AT518259A4 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

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AT518259A4 ATA50111/2016A AT501112016A AT518259A4 AT 518259 A4 AT518259 A4 AT 518259A4 AT 501112016 A AT501112016 A AT 501112016A AT 518259 A4 AT518259 A4 AT 518259A4
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Einlasssystem (3) und einem Auslasssystem (4), bei der Abgas in zumindest einem Betriebsmodus über einen ersten Abgasströmungsweg (6) durch eine Abgasturbine (8) eines Abgasturboladers (9) und/oder über einen zweiten Abgasströmungsweg (7) durch einen eine Nutzturbine (12) aufweisenden zweiten Abgasströmungsweg (7) geleitet wird, deren Abtriebswelle (13) mit einem elektrischen Generator (14) verbunden ist, wobei die ersten und zweiten Abgasströmungswege (6, 7) stromabwärts der Abgasturbine (8) des Abgasturboladers (9) und der Nutzturbine (12) zusammengeführt werden. in zumindest einem ersten Betriebsmodus (A) der Brennkraftmaschine (1) wird Abgas über den ersten Abgasströmungsweg (6) nur durch die Abgasturbine (8) des Abgasturboladers (9) geleitet, in zumindest einem zweiten Betriebsmodus (B) der Brennkraftmaschine (1) wird das Abgas sowohl über den ersten Abgasströmungsweg (6) durch die Abgasturbine (8) des Abgasturboladers (9) als auch über der zweiten Abgasströmungsweg (7) durch die Nutzturbine (12) geleitet, und in zumindest einem dritten Betriebsmodus (C) der Brennkraftmaschine (1) wird das Abgas – zumindest überwiegend - über den zweiten Abgasströmungsweg (7) durch die Nutzturbine (12) geleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Einlasssystem und einem Auslasssystem, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, bei der Abgas in zumindest einem Betriebsmodus über einen ersten Abgasströmungsweg durch eine Abgasturbine des Abgasturbolader eines Abgasturboladers und/oder über einen zweiten Abgasströmungsweg durch einen eine Nutzturbine aufweisenden zweiten Abgasströmungsweg geleitet wird, deren Abtriebswelle mit einem elektrischen Generator verbunden ist, wobei die ersten und zweiten Abgasströmungswege stromabwärts der ersten und der Nutzturbinen zusammengeführt werden.
Aus der AT 515 544 Bl ist eine Brennkraftmaschinemit mit einem Auslasssammler bekannt, der über einen ersten Abgasströmungsweg mit einer Abgasturbine eines Abgasturboladers und über einen zweiten Abgasströmungsweg mit einer Nutzturbine verbunden ist. Die Abtriebswelle der Nutzturbine ist entweder mechanisch mit der Brennkraftmaschine, mit einem weiteren Verdichter, oder einem elektrischen Generator verbunden. Die Abgasturbine des Turboladers und die Nutzturbine sind strömungsmäßig parallel zueinander angeordnet und beide verbinden den Auslasssammler mit einer Abgasleitung.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit hohem Wirkungsgrad zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Durchflüsse durch den ersten Abgasströmungsweg und durch den zweiten Abgasströmungsweg in Abhängigkeit zumindest eines Motorbetriebsparameters der Brennkraftmaschine vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe Lastsignal, Ladedruck und Abgastemperatur - verändert werden, wobei in zumindest einem ersten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine Abgas über den ersten Abgasströmungsweg nur durch die Abgasturbine des Abgasturbolader geleitet wird und der zweite Abgasströmungsweg durch die Nutzturbine vorzugsweise vollständig geschlossen wird; in zumindest einem zweiten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine der erste Abgasströmungsweg vollständig geöffnet wird und der zweite Abgasströmungsweg teilweise oder vollständig geöffnet wird und das Abgas sowohl über den ersten
Abgasströmungsweg durch die Abgasturbine des Abgasturbolader als auch über der zweiten Abgasströmungsweg durch die Nutzturbine geleitet wird; in zumindest einem dritten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine der erste Abgasströmungsweg - vorzugsweise bis auf einen Minimaldurchfluss - geschlossen wird und der zweite Abgasströmungsweg teilweise oder vollständig freigegeben wird, so dass das Abgas - zumindest überwiegend - über den zweiten Abgasströmungsweg durch die Nutzturbine geleitet wird.
