AT512073B1 - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1), insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit einem Einlassstrang (3) und einem Abgasstrang (4), sowie mit zumindest einem Abgasturbolader (6) mit einem Verdichter (5) im Einlassstrang (3), welche mit zumindest einer ersten Abgasturbine (7) im Abgasstrang (4) antriebsverbunden ist. Um auf möglichst einfache und effiziente Weise Abgasrestwärme nutzen zu können, ist vorgesehen, dass im Abgasstrang (4) stromabwärts der ersten Abgasturbine (7) des Abgasturboladers (6) eine zweite Abgasturbine (11) angeordnet ist, und dass eine Druckluftumgehungsleitung (13) vom Einlassstrang (3) stromabwärts des Verdichters (5) des Abgasturboladers (6) abzweigt und zwischen der ersten Abgasturbine (7) und der zweiten Abgasturbine (11) in den Abgasstrang (4) einmündet.The invention relates to an internal combustion engine (1), in particular a diesel internal combustion engine, with an intake line (3) and an exhaust line (4), and with at least one exhaust gas turbocharger (6) with a compressor (5) in the inlet line (3), which at least a first exhaust gas turbine (7) in the exhaust line (4) is drivingly connected. In order to be able to use residual exhaust heat in the simplest and most efficient manner, it is provided that a second exhaust gas turbine (11) is arranged downstream of the first exhaust gas turbine (7) of the exhaust gas turbocharger (6) in the exhaust gas line (4), and that a compressed air bypass line (13) from Inlet line (3) branches off downstream of the compressor (5) of the exhaust gas turbocharger (6) and opens into the exhaust line (4) between the first exhaust gas turbine (7) and the second exhaust gas turbine (11).
Description
österreichisches Patentamt AT512 073B1 2013-12-15Austrian Patent Office AT512 073B1 2013-12-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit einem Einlassstrang und einem Abgasstrang, sowie mit zumindest einem Abgasturbolader mit einem Verdichter im Einlassstrang, welche mit zumindest einer ersten Abgasturbine im Abgasstrang antriebsverbunden ist wobei im Abgasstrang stromabwärts der ersten Abgasturbine des Abgasturboladers eine zweite Abgasturbine angeordnet ist, und dass eine Druckluftumgehungsleitung vom Einlassstrang stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers abzweigt und zwischen der ersten Abgasturbine und der zweiten Abgasturbine in den Abgasstrang einmündet.The invention relates to internal combustion engines, in particular diesel internal combustion engine, with an intake manifold and an exhaust system, and with at least one exhaust gas turbocharger with a compressor in the intake manifold, which is drivingly connected to at least a first exhaust gas turbine in the exhaust system wherein the exhaust gas downstream of the first exhaust gas turbine Exhaust gas turbocharger, a second exhaust gas turbine is arranged, and that a compressed air bypass line branches off from the intake manifold downstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger and opens into the exhaust line between the first exhaust gas turbine and the second exhaust gas turbine.
[0002] Bedingt durch stetige Weiterentwicklungen erreichen Abgasturbolader bereits Wirkungsgrade von bis zu 80%. Dies hat den Nebeneffekt, dass in bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine die durch die Abgasturbine des Abgasturboladers erzeugte Leistung den Bedarf des Verdichters zur Erreichung eines gewünschten Kraftstoff/Luft-Verhältnisses übersteigt. Es ist bekannt, den Leistungsüberschuss der Abgasturbine in Form von überschüssigem Abgas über ein sogenanntes "Waste Gate" an der Abgasturbine vorbeizuleiten.Due to continuous developments exhaust gas turbochargers already achieve efficiencies of up to 80%. This has the side effect that in certain operating ranges of the internal combustion engine, the power generated by the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger exceeds the demand of the compressor to achieve a desired air / fuel ratio. It is known that the excess power of the exhaust gas turbine in the form of excess exhaust gas via a so-called "waste gate". pass the exhaust gas turbine.
