DE102010003002A1

DE102010003002A1 - Abgasturbolader-Anordnung und damit ausgerüstetes Antriebssystem

Info

Publication number: DE102010003002A1
Application number: DE102010003002A
Authority: DE
Inventors: Dr. Tinschmann Georg
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: DE102010003002B4

Abstract

Abgasturbolader-Anordnung (1; 1') und damit ausgerüstetes Antriebssystem, wobei die Abgasturbolader-Anordnung aufweist: einen Abgasturbolader (10; 10'), der eine Abgasturbine (20; 20') mit einem Turbineneingang (20a; 20a') und einen Verdichter (30; 30') mit einem Verdichterausgang (30b; 30b') aufweist, wobei der Turbineneingang über eine Abgasabführleitung (21; 21') mit einem Abgasausgang (2b; 2b') einer Brennkraftmaschine (2; 2') in Fluidverbindung zu bringen ist zum Drehantreiben der Abgasturbine, wobei der Verdichterausgang über eine Luftzuführleitung (33; 32') mit einem Lufteingang (2a; 2a') der Brennkraftmaschine in Fluidverbindung zu bringen ist zum Zuführen von verdichteter Luft zu der Brennkraftmaschine, eine Abgasrückführeinrichtung (70) mit einem Rückführungseingang (70a), der mit der Abgasabführleitung fluidverbunden ist, und einem Rückführungsausgang (70b), der mit der Luftzuführleitung fluidverbunden ist, so dass aus dem Abgasausgang der Brennkraftmaschine austretendes Abgas gesteuert in die Luftzuführleitung einleitbar ist, und eine Luftumleiteinrichtung (80) mit einem Umleitungseingang (80a), der luftstromungsaufwärts des Rückführungsausgangs mit der Luftzuführleitung fluidverbunden ist, und einem Umleitungsausgang (80b), der abgasströmungsabwärts des Rückführungseingangs mit der Abgasabführleitung fluidverbunden ist, so dass aus dem Verdichterausgang austretende verdichtete Luft gesteuert in die Abgasabführleitung einleitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mit einer Abgasrückführung ausgerüstete Abgasturbolader-Anordnung für eine Brennkraftmaschine und ein mit einer solchen Abgasturbolader-Anordnung ausgerüstetes Antriebssystem.
Aus DE 42 31 218 C1 und aus DE 10 2005 017 905 A1 sind jeweils mit einer Abgasturbolader-Anordnung und einer Brennkraftmaschine ausgerüstete Antriebssysteme bekannt. Jede der in diesen Dokumenten beschriebenen Abgasturbolader-Anordnungen weist eine Abgasrückführung auf, welche mit einer Abgaskühlung versehen ist.
Die gekühlte Abgasrückführung ist ein sehr effektives Verfahren zur Reduzierung von NOx-Emissionen einer Brennkraftmaschine und stellt z. B. bei PKW-Dieselmotoren und immer mehr auch bei großen schnelllaufenden Dieselmotoren, wie sie z. B. bei Bahnanwendungen zum Einsatz kommen, allgemeinen Stand der Technik dar. Exemplarische Ergebnisse zum Verlauf der NOx-Emission (NOx-Stickstoffoxid) und der Schwärzungsziffer (SZ) für einen schnelllaufenden Großdieselmotor sind in 1 dargestellt.
Schwerölbetriebene Großdieselmotoren können ebenfalls mit einer gekühlten Abgasrückführung betrieben werden. Beispielsweise kann eine Abgasrückführrate von 10% zu einer NOx-Reduzierung von etwa 35–40% führen. Entscheidend für die Reduzierung der NOx-Emission ist letztendlich immer die Absenkung des Sauerstoffangebotes vor dem oder den Zylinder(n) einer Brennkraftmaschine.
Bei schnelllaufenden PKW-Dieselmotoren wird die Abgasrückführung entsprechend des Fahrzyklus hauptsächlich bei geringen Leistungen eingesetzt und arbeitet mit negativen Spülgefällen (negatives Spülgefälle: Abgasdruck vor Abgasturbine > Ladeluftdruck). Bei Großmotoren sind hohe Leistungen im Zyklus stark gewichtet. Bei hoher Leistung wird die Abgasrückführung jedoch durch die geforderten niedrigen Bauteiltemperaturen bei Schwerölmotoren und das positive Spülgefälle (positives Spülgefälle: Ladeluftdruck > Abgasdruck vor Abgasturbine) erschwert.
Um das positive Spülgefälle zu überwinden, werden Abgasverdichter in der Abgasrückführung eingesetzt, wie beispielsweise in DE 42 31 218 C1 und DE 10 2005 017 905 A1 beschrieben.
Entsprechend den exemplarisch in 2 gezeigten Emissionsgrenzwerten der IMO (International Maritime Organisation) bietet es sich an, die Abgasrückführung schaltbar auszuführen. Beispielsweise wird dann bei in Schiffen installierten Großdieselmotoren auf dem offenen Ozean der Großdieselmotor ohne Abgasrückführung und mit hohen Schwefelanteilen gefahren und braucht dann lediglich den Grenzwert nach IMO Tier II einzuhalten. In emissionskontrollierten Gebieten (ECA – Emission Control Area) wird mit der Abgasrückführung IMO Tier III (IMO – International Maritime Oranization – Internationale-Seeschiffahrts-Organisation) erreicht, wie in 2 gezeigt.
Eine schaltbare Hochdruck-Abgasrückführung (Hochdruck-Abgasrückführung: Entnahme bzw. Rückführung des Abgases vor der Abgasturbine) führt allerdings zu deutlichen Änderungen der Betriebskennlinien der Brennkraftmaschine im Verdichterkennfeld des Verdichters der Abgasturbolader-Anordnung. Dies begründet sich darin, dass wenn das Schluckverhalten der Brennkraftmaschine beim Umschalten der Betriebsmodi nicht verändert wird, der Verdichter bei identischen Druckverhältnissen im Abgasrückführungsmodus eigentlich einen um den Abgasrückführungs-Volumenstrom geringeren Luftvolumenstrom liefern müsste. Wenn dies der Fall ist, verschiebt sich die Betriebskennlinie des Verdichters wie in 3 gezeigt in Richtung zur Pumpgrenze des Verdichters hin. Die Kennfeldbreite des Verdichters begrenzt letztendlich die Abgasrückführrate. Beim o. g. Betrieb ohne Veränderung des Schluckverhaltens der Brennkraftmaschine besteht somit der Zwang, die Betriebskennlinie des Verdichters ohne Abgasrückführung in Bereiche schlechter Verdichterwirkungsgrade zu verschieben, um die Kennfeldbreite zu nutzen.
