DE102009041223B4 - Method for designing a drive system - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Auslegen eines Antriebssystems (1) mit einer Abgasturbolader-Anordnung (10) und einem Verbrennungsmotor (60), wobei die Abgasturbolader-Anordnung (10) einen Abgasturbolader (20) mit einer Abgasturbine (21) aufweist, die in einem mit einem Abgasausgang (60b) des Verbrennungsmotors (60) in Fluidverbindung zu bringenden Abgasstrang der Abgasturbolader-Anordnung (10) angeordnet ist, und einem mit der Abgasturbine (21) in Drehantriebsverbindung stehenden Verdichter (26) und eine Abgasrezirkulations-Einrichtung (30) mit einem Eingang (30a), der mit dem Abgasstrang fluidverbunden ist, und einem Ausgang (30b), der mit dem Ladeluftstrang fluidverbunden ist, so dass aus dem Abgasstrang abgezweigtes Abgas (A) über den Ausgang (30b) an einer Abgaseintrittsposition (AE) in den Ladeluftstrang eintreten kann; wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bestimmen einer lastabhängigen Abgasdruck(PA)-Kennlinie für den Verbrennungsmotor (60), Bestimmen einer lastabhängigen Ladedruck(PL)-Kennlinie für den Verdichter (26), Bestimmen einer Arbeitslast (AL) für den Verbrennungsmotor (60), Bestimmen einer auf die Arbeitslast (AL) bezogenen Druckdifferenz (ΔP) zwischen der Abgasdruck(PA)-Kennlinie und der Ladedruck(PL)-Kennlinie, Bestimmen einer verdichterspezifischen Druckaufbau-Kennlinie in Abhängigkeit von einer auf eine Verdichtungspfadlänge (a → b) bezogenen Längenposition im Fluidverdichtungspfad (VP), Bestimmen einer Längenposition im Fluidverdichtungpfad (VP), an der ein vom Verdichter (26) erzielbarer Druckaufbau gleich der bestimmten Druckdifferenz (ΔP) zwischen Abgasdruck(PA)-Kennlinie und Ladedruck(PL)-Kennlinie ist, und Festlegen der Abgaseintrittsposition (AE), so dass die Abgaseintrittsposition (AE) der bestimmten Längenposition entspricht.Method for designing a drive system (1) with an exhaust gas turbocharger arrangement (10) and an internal combustion engine (60), the exhaust gas turbocharger arrangement (10) having an exhaust gas turbocharger (20) with an exhaust gas turbine (21), which in one with an exhaust gas outlet (60b) of the internal combustion engine (60) to be brought into fluid connection of the exhaust gas turbocharger arrangement (10), and a compressor (26) in rotary drive connection with the exhaust gas turbine (21) and an exhaust gas recirculation device (30) with an input ( 30a), which is fluidly connected to the exhaust line, and an outlet (30b), which is fluidly connected to the charge air line, so that exhaust gas (A) branched off from the exhaust line enters the charge air line via the outlet (30b) at an exhaust gas entry position (AE) can; The method comprises the following steps: determining a load-dependent exhaust gas pressure (PA) characteristic curve for the internal combustion engine (60), determining a load-dependent boost pressure (PL) characteristic curve for the compressor (26), determining a workload (AL) for the internal combustion engine (60 ), Determining a pressure difference (ΔP) between the exhaust gas pressure (PA) characteristic and the boost pressure (PL) characteristic related to the workload (AL), determining a compressor-specific pressure build-up characteristic as a function of a compression path length (a → b) related length position in the fluid compression path (VP), determining a length position in the fluid compression path (VP) at which a pressure build-up achievable by the compressor (26) is equal to the determined pressure difference (ΔP) between exhaust gas pressure (PA) characteristic and boost pressure (PL) characteristic, and determining the exhaust gas entry position (AE) so that the exhaust gas entry position (AE) corresponds to the determined length position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslegen eines mit einer Abgasturbolader-Anordnung ausgerüsteten Antriebssystems.The invention relates to a method for designing a vehicle equipped with an exhaust gas turbocharger drive system.

Eine Abgasturbolader-Anordnung der eingangsgenannten Art ist aus DE 2006 055 814 A1 und auch aus DE 10 2005 015 151 A1 bekannt.An exhaust gas turbocharger arrangement of the type mentioned above is made DE 2006 055 814 A1 and also out DE 10 2005 015 151 A1 known.

Zur Erfüllung zukünftiger Abgasgrenzwerte von Verbrennungsmotoren, insbesondere hinsichtlich von deren NOx-Emissionen, werden zunehmend Abgasturbolader-Anordnungen mit Abgasrückführung bzw. Abgasrezirkulation eingesetzt. Dabei geht es darum, Abgas des Verbrennungsmotors der Ladeluft für den Verbrennungsmotor beizumischen.To meet future exhaust emission limits of internal combustion engines, in particular with regard to their NOx emissions, exhaust gas turbocharger arrangements with exhaust gas recirculation or exhaust gas recirculation are increasingly being used. It is about mixing exhaust gas from the combustion engine with the charge air for the combustion engine.

Beispielsweise ist aus der DE 102 44 535 A1 bekannt das (Motor-)Abgas aus einer Abgasrückführleitung über einen Zusatzkanal an einer bestimmten Stelle am Verdichterrad zuzuleiten. Die EP 0 585 105 A1 offenbart ebenfalls eine Abgasturbolader-Anordnung mit Abgasrezirkulation.For example, is from the DE 102 44 535 A1 known to forward the (engine) exhaust gas from an exhaust gas recirculation line via an additional channel at a certain point on the compressor wheel. The EP 0 585 105 A1 also discloses an exhaust gas turbocharger arrangement with exhaust gas recirculation.