[0003] Der relativ hohe Abgasdruck beim Austritt aus der Brennkraftmaschine wird durch die Abgasturbine des Abgasturboladers genutzt, allerdings verbleibt ein sehr großer Anteil an thermischer Energie im Abgas. Somit hat das Abgas nach dem Abgasturbolader zwar einen niedrigen Druck, aber weiterhin eine hohe Temperatur. Diese Energie wurde bisher nur mittels Wärmeüberträger und daran angeschlossene Prozesse genutzt, welche jedoch, bedingt durch die Anzahl der dafür benötigten Komponenten, in Summe einen sehr niedrigen Wirkungsgrad aufweisen.The relatively high exhaust pressure at the exit from the internal combustion engine is used by the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger, however, remains a very large proportion of thermal energy in the exhaust gas. Thus, the exhaust gas after the exhaust gas turbocharger, although a low pressure, but still a high temperature. This energy was previously used only by means of heat transfer and related processes, which, however, due to the number of components required for it, in total have a very low efficiency.
[0004] Die EP 1 916 397 A beschreibt beispielsweise ein Wärmerückgewinnungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer sogenannten Turbo-Compound-Turbine im Abgasstrang. Stromabwärts der Turbo-Compound-Turbine ist im Abgasstrang ein in einen Kältemittelkreislauf eingebundener Wärmetauscher angeordnet. Das durch die Abgaswärme erhitzte Kältemittel wird in einer Abgasturbine einer zweiten Turbo-Compound-Turbine entspannt und die erzeugte mechanische Arbeit der Brennkraftmaschine zugeführt. Dieser Vorschlag zur Nutzung der Restwärme im Abgas ist relativ aufwändig und benötigt viel Bauraum.EP 1 916 397 A, for example, describes a heat recovery system for an internal combustion engine with a so-called turbo-compound turbine in the exhaust gas system. Downstream of the turbo-compound turbine, a heat exchanger integrated in a refrigerant circuit is arranged in the exhaust gas line. The heated by the exhaust heat refrigerant is expanded in an exhaust turbine of a second turbo-compound turbine and fed the generated mechanical work of the internal combustion engine. This proposal for using the residual heat in the exhaust gas is relatively complex and requires a lot of space.
[0005] Die US 4,404,805 A zeigt in der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante eine Brennkraftmaschine mit einem Einlassstrang, einen Abgasstrang sowie mit einem ersten und einem zweiten Abgasturbolader. Dabei zweigt vom Einlassstrang eine Druckluftumgehungsleitung stromabwärts des Verdichters des ersten Abgasturboladers ab und mündet zwischen den Abgasturbinen der beiden Abgasturbolader in den Abgasstrang ein.In the variant embodiment shown in FIG. 4, US Pat. No. 4,404,805 A shows an internal combustion engine with an intake branch, an exhaust system and with a first and a second exhaust gas turbocharger. In this case, a compressed air bypass line branches off the inlet branch downstream of the compressor of the first exhaust gas turbocharger and flows into the exhaust gas line between the exhaust gas turbines of the two exhaust gas turbochargers.
[0006] Die US 4,404,805 A zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem einzigen Abgasturbolader, wobei stromaufwärts des Verdichters des Abgasturboladers eine Druckluftumgehungsleitung vom Einlassstrang abzweigt und über eine Strahlpumpe in den Abgassammler einmündet, wobei die Strahlpumpe stromabwärts der Abgasturbine des Abgasturboladers aus dem Abgasstrang entnommenes Abgas einströmt.The US 4,404,805 A shows an internal combustion engine with a single exhaust gas turbocharger, upstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger branches off a compressed air bypass line from the inlet branch and opens via a jet pump into the exhaust manifold, wherein the jet pump downstream of the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger flows from the exhaust gas taken exhaust gas.
