DE102005048329A1 - Internal combustion engine e.g. petrol engine, has exhaust gas recirculation device comprising exhaust gas recirculation pipe between exhaust and suction tracts, and gas pump arranged in pipe for supplying gas into suction tract - Google Patents

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Abstract

The engine has an exhaust gas turbocharger (2) comprising an exhaust gas turbine (3) in an exhaust tract (4) and a compressor in a suction tract (6). An exhaust gas recirculation device (9) has an exhaust gas recirculation pipe (10) between the exhaust and suction tracts, where the pipe branches off from the exhaust tract downstream of the turbine. A gas pump is arranged in the exhaust gas recirculation pipe for supplying gas into the suction tract, where the gas pump is designed as an auxiliary compressor and driven by an electric motor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger according to the preamble of claim 1.

In der DE 100 49 912 A1 wird eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer Compound-Nutzturbine beschrieben, die stromab der Abgasturbine im Abgasstrang angeordnet ist und unmittelbar von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine kann durch diese Reihenschaltung von Abgasturbine und Compound-Nutzturbine verbessert werden, da die Restenergie im Abgas, die nach dem Durchströmen der Abgasturbine noch vorhanden ist, in der Compound-Nutzturbine zur Erzeugung eines auf die Kurbelwelle des Motors übertragbaren Antriebsmomentes ausgenutzt werden kann.In the DE 100 49 912 A1 an internal combustion engine is described with an exhaust gas turbocharger and a compound turbine, which is arranged downstream of the exhaust gas turbine in the exhaust system and is driven directly by the internal combustion engine. The overall efficiency of the internal combustion engine can be improved by this series connection of exhaust gas turbine and compound power turbine, since the residual energy in the exhaust gas, which is still present after flowing through the exhaust gas turbine, be utilized in the compound power turbine for generating a transferable to the crankshaft of the engine drive torque can.

Darüber hinaus weist die aus der DE 100 49 912 A1 bekannte Brennkraftmaschine eine Abgasrückführungseinrichtung auf, die eine Abgasrückführleitung zwischen dem Abgasstrang stromauf der Abgasturbine und dem Ansaugtrakt stromab des Verdichters aufweist. Über die Abgasrückführung kann insbesondere im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine eine Reduzierung der NOx-Emissionen erreicht werden. Eine Abgasrückführung ist allerdings auf Motorbetriebsbereiche beschränkt, in denen zwischen Abgasstrang und Ansaugtrakt ein Druckgefälle herrscht. Mit zunehmender Last und Drehzahl baut sich zwar im Leitungsstrang zwischen Zylinderausgang und Abgasturbine ein Überdruck auf, der Voraussetzung für die Abgasrückführung ist. Bei niedrigen Lasten und Drehzahlen kann es jedoch vorkommen, dass das Druckgefälle für eine Abgasrückführung noch nicht ausreicht.In addition, the one from the DE 100 49 912 A1 known internal combustion engine, an exhaust gas recirculation device, which has an exhaust gas recirculation line between the exhaust line upstream of the exhaust turbine and the intake downstream of the compressor. About the exhaust gas recirculation can be achieved in particular in part-load operation of the internal combustion engine, a reduction of NO x emissions. Exhaust gas recirculation is, however, limited to engine operating ranges in which there is a pressure gradient between the exhaust tract and the intake tract. With increasing load and speed, although an excess pressure builds up in the wiring harness between cylinder outlet and exhaust gas turbine, which is a prerequisite for exhaust gas recirculation. At low loads and speeds, however, it may happen that the pressure gradient for an exhaust gas recirculation is not sufficient.