Bei einer Abgasrückführung muss in der Regel ein ”Spülgefälle”, d. h. eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in einer Ladeluftleitung und dem Druck in einer Abgasleitung, überbrückt werden, wozu z. B. separate Gebläse eingesetzt werden oder das Abgas vor einem Verdichter der jeweiligen Abgasturbolader-Anordnung in den Ladeluftstrang hinein zugemischt wird. In jedem Fall ist zur Überwindung des Spülgefälles ein nicht unerheblicher Energieaufwand notwendig, welcher den Wirkungsgrad der Abgasturbolader-Anordnung beeinträchtigen kann.In an exhaust gas recirculation usually has a "purge gradient", d. H. a pressure difference between the pressure in a charge air line and the pressure in an exhaust pipe to be bridged, including z. B. separate blowers are used or the exhaust gas is added in front of a compressor of the respective exhaust gas turbocharger arrangement in the charge air line inside. In any case, a considerable expenditure of energy is necessary to overcome the Spülfallälläles, which may affect the efficiency of the exhaust gas turbocharger assembly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren eines mit einer Abgasturbolader-Anordnung ausgerüsteten Antriebssystems bereitzustellen, bei dem der Energieaufwand zur Verdichtung eines in den Ladeluftstrang hinein rückzuführenden Abgasstroms reduziert bzw. minimiert ist.The object of the invention is to provide a method of a drive system equipped with an exhaust gas turbocharger arrangement in which the energy required for compressing an exhaust gas flow to be recirculated into the charge air line is reduced or minimized.

Die oben genannte Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.The above object is achieved by a method according to claim 1. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Auslegen eines Antriebssystems mit einer Abgasturbolader-Anordnung und einem Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die Abgasturbolader-Anordnung einen Abgasturbolader mit einer Abgasturbine aufweist, die in einem mit einem Abgasausgang des Verbrennungsmotors in Fluidverbindung zu bringenden Abgasstrang der Abgasturbolader-Anordnung angeordnet ist, und einem mit der Abgasturbine in Drehantriebsverbindung stehenden Verdichter und eine Abgasrezirkulations-Einrichtung mit einem Eingang, der mit dem Abgasstrang fluidverbunden ist, und einem Ausgang, der mit dem Ladeluftstrang fluidverbunden ist, so dass aus dem Abgasstrang abgezweigtes Abgas über den Ausgang an einer Abgaseintrittsposition in den Ladeluftstrang eintreten kann; wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bestimmen einer lastabhängigen Abgasdruck-Kennlinie für den Verbrennungsmotor, Bestimmen einer lastabhängigen Ladedruck-Kennlinie für den Verdichter, Bestimmen einer Arbeitslast für den Verbrennungsmotor, Bestimmen einer auf die Arbeitslast bezogenen Druckdifferenz zwischen der Abgasdruck-Kennlinie und der Ladedruck-Kennlinie, Bestimmen einer verdichterspezifischen Druckaufbau-Kennlinie in Abhängigkeit von einer auf eine Verdichtungspfadlänge bezogenen Längenposition im Fluidverdichtungspfad, Bestimmen einer Längenposition im Fluidverdichtungpfad, an der ein vom Verdichter erzielbarer Druckaufbau gleich der bestimmten Druckdifferenz zwischen Abgasdruck-Kennlinie und Ladedruck-Kennlinie ist, und Festlegen der Abgaseintrittsposition, so dass die Abgaseintrittsposition der bestimmten Längenposition entspricht.According to a first aspect of the invention, a method for designing a drive system with an exhaust gas turbocharger arrangement and an internal combustion engine is provided, wherein the exhaust gas turbocharger arrangement comprises an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine, which in an exhaust gas outlet of the internal combustion engine to be brought into fluid communication with the exhaust gas turbocharger And an exhaust gas recirculation device having an input fluidly connected to the exhaust line and an output fluidly connected to the charge air line so that exhaust gas branched off from the exhaust line via the Output may occur at an exhaust gas inlet position in the charge air line; the method comprising the steps of: determining a load-dependent exhaust gas pressure characteristic for the internal combustion engine, determining a load-dependent boost pressure characteristic for the compressor, determining a workload for the internal combustion engine, determining a pressure difference between the exhaust gas pressure characteristic and the boost pressure related to the workload Characteristic curve, determination of a compressor-specific pressure build-up characteristic as a function of a compression path length-related length position in the fluid compression path, determining a length position in the fluid compression path at which a pressure build-up achievable by the compressor is equal to the determined pressure difference between the exhaust gas pressure characteristic and the boost pressure characteristic, and setting the Exhaust gas inlet position, so that the exhaust gas inlet position of the particular length position corresponds.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auslegegen des Antriebssystems einer Abgasturbolader-Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Abgaseintrittsposition derart in einem Fluidverdichtungspfad im Verdichter angeordnet ist, dass in den Verdichter einströmendes Abgas unter lediglichem Ausgleich einer Druckdifferenz zwischen einem Eintrittsdruck des Abgases in den Fluidverdichtungspfad und einem zu erzielenden Ladedruck von dem Eintrittsdruck aus gerade bis auf den zu erzielenden Ladedruck verdichtet wird.The inventive method for Auslagegen the drive system of an exhaust gas turbocharger arrangement is characterized in that the exhaust gas inlet position is arranged in such a fluid in a compression path in the compressor that flowing into the compressor exhaust gas merely balancing a pressure difference between an inlet pressure of the exhaust gas in the fluid compression path and a reaching boost pressure is compressed from the inlet pressure of just up to the targeted boost pressure.

Mit anderen Worten wird dem Abgas genau die Arbeit bzw. Energie zugeführt, die zum Ausgleichen bzw. Überbrücken einer Druckdifferenz zwischen Eintrittsdruck des Abgases und zu erzielendem Ladedruck notwendig ist.In other words, the exhaust gas is supplied with exactly the work or energy which is necessary for equalizing or bridging a pressure difference between the inlet pressure of the exhaust gas and the boost pressure to be achieved.

