WO2006119866A1 - Brennkraftmaschine mit abgasturbolader und abgasrückführung - Google Patents

Brennkraftmaschine mit abgasturbolader und abgasrückführung Download PDF

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WO2006119866A1
WO2006119866A1 PCT/EP2006/003803 EP2006003803W WO2006119866A1 WO 2006119866 A1 WO2006119866 A1 WO 2006119866A1 EP 2006003803 W EP2006003803 W EP 2006003803W WO 2006119866 A1 WO2006119866 A1 WO 2006119866A1
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flow
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Wolfram Schmid
Siegfried Sumser
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and exhaust gas recirculation according to the preamble of claim 1.
  • the turbine housing is formed double-flow.
  • the regulation of the exhaust gas supply to a turbine wheel of the exhaust gas turbine via an axial slide which can completely cover one of the floods, so that the exhaust gas supply takes place via an upstream flood connection via a single flood on the turbine wheel.
  • the slide is a simple sleeve without affecting the flow in terms of a variable turbine geometry.
  • Such control of the amount of exhaust gas is customary in the non-fired operating range of the internal combustion engine in which the internal combustion engine is to act as an engine brake (turbo brake).
  • the relatively low exhaust gas quantity in engine braking operation is supplied to the turbine wheel via the smaller flow, which is dimensioned correspondingly to the smaller exhaust gas flow with its inlet cross section, so that a relatively high rotational speed of the turbine wheel and a compressor connected to the turbine wheel via a shaft can be maintained. Due to the relatively high Speed of the compressor also results in the engine braking operation, a compression of the intake air and thus corresponding engine braking performance.
  • turbocharger instead of the mentioned slide solution, to equip turbocharger with a variable turbine geometry, for example in the form of a radial guide grid with adjustable guide vanes, which then, if necessary, closes a flood. It is also possible to provide the slide with a rigid guide grid, which is then introduced into the exhaust gas flow.
  • a variable turbine geometry for example in the form of a radial guide grid with adjustable guide vanes, which then, if necessary, closes a flood.
  • the slide with a rigid guide grid, which is then introduced into the exhaust gas flow.
  • the provision of the variable turbine geometry and a slide with guide grid is complex and also requires space.
  • the internal combustion engine according to the invention with exhaust gas turbocharger and exhaust gas recirculation with the characterizing features of claim 1 has the advantage that a simple adaptation of the turbocharger to the various operating conditions of the internal combustion engine, in particular in the exhaust gas recirculation mode and engine braking operation, can take place, wherein the use of variable or rigid Can be dispensed with vanes in front of the turbine or a slider in the turbine housing.
  • a good regulation of the flow to the turbine is possible, in which the Aufstau can be better adapted to the exhaust gas turbine to the respective operating point.
  • an exhaust gas recirculation for the return of exhaust gas from the exhaust line provided in the intake in which depending on state variables and operating parameters of the internal combustion engine in a simple manner, the height of the can be adjusted recirculated exhaust gas mass flow. It is advantageous that can be achieved by three controls very variable adjustment of a desired back pressure on the turbine, which can be well adjusted in addition to the engine braking power and the exhaust gas recirculation rate. Even high exhaust gas recirculation rates of up to 50% can be achieved.
  • FIG. 1 shows an inventive internal combustion engine with exhaust gas turbocharger in a schematically simplified, partial Thomasteilsander, 2 shows a modification of the internal combustion engine with turbocharger according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a simplified schematic representation of an internal combustion engine 1, which is a diesel engine with engine brake, in particular for use for commercial vehicles, is.
  • the invention is in principle but also transferable to gasoline engines.
  • the internal combustion engine 1 has an exhaust gas turbocharger 2 with a turbine 3 in the exhaust gas line 4.
  • the turbine 3 has a turbine wheel 5, which is designed as a radial turbine and transmits the movement of the turbine wheel 5 via a shaft 7 to a compressor wheel 8 of a compressor 9.
