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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) für ein Kraftfahrzeug und betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein Abgasrückführungssystem für ein Kraftfahrzeug mit verbesserter Leistung.
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Hintergrund
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Bezug nehmend auf 1 umfasst eine Kraftmaschinenanordnung 2 für ein Kraftfahrzeug ein Einlasssystem 10, einen Turbolader 20, eine Kraftmaschine 30 und ein Abgassystem 40.
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Das Einlasssystem 10 umfasst einen Lufteinlass 12. Über den Einlass 12 tritt Luft in das Einlasssystem 10 ein und läuft durch einen Luftfilter 14 in einen kalten Einlasskanal 16. Die Einlassluft wird von dem kalten Einlasskanal 16 zu einem Verdichter 22 des Turboladers 20 geführt. Der Turboladerverdichter 22 ist dazu ausgelegt, den Druck der Einlassgase zu erhöhen, um der Kraftmaschine 30 eine verbesserte Ansaugung bereitzustellen. Ein heißer Einlasskanal 18 ist dazu angeordnet, die verdichteten Einlassgase von dem Turboladerverdichter 22 zu einem Einlasskrümmer 32 der Kraftmaschine 30 zu führen.
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Wenn die Einlassgase durch den Turboladerverdichter 22 verdichtet werden, erhöht sich auch die Temperatur der Einlassgase. Wünschenswert ist, dass die Einlassgase innerhalb des Kraftmaschinenkrümmers 32 kalt und dicht sind, um zu gestatten, dass eine größere Quantität, z. B. Masse, von Einlassgasen in die Kraftmaschine 30 gezogen wird. Das Einlassystem 10 umfasst folglich einen Ladeluftkühler 19, der an dem heißen Einlasskanal 18 bereitgestellt und dazu ausgelegt ist, die verdichteten Einlassgase zu kühlen, ehe sie zum Einlasskrümmer 32 transportiert werden.
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Die Einlassgase werden vom Einlasskrümmer in Zylinder (nicht gezeigt) der Kraftmaschine 30 gezogen. In den Zylindern werden die Einlassgase mit Kraftstoff vermischt, und das Gemisch von Einlassgasen und Kraftstoff wird verbrannt. Die durch die Verbrennung produzierten Gase werden von der Kraftmaschine 30 über einen Auslasskrümmer 34 an das Abgassystem 40 abgegeben.
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Das Abgassystem 40 umfasst einen heißen Abgaskanal 42, der dazu ausgelegt ist, die Abgase vom Auslasskrümmer 34 zu einer Turbine 24 des Turboladers 20 zu führen. Die Abgase durchlaufen die Turboladerturbine 24 und werden von der Turboladerturbine 24, die Energie aus den Abgasen extrahiert, um den Turboladerverdichter 22 anzutreiben, expandiert und gekühlt.
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Die expandierten und gekühlten Abgase werden von der Turboladerturbine 24 über einen kalten Abgaskanal 46 zu einem Abgasauslass 44 des Abgassystems geführt.
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Kraftmaschinenanordnungen umfassen häufig ein Abgasrückführungssystem (AGR-System), beispielsweise ein Niederdruck-AGR-System (ND-AGR-System) und/oder ein Hochdruck-AGR-System (HD-AGR-System), dazu ausgelegt, einen Teil der Abgase zum Einlasssystem der Kraftmaschinenanordnung rückzuführen. Durch Ersetzen eines Teils der sauerstoffreichen Einlassluft durch verbrannte Abgase wird die Spitzentemperatur der Verbrennung innerhalb der Kraftmaschinenzylinder reduziert, was die Bildung von NOx innerhalb der Kraftmaschine 30 begrenzt. Ferner kann die von der Kraftmaschine 30 produzierte Leistung durch Regeln der Menge der Abgase, die rückgeführt werden, geregelt werden, ohne dass innerhalb des Einlasssystems eine Drosselklappe bereitgestellt wird, wodurch der Wirkungsgrad der Kraftmaschinenanordnung 2 gesteigert werden kann, insbesondere auf niedrigen Leistungsniveaus.
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Die in 1 abgebildete Kraftmaschinenanordnung 2 umfasst ein ND-AGR-System 50, das einen ND-AGR-Kanal 52 umfasst, der dazu ausgelegt ist, einen Teil der Abgase von einer Position an dem kalten Abgaskanal 46, z. B. zwischen der Turboladerturbine 24 und dem Abgasauslass 44, zu einer Position rückzuführen, die dem Turboladerverdichter 22 vorgelagert ist.
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Das ND-AGR-System 50 umfasst ein ND-AGR-Ventil 54, das dazu ausgelegt ist, den Strom rückgeführter Abgase innerhalb des ND-AGR-Kanals 52 zu steuern.
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Abgase, die von dem kalten Abgaskanal in den ND-AGR-Kanal 52 strömen, können eine höhere Temperatur als die Einlassluft innerhalb des kalten Einlasskanals 16 haben, der dem Verdichter vorgelagert ist. Es kann deshalb wünschenswert sein, dass die rückgeführten Abgase gekühlt werden, ehe sie in den kalten Einlasskanal 16 eingeleitet werden. Das ND-AGR-System umfasst folglich einen AGR-Kühler 56, der am AGR-Kanal 52 bereitgestellt und dazu ausgelegt ist, die Abgase, welche den ND-AGR-Kanal durchströmen, zu kühlen. Das Kühlen der rückgeführten Abgase reduziert die Temperatur des Gemischs der AGR-Gase und der Einlassluft im Turboladerverdichter 22, was die Effizienz des Verdichters verbessert.
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Bezug nehmend auf 2 kann die Kraftmaschinenanordnung 2 ferner ein HD-AGR-System 60 umfassen. Das HD-AGR-System 60 kann zusätzlich oder als eine Alternative zu dem in 1 gezeigten ND-AGR-System 50 bereitgestellt werden. Das HD-AGR-System 60 umfasst einen HD-AGR-Kanal 62, der dazu ausgelegt ist, einen Teil der Abgase, die die Kraftmaschine verlassen, zurück zum Einlass der Kraftmaschine 30 rückzuführen. Wie in 2 dargestellt, kann der HD-AGR-Kanal Abgase vom heißen Abgaskanal 42, z. B. von einer Position zwischen dem Auslasskrümmer 34 und der Turboladerturbine 24, zu dem Einlasskrümmer 32 rückzuführen. Alternativ kann der HD-AGR-Kanal die Abgase zurück zu einer Position an dem heißen Einlasskanal 18, z. B. zwischen dem Turboladerverdichter 22 und dem Einlasskrümmer 32, rückführen
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Das HD-AGR-System 60 umfasst ein HD-AGR-Ventil 64, das dazu ausgelegt ist, den Strom rückgeführter Abgase durch den HD-AGR-Kanal 62 zu regeln.
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Die Abgase innerhalb des heißen Abgaskanals 42 können bei einer höheren Temperatur als die Abgase innerhalb des heißen Einlasskanals 18 und des Einlasskrümmers 32 sein. Folglich kann es wünschenswert sein, dass die rückgeführten Abgase gekühlt werden, ehe sie innerhalb des heißen Einlasskanals 18 oder des Einlasskrümmers 32 mit den Einlassgasen gemischt werden, um die Dichte des Gemischs von Einlassluft und rückgeführten Abgasen innerhalb des Einlasskrümmers 32 zu erhöhen. Das HD-AGR-System 60 umfasst folglich einen HD-AGR-Kühler 66, der am HD-AGR-Kanal 62 bereitgestellt und dazu ausgelegt ist, die rückgeführten Abgase zu kühlen.
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Unter einigen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, z. B. bei hoher Kraftmaschinenleistung, wenn der Turbolader arbeitet, um den Druck der Einlassgase innerhalb des Einlasskrümmers zu erhöhen, kann der Druck der Einlassgase innerhalb des Einlasskrümmers 32 und des heißen Einlasskanals 18 größer als der Druck von Abgasen innerhalb des heißen Abgaskanals 42 sein. Unter solchen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen kann eine Rückführung von Abgasen unter Nutzung des HD-AGR-Systems 60 nicht möglich sein.
