DE102004021386A1 - Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung - Google Patents
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Abstract
Eine Brennkraftmaschine (1) mit Abgasrückführung weist eine der Brennkraftmaschine (1) Ladeluft zuführende Ladeluftleitung (2), eine Abgase von der Brennkraftmaschine (1) wegführende Abgasleitung (4), eine Abgase aus der Abgasleitung (4) in die Ladeluftleitung (2) rückführende Abgasrückführleitung (8), ein in der Abgasrückführleitung (8) angeordnetes Abgasrückführventil (9) und einen Abgasturbolader (13) auf, der eine in der Abgasleitung (4) angeordnete Turbine (12) und einen in der Ladeluftleitung (2) angeordneten, von der Turbine (12) angetriebenen Verdichter (14) aufweist. Von der Abgasleitung (4) zweigt eine Abzweigleitung (19) ab, in der eine zweite Turbine (20) angeordnet ist. Die Abzweigleitung (19) mündet in Strömungsrichtung nach der zweiten Turbine (20) in die Abgasleitung (4). In der Abgasleitung (4) ist vor der Turbine (12) des Abgasturboladers (13) ein Drosselelement (16) angeordnet. Die in der Abzweigleitung (19) angeordnete Turbine (20) treibt einen Verdichter (14) an, der einem zur Versorgung von wenigstens einer pneumatischen Einrichtung vorgesehenen Luftpresser (24) verdichtete Luft zuführt. Die in der Abzweigleitung (19) angeordnete Turbine (20) weist einen geringeren effektiven Querschnitt als die Abgasleitung (4) auf.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
- Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine ist aus der
DE 196 03 591 C1 bekannt. Hierbei ist ein Abgasrückführ-Turbolader vorgesehen, dessen Turbine in einer von der Abgasleitung abzweigenden Leitung angeordnet ist und einen Abgasverdichter antreibt, mit dem eine größere Abgasmenge rückgeführt werden soll. Nachteilig bei dieser Brennkraftmaschine ist jedoch der lediglich der Abgasrückführung dienende Aufwand eines zusätzlichen Abgasturboladers. - Gemäß der
DE 198 57 234 C2 wird mittels einer Abgasturbine mit variabler Geometrie die rückgeführte Abgasmenge erhöht. - Aus der
DE 199 60 152 C2 ist eine Verdichteranlage zur Erzeugung von Druckluft bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein zusätzlicher Abgasturbolader einem Verdrängerverdichter vorverdichtete Luft zuführt, um den Wirkungsgrad des auch als Luftpresser bezeichneten Verdrängerverdichters zu verbessern. Um eine zu hohe Lufttemperatur des Verdrängerverdichters zu vermeiden, ist zwischen dem Verdichter des zusätzli chen Abgasturboladers und dem Verdrängerverdichter ein Zwischenkühler vorgesehen. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung zu schaffen, bei welcher auch in ungünstigen Betriebssituationen eine hohe Abgasmenge in die Ladeluftleitung rückgeführt werden kann und ein zusätzlicher Nutzen für die Brennkraftmaschine gegeben ist.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
- Dadurch, dass die in der Abzweigleitung angeordnete Turbine einen Verdichter antreibt, der dem Luftpresser verdichtete Luft zuführt, ergibt sich ein doppelter Nutzen dieser zusätzlichen Turbine. Diese weist nämlich einen geringeren effektiven Querschnitt als die Abgasleitung auf und erzeugt somit einen Aufstaudruck in der Abgasleitung, der in annähernd sämtlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine höher ist als der Druck in der Ladeluftleitung, so dass, insbesondere auch bei niedrigen Drehzahlen, eine größere Abgasmenge rückgeführt werden kann. Gerade bei niedriger Drehzahl ist es bei bekannten Lösungen nämlich häufig schwierig, eine ausreichende Abgasmenge in die Ladeluftleitung zu fördern. In diesem Zusammenhang meint die Bezeichnung „effektiver Querschnitt" den dem Abgas zur Verfügung stehenden freien Querschnitt.
- Neben der Funktion als Aufstauelement dient die Turbine zum Antrieb des Verdichters, der den Luftpresser mit vorverdichteter Luft versorgt und somit ohne einen erheblich erhöhten Aufwand eine Steigerung der geförderten Luftmenge und eine Erhöhung des Betriebsdrucks des Luftpressers ermöglicht. Vorteilhafterweise ist dies auch dann möglich, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine und des Luftpressers und somit auch das mögliche Fördervolumen desselben gering sind. Dabei ist eine hohe Drehzahl der in der Abzweigleitung angeordneten Turbine erzielbar und somit eine entsprechend hohe Drehzahl des den Luftpresser versorgenden Verdichters möglich. Bei der Nutzung der Abgasenergie zum Antrieb des dem Luftpresser verdichtete Luft zuführenden Verdichters ist vorteilhafterweise kein Energieverlust gegeben.