[0007] Die US 6 324 846 B1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang und einem Einlassstrang, wobei zwei Abgasturbolader vorgesehen sind, deren Abgasturbinen im Abgasstrang und deren Verdichter im Einlassstrang hintereinander geschaltet sind. Zwischen Auslassstrang und Einlassstrang ist eine Hochdruck-Abgasrückführleitung vorgesehen. Stromabwärts des Verdichters des ersten Abgasturboladers geht vom Einlassstrang eine Druckluftumgehungsleitung aus, welche zwischen den beiden Abgasturbinen in den Abgasstrang einmündet. Jeder der beiden Abgasturbolader weist einen Generator auf.US 6,324,846 B1 discloses an internal combustion engine with an exhaust line and an intake manifold, wherein two exhaust gas turbochargers are provided, the exhaust gas turbines are connected in the exhaust line and the compressor in the inlet line one behind the other. Between Auslassstrang and intake manifold a high-pressure exhaust gas recirculation line is provided. Downstream of the compressor of the first exhaust gas turbocharger, a compressed-air bypass line, which opens into the exhaust gas line between the two exhaust gas turbines, starts from the inlet line. Each of the two turbochargers has a generator.
[0008] Weiters ist es auch aus der US 2001/035 171 A1 bekannt, stromaufwärts eines Verdichters eines Abgasturboladers von einem Einlassstrang eine Druckluftumgehungsleitung abzuzweigen und zwischen zwei seriell im Abgasstrang angeordnete Abgasturbinen einmünden zu lassen. 1 /6 österreichisches Patentamt AT512 073B1 2013-12-15 [0009] Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst geringem Aufwand eine effektive Nutzung der Abgasrestwärme zu ermöglichen.Furthermore, it is also known from US 2001/035 171 A1, upstream of a compressor of an exhaust gas turbocharger from an inlet branch branch off a compressed air bypass line and let open between two serially arranged in the exhaust system exhaust gas turbines. The object of the invention is to allow effective use of residual exhaust heat with the least possible effort.
[0010] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die zweite Abgasturbine mit einer elektrischen Maschine antriebsverbunden ist und die Druckluftumgehungsleitung über eine Strahlpumpe in den Abgasstrang einmündet, wobei die Druckluftumgehungsleitung über eine Düse in die Strahlpumpe, vorzugsweise im Bereich oder stromaufwärts einer Querschnittsverminderung des Abgasstranges, einmündet und wobei stromabwärts der Querschnittsverminderung die Strahlpumpe und/oder eine Abgasleitung des Abgasstranges diffusorartig erweitert ist.According to the invention this is achieved in that the second exhaust gas turbine is drivingly connected to an electric machine and the compressed air bypass line opens via a jet pump in the exhaust line, the compressed air bypass line via a nozzle in the jet pump, preferably in the region or upstream of a cross-section reduction of the exhaust line, opens and wherein downstream of the cross-sectional reduction, the jet pump and / or an exhaust pipe of the exhaust line is expanded diffuser-like.
[0011] Dabei wird ein Teil der durch den Verdichter komprimierten Ladeluft aus dem Einlassstrang entnommen und dem Abgasstrang stromabwärts der ersten Abgasturbine dem Abgas im Abgasstrang zugemischt und nach Durchmischung mit Abgas der zweiten Abgasturbine im Abgasstrang zugeführt, wobei vorzugsweise die Druckluft in jenen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine den Einlassstrang entnommen wird, in welchen die Förderleistung des Verdichters den Luftbedarf der Brennkraftmaschine übersteigt.In this case, a portion of the compressed air compressed by the charge air is taken from the intake manifold and the exhaust line downstream of the first exhaust gas admixed to the exhaust gas in the exhaust line and fed after mixing with exhaust gas of the second exhaust gas turbine in the exhaust line, preferably the compressed air in those operating ranges of the internal combustion engine the intake line is removed, in which the capacity of the compressor exceeds the air requirement of the internal combustion engine.