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Im Gegensatz dazu, da das ND-AGR-System Abgase zu einer dem Turboladerverdichter vorgelagerten Position rückführt, kann das ND-AGR-System in der Lage sein, unter im Wesentlichen allen Betriebsbedingungen der Kraftmaschinenanordnung 2 Abgase rückzuführen.
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Das Rückführen von Abgasen unter Nutzung des ND-AGR-Systems kann jedoch zu einer Abnutzung des Turboladerverdichters 22 führen, da Tröpfchen kondensierenden Wasser innerhalb der rückgeführten Abgase auf die Schaufeln des Verdichters aufprallen, wenn die rückgeführten Abgase den Verdichter durchströmen.
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Ferner können HD-AGR-Systeme leichter zu steuern sein, da die rückgeführten Abgase direkt in den Einlasskrümmer 32 der Kraftmaschine eingeleitet werden können und damit eine unmittelbare Kraftmaschinenantwort bereitstellen.
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Es ist wünschenswert, ein AGR-System bereitzustellen, das die Nachteile sowohl von ND-AGRals auch von HD-AGR-Systemen überwindet.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Turboladeranordnung für eine Kraftmaschinenanordnung bereitgestellt, wobei die Kraftmaschinenanordnung ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) umfasst, das einen AGR-Kanal aufweist, der dazu ausgelegt ist, Abgase zu einem Eintritt der Kraftmaschinenanordnung rückzuführen, wobei die Turboladeranordnung Folgendes umfasst: einen Verdichter, der dazu ausgelegt ist, in die Kraftmaschinenanordnung eintretende Einlassgase zu verdichten; eine Turbine, die dazu ausgelegt ist, Abgase, die die Kraftmaschinenanordnung verlassen, zu expandieren und den Verdichter anzutreiben; und einen Zusatzverdichter, z. B. einen AGR-Verdichter / eine AGR-Pumpe, der bzw. die dazu ausgelegt ist, die vom AGR-Kanal rückgeführten Abgase zu verdichten, wobei der Zusatzverdichter von der Turbine angetrieben wird, z. B. direkt angetrieben wird, und wobei der Zusatzverdichter auf einer Seite angeordnet ist, die der zum Verdichter gerichteten Turbinenseite gegenüberliegt.
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Der Zusatzverdichter kann ein Radialverdichter sein, der dazu ausgelegt ist, Abgase aufzunehmen, die in einer im Wesentlichen axialen Richtung strömen, und die Abgase zu drehen, sodass sie an einem Auslass des Zusatzverdichters in einer im Wesentlichen radialen Richtung strömen. Alternativ kann der Zusatzverdichter ein Axialverdichter sein, der dazu ausgelegt ist, Abgase, die in einer im Wesentlichen axialen Richtung strömen, aufzunehmen und abzugeben.
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Die Turboladeranordnung kann ferner eine Welle umfassen. Der Verdichter, die Turbine und der Zusatzverdichter können auf der Welle bereitgestellt sein. Der Zusatzverdichter kann entlang der Welle auf einer Seite angeordnet sein, die der zum Verdichter gerichteten Turbinenseite gegenüberliegt.
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Der Zusatzverdichter kann dazu ausgelegt sein, durch die Turbine expandierte Abgase, z. B. einen Teil der expandierten Abgase, zu verdichten. Ein Einlass des Zusatzverdichters kann in einem Auslass vom Strom der Turbine angeordnet sein. Alternativ kann der Zusatzverdichter dazu ausgelegt sein, Abgase, die von der Turbine einem Turbinenauslass vorgelagert abgelassen wurden, zu verdichten. Die Turbine kann einen Ablassanschluss umfassen, der dazu ausgelegt ist, Abgase, z. B. einen Teil der Abgase, von der Turbine, einem Auslass der Turbine vorgelagert, in einen Einlass des Zusatzverdichters abzulassen.
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Der Zusatzverdichter kann einen Umgehungskanal definieren, der dazu ausgelegt ist, Abgasen zu gestatten, durch den Zusatzverdichter zu strömen, ohne von dem Zusatzverdichter verdichtet zu werden, z. B. den Zusatzverdichter umgehend.
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Der Umgehungskanal kann ein zentraler Kanal sein, der auf oder nahe bei einer mittleren Achse des Turboladers bereitgestellt ist. Alternativ kann der Umgehungskanal von der Turboladeranordnung definiert sein, z. B. zwischen Gehäusen der Turboladeranordnung, wie etwa einem Turbinengehäuse und einem Zusatzverdichtergehäuse.
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Ein Einlass des Zusatzverdichters kann eine im Wesentlichen ringförmige Öffnung definieren. Ein äußerer Radius des Zusatzverdichtereinlasses kann größer als oder ebenso groß wie ein äußerer Radius eines Auslasses der Turbine sein.
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Der Umgehungskanal kann radial innerhalb eines Innenradius des Zusatzverdichtereinlasses definiert sein.
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Alternativ kann ein äußerer Radius eines Einlasses des Zusatzverdichters kleiner als ein Radius eines Auslasses der Turbine sein. Eine Turboladeranordnung kann einen Umgehungskanal umfassen, der radial außerhalb des Zusatzverdichters definiert ist. Die Turboladeranordnung kann so ausgelegt sein, dass ein Teil der Abgase um eine Außenseite des Zusatzverdichters strömt, um den Zusatzverdichter zu umgehen. Mit anderen Worten, der Umgehungskanal kann um den Zusatzverdichter angeordnet sein, z. B. zwischen dem Zusatzverdichter und einem Auslasskanal.
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Abgase, die den Zusatzverdichter umgehen, werden nicht über den AGR-Kanal rückgeführt.
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Eine rotierende Komponente des Zusatzverdichters kann integral mit einer rotierenden Komponente der Turbine ausgebildet sein. Beispielsweise können die Schaufeln des Zusatzverdichters integral mit den Schaufeln der Turbine ausgebildet sein. Optional kann die Zusatzverdichternabe integral mit der Turbinennabe ausgebildet sein. Mit anderen Worten, ein Verdichterrad des Zusatzverdichters kann integral mit einem Turbinenrad der Turbine ausgebildet sein.
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Alternativ kann die rotierende Komponente des Zusatzverdichters, z. B. die Schaufeln und optional die Nabe, mit einer rotierenden Komponente der Turbine gekoppelt, z. B. direkt gekoppelt, sein.
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Der Zusatzverdichter kann so ausgelegt sein, dass ein Auslassdruck des Zusatzverdichters einem Auslassdruck des Verdichters im Wesentlichen gleicht oder größer als dieser ist.
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Der Turbolader kann ein Turbinengehäuse umfassen, das dazu ausgelegt ist, die Turbine aufzunehmen. Der Zusatzverdichter kann innerhalb des Turbinengehäuses bereitgestellt sein.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Kraftmaschinenanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die Kraftmaschinenanordnung Folgendes umfasst: einen AGR-Kanal, der dazu ausgelegt ist, Abgase zu einem Einlass der Kraftmaschinenanordnung rückzuführen; und eine Turboladeranordnung mit: einem Verdichter, der dazu ausgelegt ist, in die Kraftmaschinenanordnung eintretende Einlassgase zu verdichten; und einer Turbine, die dazu ausgelegt ist, Abgase, die die Kraftmaschinenanordnung verlassen, zu expandieren und den Verdichter anzutreiben; und einem Zusatzverdichter, der dazu ausgelegt ist, die vom AGR-Kanal rückgeführten Abgase zu verdichten, wobei der Zusatzverdichter von der Turbine angetrieben wird, wobei der Zusatzverdichter auf einer Seite angeordnet ist, die der zum Verdichter gerichteten Turbinenseite gegenüberliegt.
