AT3396U1

AT3396U1 - Turbocompound-brennkraftmaschine mit mehreren zylindern

Info

Publication number: AT3396U1
Application number: AT0084098U
Authority: AT
Inventors: Robert Roithinger
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2000-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbocompound-Brennkraftmaschine (1) mit mehreren Zylindern (2), mit einem einen Verdichter (31) aufweisenden Einlaßsystem (3) und einem zumindest eine Turbine (44) aufweisenden Auslaßsystem (4), wobei zumindest eine Turbinenstufe (45) mechanisch mit der Kurbelwelle (8) verbunden ist und wobei der Verdichter (31) über die Turbine (44) angetrieben ist. Um den Kraftstoffverbrauch und die NO`x -Emissionen zu senken, ist vorgesehen, daß stromaufwärts der Turbine (44) vom Abgassystem (4) mindestens eine Abgasrückführleitung (51, 52) abzweigt und in das Einlaßsystem (3) mündet, wobei in der Abgasrückführleitung (51, 52) zumindest ein Abgassteuerorgan angeordnet ist.

Description

AT 003 396 Ul

Die Erfindung betrifft eine Turbocompound-Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, mit einem einen Verdichter aufweisenden Einlaßsystem und einem zumindest eine Turbine aufweisenden Auslaßsystem, wobei zumindest eine Turbinenstufe mechanisch mit der Kurbelwelle verbunden ist und wobei der Verdichter über die Turbine angetrieben ist.

Turbocompound-Brennkraftmaschinen der genannten Art sind beispielsweise aus der US 4 748 812 A und der US 5 119 633 A bekannt und zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Bremsleistung aus. Bei derartigen Turbocompound Brennkraftma-schinen ist meist der Rädertrieb durch einen Rollenfreilauf in der Gegenrichtung abgekoppelt, so daß nur Drehmoment durch die Turbinenstufe an die Kurbelwelle abgegeben werden kann. Um die vom Gesetzgeber vorgesehenen Grenzwerte für NOx-Emissionen zu erfüllen, ist es bekannt, interne oder externe Abgasrückführung einzusetzen, wodurch die Temperaturen im Brennraum abgesenkt werden und die Bildung von NOx stark verringert wird. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ist jedoch eine Abgasrückführung in bestimmten Kennfeldbereichen nicht ohne weiteres möglich, da durch die Turboladercharakteristik bedingt in diesen Betriebspunkten die mittleren Drücke im Einlaßsammler deutlich über jenen im Auspuffkrümmer liegen.

Aus der DE 43 19 380 Al ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine Düse-Diffusoreinheit in der Ladeluftleitung angeordnet ist, welche so ausgelegt ist, daß ein Ausgleich der Druckdifferenzen zwischen Auspuff und Einlaßsystem bewirkt wird, sodaß eine Abgasrückführung trotz ungünstiger Druckdifferenz zwischen Auspuff- und Saugsystem möglich ist. Die Düse-Diffusoreinheit ist über eine Bypaßleitung mit einem Steuerventil umgehbar. Mit diesem relativ hohen konstruktiven Aufwand kann praktisch in jedem Kennfeldbereich eine Abgasrückführung durchgeführt werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einer Turbocompound-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art den Kraftstoffverbrauch zu senken, ohne die NOx-Emissionen zu erhöhen.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, daß stromaufwärts der Turbine vom Abgassystem mindestens eine Abgasrückführleitung abzweigt und in das Einlaßsystem mündet, wobei in der Abgasrückführleitung zumindest ein Abgassteuerorgan angeordnet ist.

Die Erfindung macht sich dabei die Tatsache zu Nutze, daß bei Turbocompound-Brennkraft-maschinen, bei denen zumindest eine Turbinenstufe die Kurbelwelle antreibt, der Abgasgegendruck wesentlich höher als bei konventionellen durch Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschinen ist. Da somit der Druck auf der Abgasseite in den relevanten Betriebspunkten immer höher ist als auf der Einlaßseite, strömt Abgas in ausreichender Menge auch ohne Fremdunterstützung in den Einlaßsammler. Eine separate Düse-Diffusoreinheit kann somit entfallen. Somit ist vorgesehen, daß die Abgasrückführleitung an einer Stelle konstanten Querschnittes in das Einlaßsystem einmündet. 2 AT 003 396 Ul

In Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Abgassteuerorgan stromaufwärts eines Abgasrückfuhrkühlers angeordnet ist. Bei einer Brennkraftmaschine mit einer zweiflu-tigen Turbine werden dabei die beiden Abgasstränge bis zum Steuerorgan getrennt geführt, um einen Kurzschluß der beiden Zylinderbänke zu vermeiden. Bei einer einflutigen Turbine ist nur ein Abgassteuerorgan notwendig. Als Abgassteuerorgan kann beispielsweise eine Abgasklappe eingesetzt werden, insbesondere um im Auspuffbremsbetrieb die Abgasrück-führleitung geschlossen zu halten. Über das Abgassteuerorgan erfolgt die Zumessung der rückgeführten Abgasmenge.

