DE102015208421A1 - R2S charging system with intermediate exhaust aftertreatment - Google Patents

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Andreas Kuske
Jörg Kemmerling
Vanco Smiljanovski
Franz Arnd Sommerhoff
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Abstract

Es wird eine Anordnung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit zwei seriell angeordneten Turboladern, mit einer zwischen den Turbinen der Turbolader angeordneten Einrichtung zur Abgasnachbehandlung und einer fluiden Verbindung zwischen Abgas- und Ansaugtrakt zur Abgasrückführung bereitgestellt. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer entsprechenden Anordnung bereitgestellt.An arrangement is provided for operating an internal combustion engine with two turbochargers arranged in series, with a device for exhaust gas aftertreatment arranged between the turbines of the turbocharger and a fluid connection between the exhaust gas and intake tract for exhaust gas recirculation. Furthermore, a method for operating an internal combustion engine with a corresponding arrangement is provided.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit zwei seriell angeordneten Turboladern, mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zwischen den Turbinen und einer fluiden Verbindung zwischen Abgas- und Ansaugtrakt zur Abgasrückführung.The invention relates to an arrangement for operating an internal combustion engine with two turbochargers arranged in series, with an exhaust gas aftertreatment device between the turbines and a fluid connection between exhaust and intake for exhaust gas recirculation.

Turbolader dienen der Aufladung der Zylinder von Brennkraftmaschinen mit unter Überdruck stehender Verbrennungsluft. Ein Turbolader besteht aus einer Turbine und einem Verdichter, die ähnlich aufgebaut sein können und auf einer gemeinsamen Welle montiert sind. Der Massenstrom des Abgases versetzt das Turbinenrad im Abgastrakt in Rotation. Über die gemeinsame Welle wird das Drehmoment auf das Verdichterrad im Ansaugtrakt übertragen, wodurch der Verdichter Verbrennungsluft komprimiert. Bei seriell angeordneten Turboladern zur Aufladung von Brennkraftmaschinen durchströmt Abgas zuerst die Turbine eines ersten Turboladers und nachfolgend die Turbine eines stromabwärts von der Turbine des ersten Turboladers angeordneten zweiten Turboladers. Die Turbine des zweiten Turboladers kann auch nur bei Bedarf zuschaltbar sein, wenn genügend Abgas für ihren Betrieb vorhanden ist. Turbochargers are used to charge the cylinders of internal combustion engines with pressurized combustion air. A turbocharger consists of a turbine and a compressor, which may be similarly constructed and mounted on a common shaft. The mass flow of the exhaust gas causes the turbine wheel in the exhaust tract in rotation. Via the common shaft, the torque is transmitted to the compressor wheel in the intake tract, whereby the compressor compresses combustion air. In serially arranged turbochargers for supercharging internal combustion engines, exhaust gas first flows through the turbine of a first turbocharger and subsequently the turbine of a second turbocharger arranged downstream of the turbine of the first turbocharger. The turbine of the second turbocharger can also be switched on only if necessary, if sufficient exhaust gas is available for their operation.

Ein Vorteil von seriell angeordneten Turboladern ist die hohe Effizienz, mit der entsprechende Brennkraftmaschinen arbeiten. Ein Nachteil besteht in signifikanten Wärmeverlusten, die dem Abgas beim Strom durch die Turbinen viel Wärmeenergie entzogen wird. Dadurch steht einer hinter den Turbinen angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung weniger Wärmeenergie zur Verfügung. Das führt zu einem verzögerten Starten der Abgasnachbehandlungseinrichtung und damit zu einer höheren Emission von Abgasschadstoffen. An advantage of serially arranged turbochargers is the high efficiency with which corresponding internal combustion engines operate. A disadvantage is significant heat losses, which is extracted from the exhaust gas in the flow through the turbine much heat energy. As a result, less heat energy is available to an exhaust gas aftertreatment device arranged behind the turbines. This leads to a delayed start of the exhaust aftertreatment device and thus to a higher emission of exhaust gas pollutants.

Eine Minderung besonders einer Emission von Stickoxiden im Abgas kann durch eine Abgasrückführung erreicht werden. Dazu wird Abgas der Ladeluft zugemischt und damit durch eine Brennkraftmaschine zirkuliert. In Kraftfahrzeugen mit einem Dieselmotor und einer Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) wird das Abgas bzw. ein Teil des Abgases über ein in Strömungsrichtung des Abgases hinter einem Dieselpartikelfilter (DPF) angeordnetes Rückführventil in Richtung eines Verdichters abgeleitet. Wegen der niedrigen Temperaturen des Abgases nach Passieren zweier Turbinen, besonders bei niedrigen Lasten der Brennkraftmaschine, ist in der Regel eine zusätzliche Hochdruck-Abgasrückführung (HD-AGR) notwendig, um zu niedrige Ladelufteinlasstemperaturen zu vermeiden, da diese zu exzessiven Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoff-Emissionen führen können. Nachteilig ist bei HD-AGR jedoch, dass das zugeleitete Abgas höhere Temperaturen bewirkt als erwünscht und dass durch Ableiten von Abgas der Abgasmassenstrom vor Erreichen der Turbine eines Turboladers reduziert wird. A reduction especially of emission of nitrogen oxides in the exhaust gas can be achieved by exhaust gas recirculation. For this purpose, exhaust gas is added to the charge air and thus circulated by an internal combustion engine. In motor vehicles with a diesel engine and a low-pressure exhaust gas recirculation (ND-EGR), the exhaust gas or a portion of the exhaust gas is discharged via a downstream in the flow direction of the exhaust gas behind a diesel particulate filter (DPF) return valve in the direction of a compressor. Owing to the low temperatures of the exhaust gas after passing through two turbines, especially at low engine loads, additional high pressure exhaust gas recirculation (HD-EGR) is usually necessary to avoid too low charge air inlet temperatures, as these lead to excessive carbon monoxide and hydrocarbon emissions. Emissions. A disadvantage of HD-EGR, however, that the supplied exhaust gas causes higher temperatures than desired and that is reduced by discharging exhaust gas of the exhaust gas mass flow before reaching the turbine of a turbocharger.

