DE102008061399A1 - Internal combustion engine with two exhaust gas turbochargers connected in series - Google Patents

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Abstract

Eine Brennkraftmaschine (10) hat zwei in Reihe geschalteten Abgasturbolader (22, 26), die jeweils eine Abgasturbine (34, 36) in einer Abgasleitung (32) und einen Verdichter (20, 24) in einem Ansaugtrakt (18) umfassen. Zur Reduzierung der Stickoxidemissionen sind eine Abgasrückführleitung (40), die stromauf der Abgasturbine (36) des motornahen Abgasturboladers (26) von der Abgasleitung (32) abzweigt und zwischen den Verdichtern (20, 24) der beiden Abgasturbolader (22, 26) in den Ansaugtrakt (18) mündet, und eine Vorrichtung (29, 44) zum Kühlen und Befeuchten des über die Abgasrückführleitung (40) in den Ansaugtrakt (18) rückgeführten Abgasstroms vorgesehen. Dieses System ist insbesondere bei mit Schweröl betriebenen Großdieselmotoren in vorteilhafter Weise einsetzbar.An internal combustion engine (10) has two exhaust gas turbochargers (22, 26) connected in series, each comprising an exhaust gas turbine (34, 36) in an exhaust pipe (32) and a compressor (20, 24) in an intake tract (18). To reduce the nitrogen oxide emissions are an exhaust gas recirculation line (40) upstream of the exhaust gas turbine (36) of the exhaust gas turbocharger (26) from the exhaust pipe (32) branches off and between the compressors (20, 24) of the two exhaust gas turbocharger (22, 26) in the Intake tract (18) opens, and a device (29, 44) for cooling and moistening of the exhaust gas recirculation line (40) in the intake tract (18) recirculated exhaust gas stream provided. This system can be used advantageously in particular in large diesel engines operated with heavy oil.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern und einer Abgasrückführung.The The invention relates to an internal combustion engine with two connected in series Exhaust gas turbochargers and exhaust gas recirculation.

Die gekühlte Abgasrückführung (AGR) ist eine sehr effektive Methode zur Reduzierung der Stickoxidemissionen. Sie ist bei allen Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen Stand der Technik (siehe zum Beispiel die DE 10 2004 009 794 A1 ) und kommt auch bei großen, schell laufenden Motoren wie zum Beispiel bei Bahnanwendungen immer häufiger zum Einsatz. Schwerölbetriebene Großdieselmotoren können ebenfalls mit einer gekühlten AGR betrieben werden. Eine Abgasrückführrate von etwa 10% führt in diesem Fall zu einer Stickoxidemissionsverminderung um etwa 35 bis 40%.Cooled exhaust gas recirculation (EGR) is a very effective method of reducing nitrogen oxide emissions. It is state of the art in all diesel engines of motor vehicles (see for example the DE 10 2004 009 794 A1 ) and is also used more and more frequently in large, fast-running engines, for example in railway applications. Heavy oil diesel engines can also be operated with a cooled EGR. An exhaust gas recirculation rate of about 10% in this case leads to a reduction of nitrogen oxide emissions by about 35 to 40%.

Bei schnell laufenden Kraftfahrzeugmotoren wird die AGR im Fahrzyklus hauptsächlich bei geringen Leistungen eingesetzt und arbeitet mit negativen Spülgefällen, bei denen der Abgasdruck nach den Zylindern der Brennkraftmaschine größer als der Ladeluftdruck vor den Zylindern der Brennkraftmaschine ist. Bei Großdieselmotoren sind hohe Leistungen im Betriebszyklus stark gewichtet. Bei hoher Leistung wird die AGR jedoch durch die geforderten niedrigen Bauteiltemperaturen bei Schwerölmotoren und das positive Spülgefälle an der Brennkraftmaschine erschwert.at fast running automotive engines, the EGR is in the driving cycle mainly used at low power and works with negative purge rates, where the exhaust pressure bigger after the cylinders of the internal combustion engine as the charge air pressure in front of the cylinders of the internal combustion engine. In large diesel engines are high performance in the operating cycle heavily weighted. At high power, however, the EGR will be replaced by the required low component temperatures in heavy oil engines and the positive purge gradient on the internal combustion engine difficult.