Zugleich ist bei Brennkraftmaschinen, die mit Compound-Nutzturbinen ausgestattet sind, zu berücksichtigen, dass bei einem Betrieb im Teillastgebiet bei aktivierter Abgasführung aufgrund des dadurch verringerten Massendurchsatzes die Compound-Nutzturbine in den Ventilationsbereich geraten kann, in der die Compoundturbine einen negativen Wirkungsgrad hat und Leistung von der Kurbelwelle des Motors zieht. Hierdurch wird der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine verschlechtert.at the same time is to be considered in internal combustion engines equipped with compound power turbines, that during operation in the partial load area with activated exhaust gas due to the resulting reduced mass flow rate the compound utility turbine can get into the ventilation area in which the compound turbine has a negative efficiency and power from the crankshaft the engine pulls. As a result, the overall efficiency of the internal combustion engine deteriorated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader anzugeben, die sich einerseits durch eine geringe Emission von Stickoxiden und andererseits durch einen guten Gesamtwirkungsgrad auszeichnet.Of the Invention is the object of an internal combustion engine with Specify exhaust gas turbocharger, on the one hand by a small Emission of nitrogen oxides and on the other hand by a good overall efficiency distinguished.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved. The dependent claims give expedient further education at.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist in der Abgasrückführleitung, die Teil der Abgasrückführungseinrichtung ist, eine Gaspumpe angeordnet, über die Gas aus dem Abgasstrang in den Ansaugtrakt hinein gefördert werden kann. Da die Gasförderung von Abgasstrang in Ansaugtrakt von der Gaspumpe unterstützt wird, kann eine Abgasrückführung auch in Betriebsbereiche hinein ausgedehnt werden, in denen kein Druckgefälle zwischen Abgasstrang und Ansaugtrakt herrscht bzw. ein derartiges Druckgefälle für eine Gasförderung nicht ausreicht. Die zusätzliche Förderung von Abgas über die Abgasrückführleitung in den Ansaugtrakt hinein ermöglicht in gegenüber dem Stand der Technik größeren Betriebsbereichen eine Reduzierung von Stickoxiden.at the internal combustion engine according to the invention is in the exhaust gas recirculation line, the part of the exhaust gas recirculation device is arranged over a gas pump the gas from the exhaust system are conveyed into the intake can. As the gas extraction is supported by the exhaust gas system in the intake tract of the gas pump, can also have an exhaust gas recirculation be extended into operating areas in which no pressure gradient between Exhaust line and intake system prevails or such a pressure gradient for gas production not sufficient. The additional advancement from exhaust over the exhaust gas recirculation line into the intake tract allows in opposite the prior art larger operating areas a reduction of nitrogen oxides.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass nunmehr auch stromab der Abgasturbine die Abgasrückführleitung vom Abgasstrang abzweigen kann, ohne dass dies eine Begrenzung des Anwendungsbereiches der Abgasrückführung aufgrund eines mangelnden Druckabfalls zur Folge hätte. Dadurch steht stromauf der Abgasturbine der gesamte Abgasmassenstrom ohne Druckverlust für den Antrieb des Turbinenrades zur Verfügung, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad des Abgasturboladers auswirkt. Auch bei niedrigen Lasten und Drehzahlen, in denen nur verhältnismäßig wenig Abgas für den Antrieb der Abgasturbine produziert wird, wird kein Abgas stromauf der Turbine abgezweigt, so dass auch in diesem Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Abgasturbine relativ schnell anspricht und ein so genanntes Turboloch vermieden wird. Zugleich kann auch in diesen Betriebsbereichen bereits eine Abgasrückführung durchgeführt werden, da der erforderliche Druck für die Überführung von Abgasstrang in den Ansaugtrakt über die Gaspumpe erzeugt werden kann.One Another advantage is that now also downstream of the exhaust gas turbine the exhaust gas recirculation line branch off from the exhaust system, without this being a limitation of the Scope of application of exhaust gas recirculation due a lack of pressure drop would result. This is upstream the exhaust gas turbine, the entire exhaust gas mass flow without pressure loss for the Drive the turbine wheel available, which is beneficial affects the efficiency of the turbocharger. Even at low Loads and speeds in which only relatively little exhaust gas for the drive the exhaust gas turbine is produced, no exhaust gas is upstream of the turbine branched off, so that even in this operating condition of the internal combustion engine the exhaust gas turbine responds relatively quickly and a so-called turbo lag is avoided. At the same time, even in these operating areas already an exhaust gas recirculation is carried out because the required pressure for the transfer of Exhaust line in the intake via the gas pump can be generated.

Die für den Betrieb der Gaspumpe erforderliche Antriebsleistung kann entweder unmittelbar von der Brennkraftmaschine abgegriffen werden oder über ein zusätzliches Antriebsaggregat, beispielsweise einen Elektromotor, bereitgestellt werden. Die Lösung über das zusätzliche Antriebsaggregat bietet den Vorteil, dass die für den Betrieb der Gaspumpe erforderliche Antriebsleistung unabhängig von der Motorleistung bereitgestellt wird, so dass der Motorwirkungsgrad durch den Betrieb der Gaspumpe nicht beeinträchtigt wird. Der Antrieb der Gaspumpe über die Brennkraftmaschine bzw. einem der Brennkraftmaschine zugeordneten Aggregat bietet andererseits den Vorteil, dass kein zusätzlicher Motor vorgesehen werden muss.The for the Operation of the gas pump required drive power can either be tapped directly from the internal combustion engine or via a additional Drive unit, such as an electric motor, provided become. The solution about that additional Drive unit has the advantage that required for the operation of the gas pump Drive power independent provided by the engine power, so that the engine efficiency is not affected by the operation of the gas pump. The drive of the Gas pump over the Internal combustion engine or one of the internal combustion engine associated On the other hand aggregate offers the advantage that no additional Motor must be provided.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, in der die Antriebsenergie für die Gaspumpe direkt von der Brennkraftmaschine abgeleitet wird, ist die Gaspumpe mit einer Compound-Nutzturbine gekoppelt, die ihrerseits mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, insbesondere über eine Kupplung und/oder ein Getriebe. Die Compound-Nutzturbine liegt zweckmäßig stromab der Abgasturbine im Abgasstrang und wird von den Abgasen durchströmt, welche bereits die Abgasturbine passiert haben. In der Compound-Nutzturbine kann die in dem Abgas noch enthaltene Restenergie in Antriebsleistung umgesetzt werden, die über die mechanische Kopplung auf die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine übertragen wird, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert wird. Die Abzweigung der Abgasrückführleitung befindet sich vorteilhaft stromab der Compound-Nutzturbine, um sicherzustellen, dass die Restenergie im Abgas ohne Abstriche der Compound-Nutzturbine zugute kommt.According to a preferred embodiment, in the drive energy for the gas pump is derived directly from the internal combustion engine, the gas pump is coupled to a compound utility turbine, which in turn is connected to the crankshaft of the internal combustion engine, in particular via a clutch and / or a transmission. The compound turbine is useful downstream of the exhaust gas turbine in the exhaust system and is traversed by the exhaust gases, which have already passed the exhaust gas turbine. In the compound power turbine, the remaining energy contained in the exhaust gas can be converted into drive power, which is transmitted via the mechanical coupling to the crankshaft of the internal combustion engine, whereby the overall efficiency of the internal combustion engine is improved. The diversion of the exhaust gas recirculation line is advantageously downstream of the compound turbine to ensure that the residual energy in the exhaust gas without compromising the compound turbine benefits.

