DE102009031845A1

DE102009031845A1 - Brennkraftmaschine mit Turbokühlung

Info

Publication number: DE102009031845A1
Application number: DE102009031845A
Authority: DE
Inventors: Christof Schernus; Richard Dipl.-Ing. Aymanns; Jörg Kortmann; Andreas Dipl.-Ing. Sehr
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Verfahren zur Ladeluftkühlung einer Brennkraftmaschine 11 mit zumindest einem Ladeluftverdichter 16 im Ladeluftstrang 12 sowie mit einem im Ladeluftstrang angeordneten Expansionskühlaggregat 18, das einen Zusatzverdichter 19, einen Ladeluftkühler 20 und eine diesem nachgeschaltete Expansionsturbine 21 umfasst, wobei motorlastabhängig ein regelbarer Teilstrom der Ladeluft im Bypass zur Expansionsturbine 21 geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ladeluftkühlung einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Ladeluftverdichter im Ladeluftstrang sowie mit einem im Ladeluftstrang angeordneten Expansionskühlaggregat, das einen Zusatzverdichter, einen Ladeluftkühler und eine diesem nach geschaltete Expansionsturbine umfaßt, sowie eine Brennkraftmaschine mit den vorgenannten Merkmalen.
Aus der GB 622077 ist es bekannt, ein Expansionskühlaggregat bestehend aus einem Verdichter, einem Ladeluftkühler und einer Expansionsturbine im Ansaugstrang einer Brennkraftmaschine zu verwenden. Hierbei wird der Verdichter vorrangig von einer Abgasturbine im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angetrieben.
Aus der GB 693688 ist es bekannt, ein derartiges Expansionskühlaggregat im Abgasstrang von aufgeladenen Brennkraftmaschinen einzusetzen, wobei das Expansionskühlaggregat im Ladeluftstrang hinter dem Ladeluftverdichter liegt. Dieser kann ein mechanisch betriebener Lader oder ein Abgasturbolader sein. Die Anordnung eines Ladeluftkühlers hinter dem Ladeluftverdichter und vor den Komponenten des Expansionskühlaggregates ist hierbei ebenfalls offenbart.
Aus der US 2007/0033939 A1 sind Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen im Ladeluftstrang Expansionskühlaggregate eingesetzt werden. Hierbei wird entweder der gesamte Ladeluftstrom hinter der Expansionsturbine als Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine zugeführt oder ausschließlich ein Teilstrom im Ladeluftstrang über die Expansionsturbine geführt, der dann insgesamt als Kühlmedium für den nicht über die Expansionsturbine geführten Hauptstrom der Ladeluft dient, nicht jedoch als Verbrennungsluft.
Im Zusammenhang mit dem Downsizing von Verbrennungsmotoren sind zunehmend erhöhte Aufladungsgrade üblich, insbesondere auch Mehrstufenaufladungen mit seriell angeordneten Turboladern oder der Kombination von Turboladern und mechanischen Ladern. Gleichzeitig werden zur Absenkung von Verbrauch und Schadstoffemissionen Verfahren mit mageren Verbrennungsluftverhältnissen angewandt. Beide Maßnahmen führen zu erhöhten Ladelufttemperaturen, denen mit verbesserter und verstärkter Ladeluftkühlung im Vollastbetrieb entgegengetreten werden muß. Ohne eine gesteigerte Ladeluftkühlung kann es beispielsweise bei Ottomotoren zum Klopfen kommen, während bei Dieselmotoren eine erhöhte Stickoxidbildung zu verzeichnen ist. Dies bedeutet, dass mit steigendem Aufladegrad und damit erhöhter Leistungsdichte bei Ottomotoren die Klopfneigung mit der möglichen Folge kapitaler Motorschäden sowie bei Dieselmotoren die Tendenz zu erhöhter Stickoxidbildung im Brennraum deutlich zunehmen. Diese nicht gewünschten Phänomene werden durch Auslegung auf hohes Anfahrdrehmoment noch verstärkt, da sich die Dauern für die zugrunde liegenden chemischen Reaktionen bei niedrigen Drehzahlen vergrößern. Die Geschwindigkeit der Kettenreaktion sowohl für die Radikalenbildung (Klopfen) als auch für die Stickoxidbildung lassen sich durch die Kühlung der Ladeluft vermindern. Extreme Aufladegerade erfordern demnach extreme Ladeluftkühlung. Bei geringerer Last, insbesondere bei Ladeluftdruck unter Umgebungsdruck, ist dagegen eine derart kalte Ladeluft nicht erforderlich. Im Gegenteil bietet wärmere Ladeluft das Potential zur Entdrosselung in der Teillast.