[0012] Die Abgasturbine des Abgasturboladers erzeugt auch hier in gewissen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine mehr Leistung, als der Verdichter zum Erreichen des gewünschten Kraftstoff/Luftverhältnisses benötigt. Zum Unterschied zu bekannten Anordnungen, bei denen über ein „Waste Gate" das überschüssige Abgas an der Abgasturbine vorbeigeleitet wird, wird bei der vorliegenden Erfindung das gesamte Abgas durch die Abgasturbine geleitet, wodurch somit mehr Luft als nötig durch den Verdichter komprimiert wird. Diese überschüssige Druckluft wird anschließend über die Druckluftumgehungsleitung dem Abgasstrang stromabwärts des Abgasturboladers, vorzugsweise mittels einer Strahlpumpe, zugeführt und dadurch das Druckniveau des Abgases im Abgasstrang angehoben, wobei das Kraftstoff/Luftverhältnis konstant bleibt. Mittels der nachgeschalteten zweiten Abgasturbine, welche eine Restwärmeturbine bildet, wird das erhöhte Druckniveau anschließend in elektrische Energie umgewandelt.The exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger generated here in certain operating points of the internal combustion engine more power than the compressor needed to achieve the desired fuel / air ratio. Unlike known arrangements where a "waste gate" is used. in the present invention, the entire exhaust gas is passed through the exhaust gas turbine, thus more compressed air than necessary by the compressor. This excess compressed air is then fed via the compressed air bypass line to the exhaust gas line downstream of the exhaust gas turbocharger, preferably by means of a jet pump, thereby raising the pressure level of the exhaust gas in the exhaust gas line, the fuel / air ratio remaining constant. By means of the downstream second exhaust gas turbine, which forms a residual heat turbine, the increased pressure level is subsequently converted into electrical energy.
[0013] Um das Energieniveau der überschüssigen Druckluft zu heben, ist es vorteilhaft, eine relativ klein dimensionierte erste Abgasturbine einzusetzen, durch welche das durch die Brennkraftmaschine ausgestoßene Abgas stärker aufgestaut und somit mehr Leistung produziert wird. Somit kann vom Verdichter eine relativ große Luftmenge verdichtet werden, wodurch wiederum mehr Druckluft über die Druckluftumgehungsleitung dem Abgas zugeführt werden kann. Eine Grenze hierbei stellt die Höhe des vor der ersten Abgasturbine erzeugten Staudrucks dar, da sich dieser negativ auf die Ausschiebearbeit der Brennkraftmaschine und deshalb auf deren Leistung auswirkt. Beispielsweise haben Berechnungen ergeben, dass der Staudruck einen Wert von etwa 4 bar nicht überschreiten sollte, um die Motorleistung nicht zu stark abzusenken.In order to raise the energy level of the excess compressed air, it is advantageous to use a relatively small dimensioned first exhaust gas turbine, through which the exhaust gas emitted by the internal combustion engine dammed more and thus more power is produced. Thus, a relatively large amount of air can be compressed by the compressor, which in turn more compressed air can be supplied via the compressed air bypass to the exhaust gas. A limit here is the amount of dynamic pressure generated before the first exhaust gas turbine, since this has a negative effect on the Ausschiebearbeit the internal combustion engine and therefore on their performance. For example, calculations have shown that the dynamic pressure should not exceed a value of about 4 bar in order not to lower the engine power too much.
[0014] Dadurch, dass die Druckluftumgebungsleitung über eine Strahlpumpe in den Abgasstrang einmündet, kann die Restwärmeenergie im Abgasstrang und die Energie der durch die Druckluftumgehungsleitung zuströmenden Druckluft optimal genutzt werden. Derartige Strahlpumpen dienen im Wesentlichen dazu, die Druckenergie einer Strömung zu einem großen Teil in kinetische Energie umzuwandeln. Im vorliegenden Fall findet dabei eine Impulsübertragung von der Druckluft auf das Abgas statt. Dadurch kann das Druckniveau des bereits in der ersten Abgasturbine entspannten Abgases in dem Diffusorteil der Strahlpumpe wieder angehoben werden, um dieses anschließend in der zweiten Abgasturbine abzuarbeiten. Die Druckluft strömt dabei mit sehr viel höherer Geschwindigkeit und bei annähernd gleichem Druck wie das Abgas in die Strahlpumpe ein. Beim Zusammentreffen der beiden Medien überträgt sich der Impuls der Druckluft auf das heißere Abgas und beschleunigt dieses somit. Anschließend wird die dadurch erreichte Geschwindigkeit in einem Diffusor in Druck umgewandelt. Die Einströmung der Druckluft in die Strahlpumpe kann über eine Düse und/oder im Bereich einer Querschnittsverminderung erfolgen, wobei stromabwärts der Querschnittsverminderung