Der Antrieb der Gaspumpe über die Brennkraftmaschine, insbesondere über die Compound-Nutzturbine, geht zwar mit einer geringfügigen Verringerung des Wirkungsgrades der Compound-Nutzturbine einher; dies wird jedoch durch den Vorteil ausgeglichen, dass der gesamte Abgasmassenstrom die im Abgasstrang befindlichen Turbinen durchströmt, wodurch auch noch in der nachgeschalteten Compound-Nutzturbine in weiten Betriebsbereichen ein für den Antrieb dieser Turbine nutzbares Druckgefälle herrscht. Außerdem kann über die Betätigung der Gaspumpe unabhängig von dem Abgasdruck im Verzweigungspunkt der Abgasrückführleitung die Abgasrückführung durchgeführt werden.Of the Drive the gas pump over the internal combustion engine, in particular via the compound power turbine, goes with a slight reduction the efficiency of the compound power turbine associated; this will however balanced by the advantage that the entire exhaust gas mass flow flows through the turbines located in the exhaust system, whereby even in the downstream compound turbine in wide Operating areas for the drive of this turbine usable pressure gradient prevails. In addition, over the activity the gas pump independently from the exhaust pressure at the branch point of the exhaust gas recirculation line the exhaust gas recirculation are carried out.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist in der Abgasrückführleitung stromauf der Gaspumpe ein Stellventil angeordnet, über das zum einen der Abgasstrom in die Abgasrückführleitung hinein einstellbar ist und zum anderen auch Frischluft in die Abgasrückführleitung eingespeist werden kann. Die Einspeisung der Frischluft erfolgt alternativ oder zusätzlich zur Rückführung von Abgas. Über das betreffende Stellventil kann das Verhältnis von rückgeführtem Abgasmassenstrom und Frischluftstrom reguliert werden. Das Stellventil stellt eine Dosiereinrichtung dar, über die der Brennkraftmaschine ein weiterer Freiheitsgrad zur Verfügung steht, nämlich die Einstellung des Verhältnisses Lambda von Abgas zu Luft.According to one further expedient embodiment in the exhaust gas recirculation line upstream of the gas pump, a control valve arranged over the on the one hand, the exhaust gas flow into the exhaust gas recirculation line adjustable and on the other fresh air into the exhaust gas recirculation line can be fed. The supply of fresh air takes place alternatively or additionally for the return of Exhaust. About the pertaining control valve can the ratio of recirculated exhaust gas mass flow and Fresh air flow to be regulated. The control valve provides a metering device about that the internal combustion engine has a further degree of freedom available, namely the setting of the ratio Lambda from exhaust to air.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass die Abgasturbine, die Bestandteil des Abgasturboladers ist, mit einer variablen Turbinengeometrie zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnitts ausgestattet ist. Die variable Einstellung der Turbinengeometrie erlaubt eine Anpassung sowohl in der befeuerten Antriebsbetriebsweise als auch im Motorbremsbetrieb an die aktuell geltenden Erfordernisse. Beispielsweise kann die variable Turbinengeometrie im Bremsbetrieb in eine den Eintrittsquerschnitt reduzierende Stauposition verstellt werden, um eine Erhöhung des Abgasgegendrucks zu erreichen, so dass die Kolben der Brennkraftmaschine gegen diesen erhöhten Abgasgegendruck Ausschubarbeit leisten müssen.According to one further advantageous embodiment is provided that the exhaust gas turbine, which is part of the exhaust gas turbocharger is variable with a variable turbine geometry Adjustment of the effective turbine inlet cross-section equipped is. The variable setting of the turbine geometry allows one Adaptation in both the fired drive mode and in engine braking operation to the currently applicable requirements. For example can the variable turbine geometry in braking mode in a the Inlet cross-section reducing stowage position be adjusted an increase to achieve the exhaust back pressure, so that the pistons of the internal combustion engine raised against this Exhaust back pressure must perform Ausschubarbeit.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further Advantages and expedient designs are the further claims, the figure description and the drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, Compound-Nutzturbine und Abgasrückführungseinrichtung, deren Abgasrückführleitung stromab der Compound-Nutzturbine vom Abgasstrang abzweigt, wobei in der Abgasrückführleitung eine Gaspumpe angeordnet ist, die über die Compound-Nutzturbine mechanisch von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, 1 a schematic representation of an internal combustion engine with exhaust gas turbocharger, compound turbine and exhaust gas recirculation device, the exhaust gas recirculation line branches off from the exhaust gas turbine downstream of the compound turbine, wherein in the exhaust gas recirculation line, a gas pump is arranged, which is mechanically driven by the compound turbine power from the internal combustion engine,

