DE102011011637A1 - Antriebsstrang mit aufgeladenem Verbrennungsmotor und Turbocompoundsystem - Google Patents

Antriebsstrang mit aufgeladenem Verbrennungsmotor und Turbocompoundsystem Download PDF

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Dr. Kley Markus
Alexander Wunsch
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang, insbesondere Kraftfahrzeugantriebsstrang, – mit einem einen Abgasstrom erzeugenden Verbrennungsmotor, der eine Abtriebswelle aufweist, zum Einspeisen von Antriebsleistung in den Antriebsstrang; – mit einem Turbolader; – mit einem Turbocompoundsystem, umfassend eine Abgasnutzturbine, die im Abgasstrom angeordnet ist und in einer Triebverbindung mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors steht oder in eine solche schaltbar ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass – der Turbolader wenigstens zweistufig ausgeführt ist und eine erste Turboladerturbine umfasst, die im Abgasstrom angeordnet ist und einen ersten Turboladerverdichter, der in einem dem Verbrennungsmotor zugeleiteten Frischluftstrom angeordnet ist, antreibt, sowie eine zweite Turboladerturbine umfasst, die stromabwärts der ersten Turboladerturbine im Abgasstrom angeordnet ist und einen zweiten Turboladerverdichter, der stromaufwärts des ersten Turboladerverdichters im Frischluftstrom angeordnet ist, antreibt; und – die Abgasnutzturbine des Turbocompoundsystems im Abgasstrom hinsichtlich ihrer Durchströmung parallel zu der zweiten Turboladerturbine angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang, insbesondere Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor und einem Turbocompoundsystem, wie er beispielsweise zum Antrieb eines Nutzfahrzeugs, insbesondere Lastkraftwagens oder Schienenfahrzeugs, verwendet wird. Die Erfindung ist jedoch auch bei anderen Antriebssträngen, beispielsweise stationären Antriebssträngen, oder bei anderen Fahrzeugen, beispielsweise Personenkraftwagen, anwendbar.
  • Antriebsstränge mit aufgeladenen Verbrennungsmotoren sind seit langem bekannt. Hierbei ist im Abgasstrom des Verbrennungsmotors, der in der Regel als Kolbenmaschine, beispielsweise Dieselmotor, ausgeführt ist, eine Turbine angeordnet und wird durch den Abgasstrom in eine Drehbewegung versetzt, welche einen Verdichter antreibt, der dem Verbrennungsmotor zugeführte Frischluft oder ein Frischluftgemisch verdichtet. Die Kombination von Turbine und Verdichter wird als Turbolader bezeichnet, wobei die Turbine und der Verdichter in der Regel auf einer gemeinsamen Welle, Turboladerwelle, angeordnet sind. Vorliegend wird die Turbine als Turboladerturbine und der Verdichter als Turboladerverdichter bezeichnet.
  • Um im Abgas enthaltene Energie noch besser, insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs, ausnutzen zu können, sind in jüngerer Zeit aufgeladene Verbrennungsmotoren zusätzlich mit einem sogenannten Turbocompoundsystem ausgerüstet worden. Ein solches Turbocompoundsystem umfasst ebenfalls eine vom Abgas beaufschlagte und angetriebene Turbine, vorliegend als Nutzturbine bezeichnet, welche thermische Energie und Strömungsenergie des Abgases in mechanische Energie beziehungsweise Antriebsleistung umwandelt. Diese Antriebsleistung wird jedoch keinem Verdichter zugeleitet, sondern demselben Antriebsstrang, in welchen der Verbrennungsmotor seine Antriebsleistung einspeist. Die Abgasnutzturbine steht somit zumindest mittelbar in einer Triebverbindung mit der Abtriebswelle des Antriebsmotors.
