DE112011103823T5 - Fluidhandhabungssystem mit einem dafür vorgesehenen AGR-Turbogenerator - Google Patents

Fluidhandhabungssystem mit einem dafür vorgesehenen AGR-Turbogenerator Download PDF

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Abstract

Ein Fluidhandhabungssystem (14) ist vorgesehen für eine Verwendung mit einem Motor (12). Das Fluidhandhabungssystem weist eine erste Turbine (27), die zum Empfangen eines Teils eines Abgasstroms von dem Motor verbunden ist, einen ersten Kompressor (29), der durch die erste Turbine zum Verdichten eines Luftstroms angetrieben wird, und einen Wärmetauscher (26), der zum Empfangen eines restlichen Teils des Abgasstroms von dem Motor und dem Luftstrom von dem ersten Kompressor ausgebildet ist, auf. Das Fluidhandhabungssystem kann auch eine zweite Turbine (64), die zum Empfangen des Luftstroms von dem Wärmetauscher verbunden ist, und einen Generator (66), der durch die zweite Turbine zum Erzeugen von Leistung angetrieben wird, aufweisen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Fluidhandhabungssystem und insbesondere auf ein Fluidhandhabungssystem mit einem dafür vorgesehenen Abgasrückführungs-(AGR)Turbogenerator gerichtet.
  • Hintergrund
  • Verbrennungsmotoren wie beispielsweise Dieselmotoren, Benzinmotoren, und gasbrennstoffbetriebene Motoren stoßen ein komplexes Gemisch von Luftschadstoffen als Nebenprodukte des Verbrennungsprozesses aus. Diese Luftschadstoffe bestehen aus gasförmigen Komponenten, einschließlich u. a. Stickoxide (NOx). Aufgrund der erhöhten Aufmerksamkeit gegenüber der Umwelt, sind Abgasemissionsstandards erhöht worden, und die Menge von NOx, die zu der Atmosphäre von einem Motor ausgestoßen wird, kann reguliert sein in Abhängigkeit von dem Motortyp, der Motorgröße und/oder der Motorklasse.
  • Ein Verfahren, das von Motorenherstellern angewendet wird zum Einhalten der Regulierung der Motoremissionen, war die Implementierung von Abgasrückführung (AGR). AGR-Systeme führen Abgas wieder zurück zum Mischen mit Verbrennungsluft, die einem Motor zugeführt wird. Das wieder zurückgeführte Abgas reduziert eine Konzentration von Sauerstoff und vergrößert eine thermische Masse in den Motorzylindern, wodurch eine resultierende Verbrennungstemperatur verringert wird. Die verringerte Verbrennungstemperatur bremst die chemische Reaktion des Verbrennungsprozesses und verringert die Bildung von NOx.
  • Auch wenn erfolgreich beim Verringern von NOx, so kann die Effektivität eines AGR-Systems beeinflusst werden von einer Wärmemenge, die in dem Abgas, das wieder zurückgeführt wird, enthalten ist. Das heißt, das Abgas, das wieder zurückgeführt wird in den Motor, kann große Mengen von Energie in Form von Abwärme enthalten, was die Zylinderinnenverbrennungstemperatur vergrößern kann und der gewünschten NOx-Verringerung entgegenwirkt. Zusätzlich strapaziert das Übermaß an Hitze auch das Motorkühlsystem und kann eine ungenutzte Quelle von Energie darstellen, die, wenn sie nutzbar gemacht wird, die Motoreffizienz erhöhen könnte.
  • Ein beispielhaftes System, das AGR implementiert, ist offenbart im US-Patent 6,216,458 von Alger et al., das erteilt wurde am 17. April 2001 („das '458 Patent”). Insbesondere offenbart das '458 Patent ein Abgasrückführ-(AGR-)System für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor. Das AGR-System weist eine Rückführleitung zum Rückführen eines Volumens des Abgases von dem Abgaskrümmer zu dem Einlasskrümmer, eine Kühlluftleitung zum Transportieren eines Stroms von Kühlluft, und ein Gas-Luft-Wärmetauscher, der angeordnet ist in Betriebsverbindung mit der Rückführleitung und der Kühlluftleitung, auf. Der Wärmetauscher ist ausgebildet zum Kühlen des Volumens des rückgeführten Abgases in der Rückführleitung.