2 eine 1 entsprechende Darstellung, jedoch mit einem zusätzlichen, regulierbaren Stellventil in der Abgasrückführleitung stromauf der Gaspumpe, wobei das Stellventil die Regulierung des rückzuführenden Abgasmassenstromes und zugleich die Einleitung eines Frischluftmassenstromes in die Abgasrückführleitung erlaubt, 2 a 1 corresponding representation, but with an additional, adjustable control valve in the exhaust gas recirculation line upstream of the gas pump, wherein the control valve allows the regulation of the recirculated exhaust gas mass flow and at the same time the introduction of a fresh air mass flow into the exhaust gas recirculation line,

3 eine weitere Brennkraftmaschine, mit der Modifikation, dass die Gaspumpe in der Abgasrückführleitung zwischen Abgasstrang und Ansaugtrakt von einer separaten, beispielhaft als Elektromotor ausgebildeten Antriebseinheit angetrieben wird. 3 a further internal combustion engine, with the modification that the gas pump is driven in the exhaust gas recirculation line between the exhaust line and intake of a separate, exemplified as an electric motor drive unit.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In The figures are the same components with the same reference numerals.

Die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 – ein Ottomotor oder ein Dieselmotor – ist mit einem Abgasturbolader 2 ausgestattet, der eine Abgasturbine 3 im Abgasstrang 4 und einen Verdichter 5 im Ansaugtrakt 6 umfasst. Das Turbinenrad der Abgasturbine 3 ist über eine Welle 7 drehfest mit dem Verdichterrad im Verdichter 5 gekoppelt. Die Abgasturbine 3 ist mit einer variablen Turbinengeometrie 8 ausgestattet, die eine veränderliche Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnittes zwischen einer minimalen Stauposition und einer maximalen Öffnungsposition erlaubt. Die variable Turbinengeometrie 8 ist beispielsweise als axial verstellbares Leitgitter oder als Leitgitter mit verstellbaren Leitschaufeln ausgebildet.In the 1 illustrated internal combustion engine 1 - A gasoline engine or a diesel engine - is with an exhaust gas turbocharger 2 equipped with an exhaust gas turbine 3 in the exhaust system 4 and a compressor 5 in the intake tract 6 includes. The turbine wheel of the exhaust gas turbine 3 is about a wave 7 non-rotatable with the compressor wheel in the compressor 5 coupled. The exhaust gas turbine 3 is with a variable turbine geometry 8th equipped, which allows a variable adjustment of the effective turbine inlet cross-section between a minimum stowed position and a maximum opening position. The variable turbine geometry 8th is designed, for example, as an axially adjustable guide grid or as a guide grid with adjustable guide vanes.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 treiben die unter Druck stehenden Abgase das Turbinenrad an, wobei über die Welle 7 das Verdichterrad im Verdichter 5 angetrieben wird, woraufhin unter Umgebungsdruck stehende Verbrennungsluft in den Ansaugtrakt 6 angesaugt und auf einen erhöhten Druck verdichtet wird. Stromab des Verdichters 5 wird die verdichtete Luft zunächst in einem Ladeluftkühler 18 gekühlt und anschließend unter Ladedruck den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zugeführt.In operation of the internal combustion engine 1 float the pressurized exhaust gases to the turbine wheel, wherein over the shaft 7 the compressor wheel in the compressor 5 is driven, whereupon standing under ambient pressure combustion air in the intake 6 sucked and compressed to an elevated pressure. Downstream of the compressor 5 The compressed air is first in a charge air cooler 18 cooled and then under boost pressure the cylinders of the internal combustion engine 1 fed.