  • Die europäische Patentschrift EP 0 091 139 B2 beschreibt die Kombination eines Turboladers und eines Turbocompoundsystems. Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Turbine des Turboladers im Abgasstrom parallel zu der Abgasnutzturbine angeordnet. Gemäß einer zweiten Ausführungsform durchströmt das Abgas zunächst die Turbine des Turboladers und anschließend die Abgasnutzturbine des Turbocompoundsystems. Bei einer Parallelschaltung der Turbinen wird die Turbinenfläche aufgeteilt, und zwar entfallen 70% der Fläche auf die Turbine des Turboladers und 10% auf die Abgasnutzturbine. Demnach ist die Abgasnutzturbine eine sehr kleine und schnelldrehende Turbine. Im Fall der Reihenschaltung wird die Laderturbine für einen Turbinenquerschnitt von 80% ausgelegt. In der nachgeschalteten Nutzturbine wird das Restgefälle in mechanische Arbeit umgesetzt. Die Nutzturbine ist dadurch voluminös und teurer und wird in der Regel bei kleineren Motoren angewendet. Von Vorteil ist, dass das Getriebe zwischen der Nutzturbine und dem Verbrennungsmotor im Vergleich zu der schnelldrehenden Parallelturbine günstiger ausgeführt werden kann.
  • Obwohl die bekannten Lösungen im Abgas vorhandene Energie bereits sehr gut nutzen und damit den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors optimieren, sind weitere Verbesserungen wünschenswert. Besonders sollen die Nachteile der zuvor beschriebenen Anordnung ausgeräumt werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang anzugeben, der hinsichtlich der genannten Anforderungen verbessert ist. Zugleich soll der Antriebsstrang möglichst kostengünstig herstellbar sein und zuverlässig arbeiten.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
  • Der erfindungsgemäße Antriebsstrang weist einen aufgeladenen Verbrennungsmotor, beispielsweise Dieselmotor oder sonstiger Kolbenmotor, mit einer Abtriebswelle zum Einspeisen von Antriebsleistung in den Antriebsstrang auf. Die Antriebsleistung wird, beispielsweise bei stationären Fahrzeugen oder auch in einem Fahrzeug, zum Antrieb eines Aggregates, insbesondere einer Arbeitsmaschine oder eines Generators verwendet, oder bei Fahrzeugen werden Antriebsräder mittels der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors angetrieben. Somit trägt im letzteren Fall der Verbrennungsmotor alleine oder in Kombination mit weiteren Motoren zur Traktion des Fahrzeugs bei.
  • Es ist ein Turbolader vorgesehen, umfassend eine Vielzahl von Turboladerturbinen im Abgasstrom des Verbrennungsmotors und Turboladerverdichtern in einem dem Verbrennungsmotor zugeleiteten Frischluftstrom. Unter Frischluftstrom ist sowohl ein reiner Frischluftstrom zu verstehen, dem nach seiner Verdichtung mittels des Turboladerverdichters Brennstoff und insbesondere auch ein gewisser Anteil von Abgas zugeleitet wird, oder ein Frischluftstromgemisch, welches bereits neben der Frischluft weitere Bestandteile, beispielsweise Brennstoff und/oder Abgas, enthält.
  • Die Turboladerturbine und der Turboladerverdichter jeder Stufe des Turboladers stehen vorteilhaft in einer rein mechanischen Triebverbindung miteinander und können beispielsweise drehfest auf einer gemeinsamen Welle angeordnet beziehungsweise von dieser getragen werden.
  • Der erfindungsgemäße Antriebsstrang weist ferner ein Turbocompoundsystem auf, umfassend eine Abgasnutzturbine, die im Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordnet ist, beispielsweise in Strömungsrichtung hinter der ersten Turboladerturbine des Turboladers. Die Abgasnutzturbine steht in einer Triebverbindung mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors oder ist wahlweise in eine solche schaltbar. Unter Triebverbindung wird dabei sowohl eine unmittelbare Triebverbindung als auch eine mittelbare Triebverbindung, beispielsweise über ein zwischengeschaltetes Getriebe, beispielsweise Wechselgetriebe, verstanden. In der Triebverbindung ist vorteilhaft eine regelbare oder nicht regelbare hydrodynamische Kupplung vorgesehen, welche zum einen verhindert, dass Drehschwindungen vom Verbrennungsmotor auf die Abgasnutzturbine übertragen werden und welche, wenn sie entleerbar ausgeführt ist, ermöglicht, die Triebverbindung zwischen der Abgasnutzturbine und der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors zu unterbrechen.