Zur Steigerung der Ladeluftkühlung ist die einganggenannte Einbeziehung eines Expansionskühlaggregates in den Ladeluftstrang von hoch aufgeladenen Brennkraftmaschinen grundsätzlich eine brauchbare Maßnahme. Allerdings sind die bekannten Systeme im Hinblick auf die verschiedenen Betriebszustände der Brennkraftmaschine ausreichend angepasst.
Hiervon ausgehend liegt eine Brennkraftmaschine mit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und einem verbesserten System zur Ladeluftkühlung von aufgeladenen Brennkraftmaschinen bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln eine Anpassung der Kühlleistung an verschiedene Betriebszustände ermöglicht. Die Lösung hierfür liegt in einem Verfahren zur Ladeluftkühlung einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Ladeluftverdichter im Ladeluftstrang sowie mit einem im Ladeluftstrang angeordneten Expansionskühlaggregat, das einen Zusatzverdichter, einen Ladeluftkühler und eine diesem nach geschaltete Expansionsturbine umfaßt, wobei motorlastabhängig ein regelbarer Teilstrom der Ladeluft im Bypass zur Expansionsturbine geführt wird. Hiermit ist es möglich, die extrem gesteigerte Ladeluftkühlung in anderen Betriebszuständen als der Vollast, insbesondere beim Motorwarmlaufen und im Teillastbereich zurückzunehmen, wo eine übermäßige Ladeluftkühlung nicht erwünscht oder nachteilig ist. Die Beaufschlagung der Bypassleitung und damit die Verringerung des Kühlens der Ladeluft in der Expansionsturbine ist selbstverständlich stufenlos zu regeln, so dass die gewünschte Ladelufttemperatur durch Einstellung des Mischungsverhältnisses aus zusätzlich entspannter gekühlter Ladeluft und ausschließlich in einem Ladeluftkühler gekühlter Ladeluft bestimmt werden kann.
Nach einer ersten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der regelbare Teilstrom unmittelbar vor der Expansionsturbine vom Ladeluftstrang abgezweigt und hinter der Expansionsturbine dem Ladeluftstrang wieder zugeführt wird. Dies kommt insbesondere zur Anwendung, wenn der Verdichter des Expansionskühleraggregates als Niederdruckverdichter vor dem eigentlichen Ladeluftverdichter (Hauptladeluftverdichter) liegt.
Nach einer zweiten Verfahrensführung ist vorgesehen, dass der regelbare Teilstrom vor dem Zusatzverdichter vom Ladeluftstrang abgezweigt und hinter der Expansionsturbine dem Ladeluftstrang wieder zugefügt wird. Dieser Regelungseingriff gilt dann, wenn der Verdichter des Expansionskühlaggregates als Hochdruckverdichter hinter dem eigentlichen Ladeluftverdichter (Hauptladeluftverdichter) liegt.
Der Hauptladeluftverdichter kann Teil eines Abgasturboladers sein, aber auch ein mechanischer angetriebener Lader sein.
Sofern mehrere Ladeluftverdichter in Reihe geschaltet sind, kann zum einen jedem dieser Verdichter ein gesonderter Ladeluftkühler nachgeordnet sein, zum anderen kann der Verdichter des Expansionskühlaggregates als Niederdruckverdichter vor dem ersten Ladeluftverdichter oder als Hochdruckverdichter hinter dem letzten Ladeluftverdichter angeordnet sein.