  • the turbine 3 has a turbine housing 19, which is formed with two floods 14, 15 and inflow channels 16, 17, respectively.
  • the two floods 14, 15 and inflow channels 16, 17 are separated by a housing-fixed partition wall 18 of the asymmetrically shaped turbine housing 19.
  • each flood 14, 15 and inflow channel 16, 17, the exhaust gas can be supplied separately to the turbine wheel 5.
  • the exhaust gas is supplied via the exhaust line 4, which is divided into two independently formed exhaust pipes, a first exhaust pipe 20 and a second exhaust pipe 21.
  • the first exhaust pipe 20 is the first flow 14 and the second exhaust pipe 21 is associated with the second flow 15.
  • Each exhaust pipe 20, 21 is associated with a defined number of cylinder outlets of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine 1 six Cylinder, wherein a first cylinder bank 23, three cylinders and a second cylinder bank 24, also has three cylinders. It is conceivable in addition to the uniform distribution of the cylinder banks and a non-uniform.
  • the first exhaust pipe 20 leads from the cylinder bank 23 assigned here to the first inflow channel 16 of the first flow 14.
  • the second exhaust pipe 21 leads from the second cylinder bank 24 assigned to it to the second inflow duct 17 of the second flow 15.
  • a two exhaust pipes 20, 21 bridging line 25 is provided.
  • a first control element 30 is housed, which can control the exhaust gas flow in the bypass line 25.
  • the first control element 30 is designed, for example, as a flow-controlling valve (blow-by valve) or as an adjustable throttle body or flap.
  • a flow-controlling valve blow-by valve
  • an adjustable throttle body or flap In the open position of the first control element 30, an overflow with pressure equalization between the exhaust pipes 20, 21 is possible. In contrast, in a closed position, no pressure equalization between the exhaust pipes 20, 21.
  • a second control 31 is introduced, which also as the flow controlling valve or is designed as a throttle body or flap.
  • the open position of the second control element 31 an exhaust gas flow from the first cylinder bank 23 to the first flow 14 is possible.
  • the closed position of the second control element 31 virtually no gas is supplied to the first flow 14 except for crevasse flows.
  • the internal combustion engine 1 has an exhaust gas recirculation, which comprises a return line 35, optionally an exhaust gas cooler 36 and a third control element 32.
  • the third control element 32 can be designed as a flow-controlling valve (exhaust gas recirculation valve) or as a throttle body or flap and is arranged upstream of the first flow 14 and, for example, upstream of the exhaust gas cooler 36 in the return line 35.
  • a design of the third control element 32 is provided as a switching valve, which can not assume an intermediate position, but only an open and a closed position.
  • the return line 35 opens into an intake tract 6 of the internal combustion engine 1 downstream of a charge air cooler 37 for the intake air.
  • the intake duct 6 comprises the compressor 9 with the compressor wheel 8, the ambient air with the pressure pl sucks and compressed to an increased pressure p2.
  • the charge air cooler 37 Downstream of the compressor 9, the charge air cooler 37 is arranged in the intake tract 6, through which the compressed air flows. After leaving the intercooler 37, the air on the boost pressure P 2 S, with which it is optionally introduced with mixed exhaust gas from the return line 35 into the cylinder inlet of the internal combustion engine 1.
  • the second, larger flood 15 is dimensioned or designed so that a desired charge pressure can be achieved in the fired operation.
  • the first, smaller tide 14 is dimensioned or designed so that a required exhaust gas recirculation rate can be achieved, with a certain engine braking performance is guaranteed in engine braking operation.
  • the ratio of the inlet cross-section or shark cross-section of the first flood 14 per 1 1 stroke volume of the internal combustion engine 1 should thereby in accordance with the boundary conditions often in a range of
  • the second control element 31 In the exhaust gas recirculation mode in the fired mode of operation of the internal combustion engine 1, the second control element 31 is completely closed in the limit case for the return of up to 50% of exhaust gas, so that no exhaust gas enters the first flow 14 more. At the same time, the first control element 30 is closed. The exhaust gas from the first cylinder bank 23 now enters the intake tract 6 when the third control element 32 is open. In the case of a six-cylinder internal combustion engine, three cylinders serve as the sole dispenser cylinder for the exhaust gas recirculation. Above the other three cylinders 24, the operation of the turbine via the second flood 15 is maintained.