  • Erfindungsgemäß ist die Abgasnutzturbine des Turbocompoundsystems parallel zu der zweiten Turboladerturbine, das heißt zu der Niederdruckturbine des Turboladers, im Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordnet. Das bedeutet, dass der Abgasstrom des Verbrennungsmotors in zumindest zwei Abgasteilströme unterteilt wird, insbesondere mittels eines regelbaren Abgasstromverteilers, und im ersten Abgasteilstrom die Abgasnutzturbine vom Abgas durchströmt angeordnet ist, und im zweiten Abgasteilstrom die Turboladerturbine vom Abgas durchströmt angeordnet ist.
  • Unter regelbarem Abgasstromverteiler ist dabei jede geeignete Vorrichtung zu verstehen, welche die Aufteilung des Abgasstromes auf die wenigstens zwei Abgasteilströme wahlweise und gezielt variieren kann. Somit sind nicht nur Abgasstromverteiler, die in einem geschlossenen Regelkreis arbeiten, anwendbar, sondern auch steuerbare Abgasstromverteiler, die in einem offenen Regelkreis oder mit einer einfachen Steuerung angesteuert werden. Bei Vorgabe eines Sollwertes für den Anteil des Abgases im jeweiligen Abgasteilstrom kann sowohl ein Volumenstrom als auch ein Massenstrom vorgegeben werden. Auch andere Vorgaben, beispielsweise eine Ventilstellung beziehungsweise ein Öffnungsquerschnitt der Abgasleitung sind möglich, um die Aufteilung des Abgasstromes auf die verschiedenen Abgasteilströme einzustellen.
  • Insbesondere im Hinblick auf ein vorteilhaft vorgesehenes Abgasnachbehandlungssystem in Strömungsrichtung des Abgases stromab der Abgasnutzturbine und/oder der parallelen Turboladerturbine ist der Abgasstromverteiler vorteilhaft derart ausgeführt, dass neben den ersten beiden Abgasteilströmen mit der Abgasnutzturbine und der Turboladerturbine ein dritter Abgasteilstrom parallel zu den ersten beiden Abgasteilströmen vorgesehen ist, mittels welchem Abgas sowohl an der Abgasnutzturbine als auch an der parallel hierzu angeordneten Turboladerturbine vorbeileitbar ist. Wenn gemäß einer Ausführungsform alle oder verschiedene Abgasteilströme in Strömungsrichtung hinter den Abgasturbinen – Abgasnutzturbine und Turboladerturbine(n) – wieder zu einem gemeinsamen Abgasstrom zusammengeführt werden, so kann die Temperatur dieses gemeinsamen Abgasstromes, insbesondere für ein nachfolgend durchströmtes Abgasnachbehandlungssystem, dadurch erhöht werden, dass der Anteil des Abgasstromes, der an den Abgasturbinen vorbeigeleitet wird, vergrößert wird.
  • Besonders vorteilhaft ist der Turbolader genau zweistufig ausgeführt und umfasst nur die erste Turboladerturbine sowie die zweite Turboladerturbine. Die erste Turboladerturbine treibt einen ersten Turboladerverdichter im Frischluftstrom an, und die zweite Turboladerturbine treibt einen zweiten Turboladerverdichter im Frischluftstrom an. Von Vorteil stehen die beiden Turboladerturbinen mit ihren zugeordneten Turboladerverdichtern in einer rein mechanischen Triebverbindung miteinander und werden besonders vorteilhaft drehfest von einer gemeinsamen Welle angetrieben beziehungsweise getragen. Die erste Turboladerturbine ist im Abgasstrom stromaufwärts der zweiten Turboladerturbine angeordnet. Der erste Turboladerverdichter ist im Frischluftstrom stromabwärts zu dem zweiten Turboladerverdichter angeordnet. Somit könnte man den ersten Turboladerverdichter als Hochdruckverdichter und den zweiten Turboladerverdichter als Niederdruckverdichter, sowie die erste Turboladerturbine als Hochdruckturbine und die zweite Turboladerturbine als Niederdruckturbine bezeichnen. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ferner eine dritte Stufe vorgesehen. Auch weitere Stufen sind möglich. Die Abgasnutzturbine ist im Abgasstrom parallel zu der zweiten und/oder einer im Abgasstrom in Strömungsrichtung folgenden Turboladerturbine angeordnet, insbesondere parallel zu der letzten Turboladerturbine.
