DE202016105728U1

DE202016105728U1 - Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung

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Publication number: DE202016105728U1
Application number: DE202016105728.0U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2026-10-14

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit – mindestens einem Zylinder (1a), – einem Ansaugsystem (3) zur Versorgung des mindestens einen Zylinders (1a) mit Luft, – einem Abgasabführsystem (2) zur Abführung der Abgase, und – einer Abgasrückführung (4), die eine Rückführleitung (4a) umfasst, welche unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes (2a) von dem Abgasabführsystem (2) abzweigt und unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes (3a) in das Ansaugsystem (3) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass – in der Rückführleitung (4a) eine Strömungsmaschine (6) vorgesehen ist, die mindestens ein in einem Gehäuse (6b) auf einer drehbaren Welle (6a) angeordnetes und mit Laufschaufeln (6d) ausgestattetes Laufrad (6c) umfasst, – stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (6c) eine verstellbare Leiteinrichtung (8) angeordnet ist, die mittels Verstelleinrichtung verdrehbare Leitschaufeln (8a) umfasst, und – eine Elektromaschine (7) vorgesehen ist, die mit der Welle (6a) der Strömungsmaschine (6) zumindest verbindbar ist, wobei die Elektromaschine (7) zur Energiegewinnung als Generator (7b) betreibbar ist, der Leistung aufnimmt, oder als Antrieb (7a) Leistung an die Strömungsmaschine (6) abgibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit

– mindestens einem Zylinder,
– einem Ansaugsystem zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Luft,
– einem Abgasabführsystem zur Abführung der Abgase, und
– einer Abgasrückführung, die eine Rückführleitung umfasst, welche unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes von dem Abgasabführsystem abzweigt und unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes in das Ansaugsystem mündet.

Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine insbesondere Dieselmotoren, aber auch Ottomotoren und Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Zudem wird eine Reduzierung der Schadstoffemissionen angestrebt, um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einhalten zu können.
Brennkraftmaschinen werden zunehmend häufig mit einer Aufladung ausgestattet, wobei die Aufladung in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung ist, bei dem die für den motorischen Verbrennungsprozess benötigte Ladeluft verdichtet wird, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Ladeluftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.
Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum reduziert, lässt sich bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Die Aufladung einer Brennkraftmaschine unterstützt folglich die Bemühungen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Durch eine geeignete Getriebeauslegung kann zusätzlich ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, wodurch ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt wird. Beim Downspeeding wird der Umstand ausgenutzt, dass der spezifische Kraftstoffverbrauch bei niedrigen Drehzahlen regelmäßig niedriger ist, insbesondere bei höheren Lasten.
Bei gezielter Auslegung der Aufladung können auch Vorteile bei den Abgasemissionen erzielt werden. So können mittels geeigneter Aufladung beispielsweise beim Dieselmotor die Stickoxidemissionen ohne Einbußen beim Wirkungsgrad verringert werden. Gleichzeitig können die Kohlenwasserstoffemissionen günstig beeinflusst werden. Die Emissionen an Kohlendioxid, die direkt mit dem Kraftstoffverbrauch korrelieren, nehmen mit sinkendem Kraftstoffverbrauch ebenfalls ab.
Um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einzuhalten, sind aber weitere Maßnahmen erforderlich. Im Mittelpunkt der Entwicklungsarbeiten steht dabei unter anderem die Reduzierung der Stickoxidemissionen, die insbesondere bei den Dieselmotoren von hoher Relevanz sind. Da die Bildung der Stickoxide nicht nur einen Luftüberschuss, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Senkung der Stickoxidemissionen darin, Verbrennungsprozesse mit niedrigeren Verbrennungstemperaturen einzusetzen.
Dabei ist die Abgasrückführung (AGR), d. h. die Rückführung von Verbrennungsgasen von der Auslassseite auf die Einlassseite, zielführend, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate x_AGR bestimmt sich dabei zu x_AGR = m_AGR/(m_AGR + m_Frischluft), wobei m_AGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und m_Frischluft die zugeführte Frischluft bezeichnet. Der via Abgasrückführung bereitgestellte Sauerstoff bzw. unverbrannte Abgasanteil ist gegebenenfalls zu berücksichtigen.
Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erzielen, können hohe Abgasrückführraten erforderlich werden, die in der Größenordnung von x_AGR ≈ 60% bis 70% und mehr liegen können. Derart hohe Rückführraten erfordern ein entsprechend hohes Druckgefälle zwischen dem Abgasabführsystem und dem Ansaugsystem als Abgas treibendes Druckgefälle sowie im Einzelfall eine Kühlung des rückzuführenden Abgases, mit der die Temperatur des Abgases gesenkt und die Dichte des Abgases gesteigert wird, so dass eine größere Abgasmasse zurückgeführt werden kann.
Folglich wird eine Abgasrückführung regelmäßig mit einem Kühler ausgestattet, wobei es im Einzelfall Probleme bereiten kann, die dem Abgas im Kühler entzogenen großen Wärmemengen abzuführen bzw. zu entsorgen. Um das für die Rückführung erforderliche Druckgefälle zwischen dem Abgasabführsystem und dem Ansaugsystem realisieren zu können, werden nach dem Stand der Technik unterschiedliche Maßnahmen ergriffen.