  • Zusammenfassung
  • In einem Aspekt ist die Offenbarung gerichtet auf ein Fluidhandhabungssystem für einen Motor. Das Fluidhandhabungssystem kann eine erste Turbine, die zum Empfangen eines Teils eines Abgasstroms von dem Motor verbunden ist, einen ersten Kompressor, der durch die erste Turbine zum Verdichten eines Luftstroms angetrieben wird, und einen Wärmetauscher, der zum Empfangen eines restlichen Teils des Abgasstroms von dem Motor und dem Luftstrom von dem ersten Kompressor ausgebildet ist, aufweisen. Das Fluidhandhabungssystem kann auch eine zweite Turbine, die zum Empfangen des Luftstroms von dem Wärmetauscher verbunden ist, und einen Generator, der durch die zweite Turbine zum Erzeugen von Leistung angetrieben wird, aufweisen.
  • In einem anderen Aspekt ist die Offenbarung gerichtet auf ein Verfahren zum Handhaben von Abgas von einem Motor. Das Verfahren kann das Verbrennen eines Luft-Kraftstoffgemischs zum Erzeugen einer mechanischen Ausgabe und eines Abgasstroms, das mechanische Abziehen von Energie von einem Teil des Abgasstroms, und das Nutzen der Energie zum Verdichten eines Luftstroms aufweisen. Das Verfahren kann ferner das Übertragen von Hitze von dem Abgasstrom zu dem Luftstrom, das mechanische Abziehen von Energie von dem Luftstrom nach dem Übertragen der Wärme, und das Wandeln der Energie, die mechanisch von dem Luftstrom abgezogen wurde, zu elektrischer Energie, hydraulischer Energie, und/oder kinetischer Energie aufweisen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaft offenbarten Leistungssystems; und
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines anderen beispielhaft offenbarten Leistungssystems.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 stellt ein Leistungssystem 10 mit einer Leistungsquelle 12 und einem Fluidhandhabungssystem 14 dar. Zum Zwecke dieser Offenbarung ist die Leistungsquelle 12 dargestellt und beschrieben als ein Viertakt-Dieselmotor. Ein Fachmann wird indes erkennen, dass die Leistungsquelle 12 irgendein anderer Typ von Verbrennungsmotor, wie beispielsweise ein Benzinmotor oder ein gasbrennstoffbetriebener Motor sein kann. Die Leistungsquelle 12 kann einen Motorblock 16 aufweisen, der mindestens teilweise eine Mehrzahl von Zylindern 18 definiert. Ein Kolben (nicht gezeigt) kann bewegbar in jedem Zylinder 18 zum Hin- und Herbewegen zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt angeordnet sein, und ein oder mehrere Zylinderköpfe (nicht gezeigt) kann/können mit dem Motorblock 16 zum Schließen eines Endes jedes Zylinders 18 verbunden werden. Jeder Zylinder 18, Kolben, und Zylinderkopf können zusammen eine Verbrennungskammer 20 definieren. In der dargestellten Ausführungsform weist die Leistungsquelle 12 vier solcher Verbrennungskammern 20 auf. Indes wird darauf hingewiesen, dass die Leistungsquelle 12 eine größere oder kleinere Anzahl von Verbrennungskammern 20 aufweisen kann, und dass die Verbrennungskammern 20 in einer „Reihen-Konfiguration”, einer „V-Konfiguration”, oder in irgendeiner anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein können.