In einer einfachen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Ladeluft nur in einer einzigen Ladeluftkühlereinheit zurückgekühlt, die Teil des Expansionskühlaggregates ist, das heißt also zwischen Zusatzverdichter und Expansionsturbine angeordnet ist. Die Verwendung mehrerer Ladeluftkühler wurde oben bereits als günstig erwähnt, insbesondere bei mehrstufiger Aufladung.
Weitere Verbesserungsmöglichkeiten einer geregelten Ladeluftkühlung bestehen in der zusätzlichen Nutzung einer Abgasrückführung. Hierbei ist alternativ eine Hochdruckabgasrückführung (Abzweigung vor der Turbine des Abgasturboladers) oder eine Niederdruckabgasrückführung (Abzweigung hinter der Turbine des Abgasturboladers) möglich. Besondere Einzelheiten zur Zuleitung des rückgeführten Abgases in den Ladeluftstrang ergeben sich aus Unteransprüchen, auf die Bezug genommen wird. In der Abgasrückführung ist bevorzugt ein Abgasrückkühler angeordnet. Dieser kann im Motorkühlkreislauf liegen oder einen eigenen Flüssigkeitskühlkreislauf aufweisen.
Die Erfindung umfaßt zur Umsetzung des Verfahrens eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Ladeluftverdichter im Ladeluftstrang sowie mit einem im Ladeluftstrang angeordneten Expansionskühlaggregat, das einen Zusatzverdichter, einen Ladeluftkühler und eine diesem nachgeschaltete Expansionsturbine umfaßt, wobei eine regelbare Bypassleitung zur Umgehung der Expansionsturbine im Ladeluftstrang vorgesehen ist. Wie bereits anhand der Verfahrensansprüche erkennbar, kann hierbei der zumindest eine Zusatzverdichter gegebenenfalls auch der Ladeluftkühler des Expansionskühlaggregates vor dem Hauptladeluftkühler angeordnet sein.
Alternativ können der Zusatzverdichter und der Ladeluftkühler des Expansionskühler Aggregates im Ladeluftstrang hinter dem Hauptladeluftverdichter angeordnet sein, wobei diesem ein zusätzlicher Ladeluftkühler nachgeordnet sein kann.
Der Verdichter des Expansionskühlaggregates ist grundsätzlich mit der Expansionsturbine mechanisch gekoppelt, wobei die Bauform des Verdichters frei wählbar ist. Der Hauptladeluftverdichter kann ebenfalls unterschiedliche Bauformen und unterschiedliche Antriebsformen haben wie ebenfalls bereits benannt. Weitere Einzelheiten zur konstruktiven Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine finden sich in Unteransprüchen, auf die hiermit Bezug genommen wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
1 zeigt das Schema einer Brennkraftmaschine mit einem vor dem Ladeluftverdichter angeordneten Verdichter des Expansionskühlaggregates (Zusatzverdichter);
2 zeigt das Schema nach 1 mit Mitteln zur Niederdruckabgasrückführung;
3 zeigt das Schema nach 1 mit Mitteln zur Hochdruckabgasrückführung;
4 zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem hinter dem Ladeluftverdichter angeordneten Verdichter des Expansionskühlaggregates (Zusatzverdichter);
5 zeigt das Schema nach 4 mit zusätzlichen Mitteln zu Niederdruckabgasrückführung;
6 zeigt das Schema nach 4 mit zusätzlichen Mitteln zur Hochdruckabgasrückführung;
7 zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem unmittelbar vor dem Ladeluftverdichter angeordneten Verdichter des Expansionskühlaggregats (Zusatzverdichter);
8 zeigt das Schema nach 7 mit Mitteln zur Niederdruckabgasrückführung;
9 zeigt das Schema nach 7 mit Mitteln zur Hochdruckabgasrückführung:
