DE19743751A1 - Turbo-Compound-Verbrennungsmotor mit Motorbremse - Google Patents
Turbo-Compound-Verbrennungsmotor mit MotorbremseInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbo-Compound-Verbrennungsmotor
(oder auch einen Verbrennungsmotor mit
leistungsabgebendem Abgasgebläse bzw. ein Abgasturbolader-Verbrennungsmotor)
umfassend eine Einlaßleitung und eine
Auslaßleitung, einen Turbokompressor mit einer ersten
Turbinenstufe, die mit der Abgasleitung gekoppelt ist und
eine Kompressorstufe in der Einlaßleitung antreibt, eine
zweite Turbinenstufe, die auf der stromabwärts liegenden
Seite der ersten Turbinenstufe angeordnet ist und über eine
Übertragungseinrichtung mit der Kurbelwelle gekoppelt ist,
eine Kompressionsbremseinrichtung (compression braking
device) und Ventilmittel, die in der Abgasleitung
stromaufwärts zur zweiten Turbinenstufe angeordnet sind und
beim oder nach dem Aktivieren der
Kompressionsbremseinrichtung eingestellt werden können, um
den Gasstrom zur zweiten Turbinenstufe zu reduzieren.
Es ist bekannt, daß die Motorbremsleistung eines Fahrzeuges
erhöht werden kann, wenn der Verbrennungsmotor mit einer
sogenannten Kompressionsbremseinrichtung (oder allgemein
einer Motorbremse) ausgerüstet ist, mittels der die
Verbrennungskammer des Motors im Bremsmodus während des
letzten Abschnitts des Verdichtungstaktes mit dem Abgassystem
verbunden ist, beispielsweise durch Öffnen der vorhandenen
Abgasventile. Das Ergebnis wird sein, daß die verdichtete
Luft während des Verdichtungshubs aus den Zylindern
aus strömen wird und die während des Verdichtungshubs
geleistete Verdichtungsarbeit während des Expansionshubes
nicht wieder eingebracht werden kann, was somit zu einer
Zunahme der Bremsleistung des Motors führt. Bei der
Motorbremsung mit einem Turbo-Compound-Verbrennungsmotor ist
es somit wünschenswert, die der mit der Motorkurbelwelle
gekoppelten Antriebsturbine zugeführte Extraleistung zu
eliminieren oder zumindest zu reduzieren, um die maximale
Bremsleistung zu erzielen. Zu diesem Zweck ist es bekannt,
ein Nebenventil in einer Nebenleitung anzuordnen, die
stromaufwärts der Antriebsturbine von der Abgasleitung
abzweigt und stromabwärts der Antriebsturbine in die
Abgasleitung mündet. Ein Turbo-Compound-Verbrennungsmotor mit
einer derartigen Bypass-Leitung ist beispielsweise aus der EP
0 477 579 bekannt. Während der Motorbremsung wird das
Nebenventil geöffnet, so daß durch die Antriebsturbine eine
größere oder geringere Abgasmenge durchgelassen und über den
Auspuff und die Abgasleitung in die Atmosphäre abgegeben
wird.
Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht
vor allem darin, einen Turbo-Compound-Verbrennungsmotor der
eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, mit dem eine
höhere Motorbremsleistung als mit dem oben beschriebenen
Verbrennungsmotor erzielt werden kann.
Dieses technische Problem wird durch einen Motor mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein derartiger
erfindungsgemäßer Motor zeichnet sich dadurch aus, daß die
Ventilmittel in einer Leitung angeordnet sind, die auf der
Ansaugseite der Kompressorstufe in die Einlaßleitung (oder
dem Ansaugrohr) mündet.
Der sehr einfache Schritt des Anschließens der Leitung vom
Neben- oder Bypass-Ventil zur Einlaßleitung anstatt mit der
Abgasleitung erbringt eine Reduzierung des Abgasstroms zur
Antriebsturbine, ohne daß die Antriebsturbine umgangen wird.