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Der Verdichter, die Turbine und der Zusatzverdichter können auf einer Welle der Turboladeranordnung bereitgestellt sein. Der Zusatzverdichter kann entlang der Turboladerwelle auf einer Seite bereitgestellt sein, die der zum Verdichter gerichteten Turbinenseite gegenüberliegt.
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Der Zusatzverdichter kann dazu ausgelegt sein, die Abgase, die von der Turbine expandiert wurden, zu verdichten. In einigen Anordnungen kann der Zusatzverdichter dazu ausgelegt sein, Abgase, die von der Turbine einem Auslass der Turbine vorgelagert abgelassen wurden, zu verdichten.
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Der AGR-Kanal kann dazu ausgelegt sein, Abgase von einer der Turbine nachgelagerten Position, z. B. zwischen einem Auslass der Turbine und einem Abgasauslass der Kraftmaschinenanordnung, zu einer Position zwischen einem Auslass des Verdichters und einem Einlasskrümmer der Kraftmaschinenanordnung rückzuführen. Auf diese Weise können die rückgeführten Abgase, nachdem sie rückgeführt wurden, den Verdichter nicht durchströmen.
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Die Kraftmaschinenanordnung kann ferner einen AGR-Kühler umfassen, der dazu ausgelegt ist, die vom Zusatzverdichter verdichteten Abgase zu kühlen. Mit anderen Worten, der Zusatzverdichter kann relativ zum Strom der rückgeführten Abgase zwischen der Turbine und dem AGR-Kühler angeordnet sein.
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Die Kraftmaschinenanordnung kann ferner einen Ladeluftkühler umfassen, der dazu ausgelegt ist, die vom Verdichter verdichtete Einlassluft zu kühlen. Der AGR-Kanal kann dazu ausgelegt sein, die Abgase zu einer Position zwischen dem Ladeluftkühler und einem Einlasskrümmer der Kraftmaschinenanordnung rückzuführen. In einigen Anordnungen können die AGR-Gase in den Einlasskrümmer eingeleitet werden. Alternativ kann der AGR-Kanal dazu ausgelegt sein, die Abgase zu einer dem Ladeluftkühler vorgelagerten Position rückzuführen, z. B. zwischen dem Verdichterauslass und dem Ladeluftkühler. Auf diese Weise können die rückgeführten Abgase von dem Ladeluftkühler gekühlt werden.
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Die Turboladeranordnung kann so ausgelegt sein, dass ein Auslassdruck des Zusatzverdichters einem Auslassdruck des Verdichters im Wesentlichen gleicht oder größer als dieser ist, sodass z. B. der Druck der in den Einlass der Kraftmaschinenanordnung eingeleiteten rückgeführten Abgase dem Druck der Einlassluft innerhalb des Einlasses im Wesentlichen gleicht oder größer als dieser ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Kraftmaschinenanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die Kraftmaschinenanordnung Folgendes umfasst: einen AGR-Kanal, der dazu ausgelegt ist, Abgase zu einem Einlass der Kraftmaschinenanordnung rückzuführen; und einen AGR-Kühler, der dazu ausgelegt ist, die Temperatur der von dem AGR-Kanal rückgeführten Abgase zu reduzieren; und eine Turboladeranordnung mit: einer Turbine, die dazu ausgelegt ist, Abgase, die die Kraftmaschinenanordnung verlassen, zu expandieren; und einem Zusatzverdichter, der von der Turbine angetrieben wird und dazu ausgelegt ist, die über den AGR-Kanal rückgeführten Abgase zu verdichten, ehe die rückgeführten Abgase von dem AGR-Kühler gekühlt werden. Mit anderen Worten, der Zusatzverdichter kann in Bezug auf den Strom der Abgase zwischen der Turbine und dem AGR-Kühler angeordnet sein.
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Die Turboladeranordnung kann ferner einen Verdichter umfassen, der dazu ausgelegt ist, Einlassgase, die in die Kraftmaschinenanordnung eintreten, zu verdichten. Der Verdichter kann von der Turbine angetrieben werden. Der Zusatzverdichter kann auf der Seite angeordnet sein, die der zum Verdichter gerichteten Turbinenseite gegenüberliegt.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschinenanordnung bereitgestellt, wobei die Kraftmaschinenanordnung Folgendes umfasst: ein Abgasrückführungssystem (AGR-System), das einen AGR-Kanal aufweist, der dazu ausgelegt ist, Abgase zu einem Eintritt der Kraftmaschinenanordnung rückzuführen; und eine Turboladeranordnung, die Folgendes umfasst: einen Verdichter, der dazu ausgelegt ist, in die Kraftmaschinenanordnung eintretende Einlassgase zu verdichten; eine Turbine, die dazu ausgelegt ist, Abgase, die die Kraftmaschinenanordnung verlassen, zu expandieren und den Verdichter anzutreiben; und einen Zusatzverdichter, der dazu ausgelegt ist, die von dem AGR-Kanal rückgeführten Abgase zu verdichten, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Verdichten eines Teils des Abgases unter Verwendung des Zusatzverdichters; Rückführen des verdichteten Teils der Abgase über den AGR-Kanal; und Kühlen des verdichteten Teils der Abgase unter Verwendung eines im AGR-Kanal bereitgestellten AGR-Kühlers.
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Das Verfahren kann ferner ein Mischen der rückgeführten Abgase mit den verdichteten Einlassgasen innerhalb des Einlassystems der Kraftmaschinenanordnung umfassen.
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Das Verfahren kann ferner ein Kühlen des Gemischs von Einlass- und Abgasen unter Verwendung eines im Einlasssystem bereitgestellten Ladeluftkühlers umfassen.
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Um in der Beschreibung unnötige Doppelarbeit und Wiederholung von Text zu vermeiden, sind bestimmte Merkmale nur im Hinblick auf einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass im Hinblick auf irgendeinen Aspekt oder irgendeine Ausführungsform der Erfindung beschriebene Merkmale, wo dies technisch möglich ist, auch mit jedem anderen Aspekt oder jeder anderen Ausführungsform der Erfindung verwendet werden können.
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Figurenliste
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Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um deutlicher zu zeigen, wie diese umgesetzt werden kann, werden an dieser Stelle die beigefügten beispielhaften Zeichnungen erläutert, in welchen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Kraftmaschinenanordnung ist, die ein Niederdruck-Abgasrückführungssystem umfasst;
- 2 eine schematische Ansicht einer Kraftmaschinenanordnung ist, die ein Hochdruck-Abgasrückführungssystem umfasst;
- 3 eine schematische Ansicht einer Kraftmaschinenanordnung ist, die ein von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgtes Abgasrückführungssystem gemäß Anordnungen der vorliegenden Offenbarung umfasst;
- 4 eine schematische Ansicht einer Kraftmaschinenanordnung ist, die ein von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgtes Abgasrückführungssystem gemäß einer weiteren Anordnung der vorliegenden Offenbarung umfasst;
- 5 eine schematische Ansicht einer Abgasrückführungseinrichtung gemäß Anordnungen der vorliegenden Offenbarung ist;
- 6 eine schematische Ansicht einer Abgasrückführungseinrichtung gemäß einer weiteren Anordnung der vorliegenden Offenbarung ist;
- 7 eine schematische Ansicht einer Abgasrückführungseinrichtung gemäß einer weiteren Anordnung der vorliegenden Offenbarung ist;
- 8 eine schematische Ansicht einer Abgasrückführungseinrichtung gemäß einer weiteren Anordnung der vorliegenden Offenbarung ist; und
- 9 eine schematische Ansicht einer Abgasrückführungseinrichtung gemäß einer weiteren Anordnung der vorliegenden Offenbarung ist.
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Ausführliche Beschreibung
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Bezug nehmend auf 3 umfasst eine Kraftmaschinenanordnung 100 gemäß Anordnungen der vorliegenden Offenbarung ein Einlasssystem 110, einen Turbolader 120, eine Kraftmaschine 130 und ein Abgassystem 140.