Die Abgasturbine des Turboladers und die Nutzturbine sind strömungsmäßig parallel zueinander angeordnet und beide verbinden den Auslasssammler mit einer Abgasleitung. Die Abtriebswelle der Nutzturbine ist entweder mechanisch mit der Brennkraftmaschine, mit einem weiteren Verdichter, oder einem elektrischen Generator verbunden. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird durch die Nutzturbine ein elektrischer Generator angetrieben.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die Verstellung Durchflusses des ersten Abgasströmungsweges über eine vorzugsweise zwischen der Abgasturbine des Abgasturbolader und der Zusammenführung des ersten und zweiten Strömungsweges angeordnetes - vorzugsweise als Bremsklappe ausgebildetes - erstes Steuerorgan und die Verstellung des zweiten Strömungsweges durch ein vorzugsweise stromaufwärts der Nutzturbine angeordnetes zweites Steuerorgan. Eine stromabwärts der Abgasturbine des Turboladers angeordnete Bremsklappe ist typisch bei Fahrzeugantrieben für größere Nutzfahrzeuge. Das in der Zuleitung (oder Ableitung) der Nutzturbine angeordnete zweite Steuerorgan kann teilweise oder gänzlich geschlossen werden. Die Ableitung der Nutzturbine ist erst stromabwärts des ersten Steuerorgans an die Abgasleitung angeschlossen.
Der erste Betriebsmodus wird im normalen Fährbetrieb des Fahrzeuges gefahren und deckt einen großen Teil des Motorkennfeldes - insbesondere im mittleren und oberen Teillastbereich - ab. Dabei ist das erste Steuerorgan in seine Öffnungsstellung und das zweite Steuerorgan der Nutzturbine in seine Schließstellung gebracht. In diesem ersten Betriebsmodus, in dem nur die Abgasturbine des Abgasturboladers, nicht aber die Nutzturbine durch das Abgas angetrieben wird, erreicht die Brennkraftmaschine die besten Wirkungsgrade. Der gesamte Abgasmassenstrom treibt so die Abgasturbine des Abgasturboladers an, wodurch ein optimaler Aufladewirkungsgrad erreicht wird.
Vorzugsweise wird der zweite Betriebsmodus einem hohen Teillastbereich mit einer Last größer 80 Prozent der Volllast, insbesondere einem Volllastbereich der Brennkraftmaschine zugeordnet. Der zweite Betriebsmodus kann aber auch einem Aufheizbetrieb der Brennkraftmaschine im unteren Teillastbereich zugeordnet werden.
Im zweiten Betriebsmodus ist das erste Steuerorgan vollständig geöffnet, das zweite Steuerorgan ist teilweise oder vollständig geöffnet. Durch eine geeignete Dimensionierung der Abgasturbine des Abgasturboladers und der Nutzturbine (zum Beispiel deren Schluckfähigkeit) relativ zueinander kann die maximal durch die Nutzturbine geleitete Abgasmenge definiert werden. Dabei hat sich in Berechnungen und Versuchen herausgestellt, dass die besten Ergebnisse erzielt werden können, wenn das Schluckvermögen der Nutzturbine zwischen 10% und 50% des Schluckvermögens der Abgasturbine des Abgasturboladers beträgt. Durch die Nutzturbine werden somit maximal zwischen 10% und 50% der maximalen Durchflussmenge der Abgasturbine des Abgasturboladers geleitet. Die Abgasturbine des Abgasturboladers und/oder die Nutzturbine können entweder mit einer festen Schaufelgeometrie oder einer variablen Schaufelgeometrie ausgestattet sein.
Bei völlig geöffnetem zweitem Steuerorgan addiert sich die Schluckfähigkeit beider Turbinen. Zum Schutz der Brennkraftmaschine (Motorschutzbetrieb) kann somit der Ladedruck der Brennkraftmaschine begrenzt oder abgesenkt werden. Eine weitere Anwendungsform des zweiten Betriebsmodus ist die moderate Anhebung der Abgastemperatur im unteren Teillastbereich der Brennkraftmaschine (Aufheizbetrieb).