Zur Generierung des erforderlichen Druckgefälles kann ein Absperrelement bzw. Drosselelement stromabwärts des ersten Knotenpunktes im Abgasabführsystem vorgesehen werden, um das Abgas zu stauen und den Abgasdruck stromaufwärts im Abgasabführsystem zu erhöhen, wodurch das treibende Druckgefälle über die Abgasrückführung hinweg zunimmt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Absperrelement bzw. Drosselelement stromaufwärts des zweiten Knotenpunktes im Ansaugsystem vorgesehen werden, um einlassseitig den Druck im Bereich der Einmündung der Rückführleitung zu senken. Beide Maßnahmen sind energetisch nachteilig. Insbesondere bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ist die einlassseitige Drosselung der Ladeluft als kontraproduktiv anzusehen.
Bei mittels Abgasturboaufladung aufgeladenen Brennkraftmaschinen und Verwendung einer Hochdruck-AGR, bei der das rückgeführte Abgas stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem entnommen und stromabwärts des Verdichters in das Ansaugsystem eingeleitet wird, lässt sich das erforderliche Druckgefälle weniger schwierig generieren als bei Verwendung einer Niederdruck-AGR, mit der Abgas stromaufwärts des Verdichters in das Ansaugsystem zurückgeführt wird, welches die Turbine bereits durchströmt hat.
Falls ein ausreichend hohes Druckgefälle zur Rückführung von Abgas vorliegt, dient gemäß dem Stand der Technik ein in der Rückführleitung angeordnetes und als AGR-Ventil zu bezeichnendes Stellelement der Einstellung der Rückführrate, d. h. der Einstellung der rückgeführten Abgasmenge, sowie der Aktivierung der Abgasrückführung im Allgemeinen. Die Verwendung eines am zweiten Knotenpunkt angeordneten Kombiventils gestattet die Bemessung der rückgeführten Abgasmenge und gleichzeitig die Drosselung der angesaugten Frischluftmenge.
Das heiße rückzuführende Abgas wird beim Durchströmen des AGR-Ventils gedrosselt, wobei die dem Abgas innewohnende Energie teilweise in Reibung bzw. Reibleistung umgewandelt wird, d. h. ungenutzt bleibt und verloren geht. Vorteilhafter wäre es, wenn diese Abgasenergie genutzt werden könnte, wodurch sich der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine gleichzeitig erhöhen ließe.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Abgasrückführung verbessert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit

– mindestens einem Zylinder,
– einem Ansaugsystem zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Luft,
– einem Abgasabführsystem zur Abführung der Abgase, und
– einer Abgasrückführung, die eine Rückführleitung umfasst, welche unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes von dem Abgasabführsystem abzweigt und unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes in das Ansaugsystem mündet,

– in der Rückführleitung eine Strömungsmaschine vorgesehen ist, die mindestens ein in einem Gehäuse auf einer drehbaren Welle angeordnetes und mit Laufschaufeln ausgestattetes Laufrad umfasst,
– stromaufwärts des mindestens einen Laufrades eine verstellbare Leiteinrichtung angeordnet ist, die mittels Verstelleinrichtung verdrehbare Leitschaufeln umfasst, und
– eine Elektromaschine vorgesehen ist, die mit der Welle der Strömungsmaschine zumindest verbindbar ist, wobei die Elektromaschine zur Energiegewinnung als Generator betreibbar ist, der Leistung aufnimmt, oder als Antrieb Leistung an die Strömungsmaschine abgibt.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist in der Rückführleitung der Abgasrückführung eine Strömungsmaschine vorgesehen, die als Verdichter bzw. Gebläse zur Förderung des rückzuführenden Abgases eingesetzt werden kann, falls das Druckgefälle zwischen dem Abgasabführsystem und dem Ansaugsystem als Abgas treibendes Druckgefälle zur Realisierung einer angeforderten Abgasmenge bzw. Rückführrate nicht ausreichend groß ist.
In diesem Verdichtermodus wird die Strömungsmaschine von einer vorgesehenen Elektromaschine angetrieben. Die mit der Welle der Strömungsmaschine verbundene und zumindest verbindbare Elektromaschine dient dabei als Antrieb und gibt Leistung an die Welle bzw. die Strömungsmaschine ab. Es können beliebig hohe Rückführraten realisiert werden und zwar unabhängig vom momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine und den momentan vorliegenden Drücken im Abgasabführsystem bzw. Ansaugsystem.
Die Strömungsmaschine der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann auch als Turbine verwendet, d. h. im Turbinenmodus betrieben werden. Um dies zu ermöglichen, ist die erfindungsgemäße Strömungsmaschine stromaufwärts des mindestens einen Laufrades mit einer verstellbaren Leiteinrichtung ausgestattet, mit der auf die Anströmung des mindestens einen Laufrades Einfluss genommen werden kann.
Zum einen kann die Leiteinrichtung gemäß einer ersten Arbeitsposition eingestellt werden, in welcher das mindestens eine Laufrad vom rückzuführenden Abgas im Wesentlichen axial, d. h. in Richtung der Drehachse der Strömungsmaschine, angeströmt wird. Dann arbeitet die Strömungsmaschine im Verdichtermodus, nimmt zwecks Antrieb Leistung von der Elektromaschine auf und fördert bzw. komprimiert das ihr zugeführte Abgas, weshalb der Druck stromabwärts der Strömungsmaschine höher sein kann als stromaufwärts der Strömungsmaschine.