Es besteht damit die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine effiziente Nutzung der Abgaswärme ermöglicht. It is therefore the object to provide a device that allows efficient use of exhaust heat.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Nebenansprüchen, den Unteransprüchen, der Figur und den Ausführungsbeispielen. This object is achieved by an arrangement having the features of the main claim. Further advantageous embodiments and embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, the subclaims, the figure and the embodiments.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine umfassend einen Abgastrakt, einen Ansaugtrakt und ein zweistufige Aufladesystem mit einem ersten Turbolader und einen seriell zu dem ersten angeordneten zweiten Turbolader, wobei stromabwärts der Turbine des ersten Turboladers eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung in einer Abgasleitung des Abgastrakts angeordnet ist.A first aspect of the invention relates to an arrangement for operating an internal combustion engine comprising an exhaust tract, an intake tract and a two-stage supercharger with a first turbocharger and a second turbocharger arranged serially to the first, wherein downstream of the turbine of the first turbocharger, a first exhaust aftertreatment device in an exhaust pipe of the first turbocharger Exhaust tract is arranged.

Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst damit neben den seriell angeordneten Turboladern eine Zwischenabgasnachbehandlungs-einrichtung hinter der Turbine des ersten Turboladers. Diese Anordnung ermöglicht vorteilhaft ein schnelles Starten der Abgasnachbehandlungseinrichtung, da dem Abgas an dieser Stelle nur in einer Turbine Abgaswärme entzogen wurde.The arrangement according to the invention thus comprises, in addition to the serially arranged turbochargers, an intermediate exhaust aftertreatment device behind the turbine of the first turbocharger. This arrangement advantageously makes it possible to start the exhaust aftertreatment device quickly, since exhaust gas at this point was removed from exhaust heat only in a turbine.

Der erste Turbolader wird auch als Hochdruckturbolader bezeichnet, und seine Turbine und Kompressor als Hochdruckturbine bzw. -verdichter. Der zweite Turbolader wird auch als Niederdruckturbolader bezeichnet, und seine Turbine und Kompressor als Niederdruckturbine bzw. -verdichter. Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung wird auch als Zwischenabgasnachbehandlungseinrichtung bezeichnet.The first turbocharger is also referred to as a high-pressure turbocharger, and its turbine and compressor as a high-pressure turbine or compressor. The second turbocharger is also referred to as a low-pressure turbocharger, and its turbine and compressor as a low-pressure turbine or compressor. The first exhaust aftertreatment device is also referred to as an intermediate exhaust aftertreatment device.

Die Brennkraftmaschine ist besonders eine selbstzündende Brennkraftmaschine, kann aber auch eine andere Brennkraftmaschine sein. Die Hochdruckturbine ist besonders als Turbine mit variabler Turbinengeometrie (variable nozzle turbine, VNT-Turbine) ausgeführt, kann aber auch anders gestaltet sein. The internal combustion engine is particularly a self-igniting internal combustion engine, but can also be another internal combustion engine. The high-pressure turbine is especially designed as a turbine with variable turbine geometry (variable nozzle turbine, VNT turbine), but can also be designed differently.

„Stromabwärts“ bezieht sich auf die Richtung des in der Anordnung vorgesehenen Stroms von Abgas oder Ladeluft. „Stromaufwärts“ entspricht einer entsprechenden gegenläufigen Richtung."Downstream" refers to the direction of the exhaust or charge air flow provided in the arrangement. "Upstream" corresponds to a corresponding opposite direction.

Ansaugluft, die mit rückgeführtem Abgas gemischt wurde, wird auch als Gasgemisch bezeichnet.Intake air that has been mixed with recirculated exhaust gas is also referred to as a gas mixture.

Besonders bevorzugt zweigt in der erfindungsgemäßen Anordnung bei der stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung mindestens eine Leitung einer Abgasrückführung von der Abgasleitung ab, die eine fluide Verbindung zu einer Ansaugleitung des Abgastrakts herstellt. Die Abgasrückführung ist somit eine ND-AGR. Vorteilhafterweise ist das abgeleitete Abgas in der hinter der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung abzweigenden ND-AGR noch ausreichend warm, so dass kein Abgas über eine HD-AGR abgeleitet werden muss. In the arrangement according to the invention, in the downstream of the first exhaust gas aftertreatment device, at least one line of exhaust gas recirculation branches off from the exhaust gas line, which produces a fluid connection to an intake line of the exhaust gas tract. The exhaust gas recirculation is thus a LP EGR. Advantageously, the discharged exhaust gas is still sufficiently warm in the LP EGR branching off behind the first exhaust gas aftertreatment device, so that no exhaust gas has to be discharged via an HP EGR.