  • Das Fluidhandhabungssystem 14 kann Komponenten aufweisen, die zum Einleiten von Ladeluft in die Leistungsquelle 12 für Verbrennungszwecke zusammenwirken und einen sich ergebenden Abgasstrom von der Leistungsquelle 12 zu der Atmosphäre leiten. Beispielsweise kann das Fluidhandhabungssystem 14 einen Abgasrückführungs-(AGR)Turbolader 22, einen Verbrennungsturbolader 24, einen AGR-Kühler 26, und einen Luftkühler 28 aufweisen. Jeder der Turbolader 22, 24 kann als ein Turbolader mit fester Geometrie, ein Turbolader mit variabler Geometrie, oder irgendein anderer Typ von im Stand der Technik bekannten Turboladern sein. Die Turbolader 22, 24 können jeweils mindestens eine Turbine 27, die zum Empfangen eines Stroms von erhitzten Gasen, die innerhalb der Turbine 27 expandieren und dabei bewirken, dass die Turbine 27 rotiert, ausgebildet ist, und mindestens einen Kompressor 29, der durch die Rotation der mit ihm gepaarten Turbine 27 zum Verdichten eines Luftstroms angetrieben wird, aufweisen. Die Turbinen 27 können in Serie angeordnet und miteinander verbunden sein durch einen Abgaskanal 30, während die Kompressoren zum Empfangen von Luft durch einen Kanal 32 parallel angeordnet und verbunden sein können. Die verdichtete Luft von dem AGR-Turbolader 22 kann in den AGR-Kühler 26 über einen Verdichterkanal 34 geleitet werden, während verdichtete Luft von dem Verbrennungsturbolader 24 in den Luftkühler 28 über einen Verdichterkanal 36 geleitet werden kann. Der Verbrennungsturbolader 24 kann einen Teil eines Abgasstroms von der Leistungsquelle 12 über eine Abgasleitung 38 empfangen, während der AGR-Turbolader 22 das Abgas zu der Atmosphäre über einen Abgaskanal 40 ablassen kann.
  • Der AGR-Kühler 26 kann als ein Luft-Luft-Wärmetauscher dargestellt werden, der zum Ermöglichen eines Übergangs von thermischer Energie von einem Strom von rückgeführtem Abgas zu Luft, die durch den AGR-Turbolader 22 verdichtet wurde, ausgebildet ist. Der AGR-Kühler 26 kann einen Lufteingang 42, einen Luftausgang 44, einen Abgaseingang 46, und einen Abgasausgang 48 aufweisen. Der Lufteingang 42 kann in Fluidverbindung mit dem AGR-Turbolader 22 über den Verdichterkanal 34 stehen. Der Luftausgang 44 kann in Fluidverbindung mit einem Turbogenerator 50 über einem Luftkanal 52 stehen. Der Abgaseingang 46 kann in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 38 über einem AGR-Kanal 54 stehen. Der Abgasausgang 48 kann in Fluidverbindung mit dem Verdichterkanal 36 über einem AGR-Kanal 56 stehen. Wenn verdichtete Luft von dem AGR-Turbolader 22 in den AGR-Kühler 26 über den Lufteingang 42 eintritt, kann die Luft durch Kanäle des AGR-Kühlers 26 strömen und, vor dem Verlassen des AGR-Kühlers 26 über den Luftausgang 44, Wärme von den Wänden der Kanäle absorbieren. Zur gleichen Zeit kann ein restlicher Teil des Abgasstroms von der Leistungsquelle 12 (das heißt, ein Teil eines Gesamtabgasstroms von der Leistungsquelle 12, der nicht durch die Abgasleitung 38 zu dem Verbrennungsturbolader 24 fließt) durch den Abgaseingang 46 in Nachbar- oder Kreuzkanäle des AGR-Kühlers 26 fließen und, vor dem Verlassen des AGR-Kühlers 26 über den Abgasausgang 48, Wärme zu den Wänden dieser Kanäle übertragen. Auf diese Weise kann das durch den AGR-Kühler 26 strömende Abgas in der Temperatur verringert werden, während der Luftstrom, der durch den AGR-Kühler 26 strömt, in der Temperatur erhöht werden kann. Ein AGR-Ventil 57, zum Beispiel ein Schmetterlings- oder Kugelventil, kann in dem AGR-Kanal 54 angeordnet und selektiv bewegbar zwischen Öffnungs- und Schließstellungen zum Steuern eines Durchflusses von Abgas, der durch den AGR-Kühler 26 strömt und im Weiteren einer Temperatur von sowohl dem Luft- als auch dem Abgasstrom, die den AGR-Kühler 26 verlassen, sein. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Rückschlagventil, zum Beispiel ein Rückschlagventil vom Reed-Typ (nicht gezeigt) in dem AGR-Kanal 54 und/oder 56, wenn gewünscht, zum Bereitstellen eines einfach gerichteten Stroms von Abgas durch den AGR-Kühler 26 angeordnet sein kann.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn gewünscht, zusätzliche oder alternative Wege zum Steuern von Luft und/oder Abgastemperaturen in dem AGR-Kühler 26 verwendet werden können. Zum Beispiel kann zusätzlich zu oder anstatt des AGR-Ventils 57, ein Bypassventil 100 in einem Kanal 102 platziert werden, der sich zwischen dem Kompressorkanal 34 und dem Luftkanal 54 erstreckt und selektiv bewegbar ist auf Basis einer Temperatur von Luft und/oder Abgas, die/das durch den AGR-Kühler 26 strömt. Das Bypassventil 100 kann selektiv bewegbar sein zwischen Schließ- und Öffnungsstellungen zum Einstellen eines Durchflusses von Luft durch den AGR-Kühler 26 und dadurch einer Menge von darin auftretender Wärmeübertragung. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Leitschaufelgeometrie des AGR-Turboladers 22, wenn gewünscht, auf Basis von Luft- und/oder Abgastemperaturen selektiv verändert werden kann, sodass der Durchfluss von Luft durch den AGR-Kühler 26 und dadurch des darin auftretenden Wärmeübertrags verändert werden kann.
  • Der Luftkühler 28 kann als ein Luft-Luft-Wärmetauscher, ein Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher, ein Hybridwärmetauscher, oder ein anderer im Stand der Technik bekannter Wärmetauscher dargestellt werden, der zum Ermöglichen eines Übertragens von thermischer Energie von einem Strom von Kühlmittel (verdichtetes Kältemittel, Wasser, Glykol, Luft, angemischtes Luftgemisch etc.) zu Luft, die durch den Verbrennungsturbolader 24 verdichtet wurde, ausgebildet ist. Der Luftkühler 28 kann einen Lufteingang 58 und einen Luftausgang 60 aufweisen. Der Lufteingang 58 kann in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsturbolader 24 über den Verdichterkanal 36 stehen. Der Luftausgang 60 kann in Fluidverbindung mit der Leistungsquelle 12 über die Luftleitung 62 stehen. Wenn ein Gemisch von verdichteter Luft von dem Verbrennungsturbolader 24 und gekühltem Abgas von dem AGR-Kühler 26 in den Luftkühler 28 über den Lufteingang 58 eintritt, kann das Gemisch durch Kanäle des Luftkühlers 28 strömen und, vor dem Verlassen Luftkühlers 28 über den Luftausgang 60, Wärme zu den Wänden der Kanäle übertragen. Gleichzeitig kann ein Kühlmittel durch Nachbar- oder Kreuzkanäle des Luftkühlers 28 geleitet werden und Wärme von den Wänden dieser Kanäle vor dem Verlassen des Luftkühlers 28 über den Luftausgang 60 absorbieren. Auf diese Weise kann das Luft-Abgasgemisch, das durch den Luftkühler 28 strömt, in der Temperatur verringert werden.