Zum andern kann die Leiteinrichtung gemäß einer zweiten Arbeitsposition in der Art eingestellt werden, dass der Abgasströmung ein Drall aufgezwungen wird, d. h. ein Wirbel um die Drehachse der Strömungsmaschine, welcher der Anströmung des mindestens einen Laufrades eine Geschwindigkeitskomponente quer zur Welle bzw. in Umfangsrichtung verleiht. Dann kann die Strömungsmaschine im Turbinenmodus arbeiten bzw. betrieben werden, wobei die mit der Welle verbundene Elektromaschine als Generator der Energiegewinnung dient. Das Abgas wird beim Durchströmen des mindestens einen Laufrades umgelenkt, während sich gleichzeitig der Druck in der Abgasströmung vermindert. Der Druck stromabwärts der Strömungsmaschine ist regelmäßig niedriger als stromaufwärts der Strömungsmaschine. Im Rahmen dieser Druckminderung wird dem Abgas Energie entzogen und die Strömungsmaschine gibt Leistung an die Elektromaschine ab.
Wie vorstehend beschrieben kann der Abgasdruck stromabwärts der Strömungsmaschine durch Verstellen der Leiteinrichtung verändert, insbesondere auch abgesenkt werden.
Damit bietet die erfindungsgemäße Strömungsmaschine eine Möglichkeit zur Einstellung der Rückführrate bzw. zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge. Die verstellbare Leiteinrichtung kann folglich ein in der Rückführleitung angeordnetes AGR-Ventil beim Einstellen der angeforderten Rückführrate unterstützen bzw. ein derartiges AGR-Ventil vollständig ersetzen. Im Gegensatz zum Stand der Technik ermöglicht die erfindungsgemäße vorstehend beschriebene Vorgehensweise zur Einstellung der Rückführrate die Nutzung der Abgasenergie durch Energierückgewinnung im Turbinenmodus der Strömungsmaschine.
Die Druckminderung beim Durchströmen des mindestens einen Laufrades wird erfindungsgemäß zur Energiegewinnung genutzt. Die dem Abgas entzogene Energie wird dabei mittels Elektromaschine bzw. Generator nutzbar gemacht, gegebenenfalls zwischengespeichert, wodurch der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert, d. h. erhöht wird. Die dem rückzuführenden Abgas immanente Energie bleibt nicht teilweise ungenutzt.
Zu beachten ist zudem, dass die Temperatur des Abgases im Turbinenmodus der Strömungsmaschine infolge der Druckminderung beim Durchströmen des mindestens einen Laufrades ebenfalls abnimmt. Die niedrigere Abgastemperatur mindert den Wärmeübergang in einem gegebenenfalls stromabwärts der Strömungsmaschine vorgesehenen Kühler. Dies entschärft zumindest im Turbinenmodus die Problematik, große Wärmemengen abführen bzw. entsorgen zu müssen, wobei sich der Turbinenmodus gerade für hohe Lasten der Brennkraftmaschine eignet, bei denen hohe Abgastemperaturen vorliegen und regelmäßig nur wenig Abgas zurückgeführt wird, so dass sich eine hohe Druckminderung realisieren lässt.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, die hinsichtlich der Abgasrückführung verbessert ist.
Vorteilhaft können Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen in der Rückführleitung ein Stellelement bzw. Absperrelement vorgesehen ist. Dieses Element fungiert als AGR-Ventil und dient bei aktivierter Abgasrückführung der Einstellung der Rückführrate, d. h. der rückgeführten Abgasmenge.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das AGR-Ventil stromaufwärts bzw. stromabwärts der Strömungsmaschine vorgesehen ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Strömungsmaschine eine axiale Strömungsmaschine ist, die im Wesentlichen axial angeströmt wird. Im Wesentlichen axial bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung größer ist als die radiale Geschwindigkeitskomponente.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Strömungsmaschine einen Eintrittsbereich aufweist, der koaxial zur Welle der Strömungsmaschine verläuft und ausgebildet ist, so dass die Zuführung des Abgases zur Strömungsmaschine im Wesentlichen axial erfolgt. Das Abgas muss dann beim Durchströmen des Eintrittsbereichs nicht umgelenkt werden, um der Strömungsmaschine axial zugeführt zu werden. Da eine Umlenkung bzw. Richtungsänderung der Abgasströmung im Eintrittsbereich unterbleibt, werden unnötige Druckverluste infolge Strömungsumlenkung vermieden. Der Wirkungsgrad der Energierückgewinnung im Turbinenmodus kann gesteigert werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die verstellbare Leiteinrichtung in einem bzw. in dem Eintrittsbereich der Strömungsmaschine angeordnet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Strömungsmaschine einen Austrittsbereich aufweist, der radial zur Welle der Strömungsmaschine verläuft und ausgebildet ist, so dass die Abführung des Abgases aus der Strömungsmaschine im Wesentlichen radial erfolgt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Batterie vorgesehen ist, die vom Generator aufgenommene Leistung als elektrische Energie speichert und/oder elektrische Energie für den Antrieb der Strömungsmaschine liefert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Aufladung vorgesehen ist. Es wird Bezug genommen auf die im Zusammenhang mit der Aufladung bereits genannten Vorteile und gemachten Ausführungen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Rückführleitung ein Kühler angeordnet ist. Der Kühler senkt die Temperatur des Abgases und steigert damit die Dichte des Abgases, so dass höhere Rückführraten realisiert werden können. Der Kühler kann einen Kühlmittel führenden Kühlmittelmantel aufweisen, welcher der Wärmeübertragung zwischen Abgas und Kühlmittel dient.