Vorzugsweise ist die Leitung der Abgasrückführung mittels eines Kombinationsventils mit der Ansaugleitung verbunden. Dadurch kann vorteilhaft die Abgasrückführung reguliert bzw. zu- oder abgeschaltet werden. Preferably, the exhaust gas recirculation line is connected to the intake line by means of a combination valve. As a result, the exhaust gas recirculation can advantageously be regulated or switched on or off.

Vorzugsweise ist die Leitung der Abgasrückführung stromabwärts des Verdichters des zweiten Turboladers mit der Ansaugleitung verbunden. Durch Mischen des zugeleiteten Abgases mit bereits erwärmter, komprimierter Luft aus dem Niederdruckverdichter wird eine Kondensation von im rückgeführten Abgas enthaltenen Wasser, welches den nachfolgenden Verdichter beschädigen kann, eingeschränkt.Preferably, the exhaust gas recirculation line downstream of the compressor of the second turbocharger is connected to the intake line. By mixing the supplied exhaust gas with already heated compressed air from the low pressure compressor, condensation of water contained in the recirculated exhaust gas, which may damage the subsequent compressor, is restricted.

Bevorzugt ist in der erfindungsgemäßen Anordnung stromabwärts des Kombinationsventils zusätzlich ein erster Ladeluftkühler in der Ansaugleitung angeordnet. Der erste Ladeluftkühler ist durch die stromaufwärts in den Ansaugtrakt mündende Abgasrückführung gleichermaßen ein Kühler für die Ladeluft und das eingeleitete rückgeführte Abgas. Ein spezieller Ladeluftkühler für das Abgas wird damit nicht benötigt.Preferably, in the arrangement according to the invention, downstream of the combination valve, a first charge air cooler is additionally arranged in the intake line. The first intercooler is due to the exhaust gas recirculation flowing into the intake tract upstream equally a cooler for the charge air and the introduced recirculated exhaust gas. A special intercooler for the exhaust gas is thus not needed.

Vorzugsweise zweigt in der erfindungsgemäßen Anordnung stromaufwärts des ersten Ladeluftkühlers eine erste Bypassleitung mit einem Kühlerbypassventil von der Ansaugleitung ab, die stromabwärts des ersten Ladeluftkühlers wieder in die Ansaugleitung mündet. Bei niedriger Last der Brennkraftmaschine kann bei geöffnetem Kühlerbypassventil vorteilhaft Abgas am ersten Ladeluftkühler vorbeigeleitet werden, wodurch eine höhere Einlasstemperatur von Ladeluft in die Zylinder der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Dadurch kann vorteilhaft die Emission von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen gering gehalten werden.Preferably, in the arrangement according to the invention, upstream of the first charge air cooler, a first bypass line with a cooler bypass valve branches off from the intake line, which opens into the intake line downstream of the first charge air cooler. At low load of the internal combustion engine, with the radiator bypass valve open, exhaust gas can advantageously be conducted past the first intercooler, as a result of which a higher inlet temperature of charge air into the cylinders of the internal combustion engine can be achieved. As a result, the emission of carbon monoxide and unburned hydrocarbons can advantageously be kept low.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn in der erfindungsgemäßen Anordnung stromabwärts des ersten Ladeluftkühlers und stromaufwärts des Verdichters des ersten Turboladers eine zweite Bypassleitung mit einem Verdichterbypassventil von der Ansaugleitung abzweigt und stromabwärts des Verdichters des ersten Turboladers wieder in die Ansaugleitung mündet.Furthermore, in the arrangement according to the invention downstream of the first charge air cooler and upstream of the compressor of the first turbocharger, it is preferable for a second bypass line to branch off from the intake line with a compressor bypass valve and to open into the intake line downstream of the compressor of the first turbocharger.

Vorzugsweise verbindet in der erfindungsgemäßen Anordnung eine dritte Bypassleitung mit einem Kondensatablassventil den ersten Ladeluftkühler und den Einlasskrümmer der Brennkraftmaschine fluid. Das Kondensatablassventil ermöglicht z. B. vorteilhaft die Ableitung von Kondensat aus dem ersten Ladeluftkühler. Preferably, in the arrangement according to the invention, a third bypass line with a condensate drain valve connects the first charge air cooler and the intake manifold of the internal combustion engine fluid. The condensate drain valve allows z. B. advantageous the discharge of condensate from the first intercooler.