Gemäß der Erfindung wird nur lokal ein begrenzter Teil des Verdichters, der auch noch im Gereicht geringerer Fliehkraftbeanspruchung liegen kann oder sogar im Leitgittersystem des Verdichters, mit Abgas beaufschlagt.According to the invention, only a limited part of the compressor, which may still be in the lower centrifugal load or even in the Leitgittersystem of the compressor, subjected to exhaust gas only locally.

Damit kann der Energieaufwand zur Verdichtung des in den Ladeluftstrang rückzuführenden Abgases reduziert bzw. minimiert werden, wodurch der Wirkungsgrad der Abgasturbolader-Anordnung verbessert werden kann.Thus, the energy consumption for compression of the recirculated charge air in the charge air exhaust gas can be reduced or minimized, whereby the efficiency of the exhaust gas turbocharger assembly can be improved.

Damit wird zur Erfüllung zukünftiger Abgasgrenzwerte von Verbrennungsmotoren, insbesondere hinsichtlich von deren NOx-Emissionen, eine wirkungsgradoptimierte Abgasturbolader-Anordnung mit Abgasrückführung bzw. Abgasrezirkulation bereitgestellt, die insbesondere auch für langsamlaufende Zweitaktmotoren und mittelschnelllaufende Viertaktmotoren im Schwerölbetrieb einsetzbar ist.Thus, to meet future exhaust emission limits of internal combustion engines, in particular with regard to their NOx emissions, an efficiency-optimized exhaust gas turbocharger arrangement with exhaust gas recirculation or exhaust gas recirculation which is particularly suitable for low-speed two-stroke engines and medium-speed four-stroke engines in heavy oil operation.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auslegen des Antriebssystems einer Abgasturbolader-Anordnung befindet sich die Abgaseintrittsposition zwischen einem Laufrad-Fluideintritt des Verdichters und einem Diffusor-Fluidaustritt des Verdichters.According to one embodiment of the method according to the invention for laying out the drive system of an exhaust gas turbocharger arrangement, the exhaust gas inlet position is located between an impeller fluid inlet of the compressor and a diffuser fluid outlet of the compressor.

Dieser Bereich im Fluidverdichtungspfad des Verdichters stellt im Wesentlichen den Bereich des Druckaufbaus im Verdichter dar, so dass durch die Wahl einer geeigneten Abgaseintrittsposition, welche von dem Eintrittsdruck des Abgases und einer Verdichterkennlinie abhängig ist, die zur Verdichtung des Abgases aufzuwendende Arbeit bzw. Energie optimal reduziert bzw. minimiert werden kann.This area in the fluid compression path of the compressor essentially represents the area of the pressure build-up in the compressor, so that the choice of a suitable exhaust gas inlet position, which is dependent on the inlet pressure of the exhaust gas and a compressor characteristic, optimally reduces the work or energy required for the compression of the exhaust gas or can be minimized.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auslegen des Antriebssystems einer Abgasturbolader-Anordnung befindet sich die Abgaseintrittsposition zwischen dem Laufrad-Fluideintritt des Verdichters und einem Nachleitapparat-Fluidaustritt des Verdichters.According to one embodiment of the method according to the invention for laying out the drive system of an exhaust gas turbocharger arrangement, the exhaust gas inlet position is located between the impeller fluid inlet of the compressor and a Nachleitapparat fluid outlet of the compressor.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auslegen des Antriebssystems einer Abgasturbolader-Anordnung befindet sich die Abgaseintrittsposition zwischen dem Laufrad-Fluideintritt des Verdichters und einem Laufrad-Fluidaustritt des Verdichters.According to a further embodiment of the method according to the invention for laying out the drive system of an exhaust gas turbocharger arrangement, the exhaust gas inlet position is located between the impeller fluid inlet of the compressor and an impeller fluid outlet of the compressor.

Eine derartige Abgaseintrittsposition ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Druckdifferenz bzw. das Spülgefälle relativ hoch ist.Such an exhaust gas inlet position is particularly advantageous when the pressure difference or the purging gradient is relatively high.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auslegen des Antriebssystems einer Abgasturbolader-Anordnung befindet sich die Abgaseintrittsposition zwischen dem Laufrad-Fluidaustritt des Verdichters und dem Diffusor-Fluidaustritt des Verdichters.According to yet another embodiment of the method according to the invention for laying out the drive system of an exhaust gas turbocharger arrangement, the exhaust gas inlet position is located between the impeller fluid outlet of the compressor and the diffuser fluid outlet of the compressor.

Eine derartige Abgaseintrittsposition ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Druckdifferenz bzw. das Spülgefälle relativ gering ist, wie z. B. bei Zweitaktmotoren.Such an exhaust gas inlet position is particularly advantageous if the pressure difference or the purging gradient is relatively low, such. B. in two-stroke engines.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auslegen des Antriebssystems einer Abgasturbolader-Anordnung ist der Eingang der Abgasrezirkulations-Einrichtung an einer Abgasabzweigposition mit dem Abgasstrang fluidverbunden, wobei sich die Abgasabzweigposition entlang des Abgastranges vor einem Turbineneingang befindet.According to a further embodiment of the method according to the invention for laying out the drive system of an exhaust-gas turbocharger arrangement, the inlet of the exhaust-gas recirculation device is fluid-connected to the exhaust gas line at an exhaust gas branching position, the exhaust gas branching position being located in front of a turbine inlet along the exhaust gas line.