Auch hinsichtlich einer Kondensatbildung kann ein AGR-Kühler hilfreich sein. Die Kühlung des rückzuführenden Abgases im Rahmen der Rückführung hat den vorteilhaften Effekt, dass sich das Kondensat nicht erst im Ansaugsystem, sondern bereits beim Rückführen bildet und im Rahmen der Rückführung abgeschieden werden kann. Kondensat kann sich bilden, wenn das rückgeführte heiße Abgas im Ansaugsystem mit kühler Frischluft zusammentrifft und zuvor noch gasförmige Abgaskomponenten auskondensieren, weil die Tautemperatur unterschritten wird. Kondensat kann sich auch bilden, wenn das rückgeführte heiße Abgas auf die kühle Innenwandung des Ansaugsystems trifft.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Kühler stromabwärts der Strömungsmaschine angeordnet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Rückführleitung kein Absperrelement angeordnet ist. Die verstellbare Leiteinrichtung ersetzt dann das AGR-Ventil vollständig bzw. dient selbst als AGR-Ventil. Durch Verstellen der Leiteinrichtung wird die angeforderte Rückführrate eingestellt, wobei im Turbinenmodus der Strömungsmaschine aus dem rückzuführenden Abgas Energie rückgewonnen wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Strömungsmaschine nicht Bestandteil eines Abgasturboladers ist. Damit grenzt sich die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine gegenüber Brennkraftmaschinen ab, die in der Rückführleitung der Abgasrückführung einen Abgasturbolader vorsehen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein mittels Hilfsantrieb antreibbarer Verdichter im Ansaugsystem angeordnet ist.
Der Vorteil eines mittels Hilfsantrieb antreibbaren Verdichters, d. h. Laders, gegenüber einem Abgasturbolader besteht darin, dass der Lader stets den angeforderten Ladedruck generieren und zur Verfügung stellen kann und zwar unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Das gilt insbesondere für einen Lader, der mittels Elektromaschine elektrisch antreibbar und daher unabhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle ist.
Nach dem Stand der Technik bereitet es nämlich Schwierigkeiten, die Leistung mittels Abgasturboaufladung in allen Drehzahlbereichen zu steigern. Es wird ein stärkerer Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beobachtet. Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis bzw. der Turbinenleistung abhängt. Wird die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis bzw. einer kleineren Turbinenleistung. Folglich nimmt das Ladedruckverhältnis zu niedrigeren Drehzahlen hin ebenfalls ab. Dies ist gleichbedeutend mit einem Drehmomentabfall.
Vorteilhaft können dennoch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst. Bei einem Abgasturbolader sind ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt. Die vom Abgasstrom an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung der Zylinder, d. h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt gewissermaßen eine Verdichtung durch Kühlung.
Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem – mittels Hilfsantrieb antreibbaren – Lader besteht darin, dass ein Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase nutzt, während ein Lader die für seinen Antrieb erforderliche Energie direkt oder indirekt von der Brennkraftmaschine bezieht und damit, zumindest solange die Antriebsenergie nicht aus einer Energierückgewinnung stammt, den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, d. h. mindert.
Falls es sich nicht um einen mittels Elektromaschine, d. h. elektrisch antreibbaren Lader handelt, ist regelmäßig eine mechanische bzw. kinematische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen dem Lader und der Brennkraftmaschine erforderlich, die auch das Packaging im Motorraum nachteilig beeinflusst bzw. bestimmt.
Um einem Drehmomentabfall bei niedrigen Drehzahlen entgegen wirken zu können, sind besonders Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen mindestens zwei Abgasturbolader vorgesehen sind. Wird die Motorendrehzahl nämlich verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Ladedruckverhältnis.
Durch Einsatz mehrerer Abgasturbolader, beispielsweise mehrerer in Reihe oder parallel geschalteter Abgasturbolader, kann die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine spürbar verbessert werden.
Zur Verbesserung der Drehmomentcharakteristik kann neben dem mindestens einen Abgasturbolader auch ein weiterer Verdichter vorgesehen werden und zwar sowohl ein mittels Hilfsantrieb antreibbarer Lader als auch ein Verdichter eines weiteren Abgasturboladers.
Ist im Ansaugsystem ein Verdichter bzw. Lader angeordnet, können Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen die Rückführleitung stromabwärts des Verdichters bzw. Laders unter Ausbildung des zweiten Knotenpunktes in das Ansaugsystem mündet.
Bei einer sogenannten Hochdruck-AGR wird das Abgas stromabwärts des Verdichters in das Ansaugsystem eingebracht. Um das für eine Rückführung erforderliche Druckgefälle zwischen dem Abgasabführsystem und dem Ansaugsystem einfacher bereitstellen zu können, wird das Abgas bei einer Abgasturbolaufladung vorzugsweise und regelmäßig stromaufwärts der zugehörigen Turbine aus dem Abgasabführsystem entnommen. Die Hochdruck-AGR hat den Vorteil, dass das Abgas den Verdichter nicht passiert und daher vor der Rückführung keiner Abgasnachbehandlung, beispielsweise in einem Partikelfilter, unterzogen werden muss. Ablagerungen im Verdichter, welche die Geometrie des Verdichters, insbesondere die Strömungsquerschnitte, verändern und auf diese Weise den Wirkungsgrad des Verdichters verschlechtern, sind nicht zu befürchten. Eine Kondensatbildung erfolgt – wenn überhaupt – stromabwärts des Verdichters, der die ihm zugeführte Ladeluft im Rahmen der Kompression auch erhitzt und einer Kondensatbildung auf diese Weise vorbeugt bzw. entgegen wirkt.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die Rückführleitung stromaufwärts des Verdichters unter Ausbildung des zweiten Knotenpunktes in das Ansaugsystem mündet.
Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und gleichzeitiger Verwendung einer Hochdruck-AGR kann sich ein Konflikt ergeben, wenn das rückgeführte Abgas stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem entnommen wird und zum Antrieb der Turbine nicht mehr zur Verfügung steht.
Bei einer Steigerung der Abgasrückführrate nimmt der in die Turbine eingeleitete Abgasstrom gleichzeitig ab. Der verminderte Abgasmassenstrom durch die Turbine bedingt ein kleineres Turbinendruckverhältnis, wodurch das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, was gleichbedeutend ist mit einem kleineren Verdichtermassenstrom. Neben dem abnehmenden Ladedruck können sich zusätzlich Probleme beim Betrieb des Verdichters hinsichtlich der Pumpgrenze einstellen. Nachteile können sich auch bei den Schadstoffemissionen ergeben, beispielsweise hinsichtlich der Rußbildung bei Dieselmotoren während einer Beschleunigung.
Aus diesem Grunde sind Konzepte erforderlich, die ausreichend hohe Ladedrücke bei gleichzeitig hohen Abgasrückführraten sicherstellen. Einen Lösungsansatz bietet die sogenannte Niederdruck-AGR, mit der Abgas in das Ansaugsystem zurückgeführt wird, welches die Turbine bereits durchströmt hat. Hierzu umfasst die Niederdruck-AGR eine Rückführleitung, die stromabwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem abzweigt. Die Rückführleitung mündet vorzugsweise stromaufwärts des Verdichters in das Ansaugsystem, um das für eine Rückführung erforderliche Druckgefälle zwischen dem Abgasabführsystem und dem Ansaugsystem einfacher realisieren zu können.
Das mittels Niederdruck-AGR rückgeführte Abgas wird stromaufwärts des Verdichters mit Frischluft gemischt. Die auf diese Weise erzeugte Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas bildet die Ladeluft, die dem Verdichter zugeführt und verdichtet wird, wobei die komprimierte Ladeluft vorzugsweise stromabwärts des Verdichters in einem Ladeluftkühler gekühlt wird.
Da Abgas durch den Verdichter hindurchgeführt wird, wird das Abgas stromabwärts der Turbine vorzugsweise einer Abgasnachbehandlung unterzogen. Die Niederdruck-AGR kann auch mit einer Hochdruck-AGR kombiniert werden.
Vorteilhaft können aus den bereits genannten Gründen somit Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die Rückführleitung stromaufwärts der Turbine unter Ausbildung des ersten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem abzweigt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Turbine eines vorgesehenen Abgasturboladers eine variable Turbinengeometrie aufweist, die eine weitergehende Anpassung an den Betrieb der Brennkraftmaschine durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes gestattet. Dabei sind im Eintrittsbereich der Turbine verstellbare Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades rotieren die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine.
Verfügt die Turbine über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich im Eintrittsbereich angeordnet, d. h. starr fixiert, falls überhaupt eine Leiteinrichtung vorgesehen ist. Bei einer variablen Geometrie hingegen sind die Leitschaufeln zwar stationär angeordnet, aber nicht völlig unbeweglich, sondern um ihre Achse drehbar, so dass auf die Anströmung der Laufschaufeln Einfluss genommen werden kann.
Durch Verstellen der Turbinengeometrie kann Einfluss genommen werden auf den Abgasdruck stromaufwärts der Turbine, damit auf das Druckgefälle zwischen Abgasabführsystem und Ansaugsystem und somit auf die Rückführrate der Hochdruck-AGR.
Vorteilhaft können ebenfalls aus bereits genannten Gründen Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die Rückführleitung stromabwärts der Turbine unter Ausbildung des ersten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem abzweigt.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zwischen der Turbine und dem ersten Knotenpunkt mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem im Abgasabführsystem vorgesehen ist. Da Abgas durch den Verdichter hindurchgeführt wird, wird das Abgas stromabwärts der Turbine vorzugsweise einer Abgasnachbehandlung unterzogen.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zur Nachbehandlung des Abgases ein Partikelfilter als Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen ist.
Zur Minimierung der Rußemission wird vorliegend ein regenerativer Partikelfilter eingesetzt, der die Rußpartikel aus dem Abgas herausfiltert und speichert, wobei diese Rußpartikel im Rahmen der Regeneration des Filters intermittierend verbrannt werden. Die zur Regeneration des Partikelfilters erforderlichen Temperaturen liegen bei nicht vorhandener katalytischer Unterstützung bei etwa 550°C. Regelmäßig wird daher auf zusätzliche Maßnahmen zurückgegriffen, um eine Regeneration des Filters unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
Die Regeneration des Filters trägt Wärme in das Abgas ein und erhöht die Abgastemperatur und damit die Abgasenthalpie. Am Austritt des Filters steht somit ein energiereiches Abgas zur Verfügung, das in der erfindungsgemäßen Weise genutzt werden kann.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen zur Nachbehandlung des Abgases ein Oxidationskatalysator als Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen ist.