  • the second control element 31 or the third control element 32 can also assume a corresponding flow position between an open position and a closed position.
  • the first control element 30 could also be dispensed with and the exhaust gas recirculation could be controlled solely via the third control element 32.
  • Control 30 permanently brought into an open position, so that a flow in the bypass line 25 can take place.
  • the second control element 31 in the first exhaust gas line 20 is provided in order to be able to variably change its position or the flow in the first exhaust gas line 20.
  • the third control element 32 is permanently in its closed position during the engine braking operation, so that no exhaust gas recirculation takes place.
  • first control element 30 and the second control element 31 and optionally also the third control element 32 may be housed in a common housing for further space optimization. It is also conceivable a corresponding constructive solution in the form of a multi-functional valve or throttle body.
  • All control elements 30, 31, 32 can be adjusted to their desired position via control signals which can be generated in a regulating and control device, not shown in detail, for example an electronic engine control unit, so as to enable control of the flow rate.
  • the second control element 31 ' can also be installed in the second exhaust gas line 21. All the same or equivalent components are identified by the same reference numerals in FIG.
  • the second control element 31 ' is closed and the first control element 30 is opened.
  • the third control element 32 is also in its open position in order to transfer the exhaust gas via the return line 35 into the intake tract 6.
  • the ratio of the inlet cross-section or shark cross-section of the first flood 14 per 1 1 stroke volume of the internal combustion engine 1 should often be in the range from 0.15 cm 2 / l to 0.40 cm 2 / l in accordance with the boundary conditions.
  • the first control element 30 In engine braking operation, the first control element 30 remains in its open position, so that a flow in the bypass line 25 can take place.
  • the second control element 31 'in the second exhaust gas line 21 is provided in order to be able to variably change its position or the flow in the second exhaust gas line 21.
  • the third control element 32 is permanently in its closed position during the engine braking operation, so that no exhaust gas recirculation takes place.
  • variable second control element 31 ' In the closed position of the variable second control element 31 ', no exhaust gas or only the gap flows through the second flow 15 can reach the turbine wheel 5. The total amount of exhaust gas must therefore flow through the small flood 14 to the turbine 5, resulting in the then adjusting maximum exhaust pressure p31 a high speed of the turbine wheel 5 and the associated compressor wheel 8 results, resulting in a maximum boost pressure of the compressor 9 and thus to maximum braking power in engine braking operation leads.
  • the braking power can be varied or adjusted in a simple manner accordingly.

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Abstract

Zur vereinfachten Bauweise und Erhöhung der Abgasrückführrate wird eine Brennkraftmaschine (1) mit Abgasturbolader (2) und Abgasrückführung vorgeschlagen, bei welcher der Abgasturbolader (2) eine Abgasturbine (3) umfasst, die zwei separate, einem Turbinenrad (5) der Abgasturbine (3) vorgelagerte Strömungsfluten (14, 15) mit unterschiedlichem Querschnitt aufweist und jede Strömungsflut (14; 15) mit jeweils einer Abgasleitung (20, 21) zur Versorgung mit Abgas verbunden ist, wobei zur Abgasrückführung eine Abgasrückf ührleitung (35) von der zur kleineren Strömungsflut (14) gehörenden Abgasleitung (20) aus zu einem Ansaugtrakt (6) der Brennkraftmaschine (1) führt. In einer beide Abgasleitungen (20, 21) stromauf der Strömungsfluten (14, 15) verbindenden Überbrückungsleitung (25) ist ein erstes, den Durchfluss steuerndes Steuerelement (30) und in der der kleineren Strömungsflut (14) zugeordneten ersten Abgasleitung (20) ist ein zweites, den Durchfluss steuerndes Steuerelement (31) vorgesehen, wobei mittels beider Steuerelemente (30, 31) und über ein in der Abgasrüσkführleitung (35) vorgesehenes drittes Steuerelement (32) eine entsprechende Beaufschlagung der einzelnen Strömungsfluten (14, 15) mit Abgas zur Anpassung an verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine (1) erfolgt.