Ferner besteht bei mit Schweröl betriebenen Großdieselmotoren das Problem, dass bei der Verbrennung des Schweröls Rückstände entstehen, die sich nach der Rückführung des Abgasstroms in den verdichteten Ladeluftstrom an den die Ladeluft führenden Bauteilen ablagern können. Aus diesem Grund schlägt zum Beispiel die DE 10 2006 048 269 A1 eine Brennkraftmaschine vor, bei welcher der gekühlte Abgasstrom über die AGR direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine rückgeführt wird.Furthermore, there is the problem with large diesel engines operated with heavy oil that residues are formed during the combustion of the heavy oil, which can be deposited after the return of the exhaust gas flow in the compressed charge air flow to the charge air leading components. For this reason, for example, suggests DE 10 2006 048 269 A1 an internal combustion engine, in which the cooled exhaust gas flow is recycled via the EGR directly into the cylinders of the internal combustion engine.

Mit Hilfe der Abgasrückführung wird das Sauerstoffangebot für die Verbrennung in den Zylindern der Brennkraftmaschine gesenkt, was letztlich zur Reduzierung der Stickoxidemissionen führt. So können die Stickoxidemissionen bei einer Sauerstoffkonzentration in der Ladeluft von etwa 22,5% (zum Vergleich: Luft besitzt eine Sauerstoffkonzentration von etwa 23,2%) um bis zu etwa 30% reduziert werden.With Help of exhaust gas recirculation becomes the supply of oxygen for combustion in the cylinders of the internal combustion engine lowered, which ultimately leads to the reduction of nitrogen oxide emissions. Thus, the nitrogen oxide emissions at an oxygen concentration in the charge air of about 22.5% (for comparison: air has one Oxygen concentration of about 23.2%) by up to about 30% become.

Entscheidend für die Reduzierung der Stickoxidemissionen ist das Senken der Verbrennungstemperaturen. Neben der oben genannten gekühlten Abgasrückführung kann dies zum Beispiel auch durch die Befeuchtung der Ladeluft geschehen, wie zum Beispiel in der EP 1 386 069 B1 beschrieben. Mit dem so genannten HAM(Humid Air Motor)-Verfahren wird die Ladeluft des Dieselmotors befeuchtet und der Kraftstoff verbrennt in der Brennkraftmaschine in feuchter Luft. Auf diese Weise lassen sich die Stickoxidemissionen im Vergleich zu gewöhnlicher Ladeluft theoretisch um bis zu etwa 50% und mehr reduzieren, allerdings hat die feuchte Ladeluft einen negativen Einfluss auf die Leistungskapazität des Großdieselmotors.Decisive for the reduction of nitrogen oxide emissions is the lowering of the combustion temperatures. In addition to the above-mentioned cooled exhaust gas recirculation, this can be done for example by the humidification of the charge air, such as in the EP 1 386 069 B1 described. With the so-called HAM (Humid Air Engine) method, the charge air of the diesel engine is moistened and the fuel burns in the internal combustion engine in moist air. In this way, nitrogen oxide emissions can theoretically be reduced by up to about 50% and more compared to ordinary charge air, but the moist charge air has a negative impact on the performance capacity of the large diesel engine.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung und reduzierten Stickoxidemissionen zu schaffen.task The invention is an improved internal combustion engine with two stages Charge and reduced nitrogen oxide emissions.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is by an internal combustion engine with the characteristics of Claim 1 solved. Advantageous embodiments and developments The invention are defined in the dependent claims specified.