Zwar findet auch ohne zusätzliche Maßnahmen bei einem ausreichend hohen Temperaturniveau und dem Vorhandensein genügend großer Sauerstoffmengen eine Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und von Kohlenmonoxid im Abgasabführsystem statt. Diese Reaktionen kommen aber aufgrund der stromabwärts schnell abnehmenden Abgastemperatur und der infolgedessen rapide sinkenden Reaktionsgeschwindigkeit schnell zum Erliegen. Daher kommen katalytische Reaktoren zum Einsatz, die unter Verwendung katalytischer Materialien eine Oxidation auch bei niedrigen Temperaturen sicherstellen. Sollen zusätzlich Stickoxide reduziert werden, kann dies beim Ottomotor durch den Einsatz eines Drei-Wege-Katalysators erreicht werden.
Die Oxidation ist eine exotherme Reaktion, wobei die freigesetzte Wärme die Temperatur und damit die Enthalpie des Abgases erhöht. Am Austritt des Oxidationskatalysators steht somit ein energiereicheres Abgas zur Verfügung. Insofern ist das Vorsehen eines Oxidationskatalysators insbesondere auch im Hinblick auf die erfindungsgemäße Nutzung der Abgasenergie sinnvoll und vorteilhaft.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Bypassleitung zur Umgehung des Kühlers vorgesehen ist, die den AGR-Kühler überbrückt und mit der das via Abgasrückführung rückgeführte Abgas bei Umgehung des Kühlers in das Ansaugsystem eingeleitet werden kann. Es kann sinnvoll sein, den AGR-Kühler zu überbrücken. Wird die Abgasrückführung im Rahmen einer Motorbremse genutzt, ist es sinnvoll, das heiße Abgas ungekühlt zurückzuführen.
Ist im Ansaugsystem ein Verdichter bzw. Lader angeordnet, können Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen ein Ladeluftkühler stromabwärts des mindestens einen Verdichters im Ansaugsystem angeordnet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Laufschaufeln symmetrisch ausgebildet sind. Damit die Laufschaufeln einerseits den Druck im Abgas im Verdichtermodus erhöhen und auf diese Weise das Abgas fördern bzw. komprimieren können und andererseits im Turbinenmodus dem Abgas durch Umlenken und Druckabbau Energie entziehen können, müssen die Laufschaufeln des mindestens einen Laufrades entsprechend, d. h. in geeigneter Weise ausgebildet, d. h. ausgeformt werden. Eine symmetrische Ausbildung der Laufschaufeln ist eine Möglichkeit, beiden Szenarien bzw. Modi Rechnung zu tragen.
Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art wird die Strömungsmaschine in Abhängigkeit von einem zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem zweiten Knotenpunkt vorliegenden Druckgefälle entweder zum Entspannen oder zum Verdichten des rückzuführenden Abgases eingesetzt, wozu die Elektromaschine entweder als Generator oder als Antrieb verwendet wird.
Unterschiedliche Ausführungsformen der Brennkraftmaschine erfordern entsprechend unterschiedliche Verfahrensvarianten.
Ausgehend von einer als Generator betriebenen Elektromaschine ist es vorteilhaft, die via Rückführleitung rückgeführte Abgasmenge mittels Verstellen der Leitschaufeln der Leiteinrichtung einzustellen.
Vorteilhaft sind Varianten, bei denen die Leitschaufeln der Leiteinrichtung in Abhängigkeit der Last der Brennkraftmaschine eingestellt werden.
Die Last der Brennkraftmaschine hat unmittelbar Einfluss auf die rückgeführte Abgasmenge und damit auf die realisierbare Energierückgewinnung im Turbinenmodus.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und gemäß den 1, 2, 3a und 3b näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Abgasrückführung,
2 schematisch die Strömungsmaschine der ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, teilweise geschnitten,
3a schematisch die Strömungsbedingungen in der Strömungsmaschine anhand der Geschwindigkeitsvektoren in einem Verdichtermodus, und
3b schematisch die Strömungsbedingungen in der Strömungsmaschine anhand der Geschwindigkeitsvektoren in einem Turbinenmodus.
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über ein Ansaugsystem 3 zur Versorgung der Zylinder 1a mit Ladeluft und über ein Abgasabführsystem 2 zum Abführen der Abgase aus den Zylindern 1a.
Die Brennkraftmaschine 1 ist zwecks Aufladung mit einem Abgasturbolader 5 ausgestattet, der eine im Abgasabführsystem 2 angeordnete Turbine 5b und einen im Ansaugsystem 3 angeordneten Verdichter 5a umfasst.
Des Weiteren ist eine Abgasrückführung 4 vorgesehen mit einer Rückführleitung 4a, die stromaufwärts der Turbine 5b unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes 2a vom Abgasabführsystem 2 abzweigt und stromabwärts des Verdichters 5a unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes 3a in das Ansaugsystem 3 mündet. In der Rückführleitung 4a ist ein Kühler 4b angeordnet, der dem rückzuführenden Abgas bei Bedarf Wärme entzieht.
Ein Absperrelement zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge, d. h. der Rückführrate, ist nicht in der Rückführleitung 4a platziert.