Weiterhin ist in der erfindungsgemäßen Anordnung eine vierte Bypassleitung mit einem Turbinenbypassventil im Abgastrakt angeordnet, die stromabwärts der Brennkraftmaschine von der Abgasleitung abzweigt und stromaufwärts der Turbine des zweiten Turboladers in die Abgasleitung mündet. Die vierte Bypassleitung ermöglicht vorteilhaft das Leiten von Abgas vorbei an der Hochdruckturbine, so dass es stromaufwärts von der Niederdruckturbine in die Abgasleitung eingeleitet und zum Antrieb der Niederdruckturbine verwendet werden kann. Stromabwärts von der Niederdruckturbine ist vorzugsweise eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung in der Abgasleitung angeordnet, die vorteilhaft die Nachbehandlung sowohl von nicht rückgeführtem als auch über die vierte Bypassleitung zugeleitetem Abgas ermöglicht.Furthermore, in the arrangement according to the invention, a fourth bypass line is arranged with a turbine bypass valve in the exhaust tract, which branches off from the exhaust line downstream of the internal combustion engine and opens into the exhaust pipe upstream of the turbine of the second turbocharger. Advantageously, the fourth bypass passage allows the passage of exhaust gas past the high pressure turbine such that it may be introduced into the exhaust passage upstream of the low pressure turbine and used to drive the low pressure turbine. Downstream of the low-pressure turbine, a second exhaust gas aftertreatment device is preferably arranged in the exhaust gas line, which advantageously enables the aftertreatment of exhaust gas not fed back as well as via the fourth bypass line.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung. Das Kraftfahrzeug umfasst also gemäß der Erfindung eine Anordnung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine umfassend einen Abgastrakt, einen Ansaugtrakt und ein zweistufige Aufladesystem mit einem ersten Turbolader und einen seriell zu dem ersten angeordneten zweiten Turbolader, und stromabwärts von Turbine des ersten Turboladers eine erste Abgasnachbehandlungs-einrichtung in einer Abgasleitung des Abgastrakts angeordnet ist.A second aspect of the invention relates to a motor vehicle having an arrangement according to the invention. Thus, according to the invention, the motor vehicle comprises an arrangement for operating an internal combustion engine comprising an exhaust tract, an intake tract and a two-stage turbocharger with a first turbocharger and a second turbocharger arranged serially to the first turbocharger, and downstream of turbine of the first turbocharger a first exhaust aftertreatment device an exhaust pipe of the exhaust tract is arranged.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei die Brennkraftmaschine durch die seriell angeordneten Turbolader zweistufig aufgeladen wird, der Abgasstrom aus der Turbine des ersten Turboladers einer ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeleitet wird, und mindestens ein Teil des Abgasstroms in die Turbine des zweiten Turboladers geleitet wird. Die Vorteile des Verfahrens entsprechen denen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.A third aspect of the invention relates to a method for operating an internal combustion engine having an arrangement according to the invention, wherein the internal combustion engine is charged in two stages by the serially arranged turbocharger, the exhaust gas flow from the turbine of the first turbocharger is supplied to a first exhaust gas treatment device, and at least a part of the exhaust gas flow in the turbine of the second turbocharger is passed. The advantages of the method correspond to those of the device according to the invention.

Besonders bevorzugt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Teil des Abgasstroms stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung über eine aus dem Abgastrakt abzweigende Leitung dem Ansaugtrakt stromaufwärts des ersten Ladeluftkühlers zugeführt.In the method according to the invention, part of the exhaust gas stream downstream of the first exhaust gas aftertreatment device is particularly preferably fed via a line branching off from the exhaust tract to the intake tract upstream of the first charge air cooler.

Bevorzugt wird in dem Verfahren bei niedriger Last der Brennkraftmaschine das Kühlerbypassventil in der ersten Bypassleitung geöffnet. Preferably, in the method at low load of the internal combustion engine, the radiator bypass valve in the first bypass line is opened.

Bevorzugt wird in dem Verfahren bei hoher Last der Brennkraftmaschine das Turbinenbypassventil in der vierten Bypassleitung geöffnet.Preferably, in the method at high load of the internal combustion engine, the turbine bypass valve in the fourth bypass line is opened.

Weiterhin wird in dem Verfahren das Kondensatablassventil geöffnet, wenn der Druck der Ansaugluft im ersten Ladeluftkühler größer wird als der zulässige Einlassdruck, wenn sich im ersten Ladeluftkühler Kondensat gebildet hat.Furthermore, in the method, the condensate drain valve is opened when the pressure of the intake air in the first charge air cooler becomes larger than the allowable intake pressure when condensate has formed in the first charge air cooler.

Die Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to FIG. It shows:

1 eine erfindungsgemäße Anordnung. 1 an inventive arrangement.

In der Darstellung von 1 weist die Anordnung 1 eine Brennkraftmaschine 2 mit vier Zylindern 2a in Reihenanordnung auf. Die Zahl der Zylinder 2a kann auch 2, 3, 5, 6 oder 8 betragen. Die Zylinder können auch anders angeordnet sein, z.B. in V-förmiger Anordnung. Von den Auslassöffnungen der Zylinder 2b strömt Abgas in einen Abgastrakt 3. Der Abgastrakt 3 weist eine Abgasleitung 3a auf, kann aber auch mehrere Abgasleitungen umfassen. Über einen Ansaugtrakt 4 strömt Ladeluft zur Brennkraftmaschine 2. Im Abgastrakt 3 ist eine zu einem ersten Turbolader 5 gehörende Turbine 5a angeordnet, auch als Hochdruckturbine 5a bezeichnet, die über eine Welle 5b mit einem Verdichter 5c verbunden ist. Über den Abgastrakt steht die Turbine 5a mit einer zu einem zweiten Turbolader 6 gehörenden Turbine 6a, auch als Niederdruckturbine bezeichnet, in einer fluiden Verbindung. Die Turbine 6a ist über eine Welle 6b mit einem Verdichter 6c verbunden. Zwischen den Turbinen 5a, 6a ist stromabwärts der Hochdruckturbine 5a ist eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung 7 angeordnet. Diese weist z.B. einen NOx-Speicherkatalysator, einen Dieseloxidationskatalysator und/oder einen Dieselpartikelfilter auf. In the presentation of 1 has the arrangement 1 an internal combustion engine 2 with four cylinders 2a in a row arrangement. The number of cylinders 2a can also 2 . 3 . 5 . 6 or 8th be. The cylinders can also be arranged differently, for example in a V-shaped arrangement. From the outlet openings of the cylinders 2 B exhaust gas flows into an exhaust tract 3 , The exhaust tract 3 has an exhaust pipe 3a but may also include multiple exhaust pipes. About an intake tract 4 Charge air flows to the engine 2 , In the exhaust tract 3 is one to a first turbocharger 5 belonging turbine 5a arranged, also as a high-pressure turbine 5a referred to over a wave 5b with a compressor 5c connected is. The turbine is located above the exhaust tract 5a with one to a second turbocharger 6 belonging turbine 6a , also referred to as low-pressure turbine, in a fluid connection. The turbine 6a is about a wave 6b with a compressor 6c connected. Between the turbines 5a . 6a is downstream of the high-pressure turbine 5a is a first exhaust aftertreatment device 7 arranged. This has, for example, a NOx storage catalytic converter, a diesel oxidation catalytic converter and / or a diesel particle filter.