In 1 ist das Schema einer Brennkraftmaschine 11 mit Ladeluftstrang 12 und Abgasstrang 13 dargestellt, wobei der Brennkraftmaschine ein Ladeluftverteiler 14 vorgeschaltet und ein Abgassammler 15 nachgeschaltet ist. Im Ladeluftstrang 12 liegt ein Ladeluftverdichter 16, der hier als Teil eines Abgasturboladers gezeigt ist, und mit einer Abgasturbine 17 im Abgasstrang 13 gekoppelt ist. Der Ladeluftverdichter kann auch fremdangetrieben sein, insbesondere, wenn er als Rotationskolbenverdichter; Schraubenverdichter oder Flügelzellenlader ausgebildet ist. Im Ladeluftstrang 12 liegen die Komponenten eines Expansionskühlaggregates 18, die im einzelnen einen Verdichter 19 (Zusatzverdichter), einem diesem unmittelbar nachgeschalteten Ladeluftkühler 20 und eine unmittelbar vor dem Ladeluftverteiler 14 liegende Expansionsturbine 21 umfassen. Der Verdichter 19 ist mit der Expansionsturbine 21 gekoppelt, wobei die Bauart des Verdichters beliebig ist, das heißt dass er als Strömungsmaschine oder als Kolbenarbeitsmaschine (Rotationskolbenverdichter; Schraubenverdichter; Flügelzellenlader) ausgebildet sein kann.
In der hier gezeigten Anordnung des Expansionskühlaggregates 18 liegen der Ladeluftverdichter 16 und ein weiterer Ladeluftkühler 22 zwischen dem erstgenannten Ladeluftkühler 20 und dem Eintritt zur Expansionsturbine 21. Parallel zum Durchsatz durch die Expansionsturbine 21 ist eine erste Bypassleitung 23 mit einem Regelventil 24 angeordnet, durch die ein Teilstrom der Ladeluft motorlastabhängig geführt werden kann, insbesondere im Teillastbetrieb. Eine weitere Bypassleitung 25 mit einem regelbaren Ventil 26 verläuft im Ladeluftstrang 12 parallel zu den hintereinander liegenden Komponenten Verdichter 19 des Expansionskühlaggregates (Zusatzverdichter) und dem Ladeluftkühler 20.
2 zeigt eine Brennkraftmaschine 11 in weitgehend mit 1 übereinstimmender Anordnung und Ausgestaltung von Ladeluftstrang 12 und Abgasstrang 13. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Zusätzlich sind Mittel zur regelbaren Abgasrückführung dargestellt, die eine Abgasrückführleitung 27 mit einem Regelventil 28 umfassen, in der ein Abgasrückkühler 29 angeordnet ist. Die Leitung 27 zweigt hinter der Abgasturbine 17 vom Abgasstrang 13 ab und mündet unmittelbar vor dem Verdichter 16 in den Ladeluftstrang 12. (Niederdruckabgasrückführung)
3 zeigt eine Brennkraftmaschine 11 in weitgehend mit 1 übereinstimmender Anordnung und Ausgestaltung von Ladeluftstrang 12 und Abgasstrang 13. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Zusätzlich sind Mittel zur regelbaren Abgasrückführung dargestellt, die eine Rückführleitung 27 mit einem Regelventil 28 umfassen in der ein Abgasrückkühler 29 angeordnet ist. Die Leitung 27 zweigt vor der Abgasturbine 17 vom Abgasstrang 13 ab und mündet unmittelbar hinter dem Ladeluftverdichter 16 in den Ladeluftstrang 12. (Hochdruckgasrückführung) In 4 ist das Schema einer Brennkraftmaschine 11 mit Ladeluftstrang 12 und Abgasstrang 13 dargestellt, wobei der Brennkraftmaschine ein Ladeluftverteiler 14 vorgeschaltet und ein Abgassammler 15 nachgeschaltet ist. Im Ladeluftstrang 12 liegt ein Ladeluftverdichter 16, der hier als Teil eines Abgasturboladers gezeigt ist und mit einer Abgasturbine 17 im Abgasstrang 13 gekoppelt ist. Der Ladeluftverdichter 16 kann auch fremdangetrieben sein, insbesondere, wenn er als Rotationskolbenverdichter; Schraubenverdichter oder Flügelzellenlader ausgebildet ist. Im Ladeluftstrang 12 liegen die Komponenten eines Expansionskühlaggregates 18, die im einzelnen einen Verdichter 19 (Zusatzverdichter), einem diesem unmittelbar nachgeschalteten Ladeluftkühler 20 und eine diesem unmittelbar nachgeschaltete und unmittelbar vor dem Ladeluftverteiler 14 liegende Expansionsturbine 21 umfassen. Der Verdichter 19 ist mit der Expansionsturbine 21 gekoppelt, wobei die Bauart des Verdichters beliebig ist, das heißt dass er als Strömungsmaschine oder als Kolbenarbeitsmaschine (Rotationskolbenverdichter; Schraubenverdichter; Flügelzellenlader) ausgebildet sein kann.