  • Der Turbogenerator 50 kann Komponenten aufweisen, die Wärmeenergie zu nutzbarer elektrischer Energie, hydraulischer Energie, kinetischer Energie, oder einer anderen Form von Energie wandeln. In einer beispielhaften Ausführungsform weist der Turbogenerator 50 eine Turbine 64 auf, die mit einem Generator 66 mechanisch verbunden ist und zum Empfangen von Luft von dem Luftkanal 52 fluidal verbunden ist. Die Turbine 64 kann zum Empfangen der verdichteten Luftströmung vom AGR-Kühler 26, nachdem der Luftstrom Hitze absorbiert hat und in der Temperatur erhöht wurde, ausgebildet sein. Wenn der erwärmte Luftstrom durch die Turbine 64 strömt, kann die expandierende Luft gegen die Schaufeln der Turbine 64 zum Erzeugen einer Rotationsausgabe drücken. Diese Rotationsausgabe kann in den Generator 66 geleitet werden, wodurch der Generator 66 zum Erzeugen einer Leistungsausgabe angetrieben wird. Diese Leistungsausgabe kann zum Erhöhen einer Effizienz oder Kapazität der Leistungsquelle 12 genutzt werden durch, beispielsweise, Rückführen der Leistungsausgabe zurück in die Leistungsquelle 12 über einen Motor (nicht gezeigt). Zusätzlich oder alternativ kann die Leistungsausgabe zum Verringern eines Leistungsbedarfs von der Leistungsquelle 12 durch Versorgen von Hilfslasten mit Leistung, die gewöhnlich durch die Leistungsquelle 12 versorgt werden, verwendet werden. Andere Verwendungen für diese Leistungsausgabe sind ebenso denkbar. Die die Turbine 64 verlassende Luft kann über einen Kanal 68 zum Mischen mit dem Abgas von dem AGR-Turbolader 22 in dem Kanal 40 geleitet werden zum Ablassen in die Atmosphäre.
  • Der Generator 66 kann in einer Ausführungsform ein Generator vom Typ eines Drei-Phasen-Permanentmagnet-Wechselfeldgenerators sein, der zum Erzeugen einer Wechselstrom-(AC)Ausgabe als Reaktion auf eine Rotationseingabe von der Turbine 64 ausgebildet ist. Es wird auch darauf hingewiesen, dass der Generator alternativ ein geschalteter Reluktanzgenerator, ein Gleichpasengenerator, oder ein anderer geeigneter Typ eines im Stand der Technik bekannten Generators sein kann. Der Generator 66 kann einen Rotor (nicht gezeigt), der mit der Turbine 64 durch irgendein im Stand der Technik bekanntes Mittel rotierbar verbunden ist, zum Beispiel, durch eine Direktwellenverbindung 69, über einen Getriebestrang, durch eine Hydraulikschaltung, oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise verbunden sein. Der Generator 66 kann eine elektrische Leistungsausgabe produzieren, wenn der Rotor in einem Stator (nicht gezeigt) durch die Turbine 64 rotiert wird. Die Ausgabe von dem Generator 66 kann mit einem gemeinsamen Motorbus (nicht gezeigt) über einen Generatorinverter (nicht gezeigt), welcher die dreiphasige Wechselleistung zu Leichphasenleistung invertiert, oder alternativ direkt mit einem Wechselstrommotor oder anderen Wechselstromhilfsvorrichtungen, wie gewünscht elektrisch verbunden sein. Es wird darauf hingewiesen, dass die elektrische Leistungsausgabe von dem Generator 66 zur späteren Verwendung, wenn gewünscht, gespeichert werden kann, zum Beispiel durch eine Batterie oder eine Kapazität (nicht gezeigt).
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Generator als eine andere Vorrichtung dargestellt werden kann, die zum Produzieren von unterschiedlichen Formen von nutzbarer Energie, ausgebildet ist, wenn gewünscht. Zum Beispiel könnte der Generator 66 als ein kinetischer Generator, wie beispielsweise ein Schwungrad (nicht gezeigt), dargestellt werden, das zum kinetischen Speichern und selektiven Ausgeben von Energie, die den Betrieb der Leistungsquelle 12 ermöglicht oder Hilfslasten antreibt, ausgebildet ist. In einem anderen Beispiel könnte der Generator 66 als ein Hydraulikgenerator, wie beispielsweise eine Pumpe, dargestellt werden, die zum Verdichten eines Hydraulikfluids oder Luft, die zum Antreiben der Leistungsquelle 12 oder von Hilfslasten verwendet wird, angetrieben wird. Es sollte beachtet werden, dass auch andere Typen von Generatoren 66 verwendet werden können.
