers 25 an, während bei der Brennkraftmaschine 100 die Kompressorleitung 49 auf einer Sekundärseite des Niederdruckwärmetauschers 25 anschließt. In beiden Fällen schließt die Kompressorleitung 49, d.h. die Primärseite 41.1 des Kompressors 41 , auf einer Sekundärseite 22.1 des Niederdruckverdichters 22 an. Die so variierte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 200 eignet sich vorteilhaft auch und insbesondere für Betriebszustände, in denen das Temperaturniveau der verdichteten Ladeluft in der Niederdruckstufe ND noch ausreichend gering ist, um vom Kompressor 41 weiter effektiv verdichtet zu werden. In einer vergleichsweise kompakten hier nicht gezeigten weiteren Variante hat es sich - vornehmlich aus Bauraumgründen - auch als vorteilhaft erwiesen, nur den Hochdruckwärmetauscher 26 vorzusehen und den Abgasturbolader 20 ohne den Niederdruckwärmetauscher 25 auszuführen. In dem Fall schließt - wie bei Fig. 1 - die Primärseite 41.1 des Kompressors im Leitungsabschnitt der Ladeluftleitung 20 zwischen Niederdruckverdichter 22 und Hochdruckverdichter 24 an.
Als weiteren Unterschied zur Brennkraftmaschine 100 sieht die Brennkraftmaschine 200 einen Kompressor 41 vor, bei welchem der Antrieb 44 über eine Kupplung 45 und ein Antriebsmittel 46, wie ein Riemen, Kette, Zahnrad oder dgl. Verbindung zu einer Kurbelwelle auf der Kraftabgabeseite KS des Brennkraftmotors mechanisch angetrieben angeschlossen ist. Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine 100, 200 aufweisend: einen Brennkraftmotor 10 mit einer Abgasseite AG und einer Ladefluidseite LL;
ein Aufladesystem umfassend:
- einen Abgasturbolader 20 zur Aufladung des Brennkraftmotors 10, mit einer Verdichte- ranordnung auf der Ladefluidseite LL und einer Turbinenanordnung auf der Abgasseite
AG,
- einen Kompressor 41 , dessen Primärseite 41.1 auf der Ladefluidseite LL und dessen Sekundärseite 41.2 auf der Abgasseite AG angeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Aufladesystem weiter umfasst:
- eine Abgasrückführung 30 mit einer Rückführleitung 39 für Abgas von der Abgasseite AG des Brennkraftmotors 10 zur Ladefluidseite LL des Brennkraftmotors 10; und der Abgasturbolader 20 zur zweistufigen Aufladung des Brennkraftmotors 10 eine Niederdruckstufe ND und eine Hochdruckstufe HD aufweist, wobei
die Niederdruckstufe ND einen von einer Niederdruckturbine 21 der Turbinenanordnung angetriebenen Niederdruckverdichter 22 der Verdichteranordnung und
die Hochdruckstufe HD einen von einer Hochdruckturbine 23 der Turbinenanordnung angetriebenen Hochdruckverdichter 24 der Verdichteranordnung aufweist und wobei der Kompressor 41 zur Kompression von Aufladefluid aus der Niederdruckstufe ND und Zuführung des komprimierten Aufiadefluids zur Hochdruckstufe HD ausgebildet ist, wobei dessen Primärseite 41.1 auf der Sekundärseite 22.1 des Niederdruckverdichters 22 und dessen Sekundärseite 41.2 auf der Primärseite 23.1 der Hochdruckturbine 23 angeschlossen ist.
Bezugszeichenliste
1 Abgaskrümmer
1.2 Leitung (zum Abgasturbolader 20 führende Leitung)
1.3 Leitung (zur Abgasrückführung 30 führende Leitung)
2 Ladefluidkrümmer
2.1 , 2.2, 2.3 Leitung
3 Mischer
10 Brennkraftmotor
20 Abgasturbolader
21 Niederdruckturbine
22 Niederdruckverdichter
22.1 Sekundärseite des Niederdruckverdichters 22
23 Hochdruckturbine
23.1 Primärseite der Hochdruckturbine 23
24 Hochdruckverdichter
25 Niederdruckwärmetauscher
26 Hochdruckwärmetauscher
27 weitere Drossel
28 Ladeluftleitung
29 Abgasabführleitung
30 Abgasrückführung
31 erste Stufe
32 zweite Stufe
33 erster Wärmetauscher / Hochtemperatur-Wärmetauscher
34 Drossel (primärseitig angeordnete Drossel)
35 zweiter Wärmetauscher / Niedertemperatur-Wärmetauscher
36 Ventil
38 Bypass-Leitung
39 Rückführleitung
40 Kompressoranordnung
41 Kompressor
41.1 Primärseite des Kompressors 41
41.2 Sekundärseite des Kompressors 41
42 Ventil
43 separater Antrieb 44 Antrieb über Kurbelwelle
45 Kupplung
46 Antriebsmittel
49 Kompressorleitung
100, 200 Brennkraftmaschine
AG Abgasseite
HD Hochdruckstufe
KGS Kraftgegenseite
KS Kraftabgabeseite
LL Ladefluidseite
ND Niederdruckstufe
PND Niederdruckniveau
PHD Hochdruckniveau
U Umgebung