Stromabwärts von der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 7 zweigt an einem Abgasrückführventil 8a eine Leitung 8 ab, die den Beginn einer ND-AGR darstellt. Über ein Kombinationsventil 9 mündet die Leitung 8 in eine Leitung 4a des Ansaugtrakts 4.Downstream of the first exhaust aftertreatment device 7 branches to an exhaust gas recirculation valve 8a a line 8th which represents the beginning of a LP EGR. Via a combination valve 9 leads the line 8th in a line 4a the intake tract 4 ,

Stromabwärts vom Kombinationsventil 9 ist ein erster Ladeluftkühler 10 im Ansaugtrakt 4 angeordnet. Der erste Ladeluftkühler 10 ist sowohl für die Kühlung von komprimierter Ladeluft aus dem Verdichter 6c des zweiten Turboladers 6 als auch von zugeleitetem Abgas vorgesehen. Über eine erste Bypassleitung 11 kann Ladeluft, vor allem mit Abgas vermischte Ladeluft, um den ersten Ladeluftkühler 10 herumgeleitet werden, indem das Kühlerbypassventil 12 geöffnet wird. Die erste Bypassleitung 11 zweigt an einem Punkt 11a von der Ansaugleitung 4a ab und mündet am Punkt 11b wieder in die Ansaugleitung 4a. Downstream of the combination valve 9 is a first intercooler 10 in the intake tract 4 arranged. The first intercooler 10 is both for the cooling of compressed charge air from the compressor 6c of the second turbocharger 6 as well as supplied exhaust gas. Via a first bypass line 11 can charge air, especially with exhaust gas mixed charge air, to the first intercooler 10 be diverted by the radiator bypass valve 12 is opened. The first bypass line 11 branches at one point 11a from the intake pipe 4a and ends at the point 11b back into the intake pipe 4a ,

Stromabwärts des Ladeluftkühlers 10 ist der Verdichter 5c, aus als Hochdruckverdichter 5c bezeichnet, angeordnet. Über eine zweite Bypassleitung 13 kann Ladeluft um den Hochdruckverdichter 5c herumgeleitet werden, wenn ein in der zweiten Bypassleitung 13 angeordnetes Verdichterbypassventil 14 geöffnet wird. Die zweite Bypassleitung 11 zweigt an einem Punkt 13 von der Ansaugleitung 4a ab und mündet am Punkt 13b wieder in die Ansaugleitung 4a.Downstream of the intercooler 10 is the compressor 5c , as high pressure compressor 5c designated arranged. Via a second bypass line 13 can charge air to the high pressure compressor 5c be diverted if one in the second bypass line 13 arranged compressor bypass valve 14 is opened. The second bypass line 11 branches at one point 13 from the intake pipe 4a and ends at the point 13b back into the intake pipe 4a ,

Stromabwärts von dem Hochdruckverdichter 5c ist ein zweiter Ladeluftkühler 15 im Ansaugtrakt angeordnet. Vom zweiten Ladeluftkühler 15 führt die Ansaugleitung 4b zum Ansaugkrümmer 16. Vom ersten Ladeluftkühler 10 führt eine dritte Bypassleitung 17 zum Ansaugkrümmer 16. Über die dritte Bypassleitung 17 kann bei geöffnetem Kondensatablassventil 18 kondensiertes Wasser aus dem ersten Ladeluftkühler 10 direkt zum Ansaugkrümmer 16 geleitet werden.Downstream of the high pressure compressor 5c is a second intercooler 15 arranged in the intake tract. From the second intercooler 15 leads the intake pipe 4b to the intake manifold 16 , From the first intercooler 10 performs a third bypass line 17 to the intake manifold 16 , About the third bypass line 17 can when the condensate drain valve is open 18 condensed water from the first intercooler 10 directly to the intake manifold 16 be directed.