  • 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Fluidhandhabungssystems 14. In dieser Ausführungsform wurden die zwei separaten AGR- und Verbrennungsturbolader 22, 24 durch einen einzelnen Turbolader 70 ersetzt, der eine einzelne Turbine 27 und zwei verbundene Verdichter 29 aufweist. Die Turbine 27 kann durch den Teil des Abgases von der Leistungsquelle 12, der durch die Abgasleitung 38 strömt, angetrieben werden zum Antreiben der beiden Verdichter 29. Wie in der Ausführungsform von 1, können beide Verdichter 29 des Turboladers 70 von 2 mit dem Kanal 32 verbunden sein zum parallelen Empfangen von Einlassluft, jedoch einzeln mit den Verdichterkanälen 34 und 36 verbunden sein. Die Ausführungsform von 2 kann aufgrund der reduzierten Komponentenanzahl im Vergleich zu der Ausführungsform von 1 einige Kosten- und Raumersparnisse realisieren, kann aber auch eine niedrige Leistungsabsorptionsfähigkeit, Effizienz und/oder Flexibilität haben.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Das offenbarte Fluidhandhabungssystem kann in irgendeine Leistungssystemanwendung, in der Ladelufteinleitung und Abgasrückführung verwendet werden, implementiert werden. Das offenbarte Fluidhandhabungssystem kann Ladeluft zum Kühlen von Abgas verwenden bevor es rückgeführt wird in den Motor zur anschließenden Verbrennung, wodurch eine Effektivität der Rückführung in der Verringerung der NOx-Produktion verbessert wird. Zusätzlich kann das offenbarte Fluidhandhabungssystem Abwärmeenergie, die durch die Ladeluft während des Abgaskühlungsprozesses absorbiert wurde, zu nutzbarer Energie wandeln. Der Betrieb des Fluidhandhabungssystems 14 wird jetzt beschrieben.
  • Während des Betriebs der Leistungsquelle 12 kann Verbrennungsluft in den Verdichter 29 des Verbrennungsturboladers 24 über den Kanal 32 gesaugt und verdichtet werden. Diese verdichtete Luft kann von dem Verdichter 29 durch den Verdichterkanal 36 und in den Luftkühler 28 über den Lufteingang 58 geleitet werden. Nach dem Kühlen in dem Luftkühler 28, kann die verdichtete Luft dann in die Leistungsquelle 12 über die Luftleitung 62 strömen. Kraftstoff kann mit diesem gekühlten und verdichteten Luftstrom vor oder nach Eintreten in die Leistungsquelle 12 gemischt und anschließend zum Erzeugen einer mechanischen Leistungsausgabe und eines Abgasstroms verbrannt werden.
  • Der die Leistungsquelle 12 verlassende Abgasstrom kann in zwei Teile mit einem Hauptteil, der durch den Abgaskanal 38 und in die Turbine 27 des Verbrennungsturboladers 24 strömt, und einen restlichen Teil geteilt werden. Der Hauptteil des Abgasstroms kann in der Turbine 27 expandieren und die Turbine 27 zum Rotieren des verbundenen Verdichters 29 antreiben, wodurch zusätzliche Verbrennungsluft verdichtet wird. Dieses Abgas kann dann durch den Abgaskanal 30 zu der Turbine 27 des AGR-Turboladers 22 strömen, in dem das Abgas weiter expandiert und die Turbine 27 zum Rotieren des verbundenen Verdichters 29 und Verdichten von Luft, die verwendet wird zum Kühlen in dem AGR-Kühler 26, antreibt. Nach dem Verlassen des AGR-Turboladers 22 kann der Hauptteil des Abgasstroms von der Leistungsquelle 12 in die Atmosphäre abgelassen werden.