Abgasseitig strömen die aus den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 abgeleiteten Abgase über den Abgasstrang 4 zunächst in die Abgasturbine 3 und anschließend stromab der Abgasturbine 3 durch eine ebenfalls im Abgasstrang 4 angeordnete Compound-Nutzturbine 15, in der die im Abgas enthaltene Restenergie für den Antrieb des Turbinenrades in der Compound-Nutzturbine 15 ausgenutzt wird. Die Compound-Nutzturbine 15 ist über eine lösbare Kupplung 16 und ein Getriebe 17 mechanisch mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 verbunden, so dass die auf die Compound-Nutzturbine 15 übertragene Antriebsenergie auf die Brennkraftmaschine 1 weitergeleitet wird.On the exhaust side, they flow out of the cylinders of the internal combustion engine 1 derived exhaust gases through the exhaust line 4 first in the exhaust gas turbine 3 and then downstream of the exhaust gas turbine 3 by a likewise in the exhaust line 4 arranged compound turbine 15 in which the residual energy contained in the exhaust gas for the drive of the turbine wheel in the compound utility turbine 15 is exploited. The compound utility turbine 15 is via a detachable coupling 16 and a gearbox 17 mechanically with the crankshaft of the internal combustion engine 1 connected, so that on the compound utility turbine 15 transmitted drive energy to the internal combustion engine 1 is forwarded.

Stromab der Compound-Nutzturbine 15 wird das entspannte Abgas durch eine Abgasreinigungseinrichtung 19 geleitet und anschließend in die Atmosphäre entlassen.Downstream of the compound utility turbine 15 becomes the expanded exhaust gas through an exhaust gas purification device 19 and then released to the atmosphere.

Des Weiteren ist die Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasrückführungseinrichtung 9 versehen, die eine Abgasrückführleitung 10 zwischen dem Abgasstrang 4 stromab der Abgasreinigungseinrichtung 19 und dem Ansaugtrakt 6 stromab des Ladeluftkühlers 18 umfasst. Darüber hinaus ist der Abgasrückführungseinrichtung 9 ein Sperrventil 11 zugeordnet, das in der Abgasrückführleitung 10 angeordnet ist und als unidirektionales Strömungsventil ausgeführt ist, das nur eine Strömungsrichtung vom Abgasstrang 4 zum Ansaugtrakt 6 hin erlaubt. Gegebenenfalls ist das Sperrventil 11 einstellbar ausgebildet, so dass der Massenstrom durch die Abgasrückführleitung 10 durch Einstellung des Sperrventils 11 zu regulieren ist. Das Sperrventil 11 befindet sich unmittelbar vor der Einmündung der Abgasrückführleitung 10 in den Ansaugtrakt 6.Furthermore, the internal combustion engine 1 with an exhaust gas recirculation device 9 provided, which is an exhaust gas recirculation line 10 between the exhaust line 4 downstream of the exhaust gas purification device 19 and the intake tract 6 downstream of the intercooler 18 includes. In addition, the exhaust gas recirculation device 9 a check valve 11 assigned in the exhaust gas recirculation line 10 is arranged and designed as a unidirectional flow valve, the only one flow direction from the exhaust system 4 to the intake tract 6 allowed out. Optionally, the check valve 11 adjustable, so that the mass flow through the exhaust gas recirculation line 10 by adjusting the shut-off valve 11 to regulate. The check valve 11 Located immediately before the confluence of the exhaust gas recirculation line 10 in the intake tract 6 ,

Weiterhin gehört zur Abgasrückführungseinrichtung 9 ein Gassammelbehälter 13, der stromab der Abgasreinigungseinrichtung 19 im Abgasstrang 4 angeordnet ist und von dem aus die Abgasrückführleitung 10 verzweigt. In der Abgasrückführleitung 10 sind außerdem unmittelbar stromab des Gassammelbehälters 13 ein Abgaskühler 12 und stromab des Abgaskühlers 12 eine Gaspumpe 14 angeordnet. Die Gaspumpe 14 als Bestandteil der Abgasrückführungseinrichtung 9 ist mechanisch mit der Compound-Nutzturbine 15 drehgekoppelt und wird von der Compound-Nutzturbine 15 angetrieben. Die Gaspumpe 14 erlaubt eine Rückführung von Abgas aus dem Abgasstrang 4 in den Ansaugtrakt 6 auch in solchen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1, in denen kein oder kein ausreichendes Druckgefälle zwischen dem Abgasstrang 4 stromab der Abgasreinigungseinrichtung 19 und dem Ansaugtrakt 6 stromab des Ladeluftkühlers 18 herrscht. Sogar bei einem negativen Druckgefälle, also bei einem höheren Druck im Ansaugtrakt 6 als im Abgasstrang 4, kann mithilfe der Gaspumpe 14 eine Abgasrückführung zwischen Abgasstrang 4 und Ansaugtrakt 6 durchgeführt werden. Aufgrund der mechanischen Kopplung zwischen der Gaspumpe 14 und der Compound-Nutzturbine 15 ist kein separater Antrieb für die Gaspumpe 14 erforderlich.Furthermore belongs to the exhaust gas recirculation device 9 a gas storage tank 13 located downstream of the exhaust gas purifier 19 in the exhaust system 4 is arranged and from which the exhaust gas recirculation line 10 branched. In the exhaust gas recirculation line 10 are also immediately downstream of the gas collection container 13 an exhaust gas cooler 12 and downstream of the exhaust gas cooler 12 a gas pump 14 arranged. The gas pump 14 as part of the exhaust gas recirculation device 9 is mechanical with the compound power turbine 15 is rotationally coupled and used by the compound power turbine 15 driven. The gas pump 14 allows a return of exhaust gas from the exhaust system 4 in the intake tract 6 also in such operating states of the internal combustion engine 1 in which no or insufficient pressure gradient between the exhaust line 4 downstream of the exhaust gas purification device 19 and the intake tract 6 downstream of the intercooler 18 prevails. Even with a negative pressure gradient, ie at a higher pressure in the intake system 6 as in the exhaust system 4 , can by using the gas pump 14 an exhaust gas recirculation between the exhaust line 4 and intake system 6 be performed. Due to the mechanical coupling between the gas pump 14 and the compound power turbine 15 is not a separate drive for the gas pump 14 required.