Die dargestellte Abgasrückführung 4 zeichnet sich dadurch aus, dass in der Rückführleitung 4a eine Strömungsmaschine 6 vorgesehen ist, die ein in einem Gehäuse 6b auf einer drehbaren Welle 6a angeordnetes und mit Laufschaufeln 6d ausgestattetes Laufrad 6c umfasst (siehe auch 2). Stromaufwärts des Laufrades 6c ist eine verstellbare Leiteinrichtung 8 angeordnet, die mittels Verstelleinrichtung verdrehbare Leitschaufeln 8a umfasst.
Die in der Rückführleitung 4a vorgesehene Strömungsmaschine 6 kann als Verdichter zur Förderung des rückzuführenden Abgases eingesetzt werden, falls das Druckgefälle zwischen dem Abgasabführsystem 2 und dem Ansaugsystem 3 als Abgas treibendes Druckgefälle zur Realisierung einer angeforderten Rückführrate nicht ausreichend groß ist.
Die Strömungsmaschine 6 kann auch als Turbine betrieben werden, wobei sich das Abgas beim Durchströmen des Laufrades entspannt. Im Rahmen dieser Druckminderung wird dem Abgas mittels Strömungsmaschine 6 Energie entzogen.
Eine Elektromaschine 7, die mit der Welle 6a der Strömungsmaschine 6 zumindest verbindbar ist, gibt im Verdichtermodus der Strömungsmaschine 6 als Antrieb 7a Leistung an die Strömungsmaschine 6 ab, wodurch das rückzuführende Abgas gefördert wird. Im Turbinenmodus der Strömungsmaschine 6 wird die Elektromaschine 7 zur Energierückgewinnung als Generator 7b betrieben und nimmt Leistung auf.
Die Strömungsmaschine 6 kann im Turbinenmodus zudem zur Einstellung der Rückführrate bzw. zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge eingesetzt, d. h. verwendet werden. Hierzu ist die verstellbare Leiteinrichtung 8 entsprechend einzustellen, damit die Abgasmenge dosiert und gleichzeitig Energie aus dem Abgas zurückgewonnen wird. Die Druckminderung beim Durchströmen des Laufrades 6c wird zur Energiegewinnung genutzt. Die dem Abgas entzogene Energie wird dabei mittels Elektromaschine 7 bzw. Generator 7b nutzbar gemacht.
Zwischen dem Verdichter 5a des Abgasturboladers 5 und dem zweiten Knotenpunkt 3a ist ein Ladeluftkühler 3b im Ansaugsystem 3 angeordnet, mit dem die im Verdichter 5a komprimierte Ladeluft gekühlt wird.
2 zeigt schematisch die Strömungsmaschine 6 der ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, teilweise geschnitten.
Die Strömungsmaschine 6 ist in der Rückführleitung 4a der Abgasrückführung angeordnet und verfügt über ein Laufrad 6c, welches in einem Gehäuse 6b auf einer drehbaren Welle 6a angeordnet und mit Laufschaufeln 6d ausgestattet ist.
Die Strömungsmaschine 6 ist elektrisch antreibbar. Hierzu ist als Antriebsmotor 7a eine Elektromaschine 7 vorgesehen, die mit der Welle 6a der Strömungsmaschine 6 zumindest verbindbar ist.
Die Strömungsmaschine 6 weist einen Eintrittsbereich 6e auf, der koaxial zur Welle 6a der Strömungsmaschine 6 verläuft und ausgebildet ist, so dass die Zuführung des Abgases zur Strömungsmaschine 6 axial erfolgt. Im Eintrittsbereich 6e stromaufwärts des Laufrades 6c ist eine verstellbare Leiteinrichtung 8 angeordnet, die mittels Verstelleinrichtung verdrehbare Leitschaufeln 8a umfasst. Durch Verstellen der Leiteinrichtung 8 bzw. der Schaufeln 8a lassen sich die Anströmbedingungen der Strömungsmaschine 6 bzw. des Laufrades 6c verändern. Auf diese Weise lässt sich die Strömungsmaschine 6 von einem Verdichtermodus in einen Turbinenmodus überführen und umgekehrt. Im Turbinenmodus der Strömungsmaschine 6 wird die Elektromaschine 7 zur Energierückgewinnung als Generator 7b betrieben, der Leistung aufnimmt.
Die 3a und 3b zeigen die unterschiedlichen Strömungsbedingungen in den verschiedenen Betriebsmodi der Strömungsmaschine 6.
3a zeigt schematisch die Strömungsbedingungen in der Strömungsmaschine 6 anhand der Geschwindigkeitsvektoren in einem Verdichtermodus.
Die Leitschaufeln 8a der Leiteinrichtung 8 sind gemäß einer ersten Arbeitsposition eingestellt, so dass das Laufrad 6c vom Abgas axial, d. h. in Richtung der Drehachse der Strömungsmaschine 6, angeströmt wird. Die Absolutgeschwindigkeit der Abgasströmung ist durchgehend mit c bezeichnet.
Stromabwärts der Leiteinrichtung 8, stromaufwärts des Laufrades 6c ergibt sich die relevante Relativgeschwindigkeit w der Anströmung zu den Laufschaufeln 6d unter Berücksichtigung der Umfangsgeschwindigkeit u infolge der Drehbewegung des Laufrades 6c.