In der hier gezeigten Anordnung des Expansionskühlaggregates 18 liegen der Ladeluftverdichter 16 und ein weiterer Ladeluftkühler 22 somit vor Verdichter 19 des Expansionskühlaggregates. Parallel zum Durchsatz durch die Expansionsturbine 21 ist eine erste Bypassleitung 23 mit einem Regelventil 24 angeordnet, durch die ein Teilstrom der Ladeluft motorlastabhängig geführt werden kann, insbesondere im Teilbetrieb. Diese einzige Bypassleitung 23 zweigt bereits nach dem weiteren Ladeluftkühler 22 vom Ladeluftstrang ab und verläuft im Ladeluftstrang parallel zu allen den hintereinander liegenden Komponenten Expansionskühlaggregates nämlich Verdichter 19 (Zusatzverdichter), Ladeluftkühler 20 und Expansionsturbine 21.
5 zeigt eine Brennkraftmaschine 11 in weitgehend mit 4 übereinstimmender Anordnung und Ausgestaltung von Ladeluftstrang 12 und Abgasstrang 13. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Zusätzlich sind Mittel zur regelbaren Abgasrückführung dargestellt, die eine Abgasrückführleitung 27 mit einem Regelventil 28 umfassen, in der ein Abgasrückkühler 29 angeordnet ist. Die Leitung 27 zweigt hinter der Abgasturbine 17 vom Abgasstrang 13 ab und mündet unmittelbar vor dem Ladeluftverdichter 16 in den Ladeluftstrang 12. (Niederdruckabgasrückführleitung)
6 zeigt eine Brennkraftmaschine 11 in weitgehend mit 4 übereinstimmender Anordnung und Ausgestaltung von Ladeluftstrang 12 und Abgasstrang 13. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Zusätzlich sind Mittel zur regelbaren Abgasrückführung dargestellt, die eine Rückführleitung 27 mit einem Regelventil 28 umfassen in der ein Abgasrückkühler 29 angeordnet ist. Die Leitung 27 zweigt vor der Abgasturbine 17 vom Abgasstrang 13 ab und mündet unmittelbar hinter dem Ladeluftverdichter 16 in den Ladeluftstrang 12. (Hochdruckabgasrückführleitung) In 7 ist das Schema einer Brennkraftmaschine 11 mit Ladeluftstrang 12 und Abgasstrang 13 dargestellt, wobei der Brennkraftmaschine ein Ladeluftverteiler 14 vorgeschaltet und ein Abgassammler 15 nachgeschaltet ist. Im Ladeluftstrang 12 liegt ein Ladeluftverdichter 16, der hier als Teil eines Abgasturboladers gezeigt ist und mit einer Abgasturbine 17 im Abgasstrang 13 gekoppelt ist. Der Ladeluftverdichter 16 kann auch fremdangetrieben sein, insbesondere, wenn er als Rotationskolbenverdichter; Schraubenverdichter oder Flügelzellenlader ausgebildet ist. Im Ladeluftstrang 12 liegen die Komponenten eines Expansionskühlaggregates 18, die im einzelnen einen vor dem Ladeluftverdichter 16 liegenden Verdichter 19 (Zusatzverdichter), einem dem Ladeluftverdichter 16 nachgeschalteten Ladeluftkühler 20 und eine letzterem nachgeschaltete unmittelbar vor dem Ladeluftverteiler 14 liegende Expansionsturbine 21 umfassen. Der Verdichter 19 ist mit der Expansionsturbine 21 gekoppelt, wobei die Bauart des Verdichters beliebig ist, das heißt, dass er als Strömungsmaschine oder als Kolbenarbeitsmaschine (Rotationskolbenverdichter, Schraubenverdichter, Flügelzellenlader) ausgebildet sein kann.