Eine solche Abgasabzweigposition gewährleistet, dass der Eintrittsdruck des Abgases möglichst hoch ist und damit das Spülgefälle bzw. die Druckdifferenz möglichst gering ist.Such a Abgasabzweigposition ensures that the inlet pressure of the exhaust gas is as high as possible and thus the purging gradient or the pressure difference is as low as possible.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auslegen des Antriebssystems einer Abgasturbolader-Anordnung kann die Abgasrezirkulations-Einrichtung einen Abgaskühler und/oder einen Abgaswäscher aufweisen.According to yet another embodiment of the method according to the invention for laying out the drive system of an exhaust gas turbocharger arrangement, the exhaust gas recirculation device may have an exhaust gas cooler and / or an exhaust gas scrubber.

Mit anderen Worten kann das Abgas aus dem Abgasstrang von ”nach Zylinder” des Verbrennungsmotors bzw. ”vor Abgasturbine” ggf. gekühlt und gereinigt nach ”vor Zylinder” in den im Verdichter befindlichen Fluidverdichtungspfad des Ladeluftstrangs beigemischt werden. In other words, the exhaust gas from the exhaust line from "to cylinder" of the internal combustion engine or "in front of exhaust gas turbine" possibly cooled and cleaned after "before cylinder" are added to the located in the compressor fluid compression path of the charge air line.

Im Fazit wurde vom Erfinder erkannt, dass, da das Abgas vor der Abgasturbine bereits auf einem relativ hohen Druckniveau ist, lediglich ein Ort bzw. eine Position (Abgaseintrittsposition) gefunden werden muss, wo die restliche Druckerhöhung bis auf Ladedruckniveau erzielt werden kann.In conclusion, the inventor recognized that, since the exhaust gas in front of the exhaust gas turbine is already at a relatively high pressure level, only one location or position (exhaust gas inlet position) has to be found, where the remaining pressure increase can be achieved up to boost pressure level.

Gemäß Ausführungsfomen der Erfindung könnte sich die Abgaseintrittsposition z. B. in einem Radialverdichter an der Deckelkontur nach dem Laufrad-Fluideintritt bis vor den Laufrad-Fluidaustritt befinden. Bei entsprechend niedrigem Spülgefälle, wie bei Zweitaktmotoren, könnte sich die Abgaseintrittsposition zwischen dem Laufrad-Fluidaustritt und Diffusor-Fluidaustritt befinden, da auch dort noch eine Erhöhung des statischen Druckes stattfindet.According to embodiments of the invention, the exhaust gas inlet position z. B. in a radial compressor on the lid contour after the impeller fluid inlet to the impeller fluid outlet. With a correspondingly low flushing gradient, as in two-stroke engines, the exhaust gas inlet position between the impeller fluid outlet and diffuser fluid outlet could be located, since there is still an increase in the static pressure there.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.In the following the invention will be described in more detail by means of preferred embodiments and with reference to the attached figures.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a schematic view of a drive system according to an embodiment of the invention.

2 zeigt eine schematische geschnitteme Teilansicht eines Verdichters einer Abgasturbolader-Anordnung des Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a schematic partial sectional view of a compressor of an exhaust gas turbocharger assembly of the drive system according to an embodiment of the invention.

3 zeigt eine der 2 ähnliche vergrößerte Teilansicht eines Verdichters einer Abgasturbolader-Anordnung des Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 3 shows one of the 2 similar enlarged partial view of a compressor of an exhaust gas turbocharger assembly of the drive system according to an embodiment of the invention.

4 zeigt ein Diagramm, in dem eine Ladedruck-Kennlinie und eine Abgasdruck-Kennlinie in Abhängigkeit von einer Motorlast eines Verbrennungsmotors des Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind. 4 shows a diagram in which a boost pressure characteristic and an exhaust gas pressure characteristic in dependence on an engine load of an internal combustion engine of the drive system according to an embodiment of the invention are shown.

5 zeigt ein Diagramm, in dem eine verdichterspezifische Druckaufbau-Kennlinie in Abhängigkeit von einer auf eine Verdichtungspfadlänge bezogenen Längenposition im Fluidverdichtungspfad des Verdichters der Abgasturbolader-Anordnung des Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. 5 11 shows a diagram in which a compressor-specific pressure build-up characteristic as a function of a compression path length length position in the fluid compression path of the compressor of the exhaust gas turbocharger arrangement of the drive system according to an embodiment of the invention is shown.

1 zeigt in schematischer Ansicht ein Antriebssystem 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a schematic view of a drive system 1 according to an embodiment of the invention.

Das Antriebsystem 1 weist eine Abgasturbolader-Anordnung 10 und einen z. B. als Dieselmotor und/oder z. B. Gasmotor ausgebildeten und mit der Abgasturbolader-Anordnung 10 verbundenen Verbrennungsmotor 60 auf.The drive system 1 has an exhaust gas turbocharger arrangement 10 and a z. B. as a diesel engine and / or z. B. gas engine trained and with the exhaust gas turbocharger arrangement 10 connected internal combustion engine 60 on.

Die Abgasturbolader-Anordnung 10 weist einen Abgasturbolader 20, eine Abgasrezirkulations-Einrichtung 30 und einen Ladluftkühler 40 auf.The turbocharger arrangement 10 has an exhaust gas turbocharger 20 , an exhaust gas recirculation device 30 and a charging air cooler 40 on.

Der Abgasturbolader 20 weist eine Abgasturbine 21 mit einem Turbineneingang 21a und einem Turbinenausgang 21b sowie einen über eine Verbindungswelle 25 mit der Abgasturbine 21 drehantriebsverbundenen Verdichter 26 mit einem Verdichtereingang 26a und einem Verdichterausgang 26b auf.The turbocharger 20 has an exhaust gas turbine 21 with a turbine inlet 21a and a turbine outlet 21b and one via a connecting shaft 25 with the exhaust gas turbine 21 rotary drive connected compressor 26 with a compressor inlet 26a and a compressor outlet 26b on.