die Strahlpumpe und/oder die Abgasleitung des Abgasstranges diffusorartig erweitert ist.Characterized in that the compressed air ambient line opens via a jet pump in the exhaust line, the residual heat energy in the exhaust line and the energy of the incoming compressed air bypass line compressed air can be optimally used. Such jet pumps essentially serve to convert the pressure energy of a flow into kinetic energy to a large extent. In the present case, a pulse transmission from the compressed air to the exhaust gas takes place. As a result, the pressure level of the exhaust gas already expanded in the first exhaust gas turbine can be raised again in the diffuser part of the jet pump in order to then process it in the second exhaust gas turbine. The compressed air flows at much higher speed and at approximately the same pressure as the exhaust gas into the jet pump. When the two media meet, the impulse of the compressed air is transferred to the hotter exhaust gas and thus accelerates it. Subsequently, the speed achieved thereby is converted into pressure in a diffuser. The inflow of the compressed air into the jet pump can take place via a nozzle and / or in the region of a cross-sectional reduction, wherein downstream of the cross-sectional reduction, the jet pump and / or the exhaust pipe of the exhaust line is expanded diffuser-like.
[0015] Die Druckluftumgehungsleitung kann ein steuerbares Ventil aufweisen, um eine einfache Steuerung bzw. Regelung zu ermöglichen. Es ist auch denkbar, zusätzlich oder alternativ dazu 2/6 österreichisches Patentamt AT512 073B1 2013-12-15 ein Rückschlagventil in der Druckluftumgehungsleitung anzuordnen.The compressed air bypass line may have a controllable valve to allow easy control. It is also conceivable to additionally or alternatively to arrange a check valve in the compressed air bypass line.
[0016] In Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Abgasstrang und dem Einlassstrang ein Abgasrückführstrang angeordnet ist, welcher vorzugsweise stromaufwärts der ersten Abgasturbine vom Abgasstrang ausgeht und welcher besonders vorzugsweise stromabwärts des Verdichters in den Einlassstrang einmündet (Hochdruck/Hochdruck-Abgasrückführsystem).In continuation of the invention can be provided that between the exhaust line and the intake manifold an exhaust gas recirculation line is arranged, which preferably emanates upstream of the first exhaust gas turbine from the exhaust line and which particularly preferably downstream of the compressor in the inlet line opens (high-pressure / high-pressure exhaust gas recirculation system) ,
[0017] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Fig. näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to FIG.
[0018] Es zeigen schematisch [0019] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine und [0020] Fig. 2 eine Strahlpumpe der Brennkraftmaschine aus Fig. 1 im Längsschnitt.1 shows an internal combustion engine according to the invention; and [0020] FIG. 2 shows a jet pump of the internal combustion engine from FIG. 1 in longitudinal section.
[0021] Fig. 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 2 mit einem Einlassstrang 3 und einem Abgasstrang 4. Im Einlassstrang 3 ist der Verdichter 5 eines Abgasturboladers 6 stromaufwärts eines Ladeluftkühlers 8 angeordnet. Mit Bezugszeichen 9 ist weiters ein Luftfilter und mit Bezugszeichen 10 ein Einlasssammler im Einlassstrang 3 bezeichnet. Die im Abgasstrang 4 angeordnete erste Abgasturbine des Abgasturboladers 6 ist mit Bezugszeichen 7 bezeichnet. Stromabwärts der ersten Abgasturbine 7 des Abgasturboladers 6 ist eine zweite Abgasturbine 11 angeordnet, welche mit einer elektrischen Maschine 12 zur Stromerzeugung antriebsverbunden ist. Eine stromabwärts der zweiten Abgasturbine 11 angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung ist mit Bezugszeichen 13 bezeichnet.Fig. 1 shows schematically an internal combustion engine 1 with a plurality of cylinders 2 with an intake manifold 3 and an exhaust line 4. In the intake line 3, the compressor 5 of an exhaust gas turbocharger 6 upstream of a charge air cooler 8 is arranged. Reference numeral 9 further denotes an air filter and reference numeral 10 designates an inlet header in the inlet branch 3. The arranged in the exhaust line 4 first exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger 6 is denoted by reference numeral 7. Downstream of the first exhaust gas turbine 7 of the exhaust gas turbocharger 6, a second exhaust gas turbine 11 is arranged, which is drivingly connected to an electric machine 12 for generating electricity. An exhaust gas aftertreatment device arranged downstream of the second exhaust gas turbine 11 is designated by reference numeral 13.