  • Der restliche Teil des Abgases von der Leistungsquelle 12 kann durch das AGR-Ventil 57 und den AGR-Kanal 54 in den AGR-Kühler 26 über den Abgaseingang 46 geleitet werden. Das durch den AGR-Kühler 26 strömende Abgas kann Wärme zu der Kühlluft von dem AGR-Turbolader 22 übertragen, und den AGR-Kühler 26 mit einer geringeren Temperatur über den Abgasausgang 48 verlassen. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Bewegung des AGR-Ventils 57 einen Durchfluss von Abgas durch den AGR-Kanal 54 beeinflussen, und dadurch eine Menge von Wärmeübertrag, die in dem AGR-Kühler 26 stattfindet. Zusätzlich oder alternativ kann der Wärmeübertrag in dem AGR-Kühler 26 über das Bypassventil 100 eingestellt werden und/oder durch Verändern der Schaufelgeometrie des AGR-Turboladers 22. Nach dem Verlassen des AGR-Kühlers 26 kann das gekühlte Abgas durch den AGR-Kanal 56 zum Verbinden und Mischen mit Luft in dem Verdichterkanal 36 strömen. Dieser Zusatz von Abgas zu der Luft, die in die Leistungsquelle 12 eintritt, kann eine Konzentration von Sauerstoff verringern und eine thermische Masse in den Verbrennungskammern 20 vergrößern, wodurch eine resultierende Verbrennungstemperatur verringert wird. Die verringerte Verbrennungstemperatur kann eine chemische Reaktion des Verbrennungsprozesses verlangsamen, und dadurch die Bildung von NOx verringern.
  • Nach der Absorption von Hitze von dem rückgeführten Abgasstrom kann die Luft, die durch den AGR-Kühler 26 strömt, diesen mit einer erhöhten Temperatur über den Luftausgang 44 verlassen und zu dem Turbogenerator 50 strömen. Wenn die erhitzte Ladeluft in die Turbine 64 eintritt, kann die Luft expandieren und die Turbine 64 zum Rotieren des Generators 66 und Produzieren von Leistung (elektrisch, hydraulisch, kinetisch etc.) antreiben, die verwendet wird zum Erhöhen einer Kapazität und/oder einer Effizienz der Leistungsquelle 12. Nach dem Verlassen des Turbogenerators 50 kann der Luftstrom über den Kanal 68 zum Verbinden mit dem Abgas, das in die Atmosphäre über den Abgaskanal 40 abgelassen wird, geleitet werden.
  • Die Architektur des Fluidhandhabungssystems 14 kann viele positive Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann, da die Verdichter 29 Eingangsluft parallel empfangen, der Betrieb der unterschiedlichen Verdichter 29 im Wesentlichen isoliert voneinander sein. Das heißt, Veränderungen in den Drücken, Strömungen und/oder Temperaturen von einem Kompressor 29 kann einen nur geringen Effekt auf die Drücke, Strömungen und/oder Temperaturen des anderen Kompressors haben. Demzufolge können die Kompressoren 29 wie benötigt zum individuellen Verbessern der Motor- und AGR-Betriebe ohne wesentliches Zusammenwirken gesteuert werden. Ferner kann die parallele Anordnung der Kompressoren 29 es erlauben, jeden Kompressor 29 spezifisch für die speziellen Anwendungen von AGR- oder Verbrennungsluftladung ohne Beeinträchtigung der Verdichterleistung für Zweifachzweckanwendungen aufzubauen. Zusätzlich können durch Leiten der von der Turbine 64 ausgegebenen Luft zum Verbinden mit dem Hauptteil des Abgasstroms an einer Stelle stromabwärts von dem AGR-Turbolader 22, die mit dem Ausgleichen von Turbinen verbundenen Komplexitäten verringert werden. Das heißt, die Turbine 27 des AGR-Turboladers 22 kann im Wesentlichen unbeeinflusst durch sich verändernde Drücke, Ströme und/oder Temperaturen der ausgegebenen Luft sein. Schlussendlich kann die Verwendung des Bypassventils 100 eine Luft- und Abgastemperatursteuerung des AGR-Kühlers 26 erlauben ohne das Risiko des Pumpens des AGR-Turboladers 22. Insbesondere kann durch das selektive Ermöglichen der Ladeluft, den AGR-Kühler 26 zu umgehen, im Gegensatz zum Begrenzen oder Stoppen des Stroms von Luft, die Wahrscheinlichkeit des Pumpens des Kompressors 29 verringert werden.