Sämtliche einstellbaren Aggregate der Brennkraftmaschine 1 werden über Stellsignale einer Regel- und Steuereinheit 20 in Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsgrößen eingestellt. Reguliert werden insbesondere das Sperrventil 11 in der Abgasrückführungseinrichtung 9, die variable Turbinengeometrie 8 in der Abgasturbine 3 sowie die Kupplung 16 und das Getriebe 17, über die die Compound-Nutzturbine 15 mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 verbunden sind.All adjustable units of the internal combustion engine 1 be via control signals of a control and control unit 20 set depending on condition and operating variables. In particular, the check valve is regulated 11 in the exhaust gas recirculation device 9 , the variable turbine geometry 8th in the exhaust gas turbine 3 as well as the clutch 16 and the gearbox 17 about which the compound utility turbine 15 with the crankshaft of the internal combustion engine 1 are connected.

Aufgrund der Abzweigung der Abgasrückführleitung 10 stromab der Compound-Nutzturbine 15 steht die Exergie des Abgases ungeschmälert für den Antrieb der Abgasturbine 3 und der Compound-Nutzturbine 15 zur Verfügung, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine 1 verbessert wird. Die Rückförderung des Abgases vom Abgasstrang 4 in den Ansaugtrakt 6 wird mithilfe der Gaspumpe 14 durchgeführt, so dass die Abgasrückführung unabhängig von den Druckverhältnissen im Verzweigungspunkt der Abgasrückführleitung 10 vom Abgasstrang 4 durchgeführt werden kann. Zudem erhält man mit der Gaspumpe 14 einen zusätzlichen Freiheitsgrad, in dem gegebenenfalls die Pumpenleistung der Gaspumpe 14 einstellbar ausgeführt wird.Due to the diversion of the exhaust gas recirculation line 10 downstream of the compound power turbine 15 is the exergy of the exhaust gas undiminished for the drive of the exhaust gas turbine 3 and the compound power turbine 15 available, reducing the overall efficiency of the internal combustion engine 1 is improved. The return of the exhaust gas from the exhaust system 4 in the intake tract 6 is using the gas pump 14 performed so that the exhaust gas recirculation regardless of the pressure conditions in the branch point of the exhaust gas recirculation line 10 from the exhaust system 4 can be carried out. In addition, you get with the gas pump 14 an additional degree of freedom, in which optionally the pump power of the gas pump 14 is made adjustable.

Die Gaspumpe 14 ist zweckmäßig als Verdichter mit einem drehbar gelagerten Verdichterrad ausgeführt, das koaxial zur Welle der Compound-Nutzturbine 15 gelagert ist und von dieser angetrieben wird. In Frage kommen aber auch weitere Pumpenausführungen, beispielsweise eine Kolbenpumpe bzw. Verdrängermaschinen aller Art.The gas pump 14 is expediently designed as a compressor with a rotatably mounted compressor wheel, which is coaxial with the shaft of the compound power turbine 15 is stored and driven by this. In question, however, also other pump designs, such as a piston pump or displacement machines of all kinds.