[0022] Stromabwärts des Verdichters 5 des Abgasturboladers 6 zweigt vom Einlassstrang 3 eine Druckluftumgehungsleitung 13 ab und mündet zwischen der ersten Abgasturbine 7 und der zweiten Abgasturbine 11 in den Abgasstrang 4 ein. Der Durchfluss durch die Druckluftumgehungsleitung 13 kann durch ein Steuerventil 14 gesteuert werden.Downstream of the compressor 5 of the exhaust gas turbocharger 6 branches off from the intake manifold 3 from a compressed air bypass line 13 and flows into the exhaust line 4 between the first exhaust gas turbine 7 and the second exhaust gas turbine 11. The flow through the compressed air bypass line 13 can be controlled by a control valve 14.
[0023] Die Druckluftumgehungsleitung 13 mündet im Bereich einer Strahlpumpe 15 in den Abgasstrang 4 ein. Die Einspeisung der Druckluft der Druckluftumgehungsleitung 13 in den Abgasstrang 4 erfolgt dabei über eine Düse 16, wobei im Bereich oder unmittelbar stromabwärts der Einmündungsstelle die Strahlpumpe 15 eine Querschnittsverengung 17 aufweist. An die Querschnittsverengung 17 schließt eine durch einen Diffusor 18 gebildete Querschnittserweiterung an. Mit Bezugszeichen 4a ist eine ebenfalls diffusorartig erweiterte Abgasleitung des Abgasstranges 4 bezeichnet.The compressed air bypass line 13 opens in the region of a jet pump 15 in the exhaust line 4 a. The supply of compressed air of the compressed air bypass line 13 in the exhaust line 4 takes place via a nozzle 16, wherein the jet pump 15 has a cross-sectional constriction 17 in the region or immediately downstream of the junction. The cross-sectional constriction 17 is followed by a cross-sectional widening formed by a diffuser 18. Reference numeral 4a denotes a likewise diffuser-like expanded exhaust gas line of the exhaust line 4.
[0024] In zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 1 produziert die erste Abgasturbine 7 des Abgasturboladers 6 zum Antrieb des Verdichters 5 mehr Leistung, als der Verdichter 5 zum Erreichen des gewünschten Kraftstoff/Luftverhältnisses benötigen würde. Die überschüssige komprimierte Luft wird durch die Druckluftumgehungsleitung 13 zum Abgasstrang 4 stromabwärts der ersten Abgasturbine 7 zugeführt, wobei das Druckniveau des Abgases gehoben werden kann, während das Verbrennungsluftverhältnis konstant bleibt. Mittels der nachgeschalteten zweiten Abgasturbine 11 (Abgasrestwärmeturbine) wird das erhöhte Druckniveau anschließend in elektrische Energie umgewandelt.In at least one operating range of the internal combustion engine 1, the first exhaust gas turbine 7 of the exhaust gas turbocharger 6 to drive the compressor 5 produces more power than the compressor 5 would need to achieve the desired air / fuel ratio. The excess compressed air is supplied through the compressed air bypass line 13 to the exhaust line 4 downstream of the first exhaust gas turbine 7, wherein the pressure level of the exhaust gas can be raised while the combustion air ratio remains constant. By means of the downstream second exhaust gas turbine 11 (exhaust residual heat turbine), the increased pressure level is subsequently converted into electrical energy.