- Wenn in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Abzweigleitung in Strömungsrichtung vor der Turbine des Abgasturboladers in die Abgasleitung mündet, so ist auch dann eine Versorgung der Turbine des Abgasturboladers gewährleistet, wenn das in der Abgasleitung vor der Turbine des Abgasturboladers angeordnete Drosselelement sich in seiner Schließstellung oder annähernd in seiner Schließstellung befindet.
- Ideale Druckverhältnisse ergeben sich, wenn die Abzweigleitung an derselben Stelle wie die Abgasrückführleitung von der Abgasleitung abzweigt.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
- Dabei zeigen:
-
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung -
2 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung -
3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung und -
4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung -
1 zeigt eine Brennkraftmaschine1 , der über eine Ladeluftleitung2 in an sich bekannter Weise über einen Luftfilter3 Ladeluft zugeführt wird. Das bei der Verbrennung in der Brennkraftmaschine1 entstehende Abgas wird über eine Abgasleitung4 aus der Brennkraftmaschine1 abgeführt. Der Eingang in die Ladeluftleitung2 ist mit dem Bezugszeichen2a und der Ausgang aus der Abgasleitung4 ist mit dem Bezugszeichen4a versehen. - Die Brennkraftmaschine
1 weist einen Motorkühlkreislauf5 auf, in dem neben der Brennkraftmaschine1 eine Kühlmittelpumpe6 und ein Motorwärmetauscher7 angeordnet sind. Der Motorkühlkreislauf5 wird in an sich bekannter Weise betrieben, weshalb im folgenden nicht näher auf denselben eingegangen wird. - Von der Abgasleitung
4 zweigt eine Abgasrückführleitung8 ab, die dazu dient, einen Teil der in der Brennkraftmaschine1 erzeugten Abgase der Ladeluft zuzumischen. Aus diesem Grund mündet die Abgasrückführleitung8 in die Ladeluftleitung2 . In der Abgasrückführleitung8 sind ein Abgasrückführventil9 , zwei Abgasrückführwärmetauscher10 sowie in Strömungsrichtung nach den Abgasrückführwärmetauschern10 ein weiteres Abgasrückführventil11 angeordnet, wobei gegebenenfalls auf eines der beiden Abgasrückführventile9 oder11 und auf einer der Abgasrückführwärmetauscher10 verzichtet werden könnte. In der Abgasleitung4 ist des weiteren eine Turbine12 angeordnet, die Teil eines Abgasturboladers13 ist und einen Verdichter14 antreibt, der in der Ladeluftleitung2 angeordnet ist. Dem Verdichter14 ist in Strömungsrichtung der Ladeluft innerhalb der Ladeluftleitung2 ein Ladeluftkühler15 nachgeschaltet. - In der Abgasleitung
4 ist des weiteren ein vorzugsweise als Ventil ausgebildetes Drosselelement16 angeordnet, und zwar in Strömungsrichtung vor der Turbine12 des Abgasturboladers13 . Vor der Turbine12 zweigt eine Bypass- bzw. Abblaseleitung17 ab, in der ein Abblaseventil18 angeordnet ist, wodurch ein bestimmter Anteil des Abgases an der Turbine12 vorbeigeleitet werden kann. Nach der Turbine12 mündet die Abblaseleitung17 wieder in die Abgasleitung4 . - Des weiteren zweigt von der Abgasleitung
4 vor dem Drosselelement16 eine Abzweigleitung19 ab, in der eine zweite Turbine20 angeordnet ist, die über eine Welle21 einen zweiten Verdichter22 antreibt. Der Verdichter22 wiederum ist in einer im vorliegenden Fall vor dem Verdichter14 von der Ladeluftleitung2 abzweigenden Leitung23 angeordnet. In einer nicht dargestellten Ausführungsform wäre es auch möglich, dass die Leitung23 in Strömungsrichtung nach dem Verdichter14 des Abgasturboladers13 von der Ladeluftleitung2 abzweigt. Der von der zweiten Turbine20 angetriebene Verdichter22 verdichtet die Luft in der Leitung23 und führt sie einem Luftpresser24 zu, der im vorliegenden Fall als Kolbenkompressor ausgebildet ist und die Luft in einen Behälter25 verdichtet. Von dem Behälter25 aus können nicht dargestellte pneumatische Einrichtungen, wie zum Beispiel eine Luftfederung oder eine Bremse des Kraftfahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine1 vorzugsweise eingebaut ist, mit Druckluft versorgt werden. Hierbei kann der Luftpresser24 in nicht dargestellter Weise von der Brennkraftmaschine1 angetrieben sein, es ist jedoch auch möglich, einen separaten Antrieb für den Luftpresser24 vorzusehen. - In Strömungsrichtung nach dem Verdichter
22 und vor dem Luftpresser24 befindet sich ein Wärmetauscher26 , der zur Kühlung der von dem Verdichter22 vorverdichteten Luft dient und somit eine höhere Verdichtung derselben erlaubt. Der Verdichter22 verdichtet die Luft in der Leitung23 , um eine höhere Luftfördermenge des Luftpressers24 zu ermöglichen. In der Leitung23 ist vor der Turbine20 ein Ventil27 angeordnet und es zweigt vor dem Ventil27 eine Umgehungsleitung28 ab, in der ein Rückschlagventil29 angeordnet ist und die nach der Turbine20 und nach dem Wärmetauscher26 wieder in die Leitung23 mündet. - Neben dem Antrieb des Verdichters