Die Brennkraftmaschine der Erfindung hat zwei in Reihe geschaltete Abgasturbolader, die jeweils eine Abgasturbine in einer Abgasleitung und einen Verdichter in einem Ansaugtrakt umfassen. Weiter sind eine Abgasrückführleitung vorgesehen, die stromauf der Abgasturbine des motornahen Abgasturboladers von der Abgasleitung abzweigt und zwischen den Verdichtern der beiden Abgasturbolader in den Ansaugtrakt mündet, und eine Vorrichtung zum Kühlen und Befeuchten des über die Abgasrückführleitung in den Ansaugtrakt rückgeführten Abgasstroms vorgesehen.The Internal combustion engine of the invention has two exhaust gas turbochargers connected in series, each an exhaust gas turbine in an exhaust pipe and a compressor in an intake tract. Next are an exhaust gas recirculation line provided upstream of the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger close to the engine branches off from the exhaust pipe and between the compressors of the two Exhaust gas turbocharger opens into the intake tract, and a device for cooling and humidifying the via the exhaust gas recirculation line provided in the intake tract recirculated exhaust gas stream.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung sind eine Abgasrückführleitung sowie eine Vorrichtung zum Kühlen und Befeuchten des über die Abgasrückführleitung in den Ansaugtrakt rückgeführten Abgasstroms vorgesehen. Durch diese Konstruktion werden die Verbrennungstemperaturen in den Zylindern der Brennkraftmaschine durch zweierlei Maßnahmen gesenkt: einerseits durch die Reduzierung des Sauerstoffangebots aufgrund des in den Ansaugtrakt rückgeführten gekühlten Abgasstroms und andererseits durch das Anfeuchten der Verbrennungsluft aufgrund des Befeuchtens des rückgeführten Abgasstroms. Als Ergebnis der auf diese Weise deutlich reduzierten Verbrennungstemperaturen können die Stickoxidemissionen wesentlich reduziert werden.at the internal combustion engine according to the invention with two-stage Charging is an exhaust gas recirculation pipe as well a device for cooling and humidifying the over recirculated the exhaust gas recirculation line in the intake Provided exhaust stream. By this construction, the combustion temperatures in the cylinders of the internal combustion engine by two measures lowered: on the one hand by reducing the supply of oxygen due to the recirculated into the intake tract cooled exhaust gas flow and on the other hand by moistening the combustion air due to the humidification of the recirculated Exhaust gas flow. As a result of this way significantly reduced Combustion temperatures can be the nitrogen oxide emissions be significantly reduced.

Weiter mündet die Abgasrückführleitung zwischen den beiden Verdichtern der Abgasturbolader in den Ansaugtrakt, sodass die Ladeluft zusammen mit dem rückgeführten Abgasstrom im Verdichter des motornahen Abgasturboladers nochmals verdichtet wird. Auf diese Weise kann auch bei Großdieselmotoren mit sehr guten Aufladesystemwirkungsgraden das große positive Spüldruckgefälle der Brennkraftmaschine weiter genutzt werden.Further opens the exhaust gas recirculation line between the two compressors of the exhaust gas turbocharger in the intake tract, so the charge air together with the recirculated exhaust gas flow is compressed again in the compressor of the exhaust gas turbocharger close to the engine. In this way, even with large diesel engines with very good charging system efficiencies the large positive flush pressure drop the internal combustion engine can be used.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung zum Kühlen und Befeuchten des rückgeführten Abgasstroms einen Abgaswäscher auf, der in der Abgasrückführleitung angeordnet ist. Der eingesetzte Abgaswäscher entzieht dem rückgeführten Abgasstrom nahezu die gesamten Schwefel- und Metalloxide sowie einen Großteil der Aschen aus dem verbrannten Schmieröl und Kraftstoff. Damit können die Korrosionsgefahr und die Verschmutzungsneigung im Ansaugtrakt durch die rückgeführten Abgase verringert werden. Der Abgaswäscher sorgt gleichzeitig für eine Kühlung des rückgeführten Abgasstroms, sodass auf einen AGR-Kühler, der üblicherweise verschmutzungsempfindlich ist, in der Abgasrückführleitung verzichtet werden kann. Außerdem bewirkt der Abgaswäscher ein Anfeuchten des rückgeführten Abgasstroms, was sich positiv auf die Stickoxidemissionen der Brennkraftmaschine auswirkt.In one embodiment of the invention For example, the device for cooling and humidifying the recirculated exhaust gas flow has an exhaust gas scrubber which is arranged in the exhaust gas recirculation line. The exhaust gas scrubber used removes almost all the sulfur and metal oxides as well as the majority of the ashes from the burnt lubricating oil and fuel from the recirculated exhaust gas flow. Thus, the risk of corrosion and the tendency to fouling in the intake can be reduced by the recirculated exhaust gases. At the same time, the exhaust gas scrubber ensures cooling of the recirculated exhaust gas flow, so that it is possible to dispense with an EGR cooler, which is usually susceptible to contamination, in the exhaust gas recirculation line. In addition, the exhaust gas scrubber causes moistening of the recirculated exhaust gas flow, which has a positive effect on the nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine.