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Das Einlasssystem 110, der Turbolader 120, die Kraftmaschine 130 und das Abgassystem 140 ähneln dem Einlasssystem 20, dem Turbolader 20, der Kraftmaschine 30 und dem Abgassystem 40 der Kraftmaschinenanordnung 2, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben wurde. Die vorstehend beschriebenen Merkmale der Kraftmaschinenanordnung 2 können gleichermaßen auf die Kraftmaschinenanordnung 100 angewendet werden.
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Die Kraftmaschinenanordnung 100 unterscheidet sich darin von der Kraftmaschinenanordnung 2, dass die Kraftmaschinenanordnung 100 ein von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgtes AGR-System 200 gemäß Anordnungen der vorliegenden Offenbarung umfasst.
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Das von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgte AGR-System 200 umfasst einen Zusatzverdichter 202. Der Zusatzverdichter 202 wird von einer Turbine 124 des Turboladers 120 angetrieben und ist dazu ausgelegt, den Teil der Abgase, der von dem von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgten AGR-System 200 rückzuführen ist, zu verdichten. Der Zusatzverdichter 202 kann folglich als ein AGR-Verdichter oder eine AGR-Pumpe bezeichnet werden. In der in 3 abgebildeten Anordnung ist der Zusatzverdichter 202 einer Turbine 124 des Turboladers 120 nachgelagert, z. B. zwischen der Turboladerturbine 124 und einem Abgasauslass 144 des Abgassystems 140, in Bezug auf den Strom von Abgasen durch das Abgassystem 140. Auf diese Weise kann der Teil der Abgase, der von dem Zusatzverdichter 202 verdichtet wird, vorher durch die Turbine 124 expandiert worden sein.
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In der abgebildeten Anordnung strömt der Teil der Abgase, der von dem von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgten AGR-System rückzuführen ist, über einen Auslass der Turbine 124 aus der Turbine, ehe er in den Zusatzverdichter 202 geleitet wird. In anderen Anordnungen der Offenbarung kann jedoch der Teil der Abgase, der von dem von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgten AGR-System rückzuführen ist, an einer dem Turbinenauslass vorgelagerten Position von der Turbine abgelassen und in den Zusatzverdichter geleitet werden.
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Wenn der Zusatzverdichter dazu ausgelegt ist, Abgase zu verdichten, die (mindestens teilweise) innerhalb der Turboladerturbine 124 expandiert wurden, kann ein Einlassdruck des Zusatzverdichters 202 einem Auslassdruck der Turboladerturbine 124 oder einem Zwischendruck zwischen dem Einlassdruck der Turbine und dem Auslassdruck der Turbine im Wesentlichen gleichen.
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In anderen Anordnungen der Offenbarung kann jedoch der Teil der Abgase, der von dem Zusatzverdichter 202 zu verdichten ist, vom Massenstrom der Abgase, der Turboladerturbine 124 vorgelagert, z. B. zwischen einem Auslasskrümmer 134 der Kraftmaschine 130 und der Turbine 124, getrennt werden. In diesem Fall kann der Einlassdruck des Zusatzverdichters 202 im Wesentlichen gleich dem Einlassdruck der Turboladerturbine 124 oder einem Zwischendruck zwischen dem Einlass- und dem Auslassdruck der Turboladerturbine 124 sein.
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Das von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgte AGR-System 200 umfasst ferner einen AGR-Kanal 204, der dazu ausgelegt ist, die von dem Zusatzverdichter 202 verdichteten Abgase zum Einlasssystem 110 rückzuführen. Wie in 3 gezeigt, können die von dem von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgten AGR-System 200 rückgeführten Abgase an einem Einlasskrümmer 132 der Kraftmaschine 130 eingeleitet werden. Alternativ können die rückgeführten Abgase, wie in 4 dargestellt, in einen heißen Einlasskanal 118 des Einlasssystems 110 eingeleitet werden, z. B. in Bezug auf den Strom der Einlassluft zwischen einem Turboladerverdichter 122 und dem Einlasskrümmer 132.
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In der in 4 gezeigten Anordnung werden die rückgeführten Abgase einem Ladeluftkühler 119 vorgelagert wieder eingeleitet, sodass die rückgeführten Abgase von dem Ladeluftkühler 119 zusammen mit der Einlassluft gekühlt werden. In anderen Anordnungen der Offenbarung können die rückgeführten Abgase jedoch dem Ladeluftkühler nachgelagert eingeleitet werden, z. B. zwischen dem Ladeluftkühler 119 und dem Einlasskrümmer 132.
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Es kann wünschenswert sein, dass die rückgeführten Abgase vor der Wiedereinleitung in das Einlasssystem 110 gekühlt werden, um die Dichte der Einlassgase innerhalb des Einlasskrümmers 132 zu erhöhen. Das von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgte AGR-System 200 umfasst folglich einen AGR-Kühler 206, der am AGR-Kanal 204 bereitgestellt ist. Der AGR-Kühler 206 ist dem Zusatzverdichter 202 nachgelagert bereitgestellt, z. B. zwischen dem Zusatzverdichter 202 und dem Einlasssystem 110, sodass die rückgeführten Abgase verdichtet werden, ehe sie vom AGR-Kühler 206 gekühlt werden. Mit anderen Worten, der AGR-Verdichter 202 kann zwischen dem Abgassystem 140, z. B. einem heißen Abgaskanal 142 oder einem kalten Abgaskanal 146 des Abgassystems 140, und dem AGR-Kühler 206 bereitgestellt werden.
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Bezug nehmend auf 5 kann gemäß Anordnungen der vorliegenden Offenbarung in einigen Anordnungen ein Zusatzverdichter 550 zum Verdichten der rückgeführten Abgase als Teil einer Turboladeranordnung 500 bereitgestellt werden. Wenn die Kraftmaschinenanordnung 100 das von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgte AGR-System 200 umfasst, kann gemäß der vorliegenden Offenbarung innerhalb der Kraftmaschinenanordnung 100 anstelle der Turboladeranordnung 20, 120 die Turboladeranordnung 500 bereitgestellt werden.
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Wie in 5 gezeigt, umfasst die Turboladeranordnung 500 einen Turboladerverdichter 510, eine Turboladerlageranordnung 520, eine Turboladerturbine 530, eine Turboladerwelle 540 und den Zusatzverdichter 550.
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In der in 5 gezeigten Anordnung ist der Turboladerverdichter 510 ein Verdichter mit radialem Ablauf. Der Turboladerverdichter 510 ist dazu ausgelegt, einen im Wesentlichen axialen Strom von Einlassgasen vom kalten Einlasskanal 116 aufzunehmen und den Strom der Einlassgase so zu drehen und zu verdichten, dass die verdichteten Einlassgase vom Verdichter 510 in einer im Wesentlichen radialen Richtung ausgegeben werden, z. B. relativ zu einer mittleren Achse der Turboladerwelle 540.
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Der Turboladerverdichter 510 umfasst einen Verdichterrotor 512 und ein Verdichtergehäuse 514. Der Verdichterrotor 512 ist dazu ausgelegt, sich innerhalb des Verdichtergehäuses 514 zu drehen, sodass Schaufeln 512a des Verdichters auf die Einlassgase wirken, die in den Verdichter eintreten, um die Einlassgase zu verdichten und zu drehen, sodass sie in einer im Wesentlichen radialen Richtung strömen. Die Verdichterschaufeln 512a werden auf einer Nabe 512b des Verdichterrotors 512 getragen, die mit der Turboladerwelle 540 gekoppelt ist.
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Die Turboladerturbine 530 umfasst ein Turbinengehäuse 534 und einen Turbinenrotor 532, der dazu ausgelegt ist, sich innerhalb des Turbinengehäuses 534 zu drehen. Das Turbinengehäuse 534 kann vom Verdichtergehäuse 514 getrennt und mit dem Verdichtergehäuse gekoppelt, z. B. verschraubt, sein. Alternativ können das Verdichtergehäuse und das Turbinengehäuse integral sein.