Ein anderer Nachteil der Abgasrückführung besteht in dem hohen Kühlbedarf, denn nur gekühltes Abgas führt mit Blick auf die NOx-Reduzierung auch zum vollen Potential. Bei der Hochdruck-Abgasrückführung wird der Abgasturbine zudem wertvolle Energie entzogen.
Trotz dieser Herausforderungen bietet die Hochdruck-Abgasrückführung Vorteile, denn das Abgas wird nicht durch den oder die Verdichter der Abgasturbolader-Anordnung oder durch die Ladeluftkühler dieser hindurchgeleitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasturbolader-Anordnung bereitzustellen, mit der beim Umschalten der Betriebsmodi zwischen ”ohne Abgasrückführung” und ”mit Abgasrückführung” das Schluckverhalten der Brennkraftmaschine angepasst werden kann, so dass die Betriebskennlinien möglichst wirkungsgradoptimal im Verdichterkennfeld liegen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein mit einer solchen Abgasturbolader-Anordnung ausgerüstetes Antriebssystem bereitzustellen.
Die o. g. Aufgaben werden mit einer Abgasturbolader-Anordnung gemäß Anspruch 1 bzw. mit einem Antriebssystem gemäß Anspruch 9 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Abgasturbolader-Anordnung für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, wobei die Abgasturbolader-Anordnung aufweist: einen Abgasturbolader, der eine Abgasturbine mit einem Turbineneingang und einen Verdichter mit einem Verdichterausgang aufweist, wobei der Turbineneingang über eine Abgasabführleitung mit einem Abgasausgang der Brennkraftmaschine in Fluidverbindung zu bringen ist zum Drehantreiben der Abgasturbine, wobei der Verdichterausgang über eine Luftzuführleitung mit einem Lufteingang der Brennkraftmaschine in Fluidverbindung zu bringen ist zum Zuführen von verdichteter Luft zu der Brennkraftmaschine, eine Abgasrückführeinrichtung mit einem Rückführungseingang, der mit der Abgasabführleitung fluidverbunden ist, und einem Rückführungsausgang, der mit der Luftzuführleitung fluidverbunden ist, so dass aus dem Abgasausgang der Brennkraftmaschine austretendes Abgas gesteuert in die Luftzuführleitung und über diese in den Lufteingang der Brennkraftmaschine einleitbar ist, und eine Luftumleiteinrichtung mit einem Umleitungseingang, der luftströmungsaufwärts des Rückführungsausgangs mit der Luftzuführleitung fluidverbunden ist, und einem Umleitungsausgang, der abgasströmungsabwärts des Rückführungseingangs mit der Abgasabführleitung fluidverbunden ist, so dass aus dem Verdichterausgang austretende verdichtete Luft gesteuert in die Abgasabführleitung und über diese in die Abgasturbine einleitbar ist.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene und eingerichtete Luftumleiteinrichtung bzw. Umblaseeinrichtung kann bei Bedarf, d. h. im Abgasrückführmodus, gesteuert verdichtete Luft aus der Luftzuführleitung in die Abgasabführleitung eingespeist werden. Damit kann im Abgasrückführmodus der Volumenüberschuss in der Luftzuführleitung ausgeglichen bzw. reduziert werden, womit der Verdichtervolumenstrom ansteigen kann, so dass die Betriebskennlinien im Verdichterkennfeld dichter zusammen und näher am Optimum liegen können. Außerdem kann mit der aus dem Verdichter ausgetretenen erhitzten komprimierten Luft aus der Luftzuführleitung der Abgasturbine zusätzliche Antriebsenergie bereitgestellt werden, was die durch die Abgasrückführung bewirkte Energiereduktion reduziert oder sogar ausgleicht.
Dadurch, dass sowohl die Abgasrückführeinrichtung als auch die Luftumleiteinrichtung derart eingerichtet sind, dass deren Abgasrückführstrom bzw. Luftumleitstrom gesteuert und insbesondere geregelt werden kann, können stets eine für die NOx-Reduzierung optimale Abgasrückführrate und eine solche Luftumleitrate bzw. Luftumblaserate realisiert werden, dass die Betriebskennlinien im Verdichterkennfeld (3) sowohl mit als auch ohne Abgasrückführung im optimalen Bereich liegen.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung weist die Abgasrückführeinrichtung einen Wärmetauscher bzw. Rekuperator auf, wobei der Wärmetauscher einen Abgasstrang, der zwischen Rückführungseingang und Rückführungsausgang der Abgasrückführeinrichtung angeordnet ist, so dass ungekühltes aus der Abgasabführleitung abgezweigtes Abgas durch den Abgasstrang hindurchzuleiten ist, und einen Luftstrang hat, der zwischen Umleitungseingang und Umleitungsausgang der Luftumleiteinrichtung angeordnet ist, so dass über die Luftumleiteinrichtung geführte Luft durch den Luftstrang hindurchzuleiten ist, wodurch Wärmeenergie von durch den Abgasstrang hindurchströmendem Abgas auf durch den Luftstrang hindurchströmende Luft übertragbar ist.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, der über die Luftumleiteinrichtung in die Abgasabführleitung und von dort in die Abgasturbine strömenden komprimierten Luft zusätzliche Wärmeenergie zuzuführen, was der Abgasturbine zusätzliche Antriebsenergie bereitstellt und den Ladedruck in der Luftzuführleitung im Abgasrückführmodus erhöht sowie vorteilhaft zur Kompensation der durch die Abgasrückführung bewirkten Energiereduktion beiträgt. Ferner wird dadurch, dass dem über die Abgasrückführeinrichtung geführten Abgas Wärmeenergie entzogen wird, auf effiziente und einfache Weise der zusätzliche (beispielsweise über den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine realisierte) Kühlbedarf für das Abgas reduziert. Außerdem begünstigt das gestiegene Energieangebot eine Abwärmenutzung nach der oder den Abgasturbine(n).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung weist die Abgasrückführeinrichtung ein Steuerventil zum Einstellen einer über die Abgasrückführeinrichtung auf die Luftzuführleitung leitbaren Menge an Abgas, einen Abgasverdichter zum Verdichten des Abgases und einen Abgaskühler auf zum Kühlen des Abgases vor dem Abgasverdichter, wobei das Steuerventil, der Abgaskühler und der Abgasverdichter miteinander in Reihe fluidverbunden zwischen Rückführungseingang und Rückführungsausgang der Abgasrückführeinrichtung angeordnet sind.