[0025] Die Vermischung der Druckluft der Druckluftumgehungsleitung 13 mit dem Abgas im Abgasstrang 4 wird über eine sogenannte Strahlpumpe 15 realisiert, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Strahlpumpe 15 übernimmt die Funktion, eine Impulsübertragung von der Druckluft auf das Abgas durchzuführen. Dadurch kann das Druckniveau des bereits in der ersten Abgasturbine 7 entspannten Abgases wieder angehoben werden, um dieses anschließend in der zweiten Abgasturbine 11 abzuarbeiten.The mixing of the compressed air of the compressed air bypass line 13 with the exhaust gas in the exhaust line 4 is realized via a so-called jet pump 15, as shown in Fig. 2. The jet pump 15 assumes the function of performing a pulse transmission from the compressed air to the exhaust gas. As a result, the pressure level of the exhaust gas already expanded in the first exhaust gas turbine 7 can be raised again in order to then process it in the second exhaust gas turbine 11.
[0026] Die Druckluft strömt mit sehr viel höherer Geschwindigkeit und bei annähernd gleichem Druck wie das Abgas über die Düse 16 in die Strahlpumpe 15 ein. Beim Zusammentreffen der beiden Medien überträgt sich der Impuls der Druckluft auf das Abgas und beschleunigt dieses somit. Anschließend wird die dadurch erreichte Geschwindigkeit im Diffusor 18 in Druck umgewandelt. 3/6 österreichisches Patentamt AT512 073 B1 2013-12-15 [0027] Um ein hohes nutzbares Druckniveau zur Verfügung stellen zu können, ist es vorteilhaft, die erste Abgasturbine 7 vergleichsweise klein auszulegen, wodurch das aus der Brennkraftmaschine 1 ausgestoßene Abgas stärker aufgestaut wird und auch mehr Leistung produziert wird. Somit kann vom Verdichter 5 eine relativ große Luftmenge verdichtet werden, wodurch wiederum mehr Druckluft über die Druckluftumgehungsleitung 13 dem Abgas zugeführt werden kann. Eine Grenze hierbei stellt die Höhe des von der ersten Abgasturbine 7 erzeugten Staudrucks dar, da sich dieser negativ auf die Ausschiebearbeit der Brennkraftmaschine 1 und deshalb auf deren Leistung auswirkt. Berechnungen haben ergeben, dass der Staudruck einen Wert von etwa 4 bar nicht überschreiten sollte, um eine zu starke Reduzierung der Motorleistung zu vermeiden.The compressed air flows at a much higher speed and at approximately the same pressure as the exhaust gas via the nozzle 16 in the jet pump 15 a. When the two media meet, the momentum of the compressed air is transferred to the exhaust gas and thus accelerates it. Subsequently, the speed achieved in the diffuser 18 is converted into pressure. To be able to provide a high usable pressure level, it is advantageous to make the first exhaust gas turbine 7 comparatively small, as a result of which the exhaust gas expelled from the internal combustion engine 1 is accumulated to a greater degree and also more power is produced. Thus, the compressor 5, a relatively large amount of air to be compressed, which in turn more compressed air can be supplied via the compressed air bypass line 13 to the exhaust gas. A limit here is the height of the dynamic pressure generated by the first exhaust gas turbine 7, since this has a negative effect on the Ausschiebearbeit the internal combustion engine 1 and therefore on their performance. Calculations have shown that the dynamic pressure should not exceed a value of about 4 bar in order to avoid an excessive reduction in engine power.
[0028] Die Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft bei Dieselmotoren, insbesondere bei Großdieselmotoren und Nutzfahrzeugdieselmotoren einsetzen.The invention can be used particularly advantageously in diesel engines, in particular in large diesel engines and commercial vehicle diesel engines.
[0029] Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann die Erfindung auch mit einem Hochdruck/Hochdruck-Abgasrückführsystem 20 kombiniert werden. In Fig. 1 ist dabei mit Bezugszeichen 21 ein Abgasrückführkühler bezeichnet. 4/6As can be seen from Fig. 1, the invention can also be combined with a high pressure / high pressure exhaust gas recirculation system 20. In Fig. 1, reference numeral 21 designates an exhaust gas recirculation cooler. 4.6
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