  • Bei einem solchen wenigstens zweistufigen System erfolgt die Aufteilung des Abgasstromes in wenigstens zwei Abgasteilströme vorteilhaft in Strömungsrichtung hinter der ersten Turboladerturbine und/oder in Strömungsrichtung vor der letzten Turboladerturbine. Somit ist entweder die letzte Turboladerturbine parallel zu der Abgasnutzturbine im Abgasstrom angeordnet, oder bei drei oder mehr Stufen ist eine vorgegebene Mehrzahl der in Strömungsrichtung hinteren Turboladerturbinen parallel zur Abgasnutzturbine im Abgasstrom angeordnet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Abgasrückführung vorgesehen, mittels welcher Abgas aus dem Abgasstrom in den Frischluftstrom einleitbar ist. Hierfür sind verschiedene Abzweigstellen für das Abgas alternativ oder gemeinsam ausgeführt möglich, wie später in der Figurenbeschreibung noch erläutert wird. So kann die Abgasrückführung beispielsweise eine Abgasrückführleitung umfassen, die stromabwärts des Abgasstromverteilers, insbesondere in Strömungsrichtung vor der Abgasnutzturbine und der parallelgeschalteten Turboladerturbine aus der Abgasleitung abzweigt. Alternativ oder zusätzlich kann die Abzweigung einer Abgasrückführleitung stromaufwärts des Abgasstromverteilers vorgesehen sein, insbesondere in Strömungsrichtung des Abgases vor einer ersten Turboladerturbine. Die Mündung der einen oder mehreren Abgasrückführleitung(en) wird vorteilhaft entsprechend des Druckverhältnisses an der Abzweigstelle im Frischluftstrom vorgesehen, stromabwärts und/oder stromaufwärts des ersten und/oder zweiten Turboladerverdichters.
  • Es ist möglich, Bypässe zu einem oder mehreren Turboladerverdichtern vorzusehen.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Steuervorrichtung, insbesondere elektronische Steuervorrichtung vorgesehen, welche steuernd und/oder regelnd auf den Abgasstromverteiler zugreift, um die Aufteilung des Abgasstromes auf die verschiedenen Abgasteilströme zu variieren. Die Aufteilung kann beispielsweise in Abhängigkeit der Drehzahl der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors oder einer hiervon abhängigen Drehzahl, beispielsweise einer Drehzahl in einem dem Verbrennungsmotor nachgeschalteten Wechselgetriebe, erfolgen. Hierzu kann ein entsprechender Drehzahlsensor vorgesehen sein, der diese Drehzahl erfasst und mit der Steuervorrichtung verbunden ist, um das Messergebnis der Steuervorrichtung zuzuleiten. Andere berechnete oder gemessene Größen sind zur Einstellung der Aufteilung möglich, beispielsweise der vorgegebene oder gemessene Gaszustand.
  • Beispielsweise kann die Steuervorrichtung derart arbeiten, dass bei vergleichsweise höheren Drehzahlen insbesondere der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ein vergleichsweise größerer Anteil des Abgasstromes auf den Abgasteilstrom mit der Abgasnutzturbine geleitet wird, und bei niedrigeren Drehzahlen ein größerer Anteil des Abgasstromes auf den Abgasteilstrom mit der zur Abgasnutzturbine parallelen Turboladerturbine geleitet wird.
  • Dieser Steuerung oder Regelung kann eine weitere Regelung überlagert sein, welche bei Bedarf einen vergleichsweise größeren Anteil des Abgasstromes an beiden parallelen Abgasturbinen vorbei in ein Abgasnachbehandlungssystem leitet. Diese überlagerte Regelung oder Steuerung kann beispielsweise dann unabhängig der erfassten oder berechneten Drehzahlen oder anderen relevanten Größen zur Aufteilungssteuerung erfolgen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist zu der wenigstens einen, stromaufwärts zum Abgasstromverteiler im Abgasstrom angeordneten Turboladerturbine ein Bypass parallelgeschaltet, um Abgas an dieser Turboladerturbine vorbeizuleiten und dem Abgasstromverteiler und/oder wenigstens einem Abgasteilstrom stromabwärts des Abgasstromverteilers zuzuführen. Somit ist eine noch flexiblere Aufteilung des Abgasstromes des Verbrennungsmotors auf die erste Turboladerturbine, die zweite Turboladerturbine und die Abgasnutzturbine möglich. Das Verhältnis der durch die verschiedenen Abgasturbinen strömenden Abgasteilströme ist vorteilhaft variabel einstellbar, wobei auch einzelne Abgasturbinen vollständig umgangen werden können. Um eventuelle Rückkopplungen im Ansaugtrakt, das heißt in der Frischluftleitung, zu vermeiden, besteht die Möglichkeit, die einzelnen Verdichterstufen beziehungsweise die einzelnen Turboladerverdichter mit einem gemeinsamen oder jeweils einem eigenen Bypass zu umgehen.