In 2 ist eine weitere Ausführung einer Brennkraftmaschine 1 mit Abgasturbolader 2 und Abgasrückführungseinrichtung 9 dargestellt. Wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel verzweigt die Abgasrückführleitung 10 von einem Gassammelbehälter 13, der stromab der Abgasreinigungseinrichtung 19 im Abgasstrang 4 angeordnet ist. In der Abgasrückführleitung 10 befindet sich der Abgaskühler 12, die Gaspumpe 14 sowie das Sperrventil 11. Darüber hinaus ist in der Abgasrückführleitung 10 zwischen dem Gassammelbehälter 13 und dem Abgaskühler 12 – also stromauf der Gaspumpe 14 – ein weiteres Stellventil 21 angeordnet, über das zum einen der Massenstrom des Abgases aus dem Abgasstrang 4 in die Abgasrückführleitung 10 reguliert und zum anderen ein zusätzlicher Frischluftstrom aus der Umgebung in die Abgasrückführleitung 10 eingespeist werden kann. Das Stellventil 21 ist variabel ausgeführt, so dass stufenlos unterschiedliche Mischungsverhältnisse von Abgas und Frischluft eingestellt werden können, wobei auch eine völlige Absperrung der Abgasrückführleitung 10, ein ausschließlicher, einstellbarer Abgasmassenstrom oder ein ausschließlicher, einstellbarer Frischluftmassenstrom eingestellt werden können. Die Beimischung von Frischluft stellt einen zusätzlichen Freiheitsgrad dar, über den das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine 1 beeinflusst werden kann.In 2 is another embodiment of an internal combustion engine 1 with turbocharger 2 and exhaust gas recirculation device 9 shown. As in the previous embodiment, the exhaust gas recirculation line branches 10 from a gas storage tank 13 located downstream of the exhaust gas purifier 19 in the exhaust system 4 is arranged. In the exhaust gas recirculation line 10 is the exhaust gas cooler 12 , the gas pump 14 as well as the check valve 11 , In addition, in the exhaust gas recirculation line 10 between the gas collection container 13 and the exhaust gas cooler 12 - So upstream of the gas pump 14 - Another control valve 21 arranged on the one hand, the mass flow of the exhaust gas from the exhaust system 4 into the exhaust gas recirculation line 10 regulates and on the other an additional fresh air flow from the environment in the exhaust gas recirculation line 10 can be fed. The control valve 21 is variable, so that continuously different mixing ratios of exhaust gas and fresh air can be adjusted, with a complete shut-off of the exhaust gas recirculation line 10 , an exclusive, adjustable exhaust gas mass flow or an exclusive, adjustable fresh air mass flow can be adjusted. The admixture of fresh air represents an additional degree of freedom over which the emission behavior of the internal combustion engine 1 can be influenced.

Im Ausführungsbeispiel nach 3, das ebenfalls eine aufgeladene Brennkraftmaschine 1 mit Abgasturbolader 2 und Abgasrückführungseinrichtung 9 zeigt, ist die Gaspumpe 14 in der Abgasrückführleitung 10 nicht unmittelbar von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben, sondern von einem ihr zugeordneten Elektromotor 22. Der Elektromotor 22 wird zweckmäßig von einem Generator mit Strom gespeist, der von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird, beispielsweise von der Lichtmaschine. Der Vorteil dieser Ausführung liegt in der mechanischen Entkopplung von Brennkraftmaschine 1 und Antrieb der Gaspumpe 14, was die Regelung und Steuerung der Gaspumpenleistung erheblich vereinfacht.In the embodiment according to 3 , which is also a supercharged internal combustion engine 1 with turbocharger 2 and exhaust gas recirculation device 9 shows is the gas pump 14 in the exhaust gas recirculation line 10 not directly from the internal combustion engine 1 but driven by an associated electric motor 22 , The electric motor 22 is suitably fed by a generator with electricity from the internal combustion engine 1 is driven, for example, from the alternator. The advantage of this design lies in the mechanical decoupling of internal combustion engine 1 and drive the gas pump 14 , which greatly simplifies the regulation and control of the gas pump performance.

Die Abgasrückführeinrichtungen 9 der 1, 2 und 3 sind auch für Aufladesysteme ohne Compound-Nutzturbine 15 vorteilhaft nutzbar, insbesondere, wenn hohe Abgasrückführmengen über der Rate von 40 % bewerkstelligt werden müssen. Bei der fehlenden Compound-Turbine wird die Gaspumpe 14 in 1 und 2 mechanisch über die Kurbelwelle mit nachgeschaltetem Getriebe 17 angetrieben. Hierdurch wird die Auslegung der Abgasturboladerturbine in ihrer Größe und damit ihrem Wirkungsgrad stark begünstigt.The exhaust gas recirculation systems 9 of the 1 . 2 and 3 are also for supercharger systems without compound turbine 15 advantageously usable, in particular, when high exhaust gas recirculation levels must be accomplished over the rate of 40%. At the missing compound turbine becomes the gas pump 14 in 1 and 2 mechanically via the crankshaft with downstream gearbox 17 driven. As a result, the design of the turbocharger turbine in its size and thus its efficiency is greatly favored.