Claims

Patentansprüche
1. Brennkraftmaschine (100, 200) aufweisend:
einen Brennkraftmotor (10) mit einer Abgasseite (AG) und einer Ladefluidseite (LL) und ein Aufladesystem umfassend:
- einen Abgasturbolader (20) zur Aufladung des Brennkraftmotors (10), mit einer Verdichteranordnung auf der Ladefluidseite (LL) und einer Turbinenanordnung auf der Abgasseite (AG),
- einen Kompressor (41 ), dessen Primärseite (41.1) auf der Ladefluidseite (LL) und dessen Sekundärseite (41.2) auf der Abgasseite (AG) angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aufladesystem weiter umfasst:
- eine Abgasrückführung (30) mit einer Rückführleitung (39) für Abgas von der Abgasseite (AG) des Brennkraftmotors (10) zur Ladefluidseite (LL) des Brennkraftmotors (10); und
- der Abgasturbolader (20) zur zweistufigen Aufladung des Brennkraftmotors (10) eine Niederdruckstufe (ND) und ein Hochdruckstufe (HD) aufweist, wobei
die Niederdruckstufe (ND) einen von einer Niederdruckturbine (21) der Turbinenanordnung angetriebenen Niederdruckverdichter (22) der Verdichteranordnung und die Hochdruckstufe (HD) einen von einer Hochdruckturbine (23) der Turbinenanordnung angetriebenen Hochdruckverdichter (24) der Verdichteranordnung
aufweist, und wobei
- der Kompressor (41) zur Kompression von Aufladefluid aus der Niederdruckstufe (ND) und Zuführung des komprimierten Aufladefluids zur Hochdruckstufe (HD) ausgebildet ist, wobei dessen Primärseite (41.1 ) auf der Sekundärseite (22.1 ) des Niederdruckverdichters (22) und dessen Sekundärseite (41.2) auf der Primärseite (23.1 ) der Hochdruckturbi- ne (23) angeschlossen ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung (30) in Form einer wenigstens einstufigen Niedertemperatur-Abgasrückführung gebildet ist und wenigstens einen Wärmetauscher (33) aufweist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung (30) wenigstens eine, insbesondere einstellbare, Drossel (34) aufweist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung (30) in Form einer zweistufigen Niedertemperaturabgasrückführung gebildet ist und in einer ersten Stufe (31) einen ersten (33) und in einer zweiten Stufe (32) einen zweiten Wärmetauscher (35) aufweist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Stufe (32) der Abgasrückführung (30) die Rückführleitung (39) mit einem zweiten Wärmetauscher (35) und einer davon separaten Bypass-Leitung (38) aufweist, die an den zweiten Wärmetauscher (35) strömungsumgehend primärseitig und sekundär- seitig des zweiten Wärmetauschers (35) angeschlossen ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckstufe (ND) des Abgasturboladers (20) auf der Aufladefluidseite (LL) einen Niederdruckwärmetauscher (25) aufweist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärseite (41.1 ) des Kompressors (41) zwischen einem Niederdruckwärmetauscher (25) und dem Hochdruckverdichter (24) angeschlossen ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärseite (41.1) des Kompressors (41) zwischen dem Niederdruckverdichter (22) und einem Niederdruckwärmetauscher (25) angeschlossen ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckstufe (ND) des Abgasturboladers (20) auf der Aufladefluidseite (LL) frei von einem Wärmetauscher ist und die Primärseite (41.1) des Kompressors (41 ) zwischen dem Niederdruckverdichter (22) und dem Hochdruckverdichter (24) angeschlossen ist.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (41 ) von einer Kurbelwelle des Brennkraftmotors (10) antreibbar ist.