Eine vierte Bypassleitung 19 mit einem Turbinenbypassventil 20 ist stromabwärts der Brennkraftmaschine 2 im Abgastrakt 3 angeordnet. Die vierte Bypassleitung 19 zweigt im Bereich des Abgaskrümmers 21 am Punkt 19a von der Abgasleitung 3a ab und mündet stromaufwärts der Niederdruckturbine 6a am Punkt 19b wieder in die Abgasleitung 3a.A fourth bypass line 19 with a turbine bypass valve 20 is downstream of the internal combustion engine 2 in the exhaust tract 3 arranged. The fourth bypass line 19 branches in the area of the exhaust manifold 21 at the point 19a from the exhaust pipe 3a from and flows upstream of the low-pressure turbine 6a at the point 19b back into the exhaust pipe 3a ,

Stromabwärts der Niederdruckturbine 6a ist eine zweite Abgasnachbe-handlungseinrichtung 22 angeordnet. Diese weist z. B. einen NOx-Speicherkatalysator, einen Dieseloxidationskatalysator und/oder einen Dieselpartikelfilter auf. Stromabwärts der Turbine 6a wird das Abgas durch einen Auspuff 23 abgeleitet.Downstream of the low-pressure turbine 6a is a second exhaust post-treatment device 22 arranged. This has z. B. a NOx storage catalyst, a diesel oxidation catalyst and / or a diesel particulate filter on. Downstream of the turbine 6a the exhaust is through an exhaust 23 derived.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine 2 strömt Abgas von den Zylindern 2a durch den Abgastrakt 4 in Richtung Auspuff 23. Von der Brennkraftmaschine 2 gelangt Abgas zur Hochdruckturbine 5a, um diese anzutreiben. Mittels der Welle 5b treibt die Turbine 5a den Verdichter 5c an. Von der Hochdruckturbine 5a strömt Abgas zur ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 7. Von dort strömt das nachbehandelte und gereinigte Abgas weiter zum Abgasrückführventil 8a. Dabei ist das Abgasrückführventil 8a ausgebildet, mindestens teilweise geöffnet zu werden. Über ein geöffnetes Abgasrückführventil 8a wird je nach Grad der Öffnung ein gewisser Teil des Abgases über die Leitung 8 in die Ansaugleitung 4a geleitet. Bei zumindest teilweise geöffnetem Kombinationsventil 9 gelangt das Abgas in die Ansaugleitung 4a und wird dabei mit der vom Niederdruckverdichter 6c strömenden Ansaugluft vermischt. Das Öffnen und Schließen der Ventile 8a und 9 kann durch ein Signal einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) geschehen, wenn Abgas rückgeführt werden soll.In operation of the internal combustion engine 2 exhaust flows from the cylinders 2a through the exhaust tract 4 in the direction of the exhaust 23 , From the internal combustion engine 2 exhaust gas reaches the high-pressure turbine 5a to power these. By means of the wave 5b drives the turbine 5a the compressor 5c at. From the high-pressure turbine 5a exhaust flows to the first exhaust aftertreatment device 7 , From there, the post-treated and purified exhaust gas flows on to the exhaust gas recirculation valve 8a , In this case, the exhaust gas recirculation valve 8a designed to be at least partially opened. Via an opened exhaust gas recirculation valve 8a Depending on the degree of opening, a certain part of the exhaust gas is passed through the line 8th in the intake pipe 4a directed. At least partially open combination valve 9 the exhaust gas enters the suction line 4a and is doing with the low-pressure compressor 6c flowing intake air mixed. Opening and closing the valves 8a and 9 may be done by a signal from a controller (not shown) when exhaust is to be recycled.

Die mit dem zugeleiteten Abgas vermischte Ladeluft gelangt stromabwärts vom Kombinationsventil 9 in den ersten Ladeluftkühler 10. Von dort wird das gekühlte Gasgemisch zum Hochdruckverdichter 5c geleitet. Bei sehr niedrigen Lasten der Brennkraftmaschine 2 wird das Kühlerbypassventil 12 geöffnet. Dadurch strömt das Gasgemisch am ersten Ladeluftkühler 10 vorbei und erhält damit seine Temperatur. Damit wird vor allem auf eine höhere Einlasstemperatur des Gasgemischs an den Zylindern 2a abgezielt, um die Emission von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu steuern. Bei höherer Last ist der Betrieb der Brennkraftmaschine 2 jedoch effizienter, wenn das Gasgemisch im ersten Ladeluftkühler 10 gekühlt wird. The charge air mixed with the supplied exhaust gas passes downstream from the combination valve 9 in the first intercooler 10 , From there, the cooled gas mixture becomes a high-pressure compressor 5c directed. At very low loads of the internal combustion engine 2 becomes the radiator bypass valve 12 open. As a result, the gas mixture flows on the first intercooler 10 over and thus gets its temperature. This is mainly due to a higher inlet temperature of the gas mixture at the cylinders 2a aimed at controlling the emission of carbon monoxide and unburned hydrocarbons. At higher load is the operation of the internal combustion engine 2 however, more efficient when the gas mixture in the first intercooler 10 is cooled.

Über die zweite Bypassleitung 13 wird Ladeluft bzw. das Gasgemisch am Hochdruckverdichter 5c vorbei geleitet, wenn dieser z.B. nicht benötigt wird. Über die dritte Bypassleitung 17 wird Kondensat vom ersten Ladeluftkühler 10 in den Ansaugkrümmer 16 geleitet, wenn sich Kondensat gebildet hat. Via the second bypass line 13 becomes charge air or the gas mixture at the high pressure compressor 5c passed by, for example, if this is not needed. About the third bypass line 17 condensate from the first intercooler 10 in the intake manifold 16 passed when condensate has formed.