Alles Gas, das letztlich den Verbrennungsmotor verläßt, lief
bisher durch die Antriebsturbine. Durch das Verbinden der
Leitung mit dem Ventil mit der Einlaßleitung wird auf der
stromabwärts liegenden Seite der Verdichterturbine ein
niedrigerer Druck als der Atmosphärendruck erzielt, was einen
größeren Druckverlust über die Kompressorturbine hinweg
schafft als bei dem Stand der Technik, also der bekannten
Ausgestaltung, wo immer ein Abgasgegendruck im
Abgasdrucksystem vorhanden ist, so daß der Druck hier immer
etwas höher ist als der atmosphärische Druck. Ein größerer
Druckverlust führt aber zu einer höheren Verdichter- oder
Kompressorladeleistung. Obwohl es zutrifft, daß im Bremsmodus
während des Einlaßhubs die Kolben einer größeren Energie des
Gases ausgesetzt sind, muß die Arbeit, die die Kolben während
des Verdichtungshubes gegen das Gas ausführen, soviel größer
werden, daß der Nettoeffekt eine höhere Bremsleistung sein
wird.
Dadurch, daß während der Motorbremsung keine Einspritzung und
Kraftstoffverbrennung stattfindet, werden sich keine
Verbrennungsprodukte in dem Gas befinden, die ansonsten den
Kompressor und den Ladeluftkühler beschädigen könnten. Das
Gas ist aber in geeigneter Weise gekühlt, bevor es zur
Einlaßseite eingeführt wird.
Wenn auch ein Staubseparator oder ein Staubfilter in der
Leitung beabstandet vom Ventil angeordnet ist, kann das
Ventil als ein sogenanntes EGR-Ventil (Abgasrückführventil)
verwendet und während des Fahrmodus so gesteuert werden, daß
es sich innerhalb des Lastintervalls des Verbrennungsmotors
zur Abgasrückführung öffnet, wo dies zur Emissionsreduzierung
nötig ist. Auf diese Weise erfüllt die Anordnung gemäß der
Erfindung eine Doppelfunktion.
Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren
Verständnis ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter
Bezugnahme auf die einzige Figur näher beschrieben und
erläutert. Es zeigt:
die einzige Figur schematisch eine Turbo-Compound-Brennkraftmaschine
gemäß der Erfindung.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist ein Sechszylinder-Turbo-Compound-Verbrennungsmotor
bzw. ein Misch- oder ein
Verbundmotor 6 mit einem hieran angekoppelten Getriebe 2
ersichtlich. Ein allgemein mit dem Bezugszeichen 2
bezeichneter Turbokompressor umfaßt eine erste Turbinenstufe
4, die an dem Motorabgassammler 5 angeschlossen ist, und eine
zweite Turbinenstufe 6, die an der Auslaßseite der
Turbinenstufe 4 an eine Abgasleitung 7 angeschlossen ist. Die
erste Turbinenstufe 4 ist eine kleine Hochdruckstufe, die
einen Kompressor 8 in einer Lufteinlaßleitung 9, die einen
Ladeluftkühler 10 umfaßt, antreibt, während die zweite
Turbinenstufe 6 eine große Niedrigdruckstufe ist, die über
eine Übertragungseinrichtung 11 mit der Motorkurbelwelle
gekoppelt ist. Die Turbinenstufe 6 ist mit der Auslaßseite an
eine einen Auspufftopf 13 umfassende Abgasleitung 12
angeschlossen. Über ein kontinuierlich variables
Abgasauslaßventil (nicht gezeigt) (waste gate valve) kann der
Abgasstrom durch die Hochdruck-Turbine 4 kontrolliert werden,
um den Ladegrad des Kompressors 8 zu steuern. Ein pneumatisch
gesteuertes Ventil 14 besitzt ein Ventilelement 16, das sich
in einem Ventilgehäuse 15 bewegt, um in einer offenen
Position eine Öffnung 17 in der Leitung 7 freizugeben, so daß
Gas von der Leitung 7 über einen Auslaß 18 im Ventilgehäuse
15 zu einer Leitung 19 strömen kann, die in einen
Einlaßleitungsabschnitt 20 zwischen einem Luftfilter 26 und
dem Kompressor 8 mündet.