Die Strömungsmaschine 6 arbeitet im Verdichtermodus, nimmt zwecks Antrieb Leistung von der Elektromaschine auf und fördert das ihr zugeführte Abgas, wobei der Druck im Abgas stromabwärts des Laufrades 6c regelmäßig höher ist als stromaufwärts des Laufrades 6c.
3b zeigt schematisch die Strömungsbedingungen in der Strömungsmaschine 6 anhand der Geschwindigkeitsvektoren in einem Turbinenmodus.
Die Leitschaufeln 8a der Leiteinrichtung 8 sind gemäß einer zweiten Arbeitsposition eingestellt, so dass der Absolutgeschwindigkeit c der Abgasströmung eine Umfangskomponente aufgezwungen wird. Die Abgasströmung weist nach Durchströmen der Leiteinrichtung 8 einen Drall auf, weshalb das Laufrad 6c vom Abgas quer angeströmt wird, d. h. quer zur Drehachse der Strömungsmaschine 6. Die Umfangskomponente der Absolutgeschwindigkeit c wird durch die Umfangsgeschwindigkeit u infolge der Drehbewegung des Laufrades 6c nahezu kompensiert, so dass die relevante Relativgeschwindigkeit w der Anströmung zu den Laufschaufeln 6d eine nahezu axiale Geschwindigkeit ist.
Die Strömungsmaschine 6 arbeitet im Turbinenmodus und gibt zwecks Energiegewinnung Leistung an die als Generator dienende Elektromaschine ab. Durch Verstellen der Leitschaufeln 8a lässt sich die via Rückführleitung rückgeführte Abgasmenge einstellen.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
1a: Zylinder
2: Abgasabführsystem
2a: erster Knotenpunkt
3: Ansaugsystem
3a: zweiter Knotenpunkt
3b: Ladeluftkühler
4: Abgasrückführung
4a: Rückführleitung
4b: AGR-Kühler
5: Abgasturbolader
5a: Verdichter des Abgasturboladers
5b: Turbine der Abgasturboladers
6: Strömungsmaschine
6a: Welle
6b: Gehäuse
6c: Laufrad
6d: Laufschaufeln
6e: Eintrittsbereich
7: Elektromaschine
7a: Antrieb, Antriebsmotor
7b: Generator
8: Leiteinrichtung
8a: Leitschaufeln
c: Absolutgeschwindigkeit der Anströmung
u: Umfangsgeschwindigkeit infolge der Drehbewegung des Laufrades
w: Relativgeschwindigkeit der Anströmung zu den Laufschaufeln
AGR: Abgasrückführung
m_AGR: Masse an zurückgeführtem Abgas
m_Frischluft: Masse an zugeführter Frischluft bzw. Verbrennungsluft
x_AGR: Abgasrückführrate

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit – mindestens einem Zylinder (1a), – einem Ansaugsystem (3) zur Versorgung des mindestens einen Zylinders (1a) mit Luft, – einem Abgasabführsystem (2) zur Abführung der Abgase, und – einer Abgasrückführung (4), die eine Rückführleitung (4a) umfasst, welche unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes (2a) von dem Abgasabführsystem (2) abzweigt und unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes (3a) in das Ansaugsystem (3) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass – in der Rückführleitung (4a) eine Strömungsmaschine (6) vorgesehen ist, die mindestens ein in einem Gehäuse (6b) auf einer drehbaren Welle (6a) angeordnetes und mit Laufschaufeln (6d) ausgestattetes Laufrad (6c) umfasst, – stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (6c) eine verstellbare Leiteinrichtung (8) angeordnet ist, die mittels Verstelleinrichtung verdrehbare Leitschaufeln (8a) umfasst, und – eine Elektromaschine (7) vorgesehen ist, die mit der Welle (6a) der Strömungsmaschine (6) zumindest verbindbar ist, wobei die Elektromaschine (7) zur Energiegewinnung als Generator (7b) betreibbar ist, der Leistung aufnimmt, oder als Antrieb (7a) Leistung an die Strömungsmaschine (6) abgibt.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (4a) ein Kühler (4b) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (4a) kein Absperrelement angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (6) nicht Bestandteil eines Abgasturboladers ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mittels Hilfsantrieb antreibbarer Verdichter im Ansaugsystem (3) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abgasturbolader (5) vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem (2) angeordnete Turbine (5b) und einen im Ansaugsystem (3) angeordneten Verdichter (5a) umfasst.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (4a) stromabwärts des Verdichters (5a) unter Ausbildung des zweiten Knotenpunktes (3a) in das Ansaugsystem (3) mündet.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (4a) stromaufwärts des Verdichters (5a) unter Ausbildung des zweiten Knotenpunktes (3a) in das Ansaugsystem (3) mündet.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (4a) stromaufwärts der Turbine (5b) unter Ausbildung des ersten Knotenpunktes (2a) vom Abgasabführsystem (2) abzweigt.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (4a) stromabwärts der Turbine (5b) unter Ausbildung des ersten Knotenpunktes (2a) vom Abgasabführsystem (2) abzweigt.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Turbine (5b) und dem ersten Knotenpunkt (2a) mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem im Abgasabführsystem (2) vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachbehandlung des Abgases ein Partikelfilter als Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachbehandlung des Abgases ein Oxidationskatalysator als Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassleitung zur Umgehung des Kühlers (4b) vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladeluftkühler (3b) stromabwärts des mindestens einen Verdichters (5a) im Ansaugsystem (2) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln (6d) symmetrisch ausgebildet sind.