Die beschriebene Verwendung eines bekannten Abgasrückführsystems bei einer Turbocom-pound-Brennkraftmaschine ermöglicht es, durch die Quencherwirkung des C02 bei konstantem NOx-Ausstoß die Verbrauchsvorteile einer frühen Kraftstoffeinspritzung nutzen zu können, wobei die Abgasrückführung aufgrund der Druckverhältnisse bei der Turbocompound-Brennkraftmaschine mit äußerst geringem Aufwand verwirklicht werden kann. Die hohe Motorbremsleistung des Turbocompoundmotors steht weiterhin voll zur Verfügung.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.

Die Fig. zeigt schematisch die erfindungsgemäße Turbocompound-Brennkraftmaschine 1, welche im Ausführungsbeispiel mit sechs Zylindern 2 ausgeführt ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Einlaßsystem 3, ein Auslaßsystem 4 und ein Abgasrückführsystem 5 auf. Das Einlaßsystem besteht aus einem Verdichter 31, einer Ladeluftleitung 32, einem Ladeluftkühler 33 und einem Einlaßsammler 34, welcher zu den einzelnen Zylindern 2 führt.

Das Auslaßsystem 4 besteht aus von den Zylindern 2 kommenden Abgaskrümmem 41, welche sich zu zwei Abgassträngen 42, 43 vereinigen und zu einer zweiflutigen Abgasturbine 44 führen. Der Abgasturbine 44 ist eine zweite Turbinenstufe 45 nachgeschaltet, welche über einen Rädertrieb 6 und einem Rollenfreilauf 7 mit einer durch Bezugszeichen 8 angedeuteten Kurbelwelle, mechanisch verbindbar ist.

Das Abgasrückführsystem 5 weist Abgasrückführleitungen 51, 52 auf, wobei von jedem Abgasstrang 42, 43 eine Abgasrückführleitung 51, 52 ausgeht. Knapp stromaufwärts eines Ab-gasrückführkühlers 53 ist in jeder Abgasrückführleitung 51, 52 ein als Abgasklappe ausgeführtes Abgassteuerorgan 54, 55 angeordnet, wobei die beiden Abgassteuerorgane 54, 55 zu einer Abgasdoppelklappe 56 zusammengefaßt sein können. Ist die Turbine 44 - wie im Ausführungsbeispiel - als zweiflutige Turbine ausgeführt, so ist es wesentlich, daß die beiden Abgasstränge 42, 43 und die Abgasrückführleitungen 51, 52 bis zu den Abgassteuerorganen 54, 55 getrennt geführt sind, um einen Kurzschluß der beiden Zylinderbänke zu vermeiden. Bei einer einflutigen Turbine ist nur ein Abgasstrang und eine Abgasrückführleitung sowie nur ein Abgassteuerorgan erforderlich.

Nach den Abgassteuerorganen 54, 55 vereinigen sich die Abgasrückführleitungen 51, 52 und münden gemeinsam in den Abgasrückfühfkühler 53. Stromabwärts des Abgasrückführkühlers 53 mündet die Abgasrückführleitung 57 in das Einlaßsystem 3 kurz vor dem Einlaßsammler 34. Aufgrund der günstigen Druckverhältnisse bei der Turbocompound-Brennkraftmaschine 1 3 AT 003 396 Ul kann die Einlaßleitung 35 im Bereich der Mündung der Abgasrückführleitung 57 mit gleichmäßigem Querschnitt - also ohne Düse-Diffusoreinheit - ausgeführt sein, da die Abgasrückführung ohne jede Fremdunterstützung möglich ist. Die zweite, mechanisch mit der Kurbelwelle 8 gekoppelte Turbinenstufe 45 erlaubt somit die Vorteile auf Verbrauch und Emissionen einer Abgasrückführung auf äußerst einfache Weise zu nutzen. 4

Claims

AT 003 396 Ul ANSPRÜCHE 1. Turbocompound-Brennkraftmaschine (1) mit mehreren Zylindern, mit einem einen Verdichter (31) aufweisenden Einlaßsystem (3) und einem zumindest eine Turbine (44) aufweisenden Auslaßsystem (4), wobei zumindest eine Turbinenstufe (45) mechanisch mit der Kurbelwelle (8) verbunden ist und wobei der Verdichter (31) über die Turbine (44) angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts der Turbine (44) vom Abgassystem (4) mindestens eine Abgasrückführleitung (51, 52) abzweigt und in das Einlaßsystem (3) mündet, wobei in der Abgasrückführleitung (51, 52) zumindest ein Abgassteuerorgan (54, 55) angeordnet ist.
2. Brennkrafitmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführleitung (51, 52) an einer Stelle konstanten Querschnittes in das Einlaßsystem (3) einmündet.
3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgassteuerorgan (54, 55) stromaufwärts eines Abgasrückführkühlers (53) angeordnet ist.
4. Brennkrafitmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgassystem (4) und die Abgasrückfuhrleitung (51, 52) zumindest bis stromaufwärts des Abgasrückführkühlers (53) zweiflutig ausgeführt ist, wobei in jedem Strang ein Abgassteuerorgan (54,55) angeordnet ist.
5. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abgassteuerorgane (54, 55) als Abgasdoppelklappe (56) ausgeführt sind. 5