Claims (16)

Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgasturbolader (2), der eine Abgasturbine (3) im Abgasstrang (4) und einen Verdichter (5) im Ansaugtrakt (6) umfasst, mit einer Abgasrückführungseinrichtung (9), die eine Abgasrückführleitung (10) zwischen Abgasstrang (4) und Ansaugtrakt (6) umfasst, wobei die Abgasrückführleitung (10) stromab der Abgasturbine (3) vom Abgasstrang (4) abzweigt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (10) eine Gaspumpe (14) zur Förderung von Gas in den Ansaugtrakt (6) hinein angeordnet ist.Internal combustion engine ( 1 ) with an exhaust gas turbocharger ( 2 ), which has an exhaust gas turbine ( 3 ) in the exhaust line ( 4 ) and a compressor ( 5 ) in the intake tract ( 6 ), with an exhaust gas recirculation device ( 9 ), which is an exhaust gas recirculation line ( 10 ) between exhaust line ( 4 ) and intake tract ( 6 ), wherein the exhaust gas recirculation line ( 10 ) downstream of the exhaust gas turbine ( 3 ) from the exhaust line ( 4 ) branches off, characterized in that in the exhaust gas recirculation line ( 10 ) a gas pump ( 14 ) for the transport of gas into the intake tract ( 6 ) is arranged inside. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (10) stromab der Abgasturbine (3) vom Abgasstrang (4) abzweigt.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the exhaust gas recirculation line ( 10 ) downstream of the exhaust gas turbine ( 3 ) from the exhaust line ( 4 ) branches off. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Compound-Nutzturbine (15) vorgesehen ist, die mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (1) gekoppelt ist.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that a compound power turbine ( 15 ) is provided, which with the crankshaft of the internal combustion engine ( 1 ) is coupled. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaspumpe (14) von der Compound-Nutzturbine (15) angetrieben ist.Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the gas pump ( 14 ) from the compound power turbine ( 15 ) is driven. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Compound-Nutzturbine (15) stromab der Abgasturbine (3) im Abgasstrang (4) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized in that the compound power turbine ( 15 ) downstream of the exhaust gas turbine ( 3 ) in the exhaust line ( 4 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (10) stromab der Compound-Nutzturbine (15) vom Abgasstrang (4) abzweigt.Internal combustion engine according to one of claims 3 to 5, characterized in that the exhaust gas recirculation line ( 10 ) downstream of the compound utility turbine ( 15 ) from the exhaust line ( 4 ) branches off. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Compound-Nutzturbine (15) über ein Getriebe (17) mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (1) gekoppelt ist.Internal combustion engine according to one of claims 3 to 6, characterized in that the compound power turbine ( 15 ) via a transmission ( 17 ) with the crankshaft of the internal combustion engine ( 1 ) is coupled. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaspumpe (14) als Zusatzverdichter ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the gas pump ( 14 ) is designed as an additional compressor. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaspumpe (14) als Kolbenpumpe bzw. als Verdrängermaschine aller Art ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the gas pump ( 14 ) is designed as a piston pump or as a displacement machine of all kinds. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaspumpe (14) von einem Elektromotor (22) angetrieben wird.Internal combustion engine according to claim 8 or 9, characterized in that the gas pump ( 14 ) of an electric motor ( 22 ) is driven. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (10) stromab einer Abgasreinigungseinrichtung (19) vom Abgasstrang (4) abzweigt.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the exhaust gas recirculation line ( 10 ) downstream of an exhaust gas purification device ( 19 ) from the exhaust line ( 4 ) branches off. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrang (4) ein Gassammelbehälter (13) angeordnet ist, von dem aus die Abgasrückführleitung (10) abzweigt.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 11, characterized in that in the exhaust system ( 4 ) a gas collecting container ( 13 ) is arranged, from which the exhaust gas recirculation line ( 10 ) branches off. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (10) stromauf der Gaspumpe (14) ein Stellventil (21) angeordnet ist, über das der Abgasstrom in die Abgasrückführleitung (10) einstellbar ist.Internal combustion engine according to one of the claims che 1 to 12, characterized in that in the exhaust gas recirculation line ( 10 ) upstream of the gas pump ( 14 ) a control valve ( 21 ) is arranged, via which the exhaust gas flow into the exhaust gas recirculation line ( 10 ) is adjustable. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass über das Stellventil (21) Frischluft in die Abgasrückführleitung (10) einzuspeisen ist.Internal combustion engine according to claim 13, characterized in that via the control valve ( 21 ) Fresh air into the exhaust gas recirculation line ( 10 ) is to be fed. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (10) stromab eines Ladeluftkühlers (18) in den Ansaugtrakt (6) einmündet.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 14, characterized in that the exhaust gas recirculation line ( 10 ) downstream of a charge air cooler ( 18 ) in the intake tract ( 6 ). Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (3) das Abgasturboladers (2) mit einer variablen Turbinengeometrie (8) zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnittes ausgestattet ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 15, characterized in that the exhaust gas turbine ( 3 ) the exhaust gas turbocharger ( 2 ) with a variable turbine geometry ( 8th ) is equipped for variable adjustment of the effective turbine inlet cross-section.
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