  • Fachmänner werden erkennen, dass unterschiedliche Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Fluidhandhabungssystem vorgenommen werden können. Andere Ausführungsformen werden von Fachmännern unter Berücksichtigung der Beschreibung und Anwendung des offenbarten Fluidhandhabungssystems erkennbar sein. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als exemplarisch angesehen werden, und ein wahrer Umfang durch die nachfolgenden Ansprüche und ihre Äquivalente ersichtlich ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6216458 [0005]

Claims (10)

  1. Fluidhandhabungssystem (14) für einen Motor (12), mit: einer ersten Turbine (27), die zum Empfangen eines Teils eines Abgasstroms von dem Motor verbunden ist, einem ersten Kompressor (29), der zum Verdichten eines Luftstroms durch die erste Turbine angetrieben wird, einem Wärmetauscher (26), der zum Empfangen eines restlichen Teils des Abgasstroms von dem Motor und dem Luftstrom von dem ersten Kompressor ausgebildet ist, einer zweiten Turbine (64), die zum Empfangen des Luftstroms von dem Wärmetauscher verbunden ist, und einem Generator (66), der zum Erzeugen von Leistung durch die zweite Turbine angetrieben wird.
  2. Fluidhandhabungssystem nach Anspruch 1, ferner mit einem zweiten Kompressor (29), der zum Verdichten eines Luftstroms, der in Richtung des Motors zum Verbrennen gerichtet ist, ausgebildet ist, wobei der erste und zweite Kompressor Einlassluft parallel empfangen.
  3. Fluidhandhabungssystem nach Anspruch 2, ferner mit einem zweiten Wärmetauscher (28), der zum Kühlen des Luftstroms von dem zweiten Kompressor ausgebildet ist.
  4. Fluidhandhabungssystem nach Anspruch 3, wobei der restliche Teil des Abgasstroms von dem Wärmetauscher zum Verbinden mit dem Luftstrom von dem zweiten Kompressor an einer Stelle stromaufwärts von dem zweiten Wärmetauscher geleitet wird.
  5. Fluidhandhabungssystem nach Anspruch 2, ferner mit einer dritten Turbine (27), die zum Empfangen des Teils des Abgasstroms von dem Motor verbunden ist, wobei der zweite Kompressor durch die dritte Turbine angetrieben wird.
  6. Fluidhandhabungssystem nach Anspruch 5, wobei die erste und dritte Turbine in Reihe geschaltet sind.
  7. Fluidhandhabungssystem nach Anspruch 2, wobei der zweite Kompressor durch die erste Turbine angetrieben wird.
  8. Fluidhandhabungssystem nach Anspruch 1, wobei ein Auslass der zweiten Turbine in Fluidverbindung mit einem Auslass der ersten Turbine steht.
  9. Leistungssystem (10) mit: einem Motor (12) aufweisend einen Luftkanal (32) und einen Abgaskanal (38), und dem Fluidhandhabungssystem (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, das mit dem Luftkanal und dem Abgaskanal verbunden ist.
  10. Verfahren zum Handhaben von Abgas von einem Motor (12), aufweisend: Verbrennen eines Luft-Brenstoffgemischs zum Erzeugen einer mechanischen Ausgabe und eines Abgasstroms, mechanisches Abziehen von Energie von einem Teil des Abgasstroms, Verwenden der Energie zum Verdichten eines Luftstroms, Übertragen von Wärme von einem restlichen Teil des Abgasstroms zu dem Luftstrom, mechanisches Abziehen von Energie von dem Luftstrom nach dem Übertragen der Wärme, und Wandeln der mechanisch abgezogenen Energie von dem Luftstrom zu elektrischer Energie, hydraulischer Energie, und/oder kinetischer Energie.
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