22 vergrößert die in der Abzweigleitung19 angeordnete zweite Turbine20 auch den Aufstaudruck in der Abgasleitung4 , wodurch eine erhöhte Abgasrückführmenge über die Abgasrückführleitung8 in die Ladeluftleitung2 rückgeführt werden kann. Hierzu weist die zweite Turbine20 einen geringeren effektiven Querschnitt als die Abgasleitung4 auf. Dadurch erzeugt dieselbe in der Abgasleitung4 einen Aufstaudruck, der in annähernd sämtlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine1 höher ist als der Druck in der Ladeluftleitung2 , so dass über die Abgasrückführleitung8 im wesentlichen ohne Energieverluste für die Brennkraftmaschine1 eine sehr hohe Abgasmenge rückgeführt werden kann, was vor allem auch bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine1 möglich ist, bei denen die Abgasrückführung bislang Schwierigkeiten bereitete. Die Abzweigleitung19 zweigt im vorliegenden Fall an derselben Stelle von der Abgasleitung4 ab wie die Abgasrückführleitung8 , sodass sich ideale Druckverhältnisse einstellen können. - Um die Abzweigleitung
19 absperren zu können, ist in derselben vor der zweiten Turbine20 ein im vorliegenden Fall als Ventil ausgebildetes Absperrorgan30 angeordnet, das gegebenenfalls auch entfallen könnte. Von der Abzweigleitung19 zweigt nach der zweiten Turbine20 eine Verbindungsleitung31 ab, welche in die Abgasrückführleitung8 mündet und in welcher ein ebenfalls als Ventil ausgeführtes Absperrorgan32 angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, in Abhängigkeit der Stellung des Absperrorgans32 die in die Abzweigleitung19 eingeleitete Abgasmenge der Ladeluftleitung2 zurückzuführen. - Auch nach der zweiten Turbine
20 ist in der Abzweigleitung19 ein weiteres, wiederum durch ein Ventil gebildetes Absperrorgan33 angeordnet, welches in Schließstellung dafür sorgt, dass die gesamte über die Abzweigleitung19 geführte Abgasmenge über die Verbindungsleitung31 in die Ladeluftleitung2 zurückgeführt wird. Allerdings wird dann eine Beaufschlagung der Turbine12 des Abgasturboladers13 mit dem Abgas aus der Abzweigleitung19 verhindert. Aus diesem Grund sollte das Absperrorgan33 nur dann geschlossen werden, wenn das Drosselelement16 zumindest teilweise geöffnet ist oder wenn die Turbine12 des Abgasturboladers13 nicht benötigt wird. Wenn sich das Absperrorgan33 in seiner geöffneten Position befindet, wird das in der Abzweigleitung19 geführte Abgas zu der Turbine12 des Abgasturboladers13 geleitet, sodass eine Versorgung der Turbine12 auch dann möglich ist, wenn das Drosselelement16 geschlossen ist. Die beiden Absperrorgane32 und33 können gegebenenfalls entfallen. -
2 zeigt eine geringfügig modifizierte Ausführungsform der Brennkraftmaschine1 . Hierbei mündet die Abzweigleitung19 in Strömungsrichtung erst nach der zweiten Turbine20 in die Abgasleitung4 . Dadurch wird die Turbine12 des Abgasturboladers13 nur in der zumindest teilweise geöffneten Stellung des Drosselelements16 mit Abgas beaufschlagt. - Bei der in
3 dargestellten Ausführungsform ist in der Abgasleitung4 nach der Turbine12 des Abgasturboladers13 eine weitere Turbine34 vorgesehen, die vorzugsweise direkt mit der durch den Kasten35 angedeuteten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine1 verbunden ist. Diese Ausführungsform stellt somit einen sogenannten Turbo-Compound dar. Die Abzweigleitung19 zweigt in diesem Fall erst nach der Turbine34 in die Abgasleitung4 . - Eine weitere Ausführungsform der Brennkraftmaschine
1 ist in4 dargestellt. Hierbei wird auf die Verbindungsleitung31 zwischen der Abzweigleitung19 und der Abgasrückführleitung8 verzichtet, wodurch eine Rückführung von Abgas in die Ladeluftleitung2 ausschließlich über die Abgasrückführleitung8 stattfindet. Des weiteren ist eine von der Leitung23 abzweigende Versorgungsleitung36 vorgesehen, die zur Versorgung von Verbrauchern dienen kann, die einen weniger hohen Luftdruck als den von dem Luftpresser24 erzeugten benötigen. - Solche Versorger sind durch den Kasten
37 angedeutet und es ist ein weiteres Absperrorgan38 in der Versorgungsleitung36 angeordnet. Die Versorgungsleitung36 könnte auch bei allen anderen Ausführungsformen vorgesehen sein. Des weiteren ist jede sinnvolle Kombination der einzelnen Ausführungsformen möglich.