11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmittel (46) für den Kompressor (41) eine Kupplung (45) und/oder ein Getriebe aufweist.
12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (41 ) von einem vom Brennkraftmotor (10) separaten Antrieb (43) antreibbar ist.
13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmittel (46) für den Kompressor (41) einen Riemen, Kette, Zahnrad oder dgl. Verbindung zu einer Kurbelwelle des Brennkraftmotors (10) und/oder zu einem separaten Antrieb (44) aufweist.
14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompressorleitung (49) auf der Primärseite (41.1) des Kompressors (41) ein, insbesondere als Schwarz Weiss-Ventil mit nur zwei Schaltzuständen ausgebildetes oder regelbares, Ventil (42) aufweist.
15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Brennkraftmotor (10), insbesondere ein Reihenmotor oder V-Motor, in Form eines Mittelschnell-Läufers, insbesondere mit 350-900 U/min, oder Schnell-Läufers, insbesondere mit 500-2300 U/min, vorzugsweise 900-2000 U/min, gebildet ist.
16. Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, wie ein Traktor, Baufahrzeug oder Transportfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
PCT/EP2011/005310 2010-10-27 2011-10-21 Brennkraftmaschine WO2012055514A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013124042/06A RU2575509C2 (ru) 2010-10-27 2011-10-21 Тепловая машина
JP2013535303A JP5887353B2 (ja) 2010-10-27 2011-10-21 内燃機関
BR112013010405-8A BR112013010405B1 (pt) 2010-10-27 2011-10-21 máquina de combustão interna e veículo automotor
CN201180053000.2A CN103370511B (zh) 2010-10-27 2011-10-21 内燃机
US13/872,103 US9316180B2 (en) 2010-10-27 2013-04-27 Internal combustion engine
HK13114258.3A HK1186764A1 (zh) 2010-10-27 2013-12-24 內燃機

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010043027.7A DE102010043027B4 (de) 2010-10-27 2010-10-27 Brennkraftmaschine
DE102010043027.7 2010-10-27

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/872,103 Continuation-In-Part US9316180B2 (en) 2010-10-27 2013-04-27 Internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012055514A1 true WO2012055514A1 (de) 2012-05-03

Family

ID=44862936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/005310 WO2012055514A1 (de) 2010-10-27 2011-10-21 Brennkraftmaschine

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9316180B2 (de)
JP (1) JP5887353B2 (de)
CN (1) CN103370511B (de)
BR (1) BR112013010405B1 (de)
DE (1) DE102010043027B4 (de)
HK (1) HK1186764A1 (de)
WO (1) WO2012055514A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107762591A (zh) * 2016-08-18 2018-03-06 大众汽车有限公司 用于使颗粒过滤器再生的装置以及方法