  • Bei einer Abgasrückführung ist es möglich, einen oder mehrere Zwischenkühler vorzusehen.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen exemplarisch beschrieben werden.
  • Es zeigen:
  • 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit zweistufigem Turbolader und ohne Abgasrückführung;
  • 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit zweistufigem Turbolader und verschiedenen Möglichkeiten der Abgasrückführung.
  • In den Figuren ist der Verbrennungsmotor mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, der Turbolader mit dem Bezugszeichen 2 und das Turbocompoundsystem mit dem Bezugszeichen 3. Der Verbrennungsmotor 1 weist eine Abtriebswelle 1.1 auf, die in einer Triebverbindung mit nicht gezeigten Antriebsrädern und/oder einem mittels des Verbrennungsmotors 1 anzutreibenden Aggregat und ferner in einer Triebverbindung mit der Abgasnutzturbine 3.1 des Turbocompoundsystems 3 steht. In der Triebverbindung zwischen der Abgasnutzturbine 3.1 und der Abtriebswelle 1.1 sind verschiedene mechanische Getriebeübersetzungsstufen sowie eine hydrodynamische Kupplung, die vorliegend regelbar ausgeführt ist, angeordnet. Die Regelung der hydrodynamischen Kupplung 10 kann durch Verändern des Füllungsgrades ihres Arbeitsraumes und/oder durch das Einbringen von wenigstens einem Drosselelement in die Kreislaufströmung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum erfolgen. Obwohl vorliegend die Position der hydrodynamischen Kupplung 10 derart gezeigt ist, dass sie gegenüber der Abgasnutzturbine 3.1 mittels einer einzigen mechanischen Getriebestufe ins Langsame und gegenüber der Abtriebswelle 1.1 mittels mehrerer mechanischer Getriebestufen ins Schnelle übersetzt ist, sind andere Anordnungen und Übersetzungen zwischen der hydrodynamischen Kupplung 10 und der Abgasnutzturbine 3.1 sowie der Abtriebswelle 1.1 möglich.
  • Die Abgasnutzturbine 3.1 ist im Abgasstrom 5 parallel zu einer zweiten Turboladerturbine 2.3 des Turboladers 2 angeordnet. Die zweite Turboladerturbine 2.3 treibt einen zweiten Turboladerverdichter 2.4 an. Im Frischluftstrom 4 stromabwärts des zweiten Turboladerverdichters 2.4 ist ein erster Turboladerverdichter 2.2 angeordnet, der mittels einer ersten Turboladerturbine 2.1 angetrieben wird. Die erste Turboladerturbine 2.1 ist im Abgasstrom 5 stromaufwärts der zweiten Turboladerturbine 2.3 und somit auch stromabwärts der Abgasnutzturbine 3.1 des Turbocompoundsystems 3 angeordnet. Der Abgasstrom 5 wird stromabwärts der ersten Turboladerturbine 2.1 mittels eines Abgasstromverteilers 6 in drei Abgasteilströme 5.1, 5.2 und 5.3 aufgeteilt. Im ersten Abgasteilstrom 5.1 ist die Abgasnutzturbine 3.1 angeordnet, im zweiten Abgasteilstrom 5.2 ist die zweite Turboladerturbine 2.3 angeordnet, und der dritte Abgasteilstrom 5.3 ist frei von jeglicher Abgasturbine. Durch variable Aufteilung des Abgasstromes 5 auf die verschiedenen Abgasteilströme 5.1, 5.2, 5.3 mittels des Abgasverteilers 6 kann bei hohem Ladeluftbedarf der Abgasstrom 5 zum größten Teil auf die zweite Turboladerturbine 2.3 geleitet werden, wohingegen insbesondere bei höheren Motordrehzahlen, bei welchen mehr Abgasenergie zur Verfügung steht, der Massenstrom beziehungsweise Volumenstrom des Abgases vergleichsweise stärker oder vollständig auf die Abgasnutzturbine 3.1 geleitet wird. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, den Abgasstrom 5 an beiden der ersten Turboladerturbine 2.1 nachgeschalteten Abgasturbinen vorbeizuleiten, beispielsweise, wenn eine höhere Abgastemperatur in einem hier nicht dargestellten Abgasnachbehandlungssystem gefordert wird.