Durch das bevorzugt als Steuerklappe ausgebildete Steuerventil, welches über eine Steuervorrichtung in seinem Öffnungsgrad steuerbar bzw. regelbar ist und welches sich bevorzugt als erste Komponente am Rückführungseingang befindet, wird auf einfache Weise die Steuerung bzw. Regelung der Menge an in die Luftzuführleitung rückgeführtem Abgas gewährleistet. Durch den Abgasverdichter wird sichergestellt, dass der Abgasdruck am Rückführungsausgang stets größer als der Ladeluftdruck an dieser Position der Luftzuführleitung ist, also das positive Spülgefälle überwunden wird. Durch den Abgaskühler, welcher bevorzugt vor dem Abgasverdichter angeordnet ist, wird auf vorteilhafte Weise der Wirkungsgrad des Abgasverdichters erhöht. Der Abgaskühler ist bevorzugt an das Kühlsystem (Kühlwassersystem) der Brennkraftmaschine anzuschließen.
Gemäß noch einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung weist der Abgasverdichter der Abgasrückführeinrichtung einen drehzahlvariabel steuerbaren Antrieb auf. Bevorzugt ist der Antrieb von einem Elektromotor gebildet.
Durch den drehzahlvariabel steuerbaren Antrieb für den Abgasverdichter lässt sich dieser auf einfache und effiziente Weise so steuern und bevorzugt regeln, dass für jede Betriebssituation der Brennkraftmaschine stets eine optimale Abgasrückführrate und ein optimaler Abgasdruck gewährleistbar sind. Durch die Ausgestaltung des Antriebs als Elektromotor, welcher z. B. mittels eines Frequenzumrichters in seiner Drehzahl steuerbar bzw. regelbar ist, gestaltet sich die Steuerung bzw. Regelung des Antriebs besonders einfach und betriebssicher.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung weist die Luftumleiteinrichtung ein Steuerventil auf, das zwischen Umleitungseingang und Umleitungsausgang der Luftumleiteinrichtung angeordnet ist, so dass eine über die Luftumleiteinrichtung auf die Abgasabführleitung leitbare Menge an Luft mittels des Steuerventils einstellbar ist.
Durch das bevorzugt als Steuerklappe ausgebildete Steuerventil, welches über eine Steuervorrichtung in seinem Öffnungsgrad steuerbar bzw. regelbar ist und welches sich bevorzugt als erste Komponente am Umleitungseingang befindet, wird auf einfache Weise die Steuerung bzw. Regelung der Menge an in die Abgasrückführleitung eingeleiteter erhitzter und komprimierter Luft gewährleistet.
Gemäß noch einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung ist der Abgaskühler abgaströmungsabwärts des Wärmetauschers angeordnet.
Mit anderen Worten ist der Abgaskühler bevorzugt zwischen Wärmetauscher bzw. Rekuperator und Abgasverdichter angeordnet, so dass das via Wärmetauscher vorgekühlte Abgas von dem Abgaskühler ggf. nur noch nachgekühlt werden muss, um eine für einen guten Wirkungsgrad des Abgasverdichters ausreichend reduzierte Abgastemperatur zu erzielen. Damit wird Kühlenergie eingespart und somit die Effizienz der Abgasturbolader-Anordnung erhöht. So kann beispielsweise ein Kühler des Kühlsystems der Brennkraftmaschine kleiner ausgeführt werden und können somit auch Kosten eingespart werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung weist die Abgasrückführeinrichtung zwischen Rückführungseingang und Rückführungsausgang abgaströmungsabwärts des Abgasverdichters einen weiteren Abgaskühler auf.
Durch den weiteren Abgaskühler, welcher z. B. über das Kühlsystem der Brennkraftmaschine betrieben werden kann, kann das durch den Abgasverdichter erhitzte Abgas nachgekühlt werden, so dass eine für die NOx-Reduzierung optimale Temperatur des in die Luftzuführleitung einzuspeisenden Abgases realisierbar ist.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung ist in der Luftzuführleitung zwischen Verdichterausgang und Lufteingang der Brennkraftmaschine ein Kühler angeordnet, wobei der Umleitungseingang der Luftumleiteinrichtung zwischen Verdichterausgang und Kühler an die Luftzuführleitung angeschlossen ist, und wobei der Rückführungsausgang der Abgasrückführeinrichtung zwischen Kühler und Lufteingang der Brennkraftmaschine an die Luftzuführleitung angeschlossen ist.
Durch diese vorteilhafte Anschlussanordnung von Umleitungseingang und Rückführungsausgang wird einerseits gewährleistet, dass in den Umleitungseingang ausreichend erhitzte Luft eintritt, und andererseits gewährleistet, dass die mit dem gekühlten Abgas aus dem Rückführungsausgang zusammentreffende Luft ebenfalls gekühlt ist, so dass eine für die NOx-Reduzierung optimale Temperatur des in die Brennkraftmaschine einzuspeisenden Luft-Abgas-Gemisches realisierbar ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Antriebssystem mit einer Abgasturbolader-Anordnung gemäß einer, mehreren oder allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in jeder denkbaren Kombination und einer Brennkraftmaschine bereitgestellt, wobei die Abgasabführleitung mit dem Abgasausgang der Brennkraftmaschine fluidverbunden ist, und wobei die Luftzuführleitung mit dem Lufteingang der Brennkraftmaschine fluidverbunden ist.
Bevorzugt ist die Brennkraftmaschine von einem Dieselmotor und insbesondere von einem Großdieselmotor gebildet, wie er z. B. in Bahnanwendungen oder Schiffen zum Einsatz kommt.
Im Fazit wird gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung bzw. gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems eine Kombination einer (Hochdruck-)Abgasrückführeinrichtung, die Abgas vor der Abgasturbine entnimmt und der Ladeluftseite der Brennkraftmaschine zuführt, mit einer Luftumleiteinrichtung bzw. Umblaseeinrichtung, die ungekühlte Ladeluft vor die Abgasturbine leitet, bereitgestellt. Über einen Wärmetauscher wird die Wärme des rückgeführtes Abgases zum Teil an die Luft im Umblasestrang übergeben.
Um das Schluckverhalten der Brennkraftmaschine beim Schalten zwischen den Betriebsmodi zu beeinflussen, wird ein regel- oder steuerbarer Umblasequerschnitt (Luftumleiteinrichtung) verbaut, welcher bevorzugt mit einem Steuerventil, wie einer Steuerklappe, versehen ist. Das positive Spülgefälle wird genutzt, um im Abgasrückführmodus einen Teil der ungekühlten Ladeluft an der Brennkraftmaschine vorbei direkt zur Abgasturbine zu leiten. Der Verdichtervolumenstrom in der Luftzuführleitung steigt an und die Betriebskennlinien im Verdichterkennfeld liegen dichter zusammen und näher am Optimum.