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009142989A2 (en) * 2008-05-23 2009-11-26 Borgwarner Inc. Exhaust driven auxiliary air pump and products and methods of using the same
US8549854B2 (en) 2010-05-18 2013-10-08 Achates Power, Inc. EGR constructions for opposed-piston engines
DE102010024060B4 (de) * 2010-06-17 2012-04-05 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Frischgasversorgungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
US20130174548A1 (en) 2011-05-16 2013-07-11 Achates Power, Inc. EGR for a Two-Stroke Cycle Engine without a Supercharger
FI124348B (en) * 2012-02-24 2014-07-15 Wärtsilä Finland Oy Procedure for operating an internal combustion engine
JP6027318B2 (ja) * 2012-02-28 2016-11-16 日野自動車株式会社 多段過給システム
CN105849384B (zh) * 2013-12-19 2019-06-21 沃尔沃卡车集团 内燃机***
DE102014223508A1 (de) * 2014-11-18 2016-05-19 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Automatikgetriebes
CN104533599B (zh) * 2014-12-29 2017-06-20 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 内燃机的两级可调增压***
US9664148B2 (en) * 2015-03-31 2017-05-30 Electro-Motive Diesel, Inc. Engine system having increased pressure EGR system
DK178781B1 (en) * 2015-06-19 2017-01-23 Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland Large two-stroke turbocharged compression ignited internal combustion engine with an exhaust gas purification system
FR3037616B1 (fr) * 2015-06-22 2018-11-16 IFP Energies Nouvelles Dispositif pour le controle d'une quantite d'air introduit a l'admission d'un moteur a combustion interne a au moins double etage de suralimentation et procede utilisant un tel dispositif.
KR101816429B1 (ko) * 2016-08-10 2018-01-08 현대자동차주식회사 에어 블로잉 방식 egr 이물질 제거방법과 배기가스재순환시스템 적용 차량
DE102016124666A1 (de) 2016-12-16 2018-06-21 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine
DE102017110855B4 (de) * 2017-05-18 2019-10-17 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Einrichtung, Brennkraftmaschine
CN111936732B (zh) * 2018-03-29 2022-11-01 沃尔沃卡车集团 用于涡轮增压器***的车载诊断的方法和涡轮增压器***
EP3814623B1 (de) * 2018-06-29 2023-08-16 Volvo Truck Corporation Brennkraftmaschine
US11384942B2 (en) * 2018-12-10 2022-07-12 Lg Electronics Inc. Cogeneration system
CN209838527U (zh) * 2018-12-21 2019-12-24 博格华纳公司 用于内燃机增压的压缩机
GB2594058B (en) * 2020-04-09 2023-10-25 Bowman Power Group Ltd Turbocharged engine systems and a method of increasing boost pressure
US11753986B1 (en) * 2022-02-23 2023-09-12 Transportation Ip Holdings, Llc Methods and systems for turbocharger
US11795869B1 (en) * 2022-10-27 2023-10-24 Deere & Company Work vehicle compression ignition power system with intake heat exchanger
US12018626B1 (en) 2023-03-02 2024-06-25 Deere & Company Work vehicle dual fuel compression ignition power system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2121474A (en) 1982-03-26 1983-12-21 Komatsu Mfg Co Ltd Two-stage I.C. engine turbocharging
DE3807372A1 (de) * 1988-03-07 1989-09-21 Asea Brown Boveri Verbrennungsmotor mit zweistufigem abgasturbolader und nutzturbine
DE19837978A1 (de) 1998-04-16 1999-11-04 3K Warner Turbosystems Gmbh Aufgeladene Brennkraftmaschine
US6324846B1 (en) * 1999-03-31 2001-12-04 Caterpillar Inc. Exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine
DE10315148A1 (de) 2003-04-03 2004-11-04 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine
FR2895454A1 (fr) * 2005-12-23 2007-06-29 Renault Sas Systeme a plusieurs etages de suralimentation