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Der Turbinenrotor 532 ist so ausgelegt, dass Abgase, die zwischen Turbinenschaufeln 532a des Turbinenrotors hindurchströmen, eine Rotation des Turbinenrotors 532 antreiben, wenn sich der Druck der Abgase reduziert. Die Turbinenschaufeln werden auf einer Nabe 532b des Turbinenrotors getragen, die mit der Turboladerwelle 540 gekoppelt ist.
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Die Turboladerwelle 540 erstreckt sich zwischen dem Turboladerverdichter 510 und der Turboladerturbine 530 und überträgt die von der Turbine erzeugte Energie an den Verdichterrotor 512. Die Rotation der Welle 540 wird von der Lageranordnung 520 unterstützt.
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Die Lageranordnung umfasst ein Lager 522, etwa ein Rollenlager, ein Kugellager, ein Pleuellager oder ein jegliches Lager, das für ein Unterstützen der Rotation der Welle geeignet ist, und ein Lagergehäuse 524. Eine rotierende Komponente 522a des Lagers ist mit der Welle 540 gekoppelt, und eine statische Komponente 522b des Lagers wird von dem Lagergehäuse 524 getragen.
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In der in 5 gezeigten Anordnung ist das Lagergehäuse 524 eine vom Verdichtergehäuse 514 und dem Turbinengehäuse 532 getrennte Komponente und ist mit dem Verdichter- und dem Turbinengehäuse gekoppelt, z. B. unter Verwendung von Schrauben und/oder Dübeln. In anderen Anordnungen der vorliegenden Offenbarung kann das Lagergehäuse 524 jedoch integral mit dem Verdichtergehäuse 514 und/oder dem Turbinengehäuse 534 ausgeführt sein.
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In der in 5 gezeigten Anordnung ist die Lageranordnung 520 zwischen dem Turboladerverdichter 510 und der Turboladerturbine 530 bereitgestellt, z. B. entlang der Turboladerwelle 540. Es ist jedoch gleichermaßen vorgesehen, dass die Lageranordnung 520 auf der Seite bereitgestellt sein kann, die der zur Turbine gerichteten Verdichterseite gegenüberliegt, oder auf der Seite, die der zum Verdichter gerichteten Turbinenseite gegenüberliegt, z. B. entlang der Welle.
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Wie in 5 dargestellt, ist der Zusatzverdichter 550 so angeordnet, dass ein Teil der Abgase, die aus einem Auslass 530b der Turbine 530 strömen, in einen Einlass 550a des Zusatzverdichters 550 strömt. Der Zusatzverdichter 550 umfasst einen Rotor 552 und ein Gehäuse 554. Das Zusatzverdichtergehäuse 554 kann integral mit dem Turbinengehäuse 534 ausgeführt, z. B. ein Teil dieses Gehäuses sein. Mit anderen Worten, der Rotor 552 des Zusatzverdichters 550 kann innerhalb des Turbinengehäuses 534 ausgeführt sein. Alternativ, in anderen Anordnungen der Offenbarung, kann der Zusatzverdichter 554 eine vom Turbinengehäuse 534 separate Komponente sein und kann mit dem Turbinengehäuse unter Verwendung von Befestigungselementen wie Schrauben und/oder Dübeln gekoppelt sein.
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Der Zusatzverdichterrotor 552 ist ähnlich dem Verdichterrotor 512 ausgelegt. Schaufeln 552a des Rotors 552 sind dazu ausgelegt, die durch den Zusatzverdichter strömenden Abgase zu verdichten. Wie in 5 dargestellt, ist der Zusatzverdichter 550 ein Verdichter mit radialem Ablauf, und die Schaufeln 552a des Zusatzverdichters sind dazu ausgelegt, den Auslassstrom von der Turboladerturbine 530 von einer im Wesentlichen axialen Richtung in eine Richtung mit einer vergrößerten radialen Komponente (relativ zur mittleren Achse der Turboladerwelle 540) zu drehen. In anderen Anordnungen, beispielsweise wie in 6 dargestellt, kann der Zusatzverdichter 550 ein Verdichter mit axialer Strömung sein, der so ausgelegt ist, dass der Strom von Abgasen während der Zeit, in der die Abgase durch die Schaufeln 552a des Verdichterrotors strömen, eine im Wesentlichen axiale Geschwindigkeit hat; beispielsweise kann eine radiale Komponente von Geschwindigkeit der Abgase im Wesentlichen unverändert bleiben, wenn die Abgase durch den Verdichter strömen.
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Bezug nehmend auf die 5 und 6 und ungeachtet dessen, ob der Zusatzverdichter 550 ein Verdichter mit axialer Strömung oder ein Verdichter mit radialer Strömung ist, ist das Gehäuse 554 des Zusatzverdichters dazu ausgelegt, die verdichteten Abgase zu sammeln, die den Zusatzverdichter 550 durchströmt haben. Der Zusatzverdichter 554 definiert einen Auslass 556 des Zusatzverdichters, der die verdichteten Abgase zu dem AGR-Kanal 204 transportiert. Wie in den 5 und 6 dargestellt, kann der Auslass 556 so ausgelegt sein, dass der durch den Auslass 556 strömende Strom von Abgasen relativ zur mittleren Achse der Turboladerwelle im Wesentlichen radial ist. Alternativ kann der Auslass 556 so ausgelegt sein, dass der durch den Auslass 556 strömende Strom von Abgasen im Wesentlichen axial ist oder Komponenten in der axialen und radialen Richtung hat.
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Wie in den 5 und 6 dargestellt, ist der Zusatzverdichter 550 auf einer Seite angeordnet, die der zum Turboladerverdichter 510 gerichteten Seite der Turboladerturbine 530 gegenüberliegt, z. B. entlang der Welle 540 des Turboladers. Der Zusatzverdichter 550 kann an einer Auslassseite der Turboladerturbine angeordnet sein, z. B. angrenzend an den Auslass 530b der Turboladerturbine. Ferner kann der Zusatzverdichter 550 an oder dicht bei einem Einlass des kalten Abgaskanals 146 angeordnet sein. Beispielsweise kann der Zusatzverdichter 550 so angeordnet sein, dass ein Einlass 550a des Zusatzverdichters um einen Einlass zum kalten Abgaskanal angeordnet ist. Abgase, die aus dem Turboladerturbinenauslass 530b strömen und nicht in den Einlass 550a des Zusatzverdichters eintreten, können in den kalten Abgaskanal 146 gelangen.
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In den in den 5 und 6 gezeigten Anordnungen ist der Einlass 550a zum Zusatzverdichter im Wesentlichen ringförmig. Ein äußerer Radius des Zusatzverdichtereinlasses 550a ist von gleicher Größe wie der äußere Radius des Turbinenauslasses 530b oder größer als dieser. Ferner, wie in 6 dargestellt, kann der äußere Radius des Zusatzverdichtereinlasses 550a von gleicher Größe wie ein äußerer Radius des kalten Abgaskanals 146 oder größer als dieser sein.
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In den Anordnungen, die in den 5 und 6 gezeigt werden, befindet sich der Verdichter 550 entlang der Turboladerwelle 540 in einem Abstand zur Turboladerturbine 530. Bezug nehmend auf 7 kann der Zusatzverdichter 550 in anderen Anordnungen der Offenbarung mit der Turboladerturbine gekoppelt, z. B. direkt mit ihr gekoppelt, oder integral mit der Turboladerturbine ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Rotor 552 des Zusatzverdichters direkt mit dem Rotor 532 der Turboladerturbine gekoppelt oder integral mit ihm ausgebildet sein. Mit anderen Worten, der Zusatzverdichterrotor kann von einem Verdichterabschnitt 536 des Turboladerturbinenrotors gebildet werden, in dem die Geometrie der Schaufeln 532a der Turbine so ausgelegt wurde, dass die Abgase wieder verdichtet und die wieder verdichteten Abgase in Richtung des Zusatzverdichterauslasses 556 gerichtet werden. In solchen Anordnungen kann der Einlass 550a des Zusatzverdichters durch die Position definiert sein, an der ein zum Expandieren der Abgase ausgelegter Expanderabschnitt 538 der Turboladerturbine in den Verdichterabschnitt 536 der Turboladerturbine übergeht, innerhalb dessen die Abgase wieder verdichtet werden.