Alternativ oder zusätzlich weist diese Vorrichtung zum Kühlen und Befeuchten des rückgeführten Abgasstroms eine Befeuchtungsvorrichtung auf, die in dem Ansaugtrakt angeordnet ist. In diesem Fall mündet die Abgasrückführleitung vorzugsweise in diese Befeuchtungsvorrichtung. Außerdem ist diese Befeuchtungsvorrichtung zum Beispiel eine Befeuchtungsvorrichtung nach dem HAM-(Humid Air Motor) oder dem SAM-(Scavenging Air Moistening)Verfahren. Die Befeuchtungsvorrichtung bewirkt neben dem Anfeuchten des Ladeluftstroms einschließlich des rückgeführten Abgasstroms auch eine Kühlung der beiden Ströme sowie eine Entfernung der Schwefeloxide aus dem rückgeführten Abgas.alternative or in addition, this device has for cooling and humidifying the recirculated exhaust gas flow Moistening device, which is arranged in the intake tract. In this case, the exhaust gas recirculation line opens preferably in this moistening device. Furthermore For example, this humidification device is a humidification device according to the HAM (Humid Air Motor) or the SAM (Scavenging Air Moistening) method. The moistening device causes in addition to moistening the charge air flow including the recirculated exhaust gas flow also a cooling of the two streams and a Removal of sulfur oxides from the recirculated Exhaust.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Abgasturbine des motornahen Abgasturboladers als eine Hochdruckturbine mit variablen Querschnitten ausgebildet.In Another embodiment of the invention is the exhaust gas turbine the near-engine exhaust gas turbocharger as a high-pressure turbine with variable cross-sections educated.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Turbolader-Bypassleitung vorgesehen, die stromauf der Abgasturbine des motornahen Abgasturboladers von der Abgasleitung abzweigt und zwischen den Abgasturbinen der beiden Abgasturbolader wieder in die Abgasleitung mündet.In A still further embodiment of the invention is a turbocharger bypass line provided upstream of the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger close to the engine branches off from the exhaust pipe and between the exhaust gas turbine of the both exhaust gas turbochargers back into the exhaust pipe.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei mit Schweröl betriebenen Großdieselmotoren in vorteilhafter Weise anwendbar.The The present invention is particularly useful with heavy oil operated large diesel engines advantageously applicable.

Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:Above and other features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments better understood with reference to the accompanying drawings. Show:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 1 a schematic representation of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention; and

2 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 a schematic representation of an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention.

Bezug nehmend auf 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine der Erfindung mit einer zweistufigen Aufladung näher beschrieben.Referring to 1 a first embodiment of an internal combustion engine of the invention with a two-stage charging is described in detail.

Die Brennkraftmaschine 10 selbst, insbesondere ein mit Schweröl betriebener Großdieselmotor, umfasst in bekannter Weise eine Zylinderreihe 12 mit mehreren Zylindern zum Verbrennen eines Kraftstoffes sowie einer Ladeluftsammelleitung 14 auf der Eingangsseite der Zylinderreihe 12 zum Zuführen von Verbrennungsluft und einer Abgassammelleitung 16 auf der Ausgangsseite der Zylinderreihe 12 zum Abführen der bei der Verbrennung entstandenen Abgase.The internal combustion engine 10 itself, in particular a large diesel engine operated with heavy oil, comprises in a known manner a row of cylinders 12 with several cylinders for burning a fuel and a charge air manifold 14 on the input side of the cylinder bank 12 for supplying combustion air and an exhaust manifold 16 on the output side of the cylinder bank 12 for removing the exhaust gases formed during combustion.

Im Ansaugtrakt 18 der Brennkraftmaschine 10, die zur Ladeluftsammelleitung 14 führt, sind ein erster Verdichter 20 eines motorfernen Abgasturboladers 22, der die Niederdruckstufe der zweistufigen Aufladung bildet, zum Ansaugen und Verdichten von Umgebungsluft und ein zweiter Verdichter 24 eines motornahen Abgasturboladers 26, der die Hochdruckstufe der zweistufigen Aufladung bildet, zum weiteren Verdichten der Ladeluft angeordnet. Stromab des ersten Verdichters 20 ist ein erster Ladeluftkühler 28 im Ansaugtrakt 18 angeordnet und stromab des zweiten Verdichters 24 ist ein zweiter Ladeluftkühler 30 im Ansaugtrakt 18 angeordnet.In the intake tract 18 the internal combustion engine 10 going to the charge air manifold 14 leads are a first compressor 20 a remote engine exhaust turbocharger 22 , which forms the low pressure stage of the two-stage supercharging, for sucking and compressing ambient air and a second compressor 24 a near-engine exhaust gas turbocharger 26 , which forms the high-pressure stage of the two-stage supercharging, arranged for further compression of the charge air. Downstream of the first compressor 20 is a first intercooler 28 in the intake tract 18 arranged and downstream of the second compressor 24 is a second intercooler 30 in the intake tract 18 arranged.