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2121474A1 (de) 1971-04-30 1972-11-02 Daut + Rietz KG, Fabrik für Elktrofeinmechanik, 8500 Nürnberg Anordnung zum Festlegen von Zylinderabschnitten in Metallhülsen
DE2435004C3 (de) 1974-07-20 1978-11-30 Maschinenfabrik Augsburg-Nuernberg Ag, 8900 Augsburg Aufgeladene Viertaktbrennkraftmaschine
DE2706696C2 (de) * 1977-02-17 1982-04-29 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Friedrichshafen Gmbh, 7990 Friedrichshafen Verfahren zum Anlassen der Brennkammer einer Brennkraftmaschine
DE3225867A1 (de) * 1982-07-10 1984-01-12 Audi Nsu Auto Union Ag, 7107 Neckarsulm Brennkraftmaschine mit einem abgasturbolader
JPS6066829U (ja) * 1983-10-15 1985-05-11 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の２段過給装置
JPS61201828A (ja) * 1985-03-05 1986-09-06 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関のタ−ボ過給装置
JPH0512630U (ja) * 1991-07-29 1993-02-19 三菱自動車工業株式会社 遠心機械式タ−ボ過給装置
JP3315549B2 (ja) * 1994-01-25 2002-08-19 株式会社小松製作所 差動駆動過給装置及びその制御方法
JPH08200125A (ja) * 1995-01-25 1996-08-06 Toyota Motor Corp 内燃機関の高温始動時制御装置
DE19840629C2 (de) * 1998-09-05 2002-06-27 Daimler Chrysler Ag Antriebsaggregat für ein Fahrzeug
CA2342404C (en) * 2000-03-27 2007-05-15 Mack Trucks, Inc. Turbocharged engine with exhaust gas recirculation
DE10348131A1 (de) * 2003-10-16 2005-05-12 Daimler Chrysler Ag Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader und Sekundärlufteinblasung, sowie Diagnose und Regelung der Sekundärlufteinblasung
DE102005012306A1 (de) 2005-03-17 2006-09-28 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine hierzu
JP4525544B2 (ja) * 2005-09-28 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 過給機付き内燃機関
JP4692202B2 (ja) * 2005-10-06 2011-06-01 いすゞ自動車株式会社 ２段過給式エンジンのｅｇｒシステム
US7490462B2 (en) * 2006-02-21 2009-02-17 Caterpillar Inc. Turbocharged exhaust gas recirculation system
US7377270B2 (en) * 2006-10-23 2008-05-27 Caterpillar Inc. Exhaust gas recirculation in a homogeneous charge compression ignition engine
DE602006017451D1 (de) * 2006-10-24 2010-11-18 Renault Trucks Ein abgasrückführungssystem umfassender verbrennungsmotor
EP2087223A1 (de) * 2006-11-23 2009-08-12 Renault Trucks Ein abgasrückführungssystem umfassender verbrennungsmotor
WO2008127755A2 (en) * 2007-01-27 2008-10-23 Borgwarner Inc. Secondary air system for a combustion engine breathing system
WO2009002233A1 (en) * 2007-06-26 2008-12-31 Volvo Lastvagnar Ab Charge air system and charge air system operation method
DE102007054227A1 (de) * 2007-11-12 2009-05-14 Man Nutzfahrzeuge Ag Brennkraftmaschine mit AGR-Kühler
WO2009142989A2 (en) * 2008-05-23 2009-11-26 Borgwarner Inc. Exhaust driven auxiliary air pump and products and methods of using the same
JP5293941B2 (ja) * 2008-06-11 2013-09-18 株式会社Ｉｈｉ 集塵フィルタの再生方法
GB2464500B (en) * 2008-10-17 2013-02-20 Cummins Turbo Tech Ltd An internal combustion engine with exhaust gas recirculation
EP2356328A1 (de) * 2008-11-18 2011-08-17 ABB Turbo Systems AG Zweistufiges aufladesystem für abgasrezirkulation
FR2944560B1 (fr) * 2009-04-16 2011-04-01 Inst Francais Du Petrole Systeme de suralimentation a double etage avec dispositif d'epuration de gaz d'echappement pour moteur a combustion interne et procede pour commander un tel systeme
US8096123B2 (en) * 2009-05-29 2012-01-17 GM Global Technology Operations LLC System and method for mode transition for a two-stage series sequential turbocharger
CN201513258U (zh) * 2009-10-14 2010-06-23 上海交通大学 串联式两级增压发动机的混合式废气再循环多回路装置
US8522756B2 (en) * 2009-10-28 2013-09-03 Deere & Company Interstage exhaust gas recirculation system for a dual turbocharged engine having a turbogenerator system
US8596252B2 (en) * 2009-11-04 2013-12-03 International Engine Intellectual Property Company, Llc Emission control system for an engine having a two-stage turbocharger
US8387382B1 (en) * 2010-05-26 2013-03-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Diesel engine with air boosted turbocharger