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Wie in 7 dargestellt, kann der Verdichterabschnitt 536 der Turboladerturbine radial außerhalb eines Expanderabschnitts 538 oder eines Teils des Expanderabschnitts der Turboladerturbine angeordnet sein.
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Die Schaufeln 532a der Turboladerturbine 530 können integral mit Schaufeln 552a des Zusatzverdichters 550 ausgebildet sein. Alternativ können die Schaufeln 552a des Zusatzverdichters von den Schaufeln 532a der Turboladerturbine getrennt sein. Beispielsweise können die Schaufeln 552a des Zusatzverdichters zwischen den Schaufeln der Turboladerturbine positioniert sein, z. B. winklig zwischen ihnen, z. B. um die Turbinenrotornabe 532b.
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Die Turboladeranordnung 500 kann einen Strömungsteiler 560 umfassen, der dazu ausgelegt ist, den die Turboladerturbine verlassenden Strom zu teilen, sodass ein erster Teil der expandierten Abgase in den Einlass 550a des Zusatzverdichters strömt, und ein zweiter Teil der expandierten Abgase in den kalten Abgaskanal 146 strömt.
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Wie in den 5 und 6 dargestellt, kann der Strömungsteiler 560 durch den Zusatzverdichter 550 gebildet werden, z. B. den Rotor 552 und/oder das Gehäuse 554 des Zusatzverdichters. Alternativ, wie beispielsweise in 7 dargestellt, kann der Strömungsteiler 560 durch einen Teil des Turboladerrotors gebildet werden, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Teil der von der Turboladerturbine expandierten Abgase in den Zusatzverdichter zu leiten, z. B. in den Verdichterabschnitt 536 der Turboladerturbine, und einen zweiten Teil der expandierten Abgase in Richtung des kalten Abgaskanals 146 zu leiten.
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Wie in den 5 und 6 dargestellt, definiert der Zusatzverdichter 550 in einigen Anordnungen der Offenbarung einen Umgehungskanal 570, der dazu ausgelegt ist, dem zweiten Teil von Abgasen zu erlauben, den Turbolader zu verlassen, z. B. dem Teil der Abgase, die nicht durch das von einer Turbine mit Pumpenleistung versorgte AGR-System 200 rückzuführen sind, um den Zusatzverdichter 550 zu umgehen. In der in den 5 und 6 gezeigten Anordnung ist der Umgehungskanal 570 innerhalb des Rotors 552 des Zusatzverdichters definiert.
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Der Umgehungskanal 570 ist radial innerhalb der Schaufeln 552a des Zusatzverdichterrotors bereitgestellt. Der Umgehungskanal 570 kann in einer Nabe des Zusatzverdichterrotors ausgebildet oder kann zwischen der Nabe und den Schaufeln ausgebildet sein. Schaufeltragelemente (nicht gezeigt) können zwischen der Nabe und den Schaufeln entlang des Umgehungskanals 570 verlaufen. Die Schaufeltragelemente können dazu ausgelegt sein, für die Abgase, die den Umgehungskanal 570 durchströmen, eine minimale Interferenz bereitzustellen.
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In anderen Anordnungen der Offenbarung kann der Umgehungskanal 570 zwischen dem Rotor 552 und dem Gehäuse 554 des Zusatzverdichters definiert sein.
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Der Strömungsteiler 560 kann dazu ausgelegt sein, die Abgase, welche den Zusatzverdichter 550 durchströmen, z. B. vom Zusatzverdichter verdichtet werden, vom Strom der Abgase zu trennen, die den Umgehungskanal 570 durchströmen.
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Bezug nehmend auf 8 kann der Zusatzverdichter 550 in einigen Ausführungsformen der Offenbarung innerhalb des kalten Abgaskanals 146 angeordnet sein. Ein äußerer Radius des Zusatzverdichtergehäuses 554 kann kleiner als ein innerer Radius des kalten Abgaskanals 146 sein. In dieser Anordnung ist der Umgehungskanal 570 radial außerhalb des Zusatzverdichtergehäuses 554 definiert, z. B. zwischen dem Zusatzverdichtergehäuse 554 und dem kalten Abgaskanal 146. Der Strömungsteiler 560 wird dabei durch das Zusatzverdichtergehäuse 554 gebildet.
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Wie in 8 dargestellt, kann in solchen Anordnungen der Strom der verdichteten Abgase, die durch den Auslass 556 des Zusatzverdichters 550 strömen, im Wesentlichen axial sein. Der AGR-Kanal 204 ist mindestens teilweise innerhalb des kalten Abgaskanals 146 ausgeführt und kann entlang des kalten Abgaskanals verlaufen, koaxial mit dem kalten Abgaskanal 146. Der AGR-Kanal 204 verlässt den kalten Abgaskanal 146 an einer Ecke des kalten Abgaskanals. In anderen Anordnungen kann der in 8 dargestellte Zusatzverdichter 550 ein Verdichter mit radialem Ablauf sein, und der AGR-Kanal 204 kann aus dem kalten Abgaskanal 146 in einer Richtung verlaufen, die im Wesentlichen senkrecht zu einer mittleren Achse des kalten Abgaskanals 146 ist.
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In den in 8 dargestellten Anordnungen ist der Zusatzverdichter 550 innerhalb des kalten Abgaskanals 146 bereitgestellt. In anderen Anordnungen kann der Zusatzverdichter 550 jedoch innerhalb des Turbinengehäuses 534 angeordnet sein. In solchen Anordnungen kann der Umgehungskanal 570 zwischen dem Zusatzverdichtergehäuse 554 und dem Turbinengehäuse 534 definiert sein.
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Bezug nehmend auf 9 ist der Zusatzverdichter 500 in anderen Anordnungen der vorliegenden Offenbarung zwischen dem Turboladerverdichter 510 und der Turboladerturbine 530 bereitgestellt, z. B. ist die Turboladerturbine 530 auf einer Seite angeordnet, die der zum Turboladerverdichter 510 gerichteten Seite des Zusatzverdichters gegenüberliegt. Mit anderen Worten, der Zusatzverdichter ist auf einer Seite bereitgestellt, die der zum Turbinenauslass 530b gerichteten Seite der Turboladerturbine gegenüberliegt.
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Wie in 9 dargestellt, ist der Zusatzverdichterrotor 552 integral mit dem Turbinenrotor 532 ausgebildet. Der Zusatzverdichterrotor kann von einem Verdichterabschnitt 536 des Turboladerturbinenrotors gebildet werden, in dem die Geometrie der Schaufeln 532a der Turbine so ausgelegt wurde, dass die Abgase wieder verdichtet und die wieder verdichteten Abgase in Richtung des Zusatzverdichterauslasses 556 geleitet werden, anstatt z. B. auf den Turboladerturbinenauslass 530b.
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In der in 9 dargestellten Anordnung ist das Zusatzverdichtergehäuse 554 integral mit dem Turbinengehäuse 534 ausgebildet. Mit anderen Worten, der Zusatzverdichterrotor 552 ist innerhalb desselben Gehäuses wie der Turboladerturbinenrotor 532 bereitgestellt. In anderen Anordnungen kann der Zusatzverdichter 550 jedoch eine separate Gehäusekomponente 554 umfassen, die mit dem Turbinengehäuse 534 gekoppelt sein kann. Beispielsweise kann das Zusatzverdichtergehäuse 554 zwischen dem Lagergehäuse 524 und dem Turbinengehäuse 534 gekoppelt sein. Alternativ kann das Zusatzverdichtergehäuse 534 integral mit dem Lagergehäuse 524 ausgebildet sein. Mit anderen Worten, der Zusatzverdichterrotor 552 oder der Verdichterabschnitt 536 des Turbinenrotors 532 kann innerhalb des Lagergehäuses 524 ausgeführt sein.