Der Umblasemassenstrom der Luftumleiteinrichtung wird dazu genutzt, in einem rekuperativem Abgaskühler (Wärmetauscher bzw. Rekuperator) dem rückgeführten Abgas Wärme zu entziehen und der Abgasturbine der Abgasturbolader-Anordnung zuzuführen. Der Abgasturbine wird durch den gestiegenen Massenstrom sowie mit Hilfe des Rekuperators mehr Energie zugeführt. Diese Energie wird genutzt, den Ladedruck während des Abgasrückführmodus anzuheben.
Das gestiegene Energieangebot begünstigt die Abwärmenutzung nach der (den) Abgasturbine(n). Dem rückgeführten Abgas kann ein großer Teil der Wärme entzogen werden, womit die an z. B. das Kühlsystem (z. B. Kühlwassersystem) der Brennkraftmaschine abzuführende Wärmemenge geringer ist.
Zusammenfassend werden gemäß den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung u. a. folgende Vorteile erzielt:

– gekühltes Abgas wird auf die Ladeluftseite zurückgeführt, so dass die NOx-Emission der Brennkraftmaschine reduziert werden kann
– beim Umschalten der Betriebsmodi (ohne Abgasrückführung, mit Abgasrückführung) der Brennkraftmaschine kann das Schluckverhalten der Brennkraftmaschine derart angepasst werden, dass die Betriebskennlinien möglichst wirkungsgradoptimal im Verdichterkennfeld liegen
– der Energieverlust für die Abgasturbine wird reduziert bzw. minimiert
– die an z. B. das Kühlsystem der Brennkraftmaschine abzuführende Wärme wird reduziert bzw. minimiert

Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
1 zeigt in Form zweier Diagramme den Einfluss der Abgasrückführung auf die NOx-Emissionen und die Rauchwerte bei einem Großdieselmotor.
2 zeigt in Form zweier Diagramme die zeitliche Entwicklung der Grenzwerte für NOx- und Schwefelgehalt gemäß der Emissionsgesetzgebung für die internationale Schifffahrt (revidierte Fassung MARPOL Anlage VI (IMO)).
3 zeigt in Form eines exemplarischen Diagramms Betriebskennlinien im Verdichterkennfeld einer Brennkraftmaschine mit zu- und abschaltbarer (Hochdruck-)Abgasrückführung und ohne Änderung des Schluckverhaltens der Brennkraftmaschine.
4 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Antriebssystems mit Brennkraftmaschine und einstufiger Abgasturbolader-Anordnung mit (Hochdruck-)Abgasrückführung.
5 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Antriebssystems mit Brennkraftmaschine und zweistufiger Abgasturbolader-Anordnung mit (Hochdruck-)Abgasrückführung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Antriebssystems mit einer einstufigen Abgasturbolader-Anordnung 1' mit (Hochdruck-)Abgasrückführung und einer hier z. B. als großer Zweitaktmotor mit positivem Spülgefälle ausgebildeten Brennkraftmaschine 2'.
Die Abgasturbolader-Anordnung 1' weist einen Abgasturbolader 10', der eine Abgasturbine 20' mit einem Turbineneingang 20a' und einem Turbinenausgang 20b' sowie einen Verdichter 30' mit einem Verdichtereingang 30a' und einem Verdichterausgang 30b' aufweist.
Der Turbineneingang 20a' der Abgasturbine 20' steht über eine Abgasabführleitung 21' mit einem Abgasausgang 2b' der Brennkraftmaschine 2' in Fluidverbindung, so dass die Abgasturbine 20' mittels des Abgases der Brennkraftmaschine 2' drehangetrieben werden kann.
Der Turbinenausgang 20b' der Abgasturbine 20' steht über eine Abgasausgangsleitung 22' z. B. mit einem Auspuffsystem (nicht gezeigt) des Antriebssystems und/oder mit einem Abwärmenutzungssystem (nicht gezeigt) des Antriebssystems in Fluidverbindung.
Die Abgasturbine 20' steht über eine Verbindungswelle 25' in Drehantriebsverbindung mit dem Verdichter 30'.
Der Verdichtereingang 30a' des Verdichters 30' steht über eine Lufteingangsleitung 31' und ggf. über ein Luftfiltersystem (nicht gezeigt) mit der Umgebung in Fluidverbindung, so dass der Verdichter 30' über die Lufteingangsleitung 31' Frischluft aus der Umgebung einsaugen kann.
Der Verdichterausgang 30b' des Verdichters 30' steht über eine Luftzuführleitung 32' mit einem Lufteingang 2a' der Brennkraftmaschine 2' in Fluidverbindung zum Zuführen von verdichteter Luft zu der Brennkraftmaschine 2'.
Der Lufteingang 2a' der Brennkraftmaschine 2' mündet in einen Luftverteiler (nicht bezeichnet), der die Luft auf eine Mehrzahl von Zylindern 2c' der Brennkraftmaschine 2' verteilt. Der Luftausgang 2b' der Brennkraftmaschine 2' mündet in einen Abgassammler (nicht bezeichnet), der das Abgas von den Zylindern 2c' der Brennkraftmaschine 2' sammelt.
In der Luftzuführleitung 32' ist ein Kühler 40' angeordnet, welcher über Kühlanschlüsse 40a', 40b' an ein kühlwasserbasiertes Kühlsystem (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 2' angeschlossen ist, so dass die aus dem Verdichter 30' austretende und dann durch den Kühler 40' strömende verdichtete und erhitzte Luft über den Kühler 40' abgekühlt werden kann.
Die Abgasturbolader-Anordnung 1' weist ferner eine Abgasrückführeinrichtung 50' mit einem Rückführungseingang 50a', der abgastromungsaufwärts des Turbineneingangs 20a' mit der Abgasabführleitung 21' fluidverbunden ist, und einem Rückführungsausgang 50b' auf, der luftströmungsaufwärts des Kühlers 40' mit der Luftzuführleitung 32' fluidverbunden ist, so dass aus dem Abgasausgang 2b' der Brennkraftmaschine 2' austretendes Abgas gesteuert und insbesondere geregelt in die Luftzuführleitung 32' einleitbar ist.
Die Abgasrückführeinrichtung 50' weist ein Steuerventil 51' zum Einstellen einer über die Abgasrückführeinrichtung 50' auf die Luftzuführleitung 32' leitbaren Menge an Abgas, einen Abgasverdichter 53' zum Verdichten des Abgases und einen Abgaskühler 52' auf zum Kühlen des Abgases vor dem Abgasverdichter 53'.