Die Abgase werden von der Abgassammelleitung 16 der Brennkraftmaschine 10 über eine Abgasleitung 32 einem Abgasnachbehandlungssystem (nicht dargestellt) mit Filtern, Katalysatoren und dergleichen zugeführt. In der Abgasleitung 32 sind eine erste Abgasturbine (Niederdruckturbine) 34 des motorfernen Abgasturboladers 22 und eine zweite Abgasturbine (Hochdruckturbine) 36 des motornahen Abgasturboladers 26 angeordnet. Der Abgasstrom verrichtet zunächst in der Hochdruckturbine 36 Arbeit, um in bekannter Weise den mit ihr verbundenen Verdichter 24 anzutreiben. In der Niederdruckturbine 34 verrichtet der Abgasstrom nochmals Arbeit und treibt so den mit ihr verbundenen ersten Verdichter 20 im Ansaugtrakt 18 der Brennkraftmaschine 10 an.The exhaust gases are from the exhaust manifold 16 the internal combustion engine 10 via an exhaust pipe 32 an exhaust aftertreatment system (not shown) with filters, catalysts and the like supplied. In the exhaust pipe 32 are a first exhaust gas turbine (low-pressure turbine) 34 of the engine exhaust turbocharger 22 and a second exhaust gas turbine (high-pressure turbine) 36 of the exhaust gas turbocharger close to the engine 26 arranged. The exhaust stream initially performs in the high-pressure turbine 36 Work in a known manner the compressor connected to it 24 drive. In the low-pressure turbine 34 the exhaust gas flow does more work and thus drives the first compressor connected to it 20 in the intake tract 18 the internal combustion engine 10 at.

Die Hochdruckturbine 36 des motornahen Abgasturboladers 26 ist vorzugsweise mit variablen Querschnitten (VTA – Variable Turbine Area) ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist eine Turbolader-Bypassleitung 38 mit einem variabel steuerbaren Bypassventil 39 vorgesehen. Diese Bypassleitung 38 zweigt stromauf der Abgasturbine 36 des motornahen Abgasturboladers 26 von der Abgasleitung 32 ab und mündet zwischen den beiden Abgasturbinen 34, 36 wieder in die Abgasleitung 32 ein.The high pressure turbine 36 of the exhaust gas turbocharger close to the engine 26 is preferably formed with variable cross sections (VTA - Variable Turbine Area). Alternatively or additionally, a turbocharger bypass line 38 with a variably controllable bypass valve 39 intended. This bypass line 38 branches upstream of the exhaust gas turbine 36 of the exhaust gas turbocharger close to the engine 26 from the exhaust pipe 32 and flows between the two exhaust gas turbines 34 . 36 back into the exhaust pipe 32 one.

Wie in 1 dargestellt, ist zudem eine Abgasrückführleitung 40 vorgesehen. Diese Abgasrückführleitung 40 zweigt ebenfalls stromauf der zweiten Abgasturbine 36 des motornahen Abgasturboladers 26 von der Abgasleitung 32 ab (Punkt B in 1), mündet aber zwischen den Verdichtern 20, 24 der beiden Abgasturbolader 22, 26, bevorzugt stromab des ersten Ladeluftkühlers 28, in den Ansaugtrakt 18 ein (Punkt A in 1).As in 1 shown, is also an exhaust gas recirculation line 40 intended. This exhaust gas recirculation line 40 also branches upstream of the second exhaust gas turbine 36 of the exhaust gas turbocharger close to the engine 26 from the exhaust pipe 32 from (point B in 1 ), but flows between the compressors 20 . 24 the two turbochargers 22 . 26 , preferably downstream of the first charge air cooler 28 , in the intake tract 18 a (point A in 1 ).