In beiden Fällen - also sowohl im Motorschutzbetrieb, als auch im Aufheizbetrieb -wird die Nutzturbine durch den Teilstrom des Abgases angetrieben und durch beispielsweise die Gewinnung von elektrischer Leistung durch den Generator der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine erhöht.
Im Rahmen der Erfindung kann weiters vorgesehen sein, dass der dritte Betriebsmodus einem Aufheizbetrieb und/oder einem Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine im unteren Teillastbereich zugeordnet wird.
Im dritten Betriebsmodus befindet sich das erste Steuerorgan in seiner Schließstellung. Dabei kann auch in dieser Schließstellung ein Rest-Strömungsquerschnitt für eine minimale Durchflussmenge geöffnet bleiben, damit der Abgasturbolader nicht völlig zum Stillstand kommt. Das zweite Steuerorgan der Nutzturbine ist teilweise oder völlig geöffnet. In dieser Stellung wird kein Ladedruck erzeugt. Durch die Zusammenführung des zweiten Abgasströmungsweges mit dem ersten Abgasströmungsweg stromabwärts des ersten Steuerorgans wird die klein dimensionierte Nutzturbine vom nahezu gesamten Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine beaufschlagt.
Dieser dritte Betriebsmodus eignet sich besonders für den Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine, um möglichst viel Energie durch die parallele Nutzturbine zu erzeugen.
In dem für Nutzfahrzeuge typischen Betrieb mit aktiver Dekompressions-Motorbremseinrichtung kann das zweite Steuerorgan auch teilweise geschlossen werden, um den benötigten Abgasdruck für die Motorbremse aufzubauen - da das zweite Steuerorgan nicht gänzlich geschlossen wird, wird auch hier die Nutzturbine angetrieben um zum Beispiel das Batteriesystem des Kraftfahrzeugs zu laden.
Letztlich kann der dritte Betriebsmodus auch benutzt werden, um die Abgastemperatur bei geringer Last der Brennkraftmaschine stark anzuheben und so zum Beispiel die Regenerierung der Abgasanlage einzuleiten. Auch hier kann ein Teil der Verluste über die parallele Nutzturbine rückgewonnen werden.
In einem beispielhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zuerst geprüft wird, ob ein Lastsignal der Brennkraftmaschine größer als null ist, und dass - im Falle eines negativen Lastsignals oder im Falle eines Lastsignals gleich null - der dritte Betriebsmodus aktiviert wird. Im Falles eines negativen Lastsignals oder im Falle eines Lastsignals (L) gleich null wird geprüft, ob bei der Brennkraftmaschine eine Dekompressionsbremse aktiviert ist.
Ist dies der Fall, so wird das zweite Steuerorgan teilweise geschlossen.
Im Falle eines positiven Lastsignals wird geprüft, ob der Ladedruck im Einlasssystem unterhalb eines definierten maximalen Ladedruckes ist. Im Falle des Überschreitens des maximalen Ladedruckes wird der zweite Betriebsmodus aktiviert. Falls der maximale Ladedruckes unterschritten wird, wird weiters geprüft, ob die Abgastemperatur eine definierte minimale Abgastemperatur überschreitet. Ist dies der Fall, so wird der erste Betriebsmodus aktiviert wird.
Ist die gemessene Abgastemperatur allerdings geringer als die definierte minimale Abgastemperatur, so wird weiters geprüft, ob eine Regeneration eines Abgasnachbehandlungssystems der Brennkraftmaschine erforderlich ist. Wird festgestellt, dass eine Regeneration erforderlich ist, so wird der dritte Betriebsmodus aktiviert, um eine rasche Erhöhung der Temperatur des Abgases zu bewirken. Andernfalls genügt eine moderate Anhebung der Abgastemperatur mittels des zweiten Betriebsmodus.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand eines in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen schematisch
Fig. 1 eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein Motorkennfeld dieser Brennkraftmaschine.