Bei hoher Last der Brennkraftmaschine 2 wird über eine vierte Bypassleitung 19 ein Teil des Abgases an der Hochdruckturbine 5a vorbeigeleitet, um einen Abgasrückstau zu vermeiden. Dazu wird ein Teil des Abgases im Bereich des Abgaskrümmers 21 an einem Abzweig 19a von der Abgasleitung 3a abgeleitet. Dafür ist am Abzweig 19a idealerweise ein Ventil angeordnet, welches geöffnet wird, um Abgas durch die vierte Bypassleitung 19 zu leiten.At high load of the internal combustion engine 2 is via a fourth bypass line 19 a part of the exhaust gas at the high-pressure turbine 5a bypassed to avoid exhaust backflow. For this purpose, a part of the exhaust gas in the region of the exhaust manifold 21 at a branch 19a from the exhaust pipe 3a derived. This is at the junction 19a ideally, a valve is arranged which is opened to exhaust gas through the fourth bypass line 19 to lead.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Anordnung  arrangement
22
Brennkraftmaschine Internal combustion engine
2a2a
Zylindercylinder
33
Abgastrakt exhaust tract
3a3a
Abgasleitung exhaust pipe
44
Ansaugtrakt intake system
4a4a
Ansaugleitung suction
55
erster Turbolader first turbocharger
5a5a
Turbine des ersten Turboladers Turbine of the first turbocharger
5b5b
Welle des ersten Turboladers Wave of the first turbocharger
5c5c
Verdichter des ersten Turboladers Compressor of the first turbocharger
66
zweiter Turbolader second turbocharger
6a6a
Turbine des zweiten Turboladers Turbine of the second turbocharger
6b6b
Welle des zweiten Turboladers Wave of the second turbocharger
6c6c
Verdichter des zweiten Turboladers Compressor of the second turbocharger
77
erste Abgasnachbehandlungseinrichtung first exhaust aftertreatment device
88th
Leitung der Abgasrückführung Management of exhaust gas recirculation
8a8a
Abgasrückführventil Exhaust gas recirculation valve
99
Kombinationsventil combination valve
1010
erster Ladeluftkühler first intercooler
1111
erste Bypassleitung first bypass line
11a11a
Abzweig der ersten Bypassleitung Branch of the first bypass line
11b11b
Mündung der ersten Bypassleitung Mouth of the first bypass line
1212
Kühlerbypassventil Cooler bypass valve
1313
zweite Bypassleitung second bypass line
13a13a
Verdichterbypassventil Compressor bypass valve
13b13b
Abzweig der zweiten Bypassleitung Branch of the second bypass line
1414
Mündung der zweiten Bypassleitung Mouth of the second bypass line
1515
zweiter Ladeluftkühler second intercooler
1616
Ansaugkrümmer intake manifold
1717
dritte Bypassleitung third bypass line
1818
Kondensatablassventil Condensate drain valve
1919
vierte Bypassleitung fourth bypass line
19a19a
Abzweig der vierten Bypassleitung Branch of the fourth bypass line
19b19b
Mündung der vierten Bypassleitung Mouth of the fourth bypass line
2020
Turbinenbypassventil Turbine bypass valve
2121
Abgaskrümmer exhaust manifold
2222
zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung second exhaust aftertreatment device
2323
Auspuff Exhaust

Claims (16)