In der Abgasrückführleitung 40 sind ein AGR-Ventil 42 zum Steuern der Abgasrückführrate in den Ansaugtrakt 18 und ein so genannter Abgaswäscher 44 angeordnet. Das AGR-Ventil 42 kann wahlweise stromauf oder stromab des Abgaswäschers 44 in der Abgasrückführleitung 40 angeordnet sein.In the exhaust gas recirculation line 40 are an EGR valve 42 for controlling the exhaust gas recirculation rate into the intake tract 18 and a so-called scrubber 44 arranged. The EGR valve 42 can optionally upstream or downstream of the exhaust scrubber 44 in the exhaust gas recirculation line 40 be arranged.

In dem Abgaswäscher 44 werden dem Abgasstrom nahezu alle sauren Komponenten, die zum Beispiel aus dem Kraftstoffschwefel stammen können, entzogen.In the scrubber 44 For example, almost all acidic components, which may originate from the fuel sulfur, are withdrawn from the exhaust gas flow.

Auch ein Großteil der Partikel wird dem Abgas im Abgaswäscher 44 entnommen. Gleichzeitig wird das Abgas gekühlt und angefeuchtet, bevor es mit der Ladeluft im Ansaugtrakt 18 vermischt wird. Durch die Abgasrückführung und den Abgaswäscher 44 in der Abgasrückführleitung 40 können die Stickoxidemissionen dieser zweistufig aufgeladenen Brennkraftmaschine 10 deutlich reduziert werden.A large part of the particles is the exhaust gas in the scrubber 44 taken. At the same time the exhaust gas is cooled and moistened before it with the charge air in the intake 18 is mixed. Through the exhaust gas recirculation and the scrubber 44 in the exhaust gas recirculation line 40 can the nitrogen oxide emissions of this two-stage supercharged internal combustion engine 10 be significantly reduced.

Der Abgasdruck an der Stelle B der Abgasleitung 32, d. h. an der Abzweigung der Abgasrückführleitung 40, ist höher als der Ladeluftdruck an der Stelle A des Ansaugtrakts 18. Der Ladeluftdruck an der Stelle C des Ansaugtrakts 18 stromab des Verdichters 24 der Hochdruckstufe 26 ist dagegen höher als der Abgasdruck an der Stelle A, sodass über die Brennkraftmaschine 10 ein positives Spüldruckgefälle eingestellt bzw. beibehalten werden kann, was speziell bei mit Schweröl betriebenen Großdieselmotoren von Vorteil ist.The exhaust pressure at point B of the exhaust pipe 32 , ie at the branch of the exhaust gas recirculation line 40 , is higher than the charge air pressure at the point A of the intake 18 , The charge air pressure at the point C of the intake tract 18 downstream of the compressor 24 the high pressure stage 26 is higher than the exhaust gas pressure at the point A, so that the internal combustion engine 10 a positive flushing pressure gradient can be set or maintained, which is particularly advantageous in heavy diesel engines operated with heavy oil.

Der zweite Verdichter 24 des motornahen Abgasturboladers 26 ist vorzugsweise durch geeignete Beschichtungstechnologien an die abgashaltige Ladeluft angepasst. Ebenso ist der zweite Ladeluftkühler 30 vorzugsweise geeignet optimiert, um auch abgashaltige Ladeluft effektiv kühlen zu können und gleichzeitig lange Betriebsdauern zu gewährleisten.The second compressor 24 of the exhaust gas turbocharger close to the engine 26 is preferably adapted by suitable coating technologies to the exhaust gas-laden charge air. Likewise, the second intercooler 30 preferably suitably optimized in order to be able to effectively cool exhaust-gas-laden charge air while ensuring long service lives.

Bezug nehmend auf 2 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine der Erfindung mit einer zweistufigen Aufladung näher beschrieben. Dabei sind gleiche bzw. ähnliche Komponenten und Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern wie in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel gekennzeichnet.Referring to 2 Now, a second embodiment of an internal combustion engine of the invention is described in more detail with a two-stage charge. The same or similar components and components are identified by the same reference numerals as in the first embodiment described above.