Das Steuerventil 51', der Abgaskühler 52' und der Abgasverdichter 53' sind in dieser Reihenfolge in Reihe miteinander fluidverbunden zwischen Rückführungseingang 50a' und Rückführungsausgang 50b' der Abgasrückführeinrichtung 50' angeordnet, wobei sich das Steuerventil 51' als erste Komponente am Rückführungseingang 50a' befindet.
Der Abgaskühler 52' der Abgasrückführeinrichtung 50' ist über Kühlanschlüsse 52a', 52b' an das kühlwasserbasierte Kühlsystem (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 2' angeschlossen, so dass das Abgas vor dem Abgasverdichter 53' über den Abgaskühler 52' abgekühlt werden kann.
Der Abgasverdichter 53' der Abgasrückführeinrichtung 50' weist einen drehzahlvariabel steuerbaren und insbesondere regelbaren Antrieb 54' in Form eines Elektromotors auf. Zur Realisierung der Steuerung/Regelung ist der Antrieb 54' mit einer z. B. mittels Hardware, Software und/oder Firmware ausgebildeten Steuervorrichtung (nicht gezeigt), wie einem Frequenzumrichter, gekoppelt.
5 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Antriebssystems mit einer zweistufigen Abgasturbolader-Anordnung 1 mit (Hochdruck-)Abgasrückführung und einer hier z. B. als großer Viertaktmotor mit positivem Spülgefälle ausgebildeten Brennkraftmaschine 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Abgasturbolader-Anordnung 1 weist einen ersten Abgasturbolader 10 (einen Hochdruck-Abgasturbolader) und einen zweiten Abgasturbolader 40 (einen Niederdruck-Abgasturbolader) auf.
Der erste Abgasturbolader 10 weist eine Abgasturbine 20 (eine Hochdruckturbine) mit einem Turbineneingang 20a und einem Turbinenausgang 20b sowie einen Verdichter 30 (einen Hochdruckverdichter) mit einem Verdichtereingang 30a und einem Verdichterausgang 30b auf.
Die Abgasturbine 20 ist mit variabler Turbinengeometrie bzw. variablen Turbinenquerschnitten (VTA – Variable Turbine Area) ausgestattet.
Der zweite Abgasturbolader 40 weist eine Abgasturbine 50 (eine Niederdruckturbine) mit einem Turbineneingang 50a und einem Turbinenausgang 50b sowie einen Verdichter 60 (einen Niederdruckverdichter) mit einem Verdichtereingang 60a und einem Verdichterausgang 60b auf.
Der Turbineneingang 20a der Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 steht über eine Abgasabführleitung 21 mit einem Abgasausgang 2b der Brennkraftmaschine 2 in Fluidverbindung, so dass die Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 mittels des Abgases der Brennkraftmaschine 2 drehangetrieben werden kann.
Der Turbinenausgang 20b der Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 steht über eine Abgasverbindungsleitung 22 mit dem Turbineneingang 50a der Abgasturbine 50 des zweiten Turboladers 40 in Fluidverbindung.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform der Erfindung kann eine Bypassleitung 23 mit einem darin installierten in seinem Öffnungsgrad steuerbaren und bevorzugt regelbaren Steuerventil 24 vorgesehen sein, wobei die Bypassleitung 23 unter Umgehung der Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 die Abgasabführleitung 21 mit der Abgasverbindungsleitung 22 verbindet.
Der Turbinenausgang 50b der Abgasturbine 50 des zweiten Abgasturboladers 40 steht über eine Abgasausgangsleitung 25 z. B. mit einem Auspuffsystem (nicht gezeigt) des Antriebssystems und/oder mit einem Abwärmenutzungssystem (nicht gezeigt) des Antriebssystems in Fluidverbindung.
Die Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 steht über eine Verbindungswelle 26 in Drehantriebsverbindung mit dem Verdichter 30 des ersten Abgasturboladers 10.
Die Abgasturbine 50 des zweiten Abgasturboladers 40 steht über eine Verbindungswelle 27 in Drehantriebsverbindung mit dem Verdichter 60 des zweiten Abgasturboladers 40.
Der Verdichtereingang 60a des Verdichters 60 des zweiten Abgasturboladers 40 steht über eine Lufteingangsleitung 31 und ggf. über ein Luftfiltersystem (nicht gezeigt) mit der Umgebung in Fluidverbindung, so dass der Verdichter 60 des zweiten Abgasturboladers 40 über die Lufteingangsleitung 31 Frischluft aus der Umgebung einsaugen kann.
Der Verdichterausgang 60b des Verdichters 60 des zweiten Abgasturboladers 40 steht über eine Luftverbindungsleitung 32 mit dem Verdichteringang 30a des Verdichters 30 des ersten Abgasturboladers 10 in Fluidverbindung. in der Luftverbindungsleitung 32 ist ein Kühler 35 angeordnet, welcher über Kühlanschlüsse 35a, 35b an ein kühlwasserbasiertes Kühlsystem (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 2 angeschlossen ist, so dass die aus dem Verdichter 60 des zweiten Abgasturboladers 40 austretende und dann durch den Kühler 35 strömende verdichtete und erhitzte Luft über den Kühler 35 abgekühlt werden kann und dann gekühlt dem Verdichteringang 30a des Verdichters 30 des ersten Abgasturboladers 10 zugeführt werden kann.
Der Verdichterausgang 30b des Verdichters 30 des ersten Abgasturboladers 10 steht über eine Luftzuführleitung 33 mit einem Lufteingang 2a der Brennkraftmaschine 2 in Fluidverbindung zum Zuführen von verdichteter Luft zu der Brennkraftmaschine 2.
Der Lufteingang 2a der Brennkraftmaschine 2 mündet in einen Luftverteiler 2c, der die Luft auf eine Mehrzahl von Zylindern 2d der Brennkraftmaschine 2 verteilt. Der Luftausgang 2b der Brennkraftmaschine 2 mündet in einen Abgassammler 2e, der das Abgas von den Zylindern 2d der Brennkraftmaschine 2 sammelt.
In der Luftzuführleitung 33 ist ein Kühler 36 angeordnet, welcher über Kühlanschlüsse 36a, 36b an das kühlwasserbasierte Kühlsystem (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 2 angeschlossen ist, so dass die aus dem Verdichter 30 des ersten Abgasturboladers 10 austretende und dann durch den Kühler 36 strömende verdichtete und erhitzte Luft über den Kühler 36 abgekühlt werden kann.