Der Turbineneingang 21a steht über eine Abgasleitung 22 mit einem Abgasausgang 60b des Verbrennungsmotors 60 in Fluidverbindung, so dass die Abgasturbine 21 über die Energie des Abgases A des Verbrennungsmotors 60 drehangetrieben werden kann.The turbine entrance 21a stands over an exhaust pipe 22 with an exhaust outlet 60b of the internal combustion engine 60 in fluid communication, so that the exhaust gas turbine 21 about the energy of the exhaust gas A of the internal combustion engine 60 can be rotated.

Der Turbinenausgang 21b steht mit einer Auslassleitung 23 in Fluidverbindung, so dass aus der Abgasturbine 21 austretendes Abgas A z. B. in die Atmosphäre ableitbar ist.The turbine output 21b stands with an outlet pipe 23 in fluid communication, so that from the exhaust gas turbine 21 exiting exhaust gas A z. B. is derivable into the atmosphere.

Die Abgasleitung 22, die Abgasturbine 21 und die Auslassleitung 23 bilden zusammen einen Abgasstrang der Abgasturbolader-Anordnung 10.The exhaust pipe 22 , the exhaust gas turbine 21 and the outlet pipe 23 together form an exhaust line of the exhaust gas turbocharger arrangement 10 ,

Der Verdichtereingang 26a steht mit einer Frischluftleitung 27 in Fluidverbindung, so dass dem Verdichter 26 über die Frischluftleitung 27 Frischluft z. B. aus der Atmosphäre zuführbar ist.The compressor inlet 26a stands with a fresh air line 27 in fluid communication, allowing the compressor 26 over the fresh air line 27 Fresh air z. B. from the atmosphere can be supplied.

Der Verdichterausgang 26b steht über eine Zuluftleitung 28, 29 und den Ladeluftkühler 40 mit einem Lufteingang 60a des Verbrennungsmotors 60 in Fluidverbindung, so dass dem Verbrennungsmotor 60 über die Zuluftleitung 28, 29 von dem Verdichter 26 verdichtete Luft zuführbar ist.The compressor output 26b is via an air supply line 28 . 29 and the intercooler 40 with an air inlet 60a of the internal combustion engine 60 in fluid communication, allowing the internal combustion engine 60 over the supply air line 28 . 29 from the compressor 26 compressed air can be supplied.

Die Frischluftleitung 27, der Verdichter 26, der Ladeluftkühler 40 und die Zuluftleitung 28, 29 bilden zusammen einen Ladeluftstrang der Abgasturbolader-Anordnung 10.The fresh air line 27 , the compressor 26 , the intercooler 40 and the supply air line 28 . 29 Together form a charge air line of the exhaust gas turbocharger assembly 10 ,

Die Abgasrezirkulations-Einrichtung 30 kann mit einer Abgasreinigungs-Vorrichtung (nicht gezeigt) und einem Abgaskühler (nicht gezeigt) sowie geeigneten Regeleinrichtungen versehen sein und weist einen Eingang 30a, der vor dem Turbineneingang 21a mit der Abgasleitung 22 fluidverbunden ist (an einer Abgasabzweigposition), und einen Ausgang 30b auf, der mit dem Verdichter 26 fluidverbunden ist.The exhaust gas recirculation device 30 may be provided with an exhaust gas purification device (not shown) and an exhaust gas cooler (not shown) and suitable control devices and has an input 30a standing in front of the turbine entrance 21a with the exhaust pipe 22 fluidly connected (at a Abgasabzweigposition), and an output 30b on top of that with the compressor 26 fluidly connected.

Wie in 2 und 3 gezeigt, weist der hier als Radialverdichter ausgebildete Verdichter 26 ein Gehäuse 260 und ein auf der drehbar im Gehäuse 260 gelagerten Verbindungswelle 25 befestigtes Laufrad 261 mit einer Mehrzahl von Laufradschaufeln 262 auf.As in 2 and 3 shown has the here designed as a centrifugal compressor 26 a housing 260 and one on the rotatable in the housing 260 mounted connecting shaft 25 fixed impeller 261 with a plurality of impeller blades 262 on.

Gehäuse 260 und Laufrad 261 (mit seinen Laufradschaufeln 262) bilden gemeinsam einen Fluidverdichtungspfad VP, über den hinweg bzw. den entlang das durch den Verdichter 26 strömende Fluid (aus Frischluft und Abgas) verdichtet wird und dessen Beschränkung in seiner Länge mit a und b bezeichnet ist.casing 260 and impeller 261 (with his impeller blades 262 ) together form a fluid packing path VP across and through the compressor 26 flowing fluid (from fresh air and exhaust gas) is compressed and its restriction in length with a and b is designated.

Genauer gesagt erstreckt sich der Fluidverdichtungspfad VP von einem Laufrad-Fluideintritt 263 über einen Laufrad-Fluidaustritt 264 und einen einen Diffusor 265 bildenden Radialspalt bis zu einem Diffusor-Fluidaustritt 266, welcher in ein in dem Gehäuse 260 ausgebildetes Spiralgehäuse mit einem Spiralkanal 267 mündet, welcher seinerseits mit dem Verdichterausgang 26b fluidverbunden ist. In dem Diffusor 265 kann ein Nachleitapparat bzw. Leitgitter 268 angeordnet sein.More specifically, the fluid compression path VP extends from an impeller fluid inlet 263 via an impeller fluid outlet 264 and a diffuser 265 forming radial gap up to a diffuser fluid outlet 266 which is in a housing 260 trained spiral housing with a spiral channel 267 which in turn leads to the compressor outlet 26b fluidly connected. In the diffuser 265 can a Nachleitapparat or Leitgitter 268 be arranged.