Die Brennkraftmaschine des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine dadurch, dass die beiden Ladeluftkühler 28, 30 stromab der Verdichter 20, 24 des motorfernen bzw. motornahen Abgasturboladers 22, 26 jeweils durch eine Befeuchtungsvorrichtung 29, 31 im Ansaugtrakt 18 ersetzt sind. Diese Befeuchtungsvorrichtungen 29, 31 sind vorzugsweise Befeuchtungsvorrichtungen, die nach dem HAM (Humid Air Motor) oder dem SAM (Scavenging Air Moistening) Verfahren arbeiten, um die Ladeluft abzukühlen und anzufeuchten, um die Verbrennungstemperaturen in den Zylindern 12 der Brennkraftmaschine 10 zu senken und so die Stickoxidemissionen zu reduzieren. Die Befeuchtungsvorrichtungen 29, 31 erfüllen dabei die Aufgaben sowohl der Ladeluftkühler 28, 30 als auch des Abgaswäschers 44 des ersten Ausführungsbeispiels.The internal combustion engine of the second embodiment is different from that in FIG 1 shown internal combustion engine in that the two intercoolers 28 . 30 downstream of the compressor 20 . 24 the engine-remote or near-engine exhaust gas turbocharger 22 . 26 each by a moistening device 29 . 31 in the intake tract 18 are replaced. These humidification devices 29 . 31 Preferably, humidification devices employing the Humid Air Motor (HAM) or the Scavenging Air Moistening (SAM) method are used to cool and wet the charge air to match the combustion temperatures in the cylinders 12 the internal combustion engine 10 to lower and thus reduce nitrogen oxide emissions. Humidifying devices 29 . 31 fulfill the tasks of both the intercooler 28 . 30 as well as the exhaust scrubber 44 of the first embodiment.

In einer Variante dieser Ausführungsform kann anstelle der zweiten Befeuchtungsvorrichtung 31 stromab des Verdichters 24 des motornahen Abgasturboladers 26 auch ein gewöhnlicher Ladeluftkühler 30 wie im ersten Ausführungsbeispiel von 1 angeordnet werden.In a variant of this embodiment, instead of the second moistening device 31 downstream of the compressor 24 of the exhaust gas turbocharger close to the engine 26 also an ordinary intercooler 30 as in the first embodiment of 1 to be ordered.

Wie in 2 veranschaulicht, mündet die Abgasrückführleitung 40, die auch in diesem Ausführungsbeispiel stromauf der Hochdruckturbine 36 von der Abgasleitung 32 abzweigt, direkt in die erste Befeuchtungsvorrichtung 29, sodass auch der über die Abgasrückführleitung 40 rückgeführte Abgasstrom abgekühlt und angefeuchtet wird.As in 2 illustrates the exhaust gas recirculation line opens 40 , which in this embodiment upstream of the high-pressure turbine 36 from the exhaust pipe 32 branches off, directly into the first moistening device 29 , so that also on the exhaust gas recirculation line 40 recirculated exhaust gas stream is cooled and moistened.

Zusätzlich zu der Befeuchtungsvorrichtung 29 kann optional auch in diesem Ausführungsbeispiel ein Abgaswäscher 44 in der Abgasrückführleitung 40 angeordnet werden, wie in 2 dargestellt. Dieser Abgaswäscher 44 kann aber im Vergleich zum obigen Ausführungsbeispiel von 1 kleiner dimensioniert sein.In addition to the moistening device 29 Optionally, in this embodiment, an exhaust scrubber 44 in the exhaust gas recirculation line 40 be arranged as in 2 shown. This exhaust scrubber 44 but can in comparison to the above embodiment of 1 smaller dimensions.

Die übrigen Komponenten, Merkmale und Vorteile dieses Ausführungsbeispiels entsprechen jenen des ersten Ausführungsbeispiels von 1, weshalb auf eine nochmalige Beschreibung derselben verzichtet wird.The other components, features, and advantages of this embodiment are the same as those of the first embodiment of FIG 1 , which is why a further description of the same is dispensed with.