Die Abgasturbolader-Anordnung 1 weist ferner eine Abgasrückführeinrichtung 70 mit einem Rückführungseingang 70a, der abgaströmungsaufwärts des Turbineneingangs 20a der Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 mit der Abgasabführleitung 21 fluidverbunden ist, und einem Rückführungsausgang 70b auf, der luftströmungsabwärts des in der Luftzuführleitung 33 installierten Kühlers 36 mit der Luftzuführleitung 33 fluidverbunden ist, so dass aus dem Abgasausgang 2b der Brennkraftmaschine 2 austretendes Abgas gesteuert und insbesondere geregelt in die Luftzuführleitung 33 einleitbar ist.
Die Abgasrückführeinrichtung 70 weist ein Steuerventil 71 zum Einstellen einer über die Abgasrückführeinrichtung 70 auf die Luftzuführleitung 33 leitbaren Menge an Abgas, einen Abgasverdichter 74 zum Verdichten des Abgases und einen Abgaskühler 73 auf zum Kühlen des Abgases vor dem Abgasverdichter 74.
Das Steuerventil 71, der Abgaskühler 73 und der Abgasverdichter 74 sind in dieser Reihenfolge in Reihe miteinander fluidverbunden zwischen Rückführungseingang 70a und Rückführungsausgang 70b der Abgasrückführeinrichtung 70 angeordnet, wobei sich das Steuerventil 71 als erste Komponente am Rückführungseingang 70a befindet.
Der Abgaskühler 73 der Abgasrückführeinrichtung 70 ist über Kühlanschlüsse 73a, 73b an das kühlwasserbasierte Kühlsystem (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 2 angeschlossen, so dass das Abgas vor dem Abgasverdichter 74 über den Abgaskühler 73 abgekühlt werden kann.
Der Abgasverdichter 74 der Abgasrückführeinrichtung 70 weist einen drehzahlvariabel steuerbaren und insbesondere regelbaren Antrieb 75 in Form eines Elektromotors auf. Zur Realisierung der Steuerung/Regelung ist der Antrieb 75 mit einer z. B. mittels Hardware, Software und/oder Firmware ausgebildeten Steuervorrichtung (nicht gezeigt), wie einem Frequenzumrichter, gekoppelt.
Die Abgasturbolader-Anordnung 1 weist ferner eine Luftumleiteinrichtung 70 mit einem Umleitungseingang 80a, der luftströmungsaufwärts des Rückführungsausgangs 70b mit der Luftzuführleitung 33 fluidverbunden ist, und einem Umleitungsausgang 80b auf, der abgasströmungsabwärts des Rückführungseingangs 70a und abgaströmungsaufwärts des Turbineneingangs 20a der Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 mit der Abgasabführleitung 21 fluidverbunden ist, so dass aus dem Verdichterausgang 30b des Verdichters 30 des ersten Abgasturboladers 10 austretende verdichtete Luft gesteuert und insbesondere geregelt vor der Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 in die Abgasabführleitung 21 einleitbar ist.
Die Luftumleiteinrichtung 80 weist ein Steuerventil 81 auf, das zwischen Umleitungseingang 80a und Umleitungsausgang 80b der Luftumleiteinrichtung 80 angeordnet ist, so dass eine über die Luftumleiteinrichtung 80 leitbare Menge an Luft mittels des Steuerventils 81 einstellbar bzw. steuerbar und insbesondere regelbar ist.
Die Abgasrückführeinrichtung 70 weist ferner einen Wärmetauscher bzw. Rekuperator 72 auf, wobei der Wärmetauscher 72 einen Abgasstrang, der zwischen Rückführungseingang 70a und Rückführungsausgang 70b der Abgasrückführeinrichtung 70 angeordnet ist, so dass ungekühltes aus der Abgasabführleitung 21 abgezweigtes Abgas durch den Abgasstrang hindurchzuleiten ist, und einen Luftstrang hat, der zwischen Umleitungseingang 80a und Umleitungsausgang 80b der Luftumleiteinrichtung 80 angeordnet ist, so dass über die Luftumleiteinrichtung 80 geführte Luft durch den Luftstrang hindurchzuleiten ist, wodurch Wärmeenergie von durch den Abgasstrang hindurchströmendem Abgas auf durch den Luftstrang hindurchströmende Luft übertragbar ist.
Genauer gesagt ist der Abgasstrang des Wärmetauschers 72 abgaströmungsabwärts des Steuerventils 71 der Abgasrückführeinrichtung 70 angeordnet und ist der Abgaskühler 73 abgaströmungsabwärts des Abgasstrangs des Wärmetauschers 72 der Abgasrückführeinrichtung 70 angeordnet. Ferner ist der Luftstrang des Wärmetauschers 72 der Abgasrückführeinrichtung 70 luftströmungsabwärts des Steuerventils 81 der Luftumleiteinrichtung 80 zwischen Umleitungseingang 80a und Umleitungsausgang 80b angeordnet, Die Abgasrückführeinrichtung 70 weist gemäß einer optionalen Ausführungsform der Erfindung ferner zwischen Rückführungseingang 70a und Rückführungsausgang 70b abgaströmungsabwärts des Abgasverdichters 74 der Abgasrückführeinrichtung 70 einen weiteren Abgaskühler 76 auf. Der weitere Abgaskühler 76 der Abgasrückführeinrichtung 70 ist über Kühlanschlüsse 76a, 76b an das kühlwasserbasierte Kühlsystem (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 2 angeschlossen, so dass das Abgas vor dem Eintritt in die Luftzuführleitung 33 über den weiteren Abgaskühler 76 abgekühlt werden kann.
Wie aus 5 ersichtlich, ist der Umleitungseingang 80a der Luftumleiteinrichtung 80 zwischen dem Verdichterausgang 30b des Verdichters 30 des ersten Abgasturboladers 10 und dem in der Luftzuführleitung 33 installierten Kühler 36 an die Luftzuführleitung 33 angeschlossen, wobei der Rückführungsausgang 70b der Abgasrückführeinrichtung 70 zwischen dem in der Luftzuführleitung 33 installierten Kühler 36 und dem Lufteingang 2a der Brennkraftmaschine 2 an die Luftzuführleitung 33 angeschlossen ist.
Nachfolgend wird die Funktion des Antriebssystems bzw. der Abgasturbolader-Anordnung 1 gemäß 5 beschrieben.