  • Vorliegend ist ferner ein Bypass 11 zu der ersten Turboladerturbine 2.1 vorgesehen, mittels welchem das Abgas des Abgasstromes 5 teilweise oder vollständig an der ersten Turboladerturbine 2.1 vorbeigeleitet und dem Abgasverteiler 6 zugeführt werden kann. Somit ist es möglich, wahlweise nur das Turbocompoundsystem 3 oder die zweite Turboladerstufe mit der zweiten Turboladerturbine 2.3 und dem zweiten Turboladerverdichter 2.4 zu betreiben.
  • Der verdichtete Frischluftstrom 4 wird vorliegend durch einen Ladeluftkühler 12 geleitet, bevor er dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt wird. Selbstverständlich könnten statt des gezeigten einzigen vorgesehenen Ladeluftkühlers 12 auch mehrere Ladeluftkühler vorgesehen sein, beispielsweise in einzelnen oder allen rückgeführten Abgasteilströmen. Der Ladeluftkühler 12 ist Bestandteil eines Kühlsystems, insbesondere Fahrzeugkühlsystems, umfassend neben dem Ladeluftkühler 12 einen Kühlwasserkühler 13, der zusammen mit dem Ladeluftkühler 12 von Umgebungsluft durchströmt beziehungsweise umströmt wird.
  • Anhand des Ausführungsbeispiels gemäß der 1 sind mögliche Bypässe 14, 15 gezeigt, mittels welchen der Frischluftstrom 4 wahlweise an dem ersten Turboladerverdichter 2.2 und/oder dem zweiten Turboladerverdichter 2.4 teilweise oder vollständig vorbeigeleitet werden kann. Statt der gezeigten zwei getrennt voneinander vorgesehenen Bypässe 14, 15, je ein Bypass pro Turboladerverdichter, könnte auch ein gemeinsamer Bypass vorgesehen sein.
  • Anhand des Ausführungsbeispiels gemäß der 2 ist eine mögliche Abgasrückführung 7 dargestellt, vorliegend umfassend vier Leitungen 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4, mittels welchen wahlweise Abgas aus dem Abgasstrom 5 in den Frischluftstrom 4 geleitet werden kann. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zweigen drei Leitungen 7.2, 7.3 und 7.4 stromabwärts des Abgasstromverteilers 6 aus dem Abgasstrom 5 ab, nämlich je eine Leitung aus jedem Abgasteilstrom 5.1, 5.2 und 5.3. Ferner zweigt eine Leitung 7.1 stromaufwärts des Abgasstromverteilers 6 aus dem Abgasstrom 5 ab, vorliegend stromaufwärts der ersten Turboladerturbine 2.1. Die Leitungen 7.2, 7.3 und 7.4 stromabwärts des Abgasstromverteilers 6 münden stromabwärts des zweiten Turboladerverdichters 2.4 und stromaufwärts des ersten Turboladerverdichters 2.2 im Frischluftstrom 4. Die erste Leitung 7.1 mündet stromabwärts beider Turboladerverdichter 2.4, 2.2 im Frischluftstrom 4.