Fig. 3 ein Turbinenkennfeld der Abgasturbine des Turboladers und der Nutzturbine und
Fig. 4 das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockdiagramm.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit beispielsweise sechs Zylindern 2, einem Einlasssystem 3 für einen Einlassstrom und einem Auslasssystem 4 für einen Abgasstrom. Stromabwärts eines Abgassammlers 5 wird der Abgasstrom in einen ersten Abgasströmungsweg 6 und einen zweiten Abgasströmungsweg 7 aufgeteilt, wobei im ersten Abgasteilstrom 6 eine Abgasturbine 8 eines ersten Abgasturboladers 9 angeordnet ist, deren Verdichter 10 im Einlassstrang 11 des Einlasssystems 3 angeordnet ist. Mit 6a ist die Turbinenzuleitung zur Abgasturbine 8 und mit 6b die Turbinenableitung von der Abgasturbine 8 bezeichnet. Im zweiten Abgasströmungsweg 7 ist eine Nutzturbine 12 angeordnet, deren Abtriebswelle 13 mechanisch mit einem elektrischen Generator 14 zur Erzeugung von elektrischer Energie verbunden ist. Mit 7a ist die Turbinenzuleitung zur Nutzturbine 12 und mit 7b die Turbinenableitung von der Nutzturbine 12 bezeichnet. Der erste Abgasströmungsweg 6 und der zweite Abgasströmungsweg 7 sind stromabwärts der Abgasturbine 8 und der Nutzturbine 12 zu einem gemeinsamen Abgasstrang 18 zusammengeführt. Der Ort der Zusammenführung der Turbinenableitungen 6b, 7b ist mit 19 bezeichnet.
Mit Bezugszeichen 14 ist ein Zwischenkühler des Einlasssystems 3 und mit Bezugszeichen 15 ein Luftfilter bezeichnet.
Stromabwärts der Abgasturbine 8 und stromaufwärts der Zusammenführung 19 ist in der Turbinenableitung 6b des ersten Abgasströmungsweg 6 eine durch eine Bremsklappe gebildetes erstes Steuerorgan 16 angeordnet.
Die Abgasturbine 8 und/oder die Nutzturbine 12 können jeweils eine variable Turbinengeometrie aufweisen oder über ein nicht weiter dargestelltes Bypassventil (Waste Gate) umgehbar sein. Insbesondere im Falle einer nicht variablen Turbinengeometrie kann zumindest der Nutzturbine 12 ein beispielsweise durch eine Klappe gebildetes zweites Steuerorgan 17 vorgeschaltet sein. Das zweite Steuerorgan 17 ist bei nicht variabler Turbinengeometrie notwendig, aber auch bei variabler Turbinengeometrie vorteilhaft.
Die Erfindung eignet sich nicht nur für Brennkraftmaschinen 1 mit einem einzigen Auslasssammler 5, sondern auch für Brennkraftmaschinen 1 mit mehreren getrennten Auslasssammlern. Im Falle von getrennten Auslasssammlern - zum Beispiel je einem Auslasssammler für drei Zylinder - kann die Abgasturbine 8 des Abgasturboladers 9 mit beiden Auslasssammlern verbunden sein und ein 2-flutiges Turbinengehäuse aufweisen. In diesem Fall ist die Nutzturbine 12 mit einem oder mit beiden Auslasssammlern verbunden, wobei im letzteren Fall zumindest die Turbinenzuleitung 7a zur Nutzturbine 12 und das zweite Steuerorgan 2-flutig ausgeführt sein können.