In der hier gezeigten Anordnung des Expansionskühlaggregates 18 liegt der Ladeluftverdichter 16 zwischen dem Verdichter 19 und dem einzigen Ladeluftkühler (20). Parallel zum Durchsatz durch die Expansionsturbine 21 ist eine erste Bypassleitung 23 mit einem Regelventil 24 angeordnet, durch die ein Teilstrom der Ladeluft motorlastabhängig geführt werden kann, insbesondere im Teillastbetrieb. Eine weitere Bypassleitung 25 mit einem regelbaren Ventil 26 verläuft im Ladeluftstrang parallel zum Verdichter 19 des Expansionskühlaggregates (Zusatzverdichter).
8 zeigt eine Brennkraftmaschine 11 in weitgehend mit 7 übereinstimmender Anordnung und Ausgestaltung von Ladeluftstrang 12 und Abgasstrang 13. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Zusätzlich sind Mittel zur regelbaren Abgasrückführung dargestellt, die eine Rückführleitung 27 mit einem Regelventil 28 umfassen, in der ein Abgasrückkühler 29 angeordnet ist. Die Leitung 27 zweigt hinter der Abgasturbine 17 vom Abgasstrang 13 ab und mündet unmittelbar vor dem Verdichter 19 des Expansionskühlaggregates 18 und vor dem Abzweig der Bypassleitung 25 in den Ladeluftstrang 12. (Niederdruckabgasrückführung)
9 zeigt eine Brennkraftmaschine 11 in weitgehend mit 7 übereinstimmender Anordnung und Ausgestaltung von Ladeluftstrang 12 und Abgasstrang 13. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Zusätzlich sind Mittel zur regelbaren Abgasrückführung dargestellt, die eine Rückführleitung 27 mit einem Regelventil 28 umfassen, in der ein Abgasrückkühler 29 angeordnet ist. Die Leitung 27 zweigt vor der Abgasturbine 17 vom Abgasstrang 13 ab und mündet unmittelbar hinter dem Ladeluftkühler 20 und vor dem Abzweig der Bypassleitung 23 in den Ladeluftstrang 12.