Der Motor ist mit einer schematisch angedeuteten
Kompressionsbremseinrichtung - bzw. allgemein Motorbremse 21
ausgestattet, die derart sein kann, wie sie in der SE 466 320
gezeigt und beschrieben ist und mittels derer die
Motorzylinder während des letzten Teils des Einlaßhubs wie
auch während des letzten Teils des Verdichtungshubs mit dem
Auspufftopf verbunden werden können, um den Motorbremseffekt
zu erhöhen. Die Motorbremse 21 wird elektrisch betrieben,
während das Ventil 14 über eine mit einer Druckluftquelle
(nicht gezeigt) verbundene Steuerventileinheit 22 pneumatisch
betätigt wird. Sowohl die Motorbremse 21 wie auch das Ventil
14 werden durch eine Steuereinrichtung 23 gesteuert, die
vorzugsweise ein Mikroprozessor ist, der Ausgabesignale zum
An- und Ausschalten der Motorbremse wie auch zum Einstellen
des Ventils 14 in Erwiderung auf die vom Fahrer ausgehenden
Kommandos aussendet. Dies bedeutet, daß, wenn der Fahrer die
Motorbremse 21 aktiviert, sich das Ventil 14 zur gleichen
Zeit öffnet, um Gas in der Leitung 7 zur Einlaßleitung 20 zu
führen und hierdurch den Druckverlust über die Turbinenstufe
4 zu erhöhen, wie auch die Abgaszuführung zur Antriebsturbine
6 zu reduzieren, wodurch die Antriebsleistung der
Antriebsturbine reduziert wird.
Das Ventil 14 ist vorzugsweise kontinuierlich zwischen einer
vollständig geschlossenen und einer vollständig offenen
Stellung veränderbar, um in einem normalen Fahrmodus zur
Abgasrückführung verwendet zu werden, unter solchen
Betriebsbedingungen (niedrige Geschwindigkeit, Teillast,
etc.), bei denen eine Abgasrückführung (EGR) notwendig ist,
um die Abgasemissionen auf einem zulässigen niedrigen Wert zu
halten. Das Ventil 14 wird in einer an sich bekannten Art
durch die Steuereinheit 23 gesteuert und zwar als Funktion
verschiedener Fahrzeug- und Verbrennungsmotordaten, die der
Steuereinheit zugeführt werden.
Um den Kompressor 8 und den Ladeluftkühler 10 gegen
Überhitzen und Verschmutzen zu schützen, sind insbesondere
während der Abgasrückführung in der Leitung 19 ein
Staubseperator 24 bzw. Staubfilter und ein Kühler 25
angeordnet, durch die das rückgeführte Gas zum Reinigen und
Kühlen strömt.
Claims (4)
1. Turbo-Compound-Verbrennungsmotor, umfassend eine
Einlaßleitung (9, 20) und eine Abgasleitung (5, 7, 12),
einen Turbokompressor (3) mit einer ersten Turbinenstufe
(4), die mit der Abgasleitung gekoppelt ist und eine
Verdichterstufe (8) in der Einlaßleitung antreibt, und
eine zweite Turbinenstufe (6), die auf der stromabwärts
liegenden Seite der ersten Turbinenstufe angeordnet und
über eine Übertragungseinrichtung (11) mit der
Kurbelwelle gekoppelt ist, eine
Kompressionsbremseinrichtung, und Ventilmittel (14), die
in der Abgasleitung stromaufwärts der zweiten
Turbinenstufe angeordnet sind und bei oder nach der
Aktivierung der Kompressionsbremseinrichtung eingestellt
werden können, um den Gasstrom zur zweiten Turbinenstufe
zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ventilmittel (14) in einer Leitung (19) angeordnet
sind, die auf der Ansaugseite der Verdichterstufe (8) in
die Einlaßleitung (20) mündet.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Kühler (25) auf der Einlaßseite der Verdichterstufe
(8) zum Kühlen der Abgase, die durch die Ventilmittel
(14) strömen, angeordnet ist.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Staubseparator (24) oder Staubfilter zwischen den
Ventilmitteln (14) und dem Kühler (25) angeordnet ist.
4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kompressionsbremseinrichtung (21) und die
Ventilmittel (4) durch eine gemeinsame elektronische
Steuereinrichtung (23) gesteuert werden.
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