Claims (15)
- Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung, mit einer der Brennkraftmaschine Ladeluft zuführenden Ladeluftleitung, mit einer Abgase von der Brennkraftmaschine wegführenden Abgasleitung, mit einer Abgase aus der Abgasleitung in die Ladeluftleitung rückführenden Abgasrückführleitung, mit einem in der Abgasrückführleitung angeordneten Abgasrückführventil und mit einem Abgasturbolader, der eine in der Abgasleitung angeordnete Turbine und einen in der Ladeluftleitung angeordneten, von der Turbine angetriebenen Verdichter aufweist, wobei von der Abgasleitung eine Abzweigleitung abzweigt, in der eine zweite Turbine angeordnet ist, wobei die Abzweigleitung in Strömungsrichtung nach der zweiten Turbine in die Abgasleitung mündet, und wobei in der Abgasleitung vor der Turbine des Abgasturboladers ein Drosselelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Abzweigleitung (
19 ) angeordnete Turbine (20 ) einen Verdichter (14 ) antreibt, der einem zur Versorgung von wenigstens einer pneumatischen Einrichtung vorgesehenen Luftpresser (24 ) verdichtete Luft zuführt, und dass die in der Abzweigleitung (19 ) angeordnete Turbine (20 ) einen geringeren effektiven Querschnitt als die Abgasleitung (4 ) aufweist. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigleitung (
19 ) in Strömungsrichtung vor der Turbine (12 ) des Abgasturboladers (13 ) in die Abgasleitung (4 ) mündet. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigleitung (
19 ) in Strömungsrichtung nach der Turbine (12 ) des Abgasturboladers (13 ) in die Abgasleitung (4 ) mündet. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigleitung (
19 ) an derselben Stelle wie die Abgasrückführleitung (8 ) von der Abgasleitung (4 ) abzweigt. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass von der Abzweigleitung (
19 ) nach der Turbine (20 ) eine in die Abgasrückführleitung (8 ) mündende Verbindungsleitung (31 ) abzweigt. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (
31 ) ein Absperrorgan (32 ) angeordnet ist. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abzweigleitung (
19 ) vor der Turbine (20 ) ein Absperrorgan (30 ) angeordnet ist. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abzweigleitung (
19 ) nach der Turbine (20 ) ein Absperrorgan (33 ) angeordnet ist. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der den Luftpresser (
24 ) versorgende Verdichter (22 ) in einer von der Ladeluftleitung (2 ) abzweigenden Leitung (23 ) angeordnet ist. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Ladeluftleitung (
2 ) abzweigende Leitung (23 ) in Strömungsrichtung vor dem Verdichter (14 ) des Abgasturboladers (13 ) abzweigt. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Ladeluftleitung (
2 ) abzweigende Leitung (23 ) in Strömungsrichtung nach dem Verdichter (14 ) des Abgasturboladers (13 ) abzweigt. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der von der Ladeluftleitung (
2 ) abzweigenden Leitung (23 ) ein in Strömungsrichtung nach dem Verdichter (22 ) angeordneter Wärmetauscher (26 ) vorgesehen ist. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftpresser (
24 ) die Luft in einen Behälter (25 ) verdichtet. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftpresser (
24 ) von der Brennkraftmaschine (1 ) angetrieben ist. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftpresser (
24 ) als Kolbenkompressor ausgebildet ist.
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DE102004021386A DE102004021386A1 (de) | 2004-04-30 | 2004-04-30 | Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung |
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Publications (1)
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DE102004021386A1 true DE102004021386A1 (de) | 2005-11-17 |
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ID=35160397
Family Applications (1)
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DE102004021386A Withdrawn DE102004021386A1 (de) | 2004-04-30 | 2004-04-30 | Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung |
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Country | Link |
---|---|
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- 2004-04-30 DE DE102004021386A patent/DE102004021386A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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