  • Anhand des Ausführungsbeispiels gemäß der 1 ist ferner eine Steuervorrichtung 8 schematisch dargestellt, welche die Aufteilung des Abgasstromes 5 auf die verschiedenen Abgasteilströme 5.1, 5.2, 5.3 mittels des Abgasstromverteilers 6 steuert und/oder regelt. Die Steuervorrichtung 8 ist hierzu mit einem Drehzahlsensor 9 verschaltet, der die Drehzahl der Abtriebswelle 1.1 des Verbrennungsmotors 1 erfasst. Das Messergebnis wird zur Bestimmung herangezogen, welcher Anteil des Abgasstromes 5 welchem Abgasteilstrom 5.1, 5.2 und 5.3 zugeführt wird. Selbstverständlich ist es möglich, mittels der Steuervorrichtung 8 oder einer zusätzlichen Steuervorrichtung auch die Aufteilung des Frischluftstromes 4 auf den jeweiligen Turboladerverdichter 2.4, 2.2 und den jeweiligen Bypass 14, 15 oder die Massenströme beziehungsweise Volumenströme in der Abgasrückführung 7 zu steuern.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausführung kann der Wirkungsgrad des Antriebsstranges beziehungsweise der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors optimal geregelt werden. Zugleich können Anpassungen hinsichtlich der Abgastemperatur für eine Abgasnachbehandlung vorgenommen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0091139 B2 [0004]

Claims (5)

  1. Antriebsstrang, insbesondere Kraftfahrzeugantriebsstrang, 1.1 mit einem einen Abgasstrom (5) erzeugenden Verbrennungsmotor (1), der eine Abtriebswelle (1.1) aufweist, zum Einspeisen von Antriebsleistung in den Antriebsstrang; 1.2 mit einem Turbolader (2); 1.3 mit einem Turbocompoundsystem (3), umfassend eine Abgasnutzturbine (3.1), die im Abgasstrom (3) angeordnet ist und in einer Triebverbindung mit der Abtriebswelle (1.1) des Verbrennungsmotors (1) steht oder in eine solche schaltbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass 1.4 der Turbolader (2) wenigstens zweistufig ausgeführt ist und eine erste Turboladerturbine (2.1) umfasst, die im Abgasstrom (5) angeordnet ist und einen ersten Turboladerverdichter (2.2), der in einem dem Verbrennungsmotor (1) zugeleiteten Frischluftstrom (4) angeordnet ist, antreibt, sowie eine zweite Turboladerturbine (2.3) umfasst, die stromabwärts der ersten Turboladerturbine (2.1) im Abgasstrom (5) angeordnet ist und einen zweiten Turboladerverdichter (2.4), der stromaufwärts des ersten Turboladerverdichters (2.2) im Frischluftstrom (4) angeordnet ist, antreibt; und 1.5 die Abgasnutzturbine (3.1) des Turbocompoundsystems (3) im Abgasstrom (5) hinsichtlich ihrer Durchströmung parallel zu der zweiten Turboladerturbine (2.3) angeordnet ist.
  2. Antriebsstrang gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrom (5) stromaufwärts der parallelen Abgasnutzturbine (3.1) und zweiten Turboladerturbine (2.3) ein regelbarer Abgasstromverteiler (6) vorgesehen ist, mittels welchem der Abgasstrom in wenigstens zwei Abgasteilströme (5.1, 5.2) aufgeteilt wird, wobei im ersten Abgasteilstrom zweiten parallelgeschalteten Turboladerturbine (2.3), abzweigt und Abgas dem Frischluftstrom (4) stromabwärts und/oder stromaufwärts des ersten Turboladerverdichters (2.2) zuführt.
  3. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (8), insbesondere elektronische Steuervorrichtung vorgesehen ist, welche steuernd und/oder regelnd auf den Abgasstromverteiler (6) zugreift, um die Aufteilung des Abgasstromes (5) auf die Abgasteilströme (5.1, 5.2, 5.3) zu variieren, wobei insbesondere ferner ein Drehzahlsensor (9) vorgesehen ist, um die Drehzahl der Abtriebswelle (1.1) des Verbrennungsmotors (1) zu erfassen, der mit der Steuervorrichtung (8) verschaltet ist.
  4. Antriebsstrang gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (8) derart eingerichtet ist, dass sie die Aufteilung des Abgasstromes (5) auf die Abgasteilströme (5.1, 5.2, 5.3) in Abhängigkeit der Drehzahl der Abtriebswelle (1.1) des Verbrennungsmotors (1) variiert.
  5. Antriebsstrang gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (8) derart eingerichtet ist, dass bei vergleichsweise höheren Drehzahlen der Abtriebswelle (1.1) ein verhältnismäßig größerer Anteil des Abgasstromes (5) auf den Abgasteilstrom (5.1) mit der Abgasnutzturbine (3.1) geleitet wird.
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