Anordnung (1) zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (2) umfassend einen Abgastrakt (3), einen Ansaugtrakt (4) und ein zweistufiges Aufladesystem mit einem ersten Turbolader (5) und einen seriell zu dem ersten angeordneten zweiten Turbolader (6), dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Turbine des ersten Turboladers (5a) eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (7) in einer Abgasleitung des Abgastrakts (3a) angeordnet ist.Arrangement ( 1 ) for operating an internal combustion engine ( 2 ) comprising an exhaust gas tract ( 3 ), an intake tract ( 4 ) and a two-stage supercharging system with a first turbocharger ( 5 ) and a second turbocharger arranged in series with the first one ( 6 ), characterized in that downstream of the turbine of the first turbocharger ( 5a ) a first exhaust aftertreatment device ( 7 ) in an exhaust pipe of the exhaust tract ( 3a ) is arranged. Anordnung (1) nach Anspruch 1, bei der stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung (7) mindestens eine Leitung einer Abgasrückführung (8) von der Abgasleitung (3a) abzweigt, die eine fluide Verbindung zu einer Ansaugleitung des Ansaugtrakts (4a) herstellt.Arrangement ( 1 ) according to claim 1, in which downstream of the first exhaust aftertreatment device ( 7 ) at least one line of exhaust gas recirculation ( 8th ) from the exhaust pipe ( 3a ), which is a fluid connection to a suction line of the intake ( 4a ). Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Leitung der Abgasrückführung (3a) mittels eines Kombinationsventils (9) mit der Ansaugleitung (4a) verbunden ist.Arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the line of exhaust gas recirculation ( 3a ) by means of a combination valve ( 9 ) with the suction line ( 4a ) connected is. Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Leitung der Abgasrückführung (8) stromabwärts des Verdichters des zweiten Turboladers (6c) mit der Ansaugleitung (4a) verbunden ist.Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the line of exhaust gas recirculation ( 8th ) downstream of the compressor of the second turbocharger ( 6c ) with the suction line ( 4a ) connected is. Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der stromabwärts des Kombinationsventils (9) zusätzlich ein erster Ladeluftkühler (10) im Ansaugtrakt (4) angeordnet ist.Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which downstream of the combination valve ( 9 ) additionally a first intercooler ( 10 ) in the intake tract ( 4 ) is arranged. Anordnung (1) nach Anspruch 5, bei der stromaufwärts des ersten Ladeluftkühlers (10) eine erste Bypassleitung (11) mit einem Kühlerbypassventil (12) von der Ansaugleitung (4a) abzweigt und stromabwärts des ersten Ladeluftkühlers (10) wieder in die Ansaugleitung (4a) mündet.Arrangement ( 1 ) according to claim 5, in which upstream of the first intercooler ( 10 ) a first bypass line ( 11 ) with a radiator bypass valve ( 12 ) of the Intake pipe ( 4a ) branches off and downstream of the first intercooler ( 10 ) back into the suction line ( 4a ) opens. Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der stromaufwärts des Verdichters des ersten Turboladers (5c) eine zweite Bypassleitung (13) mit einem Verdichterbypassventil (14) von der Ansaugleitung (4a) abzweigt und stromabwärts des Verdichters des ersten Turboladers (5c) wieder in die Ansaugleitung (4a) mündet. Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which upstream of the compressor of the first turbocharger ( 5c ) a second bypass line ( 13 ) with a compressor bypass valve ( 14 ) from the suction line ( 4a ) branches off and downstream of the compressor of the first turbocharger ( 5c ) back into the suction line ( 4a ) opens. Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der eine dritte Bypassleitung (17) mit einem Kondensatablassventil (18) den ersten Ladeluftkühler (10) und den Einlasskrümmer der Brennkraftmaschine (16) fluid verbindet.Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which a third bypass line ( 17 ) with a condensate drain valve ( 18 ) the first intercooler ( 10 ) and the intake manifold of the internal combustion engine ( 16 ) fluid connects. Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der eine vierte Bypassleitung (19) mit einem Turbinenbypassventil (20) im Abgastrakt (3) angeordnet ist, die stromabwärts der Brennkraftmaschine (2) von der Abgasleitung (3a) abzweigt und stromaufwärts der Turbine des zweiten Turboladers (6a) in die Abgasleitung (3a) mündet.Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which a fourth bypass line ( 19 ) with a turbine bypass valve ( 20 ) in the exhaust tract ( 3 ) arranged downstream of the internal combustion engine ( 2 ) from the exhaust pipe ( 3a ) branches off and upstream of the turbine of the second turbocharger ( 6a ) in the exhaust pipe ( 3a ) opens. Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der stromabwärts von der Turbine des zweiten Turboladers (6a) eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (22) in der Abgasleitung (3a) angeordnet ist.Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which downstream of the turbine of the second turbocharger ( 6a ) a second exhaust aftertreatment device ( 22 ) in the exhaust pipe ( 3a ) is arranged. Kraftfahrzeug mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1–10.Motor vehicle with an arrangement according to one of claims 1-10. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1–10, wobei die Brennkraftmaschine (2) durch die seriell angeordneten Turbolader zweistufig aufgeladen wird, der Abgasstrom aus der Turbine des ersten Turboladers (5a) einer ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung (7) zugeleitet wird, und mindestens ein Teil des Abgasstroms in die Turbine des zweiten Turboladers (6a) geleitet wird.Method for operating an internal combustion engine with an arrangement according to one of claims 1-10, wherein the internal combustion engine ( 2 ) is charged in two stages by the serially arranged turbocharger, the exhaust gas flow from the turbine of the first turbocharger ( 5a ) a first exhaust aftertreatment device ( 7 ) and at least part of the exhaust gas flow into the turbine of the second turbocharger ( 6a ). Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Teil des Abgasstroms stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung (7) über eine aus dem Abgastrakt abzweigende Leitung (8) dem Ansaugtrakt (4) stromaufwärts des ersten Ladeluftkühlers (10) zugeführt wird.The method of claim 12, wherein a portion of the exhaust stream downstream of the first exhaust aftertreatment device (10). 7 ) via a line branching off from the exhaust gas tract ( 8th ) the intake tract ( 4 ) upstream of the first intercooler ( 10 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei bei niedriger Last der Brennkraftmaschine (2) das Kühlerbypassventil (12) in der ersten Bypassleitung (11) geöffnet wird. Method according to claim 12 or 13, wherein at low load of the internal combustion engine ( 2 ) the radiator bypass valve ( 12 ) in the first bypass line ( 11 ) is opened. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei bei hoher Last der Brennkraftmaschine (2) das Turbinenbypassventil (20) in der vierten Bypassleitung (19) geöffnet wird.A method according to claim 12 or 13, wherein at high load of the internal combustion engine ( 2 ) the turbine bypass valve ( 20 ) in the fourth bypass line ( 19 ) is opened. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kondensatablassventil (18) in der dritten Bypassleitung (17) geöffnet wird, wenn sich im ersten Ladeluftkühler (10) Kondensat gebildet hat.Method according to one of the preceding claims, wherein the condensate drain valve ( 18 ) in the third bypass line ( 17 ) is opened when in the first intercooler ( 10 ) Condensate has formed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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