Description

Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader und Abgasrückführung
Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader und Abgasrückführung nach der Gattung des Anspruchs 1.
Es ist bereits ein Abgasturbolader bekannt (DE 199 24 228 C2), dessen Turbinengehäuse zweiflutig ausgebildet ist. Die Regelung der Abgaszuführung auf ein Turbinenrad der Abgasturbine erfolgt über einen Axialschieber, welcher eine der Fluten vollständig überdecken kann, so dass die Abgaszuführung über eine stromaufwärts befindliche Flutverbindung über eine einzige Flut auf das Turbinenrad erfolgt. Der Schieber ist eine einfache Hülse ohne die Strömung im Sinne einer variablen Turbinengeometrie zu beeinflussen. Eine derartige Steuerung der Abgasmenge ist im nichtbefeuerten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine üblich, in welchem die Brennkraftmaschine als Motorbremse (Turbobrake) wirken soll. Die im Motorbremsbetrieb relativ geringe Abgasmenge wird über die kleinere Flut dem Turbinenrad zugeführt, die dem geringeren Abgasstrom mit ihrem Eintrittsquerschnitt entsprechend dimensioniert ist, so dass eine relativ hohe Drehzahl des Turbinenrades und eines über eine Welle mit dem Turbinenrad verbundenen Verdichters aufrecht erhalten werden kann. Durch die relativ hohe Drehzahl des Verdichterrades ergibt sich auch im Motorbremsbetrieb eine Verdichtung der angesaugten Luft und damit entsprechende Motorbremsleistung.
Ferner ist es bekannt, anstelle der erwähnten Schieberlösung, Abgasturbolader mit einer variablen Turbinengeometrie auszustatten, zum Beispiel in Form eines radialen Leitgitters mit verstellbaren Leitschaufeln, welches dann bedarfsweise eine Absperrung einer Flut vornimmt. Möglich ist auch, den Schieber mit einem starren Leitgitter zu versehen, welches dann in die Abgasflut eingebracht wird. Das Vorsehen der variablen Turbinengeometrie sowie eines Schiebers mit Leitgitter ist aber aufwendig und benötigt zudem Bauraum.
Außerdem ist es zur Einhaltung künftiger NOx-Grenzwerte notwendig, auch im Teillastbereich der Brennkraftmaschine, hohe Abgasrückführraten von mehr als 40 % zu bewerkstelligen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader und Abgasrückführung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine einfache Anpassung des Turboladers an die verschiedenen Betriebszustände der Brennkraftmaschine, insbesondere im Abgasrückführungsbetrieb und im Motorbremsbetrieb, erfolgen kann, wobei auf den Einsatz von variablen oder starren Leitschaufeln vor der Turbine bzw. eines Schiebers im Turbinengehäuse verzichtet werden kann. Vorteilhafterweise ist dabei eine gute Regelung der Strömung auf die Turbine möglich, bei welcher das Aufstauverhalten an der Abgasturbine besser an den jeweiligen Betriebspunkt angepasst werden kann. Vorteilhafterweise ergibt sich durch den Entfall des Schiebers bzw. von zusätzlichen Leitschaufeln vor der Turbine ein vereinfachter, kostengünstiger Aufbau des Abgasturboladers .
Des Weiteren ist zur Verbesserung des Abgasverhaltens der Brennkraftmaschine, insbesondere zur NOx-Reduktion, eine Abgasrückführung zur Rückführung von Abgas aus dem Abgasstrang in den Ansaugtrakt vorgesehen, bei der in Abhängigkeit von Zustandsgrößen und Betriebsparametern der Brennkraftmaschine sich in einfacher Art und Weise die Höhe des rückgeführten Abgasmassenstroms einstellen lässt. Vorteilhaft ist dabei, dass durch drei Steuerelemente sich sehr variabel eine Einstellung eines gewünschten Aufstaudrucks an der Turbine erzielen lässt, wodurch sich neben der Motorbremsleistung auch die Abgasrückführrate gut einstellen lässt. Dabei sind sogar hohe Abgasrückführraten von bis zu 50 % realisierbar.