Wie die 1 bis 3 zeigen, ist der Ausgang 30b der Abgasrezirkulations-Einrichtung 30 derart mit dem Ladeluftstrang fluidverbunden, dass aus dem Abgasstrang abgezweigtes Abgas A über den Ausgang 30b an einer Abgaseintrittsposition AE (siehe 3) in den Ladeluftstrang, genauer gesagt in den Fluidverdichtungspfad VP, eintreten kann.As the 1 to 3 show is the exit 30b the exhaust gas recirculation device 30 so fluidly connected to the charge air line, that branched off from the exhaust gas exhaust A via the output 30b at an exhaust gas inlet position AE (see 3 ) may enter the charge air line, more specifically the fluid packing path VP.

Wie eingangs beschrieben weist das Abgas A einen von der Motorlast L des Verbrennungsmotors 60 abhängigen Abgasdruck PA auf, mit welchem das Abgas A in den Ladeluftstrang eintritt und welcher sich dort als Eintrittsdruck des Abgases A manifestiert. Wie ebenfalls eingangs beschrieben, ist der Abgasdruck PA üblicherweise um eine Druckdifferenz ΔP geringer als ein mit dem Verdichter 26 für den Verbrennungsmotor 60 zu erzielender Ladedruck PL in der Zuluftleitung 28, 29 bzw. am Lufteingang 60a des Verbrennungsmotors 60. Dieser Zusammenhang ist in 4 dargestellt, in der in einem Diagramm des Druckes P in Abhängigkeit von der Motorlast L des Verbrennungsmotors 60 eine Ladedruck PL-Kennlinie und eine Abgasdruck PA-Kennlinie dargestellt sind.As described above, the exhaust gas A has one of the engine load L of the internal combustion engine 60 dependent exhaust pressure PA, with which the exhaust gas A enters the charge air line and which manifests itself there as the inlet pressure of the exhaust gas A. As also described initially, the exhaust gas pressure PA is usually lower by one pressure difference ΔP than one with the compressor 26 for the internal combustion engine 60 to be achieved boost pressure PL in the supply air line 28 . 29 or at the air inlet 60a of the internal combustion engine 60 , This connection is in 4 represented in a diagram of the pressure P as a function of the engine load L of the internal combustion engine 60 a boost pressure PL- Characteristic curve and an exhaust pressure PA characteristic are shown.

5 zeigt ein Diagramm, in dem eine verdichterspezifische Druckaufbau-Kennlinie in Abhängigkeit von einer auf eine Verdichtungspfadlänge (hier von einer ersten Begrenzung a bis zu einer zweiten Begrenzung b) bezogenen Längenposition im Fluidverdichtungspfad VP des Verdichters 26 dargestellt ist. Wie aus 5 ersichtlich, weist die Druckaufbau-Kennlinie nach anfänglichem kurvenförmigen Verlauf einen nahezu linearen Verlauf auf. Daraus lässt sich schlussfolgern: Je größer die vom zu verdichtenden Fluid im Fluidverdichtungspfad VP zurückgelegte Strecke ist, desto größer ist der erzielte Druckaufbau. Jedoch stellt die in 5 dargestellte Kurve nur einen prinzipiellen Druckverlauf dar. 5 shows a diagram in which a compressor-specific pressure build-up curve in dependence on a on a compression path length (here from a first boundary a to a second boundary b) related length position in the fluid compression path VP of the compressor 26 is shown. How out 5 can be seen, the pressure build-up curve after an initial curved course on a nearly linear course. From this it can be concluded that the greater the distance traveled by the fluid to be compressed in the fluid compression path VP, the greater the pressure build-up achieved. However, the in 5 shown curve represents only a principal pressure curve.

Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, die Abgaseintrittsposition AE in dem Fluidverdichtungspfad VP im Verdichter 26 gerade so anzuordnen, so dass in den Verdichter 26 einströmendes Abgas A (wie durch die fetten Pfeile in 3 angedeutet) unter lediglichem Ausgleich der Druckdifferenz ΔP (siehe 4) zwischen dem Eintrittsdruck (Abgasdruck PA) des Abgases A in den Fluidverdichtungspfad VP und dem zu erzielenden Ladedruck PL von dem Eintrittsdruck aus gerade bis auf den zu erzielenden Ladedruck PL verdichtet wird.According to the invention, it is now provided, the exhaust gas inlet position AE in the fluid compression path VP in the compressor 26 just to arrange so that in the compressor 26 incoming exhaust gas A (as indicated by the bold arrows in FIG 3 indicated) with only compensation of the pressure difference .DELTA.P (see 4 ) is compressed between the inlet pressure (exhaust gas pressure PA) of the exhaust gas A in the fluid compression path VP and the charging pressure PL to be achieved from the inlet pressure to just to be achieved boost pressure PL.

In allgemeinster Form wird sich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung also die Abgaseintrittsposition AE zwischen dem Laufrad-Fluideintritt 263 des Verdichters 26 und dem Diffusor-Fluidaustritt 266 des Verdichters 26 befinden. Etwas spezifizierter kann sich gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Abgaseintrittsposition AE zwischen dem Laufrad-Fluideintritt 263 des Verdichters 26 und einem Fluidaustritt des Nachleitapparates 268 des Verdichters 26 befinden.In the most general form, according to an embodiment of the invention, therefore, the exhaust gas inlet position AE between the impeller fluid inlet 263 of the compressor 26 and the diffuser fluid exit 266 of the compressor 26 are located. Somewhat more specific, according to a further embodiment of the invention, the exhaust gas inlet position AE between the impeller fluid inlet 263 of the compressor 26 and a fluid outlet of the Nachleitapparates 268 of the compressor 26 are located.

Gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Abgaseintrittsposition AE zwischen dem Laufrad-Fluideintritt 263 des Verdichters 26 und dem Laufrad-Fluidaustritt 264 des Verdichters 26.According to the in 3 shown embodiment of the invention is the exhaust gas inlet position AE between the impeller fluid inlet 263 of the compressor 26 and the impeller fluid exit 264 of the compressor 26 ,

Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann sich die Abgaseintrittsposition AE auch zwischen dem Laufrad-Fluidaustritt 264 des Verdichters 26 und dem Diffusor-Fluidaustritt 266 des Verdichters 26 befinden.According to an embodiment of the invention, not shown, the exhaust gas inlet position AE can also be between the impeller fluid outlet 264 of the compressor 26 and the diffuser fluid exit 266 of the compressor 26 are located.

Gemäß den obigen Erläuterungen wird ein Verfahren zum Auslegen des erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 zumindest die folgenden Schritte aufweisen: Bestimmen einer lastabhängigen Abgasdruck PA-Kennlinie für den Verbrennungsmotor 60, Bestimmen einer lastabhängigen Ladedruck PL-Kennlinie für den Verdichter 26, Bestimmen einer Arbeitslast AL (z. B. einer Motorlast L, mit der der Verbrennungsmotor 60 hauptsachlich betrieben werden soll) für den Verbrennungsmotor 60 und Bestimmen einer auf die Arbeitslast bezogenen Druckdifferenz ΔP zwischen der Abgasdruck PA-Kennlinie und der Ladedruck PL-Kennlinie (wie in 4 gezeigt) sowie Bestimmen einer verdichterspezifischen Druckaufbau-Kennlinie (wie in 5 gezeigt) in Abhängigkeit von einer auf eine Verdichtungspfadlänge (a bis b in 2) bezogenen Längenposition im Fluidverdichtungspfad VP, Bestimmen einer Längenposition im Fluidverdichtungpfad VP, an der ein vom Verdichter 26 erzielbarer Druckaufbau gleich der bestimmten Druckdifferenz ΔP zwischen Abgasdruck PA-Kennlinie und Ladedruck PL-Kennlinie ist, und Festlegen der Abgaseintrittsposition AE, so dass die Abgaseintrittsposition AE der bestimmten Längenposition (wie in 3 gezeigt) entspricht.According to the above explanation, a method for designing the drive system according to the invention 1 comprising at least the following steps: determining a load-dependent exhaust gas pressure PA characteristic curve for the internal combustion engine 60 , Determining a load-dependent boost pressure PL characteristic for the compressor 26 Determining a workload AL (eg, an engine load L at which the engine is running) 60 Mainly to be operated) for the internal combustion engine 60 and determining a workload related pressure difference ΔP between the exhaust pressure PA characteristic and the boost pressure PL characteristic (as in 4 and determining a compressor specific pressure buildup characteristic (as in 5 shown) in response to a compression path length (a to b in FIG 2 ) length position in the fluid compression path VP, determining a length position in the fluid compression path VP, at the one of the compressor 26 achievable pressure build-up equal to the specific pressure difference .DELTA.P between exhaust gas pressure PA characteristic and boost pressure PL characteristic is, and determining the exhaust gas inlet position AE, so that the exhaust gas inlet position AE the particular length position (as in 3 shown) corresponds.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Antriebsystemdrive system
1010
Abgasturbolader-AnordnungTurbocharger arrangement
2020
Abgasturboladerturbocharger
2121
Abgasturbineexhaust turbine
21a21a
Turbineneingangturbine inlet
21b21b
Turbinenausgangturbine output
2222
Abgasleitungexhaust pipe
2323
Auslassleitungoutlet pipe
2525
Verbindungswelleconnecting shaft
2626
Verdichtercompressor
26a26a
Verdichtereingangcompressor inlet
26b26b
Verdichterausgangcompressor output
260260
Gehäusecasing
261261
LaufradWheel
262262
Laufradschaufel(n)The impeller blade (s)
263263
Laufrad-FluideintrittImpeller fluid inlet
264264
Laufrad-FluidaustrittImpeller fluid exit
265265
Diffusordiffuser
266266
Diffusor-FluisaustrittDiffuser Fluisaustritt
267267
Spiralkanalspiral channel
268268
Nachleitapparatguide vane
2727
FrischluftleitungFresh air line
2828
Zuluftleitungair supply
2929
Zuluftleitungair supply
3030
Abgasrezirkulations-EinrichtungExhaust gas recirculation device
30a30a
Eingangentrance
30b30b
Ausgangoutput
4040
LadeluftkühlerIntercooler
6060
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
60a60a
Lufteingangair inlet
60b60b
Abgasausgangexhaust outlet
AEAE
AbgaseintrittspositionExhaust inlet position
VPVP
FluidverdichtungspfadFluid compression path
aa
erste Begrenzungfirst limit
bb
zweite Begrenzungsecond boundary
PP
Druckprint
PAPA
Abgasdruckexhaust gas pressure
PLPL
Ladedruckboost pressure
ΔP.DELTA.P
Druckdifferenzpressure difference
LL
Motorlastengine load
ALAL
Arbeitslastworkload
AA
Abgasexhaust

Claims (6)