Fig. 2 zeigt ein Motorkennfeld für die Brennkraftmaschine 1, wobei der mittlere effektive Bremsdruck pB über der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 aufgetragen ist. Mit A, B, C sind verschiedene Betriebsmodi der Brennkraftmaschine 1 bezeichnet. Der erste Betriebsmodus A deckt einen großen Teil des Motorkennfeldes - insbesondere im mittleren und oberen Teillastbereich - ab, und wird im normalen Fährbetrieb des Fahrzeuges gefahren. In diesem ersten Betriebsmodus A befindet sich das erste Steuerorgan 16 in seiner Öffnungsstellung und das zweite Steuerorgan 17 der Nutzturbine 12 in seiner Schließstellung. Dadurch wird das gesamte Abgas über den ersten Abgasströmungsweg 6 durch die Abgasturbine 8 des Abgasturboladers 9 geleitet - es wird also die Abgasturbine 8, nicht aber die Nutzturbine 13 durch das Abgas angetrieben, wodurch ein optimaler Aufladewirkungsgrad erreicht werden kann.
Im zweiten Betriebsmodus B ist das erste Steuerorgan 16 vollständig geöffnet, das zweite Steuerorgan 17 ist teilweise oder vollständig geöffnet. Durch eine geeignete Abstimmung in den Dimensionierungen der Abgasturbine 8 und der Nutzturbine 12 relativ zueinander kann die maximal durch die Nutzturbine 12 geleitete Abgasmenge festgesetzt werden. Beispielsweise beträgt das Schluckvermögen der Nutzturbine 12 zwischen 10% und 50% des Schluckvermögens der Abgasturbine 8 des Abgasturboladers 9.Dieser zweite Betriebsmodus B kann einerseits verwendet, um im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine 1 den Ladedruck zu begrenzen und Schäden am Motor durch zu hohe Verbrennungsdrücke zu vermeiden. Andererseits eignet sich dieser zweite Betriebsmodus B für eine moderate Anhebung der Abgastemperatur bei niedriger Teillast. Im zweiten Betriebsmodus B wird ein Teil des gesamten Abgases durch die Nutzturbine 12 geleitet und durch diese der Generator 14 angetrieben. Durch die Gewinnung von elektrischer Leistung durch den Generator 14 kann der gesamte Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 1 verbessert werden.
Im dritten Betriebsmodus C befindet sich das erste Steuerorgan 16 in seiner Schließstellung, wobei ein Rest-Strömungsquerschnitt für eine minimale Durchflussmenge geöffnet bleibt, damit der Abgasturbolader 9 nicht völlig zum Stillstand kommt. Das zweite Steuerorgan 17 der Nutzturbine 12 ist teilweise oder völlig geöffnet. In dieser Stellung wird kein Ladedruck im Einlasssystem 3 erzeugt. Die relativ zur Abgasturbine 8 klein dimensionierte Nutzturbine 12 wird im dritten Betriebsmodus C nahezu vom gesamten Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine 1 beaufschlagt. Dieser dritte Betriebsmodus C eignet sich besonders für den Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine 1, um möglichst viel Energie durch die parallele Nutzturbine zu erzeugen. Weiters kann der dritte Betriebsmodus C auch benutzt werden, um die Abgastemperatur bei geringer Last der Brennkraftmaschine stark anzuheben und so zum Beispiel die Regenerierung der Abgasanlage einzuleiten. Auch hier kann ein Teil der Verluste über die Nutzturbine 12 rückgewonnen werden.
In Fig. 3 ist der relative Massenstrom qm über der Turbinen-Expansionsrate ER aufgetragen. Aus dem Diagramm ist der Einfluss der Betriebsmodi auf die jeweils zur Verfügung stehende Turbinengröße zu erkennen.
Fig. 4 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockdiagramm.
In einem ersten Schritt S1 wird geprüft, ob ein Lastsignal L>0 ist. Wenn dies nicht der Fall ist - „n" - wird der dritte Betriebsmodus C ausgewählt, wobei in einem zweiten Schritt S2 geprüft, ob die Dekompressionsbremse aktiviert ist. Ist die Dekompressionsbremse aktiv - „y" -, so wird das zweite Steuerorgan 17 teilweise geschlossen.
Wird im Schritt S1 festgestellt, dass das Lastsignal L>0 ist - „y" - wird in einem weiteren dritten Schritt S3 geprüft, ob der Ladedruck pL im Einlasssystem 3 kleiner als ein definierter maximaler Ladedruck pLmax ist (pL< pi_max). Trifft dies nicht zu -„n" - dies der Fall, so wird der zweite Betriebsmodus B gewählt.