US8627662B2 (en) * 2011-10-19 2014-01-14 General Electric Company Exhaust gas recirculation heat recovery system and method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2121474A (en) 1982-03-26 1983-12-21 Komatsu Mfg Co Ltd Two-stage I.C. engine turbocharging
DE3807372A1 (de) * 1988-03-07 1989-09-21 Asea Brown Boveri Verbrennungsmotor mit zweistufigem abgasturbolader und nutzturbine
DE19837978A1 (de) 1998-04-16 1999-11-04 3K Warner Turbosystems Gmbh Aufgeladene Brennkraftmaschine
US6324846B1 (en) * 1999-03-31 2001-12-04 Caterpillar Inc. Exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine
DE10315148A1 (de) 2003-04-03 2004-11-04 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine
FR2895454A1 (fr) * 2005-12-23 2007-06-29 Renault Sas Systeme a plusieurs etages de suralimentation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107762591A (zh) * 2016-08-18 2018-03-06 大众汽车有限公司 用于使颗粒过滤器再生的装置以及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103370511B (zh) 2015-11-25
US20130232972A1 (en) 2013-09-12
HK1186764A1 (zh) 2014-03-21
RU2013124042A (ru) 2014-12-10
US9316180B2 (en) 2016-04-19
JP5887353B2 (ja) 2016-03-16
DE102010043027B4 (de) 2019-08-14
BR112013010405B1 (pt) 2021-01-26
DE102010043027A1 (de) 2012-05-03
CN103370511A (zh) 2013-10-23
BR112013010405A2 (pt) 2016-08-02
JP2013540945A (ja) 2013-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010043027B4 (de) Brennkraftmaschine
DE102011084782B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung
DE102014224474B4 (de) Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor und Betriebsverfahren für die Aufladeeinrichtung
WO2012110217A1 (de) Antriebsstrang mit aufgeladenem verbrennungsmotor und turbocompoundsystem
DE102010006722A1 (de) Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung
DE102019125118A1 (de) Verbrennungsmotorsystem und Verfahren zum Steuern desselben
WO2011018135A1 (de) Verbrennungskraftmaschine
DE102008015591A1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung
WO2006066739A1 (de) Verfahren zum betreiben einer verbrennungskraftmaschine mit ladeluftaufladung und verbrennungskraftmaschine
EP1722080A2 (de) Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben dieser
DE102014221331A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens umfassend eine variable Turbine
DE102007028522A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine
DE102012012730A1 (de) Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine
EP2058485A1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE102012014205B3 (de) Brennkraftmaschine und zugehöriges Steuerverfahren
DE102014019556A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen
DE102014211127A1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Abgasturboladern und Abgasrückführung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE102011107120A1 (de) Aufladeeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
DE202015102241U1 (de) Zweistufig aufladbare Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlung
DE102015200601B3 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit Lader und Elektromaschine und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE202014102710U1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Abgasturboladern
EP2058486B1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE102015219122A1 (de) Verfahren zur Ladedruckeinstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Elektromaschine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens
DE102015207545A1 (de) Zweistufig aufladbare Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE102014211128A1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Abgasturboladern und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11775740

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013535303

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013124042

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11775740

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112013010405

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112013010405

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20130429