1010
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
1212
Zylinderreihecylinder bank
1414
LadeluftsammelleitungCharge-air manifold
1616
AbgassammelleitungExhaust manifold
1818
Ansaugtraktintake system
2020
Verdichter von 22 Compressor of 22
2222
motorferner Abgasturboladermotor further turbocharger
2424
Verdichter von 26 Compressor of 26
2626
motornaher Abgasturboladerclose to the motor turbocharger
2828
erster Ladeluftkühlerfirst Intercooler
2929
erste Befeuchtungsvorrichtungfirst humidifying
3030
zweiter Ladeluftkühlersecond Intercooler
3131
zweite Befeuchtungsvorrichtungsecond humidifying
3232
Abgasleitungexhaust pipe
3434
Abgasturbine von 22 Exhaust gas turbine of 22
3636
Abgasturbine von 26 Exhaust gas turbine of 26
3838
Bypassleitungbypass line
3939
Bypassventilbypass valve
4040
Abgasrückführleitung (AGR)Exhaust gas recirculation line (AGR)
4242
AGR-VentilAGR valve
4444
Abgaswäscherexhaust gas scrubber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (8)

Brennkraftmaschine mit zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern (22, 26), die jeweils eine Abgasturbine (34, 36) in einer Abgasleitung (32) und einen Verdichter (20, 24) in einem Ansaugtrakt (18) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführleitung (40) vorgesehen ist, die stromauf der Abgasturbine (36) des motornahen Abgasturboladers (26) von der Abgasleitung (32) abzweigt und zwischen den Verdichtern (20, 24) der beiden Abgasturbolader (22, 26) in den Ansaugtrakt (18) mündet; und dass eine Vorrichtung (29, 44) zum Kühlen und Befeuchten des über die Abgasrückführleitung (40) in den Ansaugtrakt (18) rückgeführten Abgasstroms vorgesehen ist.Internal combustion engine with two exhaust gas turbochargers connected in series ( 22 . 26 ), each having an exhaust gas turbine ( 34 . 36 ) in an exhaust pipe ( 32 ) and a compressor ( 20 . 24 ) in an intake tract ( 18 ), characterized in that an exhaust gas recirculation line ( 40 ) is provided, the upstream of the exhaust gas turbine ( 36 ) of the exhaust gas turbocharger close to the engine ( 26 ) from the exhaust pipe ( 32 ) branches off and between the compressors ( 20 . 24 ) of the two exhaust gas turbochargers ( 22 . 26 ) in the intake tract ( 18 ) opens; and that a device ( 29 . 44 ) for cooling and humidifying the via the exhaust gas recirculation line ( 40 ) in the intake tract ( 18 ) is provided recirculated exhaust gas stream. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (29, 44) zum Kühlen und Befeuchten des rückgeführten Abgasstroms einen Abgaswäscher (44) aufweist, der in der Abgasrückführleitung (40) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the device ( 29 . 44 ) for cooling and humidifying the recirculated exhaust gas flow, an exhaust gas scrubber ( 44 ), which in the exhaust gas recirculation line ( 40 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (29, 44) zum Kühlen und Befeuchten des rückgeführten Abgasstroms eine Befeuchtungsvorrichtung (29) aufweist, die in dem Ansaugtrakt (18) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the device ( 29 . 44 ) for cooling and humidifying the recirculated exhaust gas flow, a humidifying device ( 29 ) located in the intake tract ( 18 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (40) in die Befeuchtungsvorrichtung (29) mündet.Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the exhaust gas recirculation line ( 40 ) into the moistening device ( 29 ) opens. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchtungsvorrichtung (29) eine Befeuchtungsvorrichtung nach dem HAM- oder dem SAM-Verfahren ist.Internal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized in that the moistening device ( 29 ) is a humidifying device according to the HAM or SAM method. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (36) des motornahen Abgasturboladers (26) als eine Hochdruckturbine mit variablen Querschnitten ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas turbine ( 36 ) of the exhaust gas turbocharger close to the engine ( 26 ) is formed as a high pressure turbine with variable cross sections. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbolader-Bypassleitung (38) vorgesehen ist, die stromauf der Abgasturbine (36) des motornahen Abgasturboladers (26) von der Abgasleitung (32) abzweigt und zwischen den Abgasturbinen (34, 36) der beiden Abgasturbolader (22, 26) wieder in die Abgasleitung (32) mündet.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a turbocharger bypass line ( 38 ) is provided, the upstream of the exhaust gas turbine ( 36 ) of the exhaust gas turbocharger close to the engine ( 26 ) from the exhaust pipe ( 32 ) branches off and between the exhaust gas turbines ( 34 . 36 ) of the two exhaust gas turbochargers ( 22 . 26 ) back into the exhaust pipe ( 32 ) opens. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (10) ein mit Schweröl betriebener Großdieselmotor ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine ( 10 ) is a heavy diesel fueled large diesel engine.
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