Verfahren zum Auslegen eines Antriebssystems (1) mit einer Abgasturbolader-Anordnung (10) und einem Verbrennungsmotor (60), wobei die Abgasturbolader-Anordnung (10) einen Abgasturbolader (20) mit einer Abgasturbine (21) aufweist, die in einem mit einem Abgasausgang (60b) des Verbrennungsmotors (60) in Fluidverbindung zu bringenden Abgasstrang der Abgasturbolader-Anordnung (10) angeordnet ist, und einem mit der Abgasturbine (21) in Drehantriebsverbindung stehenden Verdichter (26) und eine Abgasrezirkulations-Einrichtung (30) mit einem Eingang (30a), der mit dem Abgasstrang fluidverbunden ist, und einem Ausgang (30b), der mit dem Ladeluftstrang fluidverbunden ist, so dass aus dem Abgasstrang abgezweigtes Abgas (A) über den Ausgang (30b) an einer Abgaseintrittsposition (AE) in den Ladeluftstrang eintreten kann; wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bestimmen einer lastabhängigen Abgasdruck(PA)-Kennlinie für den Verbrennungsmotor (60), Bestimmen einer lastabhängigen Ladedruck(PL)-Kennlinie für den Verdichter (26), Bestimmen einer Arbeitslast (AL) für den Verbrennungsmotor (60), Bestimmen einer auf die Arbeitslast (AL) bezogenen Druckdifferenz (ΔP) zwischen der Abgasdruck(PA)-Kennlinie und der Ladedruck(PL)-Kennlinie, Bestimmen einer verdichterspezifischen Druckaufbau-Kennlinie in Abhängigkeit von einer auf eine Verdichtungspfadlänge (a → b) bezogenen Längenposition im Fluidverdichtungspfad (VP), Bestimmen einer Längenposition im Fluidverdichtungpfad (VP), an der ein vom Verdichter (26) erzielbarer Druckaufbau gleich der bestimmten Druckdifferenz (ΔP) zwischen Abgasdruck(PA)-Kennlinie und Ladedruck(PL)-Kennlinie ist, und Festlegen der Abgaseintrittsposition (AE), so dass die Abgaseintrittsposition (AE) der bestimmten Längenposition entspricht.Method for designing a drive system ( 1 ) with an exhaust gas turbocharger arrangement ( 10 ) and an internal combustion engine ( 60 ), wherein the exhaust gas turbocharger arrangement ( 10 ) an exhaust gas turbocharger ( 20 ) with an exhaust gas turbine ( 21 ), which in one with an exhaust gas outlet ( 60b ) of the internal combustion engine ( 60 ) in fluid connection to be brought exhaust line of the exhaust gas turbocharger assembly ( 10 ), and one with the exhaust gas turbine ( 21 ) in rotary drive connection compressors ( 26 ) and an exhaust gas recirculation device ( 30 ) with an input ( 30a ), which is fluidly connected to the exhaust line, and an output ( 30b ), which is fluidly connected to the charge air line, so that branched off from the exhaust gas exhaust (A) via the output ( 30b ) may enter the charge air line at an exhaust gas inlet position (AE); the method comprising the following steps: determining a load-dependent exhaust gas pressure (PA) characteristic curve for the internal combustion engine ( 60 ), Determining a load-dependent boost pressure (PL) characteristic curve for the compressor ( 26 ), Determining a work load (AL) for the internal combustion engine ( 60 Determining a pressure difference (ΔP) between the exhaust gas pressure (PA) characteristic curve and the boost pressure (PL) characteristic curve based on the workload (AL), determining a compressor-specific pressure build-up characteristic as a function of a compression path length (a → b) related length position in the fluid compression path (VP), determining a length position in the fluid compression path (VP) at which one of the compressor ( 26 ) achievable pressure build-up equal to the specific pressure difference (ΔP) between exhaust gas pressure (PA) characteristic and boost pressure (PL) characteristic curve, and determining the exhaust gas inlet position (AE), so that the exhaust gas inlet position (AE) corresponds to the determined length position. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Abgaseintrittsposition (AE) zwischen einem Laufrad-Fluideintritt (263) des Verdichters (26) und einem Diffusor-Fluidaustritt (266) des Verdichters (26) angeordnet wird.Method according to claim 1, wherein the exhaust gas inlet position (AE) between an impeller fluid inlet ( 263 ) of the compressor ( 26 ) and a diffuser fluid outlet ( 266 ) of the compressor ( 26 ) is arranged. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Abgaseintrittsposition (AE) zwischen dem Laufrad-Fluideintritt (263) des Verdichters (26) und einem Fluidaustritt eines Nachleitapparates (268) des Verdichters (26) angeordnet wird.Method according to claim 2, wherein the exhaust gas inlet position (AE) between the impeller fluid inlet ( 263 ) of the compressor ( 26 ) and a fluid outlet of a Nachleitapparates ( 268 ) of the compressor ( 26 ) is arranged. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Abgaseintrittsposition (AE) zwischen dem Laufrad-Fluideintritt (263) des Verdichters (26) und einem Laufrad-Fluidaustritt (264) des Verdichters (26) angeordnet wird.Method according to claim 2, wherein the exhaust gas inlet position (AE) between the impeller fluid inlet ( 263 ) of the compressor ( 26 ) and an impeller fluid exit ( 264 ) of the compressor ( 26 ) is arranged. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Abgaseintrittsposition (AE) zwischen dem Laufrad-Fluidaustritt (264) des Verdichters (26) und dem Diffusor-Fluidaustritt (266) des Verdichters (26) angeordnet wird.Method according to claim 2, wherein the exhaust gas inlet position (AE) emerges between the impeller fluid ( 264 ) of the compressor ( 26 ) and the diffuser fluid outlet ( 266 ) of the compressor ( 26 ) is arranged. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Eingang (30a) der Abgasrezirkulations-Einrichtung (30) an einer Abgasabzweigposition mit dem Abgasstrang fluidverbunden wird, und wobei sich die Abgasabzweigposition entlang des Abgastranges vor einem Turbineneingang (21a) angeordnet wird.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the input ( 30a ) of the exhaust gas recirculation device ( 30 ) is fluidly connected to the exhaust line at an exhaust branch position, and wherein the exhaust branch position along the exhaust line in front of a turbine inlet ( 21a ) is arranged.
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