Bezugszeichenliste

11: Brennkraftmaschine
12: Ladeluftstrang
13: Abgasstrang
14: Ladeluftverteiler
15: Abgassammler
16: Ladeluftverdichter
17: Abgasturbine
18: Expansionskühlaggregat
19: Verdichter (Zusatzverdichter)
20: Ladeluftkühler
21: Expansionsturbine
22: Ladeluftkühler
23: Bypassleitung
24: Regelventil
25: Bypassleitung
26: Regelventil
27: Abgasrückführleitung
28: Regelventil
29: Abgaskühler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- GB 622077 [0002]
- GB 693688 [0003]
- US 2007/0033939 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Ladeluftkühlung einer Brennkraftmaschine (11) mit zumindest einem Ladeluftverdichter (16) im Ladeluftstrang (12) sowie mit einem im Ladeluftstrang angeordneten Expansionskühlaggregat (18), das einen Zusatzverdichter (19), einen Ladeluftkühler (20) und eine diesem nach geschaltete Expansionsturbine (21) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass motorlastabhängig ein regelbarer Teilstrom der Ladeluft im Bypass zur Expansionsturbine (21) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der regelbare Teilstrom unmittelbar vor der Expansionsturbine (21) vom Ladeluftstrang (12) abgezweigt und hinter der Expansionsturbine (21) dem Ladeluftstrang wieder (12) zugeführt wird. (1–3, 7–9)
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der regelbare Teilstrom vor dem Zusatzverdichter (19) vom Ladeluftstrang (12) abgezweigt und hinter der Expansionsturbine (21) dem Ladeluftstrang (12) wieder zugefügt wird. (4-6)
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer regelbarer Teilstrom der Ladeluft motorlastabhängig im Bypass zum Zusatzverdichter (19) geführt wird, der im Ladeluftstrang vor dem Zusatzverdichter (19) abgezweigt und hinter dem Zusatzverdichter (19) oder hinter dem Ladeluftkühler (20) des Expansionskühlaggregats (18) wieder zugeführt wird. (1–3, 7–9)
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzverdichtung im Expansionskühlaggregat (18) als Niederdruckverdichtung im Ladeluftstrang (12) vor der Verdichtung im Ladeluftverdichter (16) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzverdichtung im Expansionskühlaggregat (18) als Hochdruckverdichtung im Ladeluftstrang (12) hinter der Verdichtung im Ladeluftverdichter (16) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluft im Ladeluftstrang (12) nach dem zumindest einen Ladeluftverdichter (16) gesondert von der Kühlung dem Zusatzverdichter (19) gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftverdichter (16) als Teil eines Abgasturboladers von einer Abgasturbine (17) angetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein regelbarer Teilstrom des Abgases der Brennkraftmaschine (11) dem Ladeluftstrang (12) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der regelbare Teilstrom des zurückgeführten Abgases gekühlt wird.
Brennkraftmaschine (11) mit zumindest einem Ladeluftverdichter (16) im Ladeluftstrang (12) sowie mit einem im Ladeluftstrang angeordneten Expansionskühlaggregat (18), das einen Zusatzverdichter (19), einen Ladeluftkühler (20) und eine diesem nachgeschaltete Expansionsturbine (21) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass eine regelbare Bypassleitung (23) zur Umgehung der Expansionsturbine (21) im Ladeluftstrang vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Zusatzverdichter (19) und gegebenenfalls auch der Ladeluftkühler (20) des Expansionskühlaggregates (18) vor dem Ladeluftverdichter (16) angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter (19) und der Ladeluftkühler (20) des Expansionskühlaggregates (18) im Ladeluftstrang hinter dem Ladeluftverdichter (16) angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ladeluftverdichter (16) ein gesonderter Ladeluftkühler (22) unmittelbar nachgeschaltet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der Ladeluftkühler (20) des Expansionskühlaggregates (18) dem Ladeluftverdichter (16) unmittelbar nachgeschaltet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere regelbare Bypassleitung (25) zur Umgehung des Zusatzverdichters (19) im Ladeluftstrang (12) angeordnet ist, die hinter dem Zusatzverdichter (19) oder hinter dem Ladeluftkühler (20) des Expansionskühlaggregates (18) in den Ladeluftstrang (12) zurückmündet.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsturbine (21) und der Zusatzverdichter (19) des Expansionsaggregates (18) mechanisch gekoppelt sind.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftverdichter (16) als Teil eines Abgasturboladers mit einer im Abgasstrang (13) liegenden Abgasturbine (17) gekoppelt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine regelbare Abgasrückführleitung (27) den Abgasstrang (13) mit dem Ladeluftstrang (12) verbindet.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (27) ein Abgasrückkühler (29) angeordnet ist.