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Die Turboladerturbine 530 ist mit mindestens einem Durchgangskanal 531 bereitgestellt, z. B. im Expanderabschnitt 538 des Turbinenrotors 542 bereitgestellt, so ausgelegt, dass ein Teil der Abgase vom Expanderabschnitt 538 des Rotors 532 zum Verdichterabschnitt 536 strömt. Die Abgase, welche zum Verdichterabschnitt 336 strömen, werden dann verdichtet und durch den Zusatzverdichterauslass 556 zum AGR-Kanal 204 geleitet.
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Die Abgase, welche zum AGR-Kanal 204 strömen, durchströmen folglich mindestens einen Teil der Turboladerturbine 530 in einer Richtung, die der Richtung der zum Turbinenauslass 530b strömenden Gase im Wesentlichen entgegengesetzt ist. Dies unterscheidet sich von den bisher beschriebenen Anordnungen, in denen die Strömungsrichtung von Abgas in Richtung des AGR-Kanals 204, z. B. durch den Zusatzverdichter 550, und in Richtung des kalten Abgaskanals 146, z. B. durch den Turbinenauslass 530b, ähnlich ist.
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Der Durchgangskanal 531 zwischen dem Expanderabschnitt 538 und dem Verdichterabschnitt 536 kann so ausgelegt sein, dass die in den Verdichterabschnitt 536 eintretenden Abgase vor dem Durchströmen des Durchgangskanals 531 zum Verdichterabschnitt 536 nicht expandiert wurden, z. B. innerhalb des Expanderabschnitts 538. Auf diese Weise kann ein Teil der Abgase den Expanderabschnitt 538 effektiv durchströmen. Alternativ können der Durchgangskanal 531 und/oder die Schaufeln 532a so ausgelegt sein, dass die Abgase, die den Durchgangskanal 531 durchströmen, innerhalb des Expanderabschnitts 538 mindestens teilweise expandiert werden, ehe sie in den Verdichterabschnitt 536 strömen.
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Figurenliste
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Die folgenden weiteren Aussagen zur Erfindung werden ebenfalls Bestandteil dieser Beschreibung:
- Aussage 1. Eine Abgasrückführungseinrichtung (AGR-Einrichtung) für eine Kraftmaschinenanordnung, wobei die Kraftmaschinenanordnung Folgendes umfasst:
- einen Abgaskanal, der dazu ausgelegt ist, Abgase zu leiten, die von der Kraftmaschine zu einem Abgasauslass strömen; und
- einen AGR-Kanal, der dazu ausgelegt ist, Abgase zu einem Lufteinlass der Kraftmaschine zu leiten, mittels der AGR-Einrichtung, die Folgendes umfasst:
- eine im Abgaskanal angeordnete Turboladerturbine, wobei die Turboladerturbine dazu ausgelegt ist, die durch den Abgaskanal strömenden Abgase zu expandieren;
- einen AGR-Verdichter, der zwischen der Turboladerturbine und dem AGR-Kanal angeordnet ist, z. B. relativ zum Strom von Abgasen, wobei ein Rotor des AGR-Verdichters einen Umgehungskanal definiert, der eine Passage für einen Strom expandierter Abgase bereitstellt, damit diese zum Abgasauslass strömen und dabei den AGR-Verdichter umgehen.
- Aussage 2. Eine AGR-Einrichtung gemäß Aussage 1, wobei die AGR-Einrichtung ferner Folgendes umfasst:
- einen Strömungsteiler zum Teilen der expandierten Abgase von der Turboladerturbine in:
- einen Umgehungsstrom, der den AGR-Verdichter umgeht und durch den Umgehungskanal zum Abgasauslass strömt; und
- einen AGR-Verdichterstrom, der von dem AGR-Verdichter verdichtet und in den AGR-Kanal geleitet wird.
- Aussage 3. Die AGR-Einrichtung gemäß einer der Aussagen 1 bis 2, wobei der Umgehungskanal im Querschnitt im Wesentlichen rund ist.
- Aussage 4. Die AGR-Einrichtung gemäß einer der Aussagen 1 bis 3, wobei ein Radius des Umgehungskanals kleiner als ein Radius eines Turboladerturbinenauslasses ist.
- Aussage 5. Die AGR-Einrichtung gemäß einer der Aussagen 1 bis 4, wobei der AGR-Verdichter mit der Turboladerturbine gekoppelt ist, sodass der AGR-Verdichter von der Turboladerturbine angetrieben wird.
- Aussage 6. Die AGR-Einrichtung gemäß einer der Aussagen 1 bis 5, wobei der AGR-Verdichter ferner Folgendes umfasst:
- mehrere AGR-Verdichterschaufeln;
- ein Gehäuse, z. B. ein Turbinengehäuse oder ein separates AGR-Verdichtergehäuse, das dazu ausgelegt ist, die mehreren AGR-Verdichterschaufeln aufzunehmen;
- eine Turbinenseite des Gehäuses, die der Turboladerturbine gegenüberliegt, wobei die Turbinenseite des Gehäuses dazu ausgelegt ist, die mehreren AGR-Verdichterschaufeln und den Umgehungskanal für Abgase freizulegen, die von der Turboladerturbine abgegeben werden, sodass abgegebene Abgase durch die mehreren AGR-Verdichterschaufeln und den Umgehungskanal strömen.
- Aussage 7. Die AGR-Einrichtung gemäß Aussage 6, wobei der Strömungsteiler dazu ausgelegt ist, eine Barriere zwischen den mehreren AGR-Verdichterschaufeln und dem Umgehungskanal zu bilden, sodass der AGR-Verdichterstrom durch die mehreren AGR-Verdichterschaufeln in den AGR-Kanal strömt und der Umgehungsstrom durch den Umgehungskanal in den Abgasauslass strömt.
- Aussage 8. Die AGR-Einrichtung gemäß Aussage 6 oder 7, wobei der Strömungsteiler mit den mehreren AGR-Verdichterschaufeln gekoppelt ist, z. B. so, dass sich der Strömungsteiler mit den mehreren AGR-Schaufeln dreht.
- Aussage 9. Die AGR-Einrichtung gemäß Aussage 6 oder 7, wobei der Strömungsteiler mit dem Gehäuse der AGR-Verdichterschaufeln gekoppelt ist, z. B. so, dass der Abgasteiler relativ zu den mehreren rotierenden AGR-Verdichterschaufeln stationär ist.
- Aussage 10. Die AGR-Einrichtung gemäß einer der Aussagen 6 bis 9, wobei die Turboladerturbine ferner mehrere Turboladerturbinenschaufeln umfasst, wobei
die mehreren AGR-Verdichterschaufeln mit den mehreren Turboladerturbinenschaufeln verbunden sind, sodass die mehreren AGR-Verdichterschaufeln von den mehreren Turboladerturbinenschaufeln angetrieben werden.
- Aussage 11. Die AGR-Einrichtung gemäß einer der Aussagen 1 bis 10, wobei der AGR-Verdichter ein Verdichter mit radialem Ablauf ist. Die mehreren AGR-Verdichterschaufeln können Laufradschaufeln sein.
- Aussage 12. Die AGR-Einrichtung gemäß einer der Aussagen 1 bis 10, wobei der AGR-Verdichter ein Verdichter mit axialer Strömung ist.