Im Betrieb des erfindungsgemäßen Antriebssystems wird Luft (Ladeluft) von dem Verdichter 60 des zweiten Abgasturboladers 40 aus der Umgebung angesogen und verdichtet und gelangt durch den in der Luftverbindungsleitung 32 installierten Kühler 35 zum Verdichter 30 des ersten Abgasturboladers 10. Nach der zweiten Verdichtung und Abkühlung im in der Luftzuführleitung 33 installierten Kühler 36 gelangt die Luft über die Luftzuführleitung 33, den Lufteingang 2a und den Luftverteiler 2c in die Zylinder 2d der Brennkraftmaschine 2.
Die Zylinder 2d der Brennkraftmaschine 2 schicken über den Abgassammler 2e, den Abgasausgang 2b und die Abgasabführleitung 21 ihr Abgas zur Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 (und/oder ggf. über die variable Bypassleitung 23 zur Abgasturbine 50 des zweiten Abgasturboladers 40). Das Abgas verrichtet Arbeit in der Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 und gelangt zur Abgasturbine 50 des zweiten Abgasturboladers 40. Das Abgas leistet zum zweiten Mal Arbeit und wird über die Abgasausgangsleitung 25 in die Umgebung entlassen.
Am Rückführungseingang 70a kann Abgas vor der Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 entnommen werden. Die Abgasmenge kann über das Steuerventil 71 der Abgasrückführeinrichtung 70 gesteuert und insbesondere geregelt werden (statt des Steuerventils 71 könnte auch ein reines Absperrorgan installiert sein). Das Abgas wird im Wärmetauscher 72 sowie im Abgaskühler 73 der Abgasrückführeinrichtung 70 abgekühlt, im Abgasverdichter 74 im Druck angehoben, ggf. im weiteren Abgaskühler 76 der Abgasrückführeinrichtung 70 erneut abgekühlt und schließlich am Rückführungsausgang 70b auf geeignete Weise mit der Luft in der Luftzuführleitung 33 vermischt und der Brennkraftmaschine 2 ladeluftseitig zugeführt.
Die Drehzahlvariabilität des Antriebs 75 des Abgasverdichters 74 der Abgasrückführeinrichtung 70 ermöglicht auch die Regelung/Steuerung der exakten Menge des rückgeführten Abgases.
Der Druck in der Abgasabführleitung 21 beim Umleitungsausgang 80b ist durch Auslegung und Regelung der Aufladegruppe höher als der Druck in der Luftzuführleitung 33 nach dem darin installierten Kühler 36.
Um dem eingangs in Verbindung mit 3 geschilderte Verhalten der Betriebskennlinienverschiebung im Verdichterkennfeld bei Zuschaltung der Abgasrückführung begegnen zu können, wird am Umleitungseingang 80a heiße Ladeluft nach dem Verdichter 30 des ersten Abgasturboladers 10 entnommen und über das Steuerventil 81 (Regelorgan) dem Luftstrang des Wärmetauschers 72 zugeführt. Im Wärmetauscher 72 wird ein Teil der Wärme vom über die Abgasrückführeinrichtung 70 rückgeführten Abgasmassenstrom an den über die Luftumleiteinrichtung 80 geführten Luftmassenstrom übertragen und anschließend mit dem Luftmassenstrom beim Umleitungsausgang 80b der Abgasturbine 20 des ersten Abgasturboladers 10 zugeführt.
Die Abgasrückführrate sowie die Luftumleitrate werden über die Steuerventile (Regelorgane) 71 und 81 sowie den Antrieb 75 des Abgasverdichters 74 derart gesteuert bzw. geregelt, dass sowohl die richtige Abgasrückführrate als auch die korrekte Luftumleitrate bzw. Umblaserate dargestellt wird und die Betriebskennlinien im Verdichterkennfeld (3) sowohl mit als auch ohne Abgasrückführung im optimalen Bereich liegen.
Die gemäß 5 beschriebene Abgasturbolader-Anordnung 1 bzw. das Antriebssystem können auch für ein- oder mehrstufige (mehr als zwei Stufen) Aufladesysteme realisiert werden.
Insbesondere können das mit Bezug auf 4 beschriebene Antriebssystem und die zugehörige Abgasturbolader-Anordnung 1' anstelle der Abgasrückführeinrichtung 50' von 4 ebenfalls mit einer wie mit Bezug auf 5 beschriebenen Abgasrückführeinrichtung 70 und auch mit einer wie mit Bezug auf 5 beschriebenen Luftumleiteinrichtung 80 ausgebildet sein, wobei dann der Rückführungsausgang 70b luftströmungsabwärts des Kühlers 40' an die Luftzuführleitung 32' gemäß 4 angeschlossen wäre und der Umleitungseingang 80a luftströmungsaufwärts des Kühlers 40' an die Luftzuführleitung 32' gemäß 4 angeschlossen wäre. Mit anderen Worten ist die Erfindung auch auf einstufige Abgasturbolader-Anordnungen aber natürlich auch auf Abgasturbolader-Anordnungen mit mehr als zwei Stufen anwendbar und schließt diese ausdrücklich mit ein.