Wird im dritten Schritt S3 festgestellt, dass der Ladedruck pL im Einlasssystem 3 kleiner als der definierte maximale Ladedruck pLmax ist, so wird in einem vierten Schritt S4 geprüft, ob die Abgastemperatur TA eine definierte minimale Abgastemperatur TAmm überschreitet (TA > TAmm). Ist dies der Fall - „y" -, so wird der erste Betriebsmodus A gewählt. Andernfalls wird in einem fünften Schritt S5 geprüft, ob eine Regeneration des Abgasnachbehandlungssystems erforderlich ist. Ist dies der Fall - „y" - so wird der dritte Betriebsmodus C gefahren. Andernfalls -„n" - wird der zweite Betriebsmodus B gewählt.

Claims (15)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zum Betreiben einer Brenn kraft masch ine (1) mit einem Einlasssystem (3) und einem Auslasssystem (4), insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, bei der Abgas in zumindest einem Betriebsmodus über einen ersten Abgasströmungsweg (6) durch eine Abgasturbine (8) eines Abgasturboladers (9) und/oder über einen zweiten Abgasströmungsweg (7) durch einen eine Nutzturbine (12) aufweisenden zweiten Abgasströmungsweg (7) geleitet wird, deren Abtriebswelle (13) mit einem elektrischen Generator (14) verbunden ist, wobei die ersten und zweiten Abgasströmungswege (6, 7) stromabwärts der Abgasturbine (8) des Abgasturboladers (9) und der Nutzturbine (12) zusammengeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflüsse durch den ersten Abgasströmungsweg (6) und durch den zweiten Abgasströmungsweg (7) in Abhängigkeit zumindest eines Motorbetriebsparameters der Brennkraftmaschine (1) - vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe Lastsignal (L), Ladedruck (pL) und Abgastemperatur (Ta) - verändert werden, wobei in zumindest einem ersten Betriebsmodus (A) der Brennkraftmaschine (1) Abgas über den ersten Abgasströmungsweg (6) nur durch die Abgasturbine (8) des Abgasturboladers (9) geleitet wird und der zweite Abgasströmungsweg (7) durch die Nutzturbine (12) vorzugsweise vollständig geschlossen wird; in zumindest einem zweiten Betriebsmodus (B) der Brennkraftmaschine (1) der erste Abgasströmungsweg (6) vollständig geöffnet wird und der zweite Abgasströmungsweg (7) teilweise oder vollständig geöffnet wird und das Abgas sowohl über den ersten Abgasströmungsweg (6) durch die Abgasturbine (8) des Abgasturboladers (9) als auch über der zweiten Abgasströmungsweg (7) durch die Nutzturbine (12) geleitet wird; in zumindest einem dritten Betriebsmodus (C) der Brennkraftmaschine (1) der erste Abgasströmungsweg (6) - vorzugsweise bis auf einen Minimaldurchfluss - geschlossen wird und der zweite Abgasströmungsweg (7) teilweise oder vollständig freigegeben wird, so dass das Abgas - zumindest überwiegend - über den zweiten Abgasströmungsweg (7) durch die Nutzturbine (12) geleitet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsmodus (A) einem normalen Fährbetrieb der Brennkraftmaschine (1) im mittleren und oberen Teillastbereich zugeordnet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Betriebsmodus (B) einem hohen Teillastbereich, insbesondere einem Volllastbereich, der Brennkraftmaschine (1) zugeordnet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Betriebsmodus (B) zumindest einem Aufheizbetrieb der Brennkraftmaschine (1) im unteren Teillastbereich zugeordnet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Betriebsmodus (C) einem Aufheizbetrieb der Brennkraftmaschine (1) im unteren Teillastbereich zugeordnet wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Betriebsmodus (C) einem Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine (1) zugeordnet wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Durchflusses des ersten Abgasströmungsweges (6) über ein vorzugsweise zwischen der Abgasturbine (8) des Abgasturbolader (9) und der Zusammenführung des ersten und zweiten Abgasströmungsweges (6) angeordnetes - vorzugsweise durch eine Bremsklappe gebildetes - erstes Steuerorgan (16) durchgeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Durchflusses des zweiten Strömungsweges (7) durch ein stromaufwärts des Nutzturbine (12) angeordnetes - vorzugsweise durch eine Klappe gebildetes - zweites Steuerorgan (17) durchgeführt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Nutzturbine (12) maximal zwischen 10% und 50% der maximalen Durchflussmenge der Abgasturbine (8) des Abgasturboladers (9) geleitet werden.