- Aussage 13. Ein AGR-System für eine Kraftmaschinenanordnung, wobei das AGR-System Folgendes umfasst:
- einen Lufteinlasskanal, der dazu ausgelegt ist, über einen Turboladerverdichter Einlassluft zu einem Lufteinlass der Kraftmaschine zu leiten;
- einen Abgaskanal, der dazu ausgelegt ist, Abgas zu leiten, das von der Kraftmaschine zu einem Abgasauslass strömt;
- einen AGR-Kanal, der dazu ausgelegt ist, Abgase mittels der AGR-Einrichtung zu dem Lufteinlass der Kraftmaschine zu leiten;
- eine im Abgaskanal angeordnete Turboladerturbine, wobei die Turboladerturbine dazu ausgelegt ist, die durch den Abgaskanal strömenden Abgase zu expandieren; und
- einen AGR-Verdichter, der zwischen der Turboladerturbine und dem AGR-Kanal angeordnet ist, z. B. relativ zum Strom von Abgasen, wobei ein Rotor des AGR-Verdichters einen Umgehungskanal definiert, der eine Passage für einen Strom expandierter Abgase bereitstellt, damit diese zum Abgasauslass strömen und dabei den AGR-Verdichter umgehen.
- Aussage 14. Ein AGR-System gemäß Aussage 13, wobei der AGR-Verdichterstrom durch den AGR-Kanal rückgeführt und an einem Punkt zwischen dem Turboladerverdichter und der Kraftmaschine wieder in den Lufteinlasskanal eingeleitet wird.
- Aussage 15. Das AGR-System gemäß Aussage 13 oder 14, wobei das AGR-System ferner Folgendes umfasst:
- eine Turboladerwelle, die dazu ausgelegt ist, den Turboladerverdichter, die Turboladerturbine und den AGR-Verdichter miteinander zu verbinden; und
- ein oder mehrere AGR-Verdichterverbindungsteile, z. B. radiale Verbindungsteile/Speichen, die dazu ausgelegt sind, die Turboladerwelle mit den mehreren AGR-Verdichterschaufeln zu verbinden, sodass die mehreren AGR-Verdichterschaufeln von der Turboladerwelle angetrieben werden.
- Aussage 16. Ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschinenanordnung, wobei die Kraftmaschinenanordnung Folgendes umfasst:
- einen Abgaskanal, der dazu ausgelegt ist, Abgase zu leiten, die von der Kraftmaschine zu einem Abgasauslass strömen; und
- einen AGR-Kanal, der dazu ausgelegt ist, Abgase zu einem Lufteinlass der Kraftmaschine zu leiten, mittels einer AGR-Einrichtung, die Folgendes umfasst:
- eine im Abgaskanal angeordnete Turboladerturbine, wobei die Turboladerturbine dazu ausgelegt ist, die durch den Abgaskanal strömenden Abgase zu expandieren;
- einen AGR-Verdichter, der zwischen der Turboladerturbine und dem AGR-Kanal angeordnet ist, wobei ein Rotor des AGR-Verdichters einen Umgehungskanal definiert, der eine Passage für einen Strom expandierter Abgase bereitstellt, damit diese zum Abgasauslass strömen und dabei den AGR-Verdichter umgehen.
- wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- Kanalisieren eines Umgehungsstroms expandierter Abgase in den Umgehungskanal, wobei der AGR-Verdichter umgangen wird.
- Aussage 17. Turboladeranordnung für eine Kraftmaschine, wobei die Kraftmaschine ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) mit einem AGR-Kanal umfasst, der dazu ausgelegt ist, Kraftmaschinenabgase zu einem Eintritt der Kraftmaschinenanordnung rückzuführen, und wobei die Turboladeranordnung Folgendes umfasst:
- einen primären Verdichter für das Verdichten von Luft in den Eintritt; und
- einen Rotor, der einen ersten Turbinenabschnitt umfasst, der dazu ausgelegt ist, Kraftmaschinenabgase zu expandieren, und einen zweiten Zusatzverdichterabschnitt, der dazu ausgelegt ist, Kraftmaschinenabgase zu verdichten und sie in den AGR-Kanal zu leiten, wobei der erste und der zweite Abschnitt des Rotors integral miteinander ausgebildet und/oder direkt miteinander gekoppelt sind.
- Aussage 18. Die Turboladeranordnung gemäß Aussage 17, die ferner einen Abgasauslass und einen AGR-Auslass umfasst, wobei ein Teil des Abgases, expandiert durch den ersten Abschnitt des Rotors, durch den Abgasauslass strömt, und ein restlicher Teil des Gases von dem zweiten Abschnitt des Rotors verdichtet wird und durch den AGR-Auslass zum AGR-Kanal strömt.
- Aussage 19. Die Turboladeranordnung gemäß Aussage 17 oder 18, wobei der zweite Abschnitt des Rotors dazu ausgelegt ist, die vom ersten Abschnitt des Rotors expandierten Abgase zu verdichten.
- Aussage 20. Die Turboladeranordnung gemäß einer der Aussagen 17 bis 19, wobei der Rotor so ausgelegt ist, dass ein Teil der Abgase den ersten Abschnitt des Rotors unexpandiert umgeht und auf den zweiten Abschnitt des Rotors auftrifft.
- Aussage 21. Die Turboladeranordnung gemäß einer der Aussagen 17 bis 20, wobei der Rotor in dem ersten Abschnitt Turbinenschaufeln umfasst, die im zweiten Abschnitt in Zusatzverdichterschaufeln übergehen.
- Aussage 22. Die Turboladeranordnung gemäß einer der Aussagen 17 bis 21, wobei die Turboladeranordnung ferner eine Welle umfasst, und wobei der Rotor auf der Welle montiert ist.
- Aussage 23. Die Turboladeranordnung gemäß einer der Aussagen 17 bis 22, wobei der erste und der zweite Abschnitt des Rotors nacheinander auf der Welle bereitgestellt sind.
- Aussage 24. Die Turboladeranordnung gemäß einer der Aussagen 17 bis 23, wobei der zweite Abschnitt des Rotors relativ zum Abgasauslass auf der gegenüberliegenden Seite des ersten Abschnitts bereitgestellt ist.
- Aussage 25. Die Turboladeranordnung gemäß einer der Aussagen 17 bis 23, wobei der erste Abschnitt des Rotors relativ zum Abgasauslass auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Abschnitts bereitgestellt ist.
- Aussage 26. Die Turboladeranordnung gemäß einer der Aussagen 17 bis 25, wobei der Rotor einen Umgehungskanal definiert, der dazu ausgelegt ist, einem Teil der Abgase zu gestatten, am zweiten Abschnitt des Rotors vorbeizuströmen, ohne vom zweiten Abschnitt des Rotors verdichtet zu werden.
- Aussage 27. Die Turboladeranordnung gemäß einer Aussagen 17 bis 26, wobei der Umgehungskanal radial innerhalb eines inneren Radius des zweiten Abschnitts des Rotors definiert ist.
- Aussage 28. Die Turboladeranordnung gemäß einer der Aussagen 17 bis 27, wobei der Rotor so ausgelegt ist, dass ein Teil der Abgase um die Außenseite des zweiten Abschnitts der Turbine strömt, um den zweiten Abschnitt zu umgehen.
- Aussage 29. Die Turboladeranordnung gemäß einer der Aussagen 17 bis 28, die ferner ein gemeinsames Gehäuse umfasst, das dazu ausgelegt ist, den ersten und zweiten Abschnitt des Rotors aufzunehmen.
- Aussage 30. Die Turboladeranordnung gemäß einer der Aussagen 17 bis 29, wobei das rückgeführte Kraftmaschinenabgas dem primären Verdichter nachgelagert eingeleitet wird.
- Aussage 31. Eine Kraftmaschine mit einer Turboladeranordnung gemäß einer der vorhergehenden Aussagen.
- Aussage 32. Ein Fahrzeug mit einer Turboladeranordnung gemäß einer der vorhergehenden Aussagen.
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Für einen Fachmann versteht es sich, dass die Erfindung, obwohl sie beispielhaft mit Bezug auf ein oder mehrere beispielhafte Beispiele beschrieben wurde, nicht auf die offenbarten Beispiele beschränkt ist und dass alternative Beispiele gebildet werden könnten, ohne vom durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