Bezugszeichenliste

1': Abgasturbolader-Anordnung
2': Brennkraftmaschine
2a': Lufteingang
2b: Luftausgang
2c': Zylinder
10': Abgasturbolader
20': Abgasturbine
20a': Turbineneingang
20b': Turbinenausgang
21': Abgasabführleitung
22': Abgasausgangsleitung
25': Verbindungswelle
30': Verdichter
30a': Verdichtereingang
30b': Verdichterausgang
40': Kühler
40a': Kühlanschluss
40b': Kühlanschluss
50': Abgasrückführeinrichtung
50a': Rückführungseingang
50b': Rückführungsausgang
51': Steuerventil
52': Abgaskühler
52a': Kühlanschluss
52b': Kühlanschluss
53': Abgasverdichter
54': Antrieb
1: Abgasturbolader-Anordnung
2: Brennkraftmaschine
2a: Lufteingang
2b: Luftausgang
2c: Luftverteiler
2d: Zylinder
2e: Abgassammler
10: Abgasturbolader
20: Abgasturbine
20a: Turbineneingang
20b: Turbinenausgang
21: Abgasabführleitung
22: Abgasverbindungsleitung
23: Bypassleitung
24: Steuerventil
25: Abgasausgangsleitung
26: Verbindungswelle
27: Verbindungswelle
30: Verdichter
30a: Verdichtereingang
30b: Verdichterausgang
31: Lufteingangsleitung
32: Luftverbindungsleitung
33: Luftzuführleitung
35: Kühler
35a: Kühlanschluss
35b: Kühlanschluss
36: Kühler
36a: Kühlanschluss
36b: Kühlanschluss
40: Abgasturbolader
50: Abgasturbine
50a: Turbineneingang
50b: Turbinenausgang
60: Verdichter
60a: Verdichtereingang
60b: Verdichterausgang
70: Abgasrückführeinrichtung
70a: Rückführungseingang
70b: Rückführungsausgang
71: Steuerventil
72: Wärmetauscher
73: Abgaskühler
73a: Kühlanschluss
73b: Kühlanschluss
74: Abgasverdichter
75: Antrieb
76: Abgaskühler
76a: Kühlanschluss
76b: Kühlanschluss
80: Luftumleiteinrichtung
80a: Umleitungseingang
80b: Umleitungsausgang
81: Steuerventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4231218 C1 [0002, 0006]
DE 102005017905 A1 [0002, 0006]

Claims

Abgasturbolader-Anordnung (1; 1') für eine Brennkraftmaschine (2; 2'), aufweisend: einen Abgasturbolader (10; 10'), der eine Abgasturbine (20; 20') mit einem Turbineneingang (20a; 20a') und einen Verdichter (30; 30') mit einem Verdichterausgang (30b; 30b') aufweist, wobei der Turbineneingang (20a; 20a') über eine Abgasabführleitung (21; 21') mit einem Abgasausgang (2b; 2b') der Brennkraftmaschine (2; 2') in Fluidverbindung zu bringen ist zum Drehantreiben der Abgasturbine (20; 20'), wobei der Verdichterausgang (30b; 30b') über eine Luftzuführleitung (33; 32') mit einem Lufteingang (2a; 2a') der Brennkraftmaschine (2; 2') in Fluidverbindung zu bringen ist zum Zuführen von verdichteter Luft zu der Brennkraftmaschine (2; 2'), eine Abgasrückführeinrichtung (70) mit einem Rückführungseingang (70a), der mit der Abgasabführleitung (21; 21') fluidverbunden ist, und einem Rückführungsausgang (70b), der mit der Luftzuführleitung (33; 32') fluidverbunden ist, so dass aus dem Abgasausgang (2b; 2b') der Brennkraftmaschine (2; 2') austretendes Abgas gesteuert in die Luftzuführleitung (33; 32') einleitbar ist, und eine Luftumleiteinrichtung (80) mit einem Umleitungseingang (80a), der luftströmungsaufwärts des Rückführungsausgangs (70b) mit der Luftzuführleitung (33; 32') fluidverbunden ist, und einem Umleitungsausgang (80b), der abgasströmungsabwärts des Rückführungseingangs (70a) mit der Abgasabführleitung (21; 21') fluidverbunden ist, so dass aus dem Verdichterausgang (30b; 30b') austretende verdichtete Luft gesteuert in die Abgasabführleitung (21; 21') einleitbar ist.
Abgasturbolader-Anordnung (1; 1') gemäß Anspruch 1, wobei die Abgasrückführeinrichtung (70) einen Wärmetauscher (72) aufweist, wobei der Wärmetauscher (72) einen Abgasstrang, der zwischen Rückführungseingang (70a) und Rückführungsausgang (70b) der Abgasrückführeinrichtung (70) angeordnet ist, so dass ungekühltes aus der Abgasabführleitung (21; 21') abgezweigtes Abgas durch den Abgasstrang hindurchzuleiten ist, und einen Luftstrang hat, der zwischen Umleitungseingang (80a) und Umleitungsausgang (80b) der Luftumleiteinrichtung (80) angeordnet ist, so dass über die Luftumleiteinrichtung (80) geführte Luft durch den Luftstrang hindurchzuleiten ist, wodurch Wärmeenergie von durch den Abgasstrang hindurchströmendem Abgas auf durch den Luftstrang hindurchströmende Luft übertragbar ist.
Abgasturbolader-Anordnung (1; 1') gemäß Anspruch 2, wobei die Abgasrückführeinrichtung (70) ein Steuerventil (71) zum Einstellen einer über die Abgasrückführeinrichtung (70) leitbaren Menge an Abgas, einen Abgasverdichter (74) zum Verdichten des Abgases und einen Abgaskühler (73) aufweist zum Kühlen des Abgases vor dem Abgasverdichter (74), wobei das Steuerventil (71), der Abgaskühler (73) und der Abgasverdichter (74) miteinander in Reihe fluidverbunden zwischen Rückführungseingang (70a) und Rückführungsausgang (70b) der Abgasrückführeinrichtung (70) angeordnet sind.
Abgasturbolader-Anordnung (1; 1') gemäß Anspruch 3, wobei der Abgasverdichter (74) der Abgasrückführeinrichtung (70) einen drehzahlvariabel steuerbaren Antrieb (75) aufweist.
Abgasturbolader-Anordnung (1; 1') gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Luftumleiteinrichtung (80) ein Steuerventil (81) aufweist, das zwischen Umleitungseingang (80a) und Umleitungsausgang (80b) der Luftumleiteinrichtung (80) angeordnet ist, so dass eine über die Luftumleiteinrichtung (80) leitbare Menge an Luft mittels des Steuerventils (81) einstellbar ist.
Abgasturbolader-Anordnung (1; 1') gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Abgaskühler (73) abgaströmungsabwärts des Wärmetauschers (72) angeordnet ist.
Abgasturbolader-Anordnung (1; 1') gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Abgasrückführeinrichtung (70) zwischen Rückführungseingang (70a) und Rückführungsausgang (70b) abgaströmungsabwärts des Abgasverdichters (74) einen weiteren Abgaskühler (76) aufweist.
Abgasturbolader-Anordnung (1; 1') gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei in der Luftzuführleitung (33; 32') zwischen Verdichterausgang 30b; 30b' und Lufteingang (2a; 2a') der Brennkraftmaschine (2; 2') ein Kühler (36; 40') angeordnet ist, wobei der Umleitungseingang (80a) der Luftumleiteinrichtung (80) zwischen Verdichterausgang (30b; 30b') und Kühler (36; 40') an die Luftzuführleitung (33; 32') angeschlossen ist, und wobei der Rückführungsausgang (70b) der Abgasrückführeinrichtung (70) zwischen Kühler (36; 40') und Lufteingang (2a; 2a') der Brennkraftmaschine (2; 2') an die Luftzuführleitung (33; 32') angeschlossen ist.
Antriebssystem mit einer Abgasturbolader-Anordnung (1; 1') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Brennkraftmaschine (2; 2'), wobei die Abgasabführleitung (21; 21') mit dem Abgasausgang (2b; 2b') der Brennkraftmaschine (2; 2') fluidverbunden ist, und wobei die Luftzuführleitung (33; 32') mit dem Lufteingang (2a; 2a') der Brennkraftmaschine (2; 2') fluidverbunden ist.