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Nutzturbine (12) ein elektrischer Generator (14) angetrieben wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob ein Lastsignal (L) der Brennkraftmaschine (1) größer als null ist, und dass - im Falle eines negativen Lastsignals (L) oder im Falle eines Lastsignals (L) gleich null - der dritte Betriebsmodus (C) aktiviert wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass - im Falles eines negativen Lastsignals (L) oder im Falle eines Lastsignals (L) gleich null -geprüft wird, ob bei der Brennkraftmaschine (1) eine Dekompressionsbremse aktiviert ist, und dass - im Falle einer aktivierten Dekompressionsbremse -das zweite Steuerorgan (17) teilweise geschlossen wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass - im Falle eines positiven Lastsignals (L) - geprüft wird, ob der Ladedruck (pL) im Einlasssystem (3) unterhalb eines definierten maximalen Ladedruckes (punax) ist, und dass - im Falle des Überschreitens des maximalen Ladedruckes (punax) - der zweite Betriebsmodus (B) aktiviert wird.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass - im Falle des Unterschreitens des maximalen Ladedruckes (punax) - geprüft wird, ob die Abgastemperatur (TA) eine definierte minimale Abgastemperatur (TAmin) überschreitet, und dass - im Falle des Überschreiten der minimalen Abgastemperatur (TAmm) der erste Betriebsmodus (A) aktiviert wird.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass - im Falle des Unterschreitens der minimalen Abgastemperatur (TAmm)- geprüft wird, ob eine Regeneration eines Abgasnachbehandlungssystems der Brennkraftmaschine (1) erforderlich ist, und dass - falls eine Regeneration des Abgasnachbehandlungssystems erforderlich ist - der dritte Betriebsmodus (C) aktiviert, und anderenfalls der zweite Betriebsmodus (B) aktiviert wird.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009257097A (ja) * 2008-04-11 2009-11-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排気エネルギー回収装置
DE102008064521A1 (de) * 2008-12-18 2010-07-01 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader
DE102011012575A1 (de) * 2011-02-26 2012-08-30 Daimler Ag Turbine für einen Abgasturbolader, Kraftwagen mit einer Verbrennungskraftmaschine sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftwagens
GB2508866A (en) * 2012-12-13 2014-06-18 Bowman Power Group Ltd Turbogenerator system and method
AT515544B1 (de) * 2014-06-02 2015-10-15 Avl List Gmbh Verfahren zum betreiben einer einen abgasstrang aufweisenden brennkraftmaschine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8813494B2 (en) * 2011-09-07 2014-08-26 General Electric Company Method and system for a turbocharged engine
GB2497365A (en) * 2011-12-10 2013-06-12 Cummins Ltd Generator comprising a turbocharger
DE102013001662A1 (de) * 2013-01-31 2014-07-31 Daimler Ag Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen
CH707886A1 (de) * 2013-04-12 2014-10-15 Liebherr Machines Bulle Sa Antriebssystem.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009257097A (ja) * 2008-04-11 2009-11-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排気エネルギー回収装置
DE102008064521A1 (de) * 2008-12-18 2010-07-01 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader
DE102011012575A1 (de) * 2011-02-26 2012-08-30 Daimler Ag Turbine für einen Abgasturbolader, Kraftwagen mit einer Verbrennungskraftmaschine sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftwagens
GB2508866A (en) * 2012-12-13 2014-06-18 Bowman Power Group Ltd Turbogenerator system and method
AT515544B1 (de) * 2014-06-02 2015-10-15 Avl List Gmbh Verfahren zum betreiben einer einen abgasstrang aufweisenden brennkraftmaschine

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