Durch die in Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader und Abgasrückführung möglich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader in schematisch vereinfachter, teilweiser Schnittdarsteilung, Fig. 2 eine Abwandlung der Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader gemäß Fig. 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Fig. 1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellungsweise eine Brennkraftmaschine 1, bei der es sich um einen Dieselmotor mit Motorbremse, insbesondere zum Einsatz für Nutzfahrzeuge, handelt. Die Erfindung ist prinzipiell aber auch auf Ottomotoren übertragbar. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Abgasturbolader 2 mit einer Turbine 3 im Abgasstrang 4 auf. Die Turbine 3 besitzt ein Turbinenrad 5, welches als Radialturbine ausgebildet ist und die Bewegung des Turbinenrades 5 über eine Welle 7 auf ein Verdichterrad 8 eines Verdichters 9 überträgt. Die Turbine 3 weist ein Turbinengehäuse 19 auf, welches zweiflutig mit zwei Fluten 14, 15 bzw. Einströmkanälen 16, 17 ausgebildet ist. Die beiden Fluten 14, 15 bzw. Einströmkanäle 16, 17 sind durch eine gehäusefeste Trennwand 18 des asymmetrisch gestalteten Turbinengehäuses 19 voneinander getrennt.
Über jede Flut 14, 15 bzw. Einströmkanal 16, 17 ist das Abgas separat zu dem Turbinenrad 5 zuführbar. Die Abgaszuführung erfolgt über den Abgasstrang 4, der in zwei unabhängig voneinander ausgebildete Abgasleitungen, eine erste Abgasleitung 20 und eine zweite Abgasleitung 21, aufgeteilt ist. Die erste Abgasleitung 20 ist der ersten Flut 14 und die zweite Abgasleitung 21 ist der zweiten Flut 15 zugeordnet. Jede Abgasleitung 20, 21 ist einer definierten Anzahl von Zylinderauslässen der Brennkraftmaschine zugeordnet. Im Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 1 sechs Zylinder auf, wobei eine erste Zylinderbank 23, drei Zylinder und eine zweite Zylinderbank 24, ebenfalls drei Zylinder aufweist. Denkbar ist neben der gleichförmigen Aufteilung der Zylinderbänke auch eine ungleichförmige. Die erste Abgasleitung 20 führt von der hier zugeordneten Zylinderbank 23 zum ersten Einströmkanal 16 der ersten Flut 14. Die zweite Abgasleitung 21 führt von der ihr zugeordneten zweiten Zylinderbank 24 zum zweiten Einströmkanal 17 der zweiten Flut 15.
Zwischen den beiden Abgasleitungen 20, 21 ist stromauf der Turbine 3 eine beide Abgasleitungen 20, 21 verbindende Überbrückungsleitung 25 vorgesehen. In der Überbrückungsleitung 25 ist ein erstes Steuerelement 30 untergebracht, welches den Abgasstrom in der Überbrückungsleitung 25 steuern kann. Das erste Steuerelement 30 ist zum Beispiel als den Durchfluss steuerndes Ventil (Umblaseventil) oder als einstellbares Drosselorgan bzw. Klappe ausgebildet. In Offenstellung des ersten Steuerelements 30 ist ein Überströmen mit Druckausgleich zwischen den Abgasleitungen 20, 21 möglich. Hingegen erfolgt in einer Schließstellung kein Druckausgleich zwischen den Abgasleitungen 20, 21. Weiterhin ist in der ersten Abgasleitung 20 stromauf zur Turbine 3 und stromab einer Einleitstelle 27 für die Überbrückungsleitung 25 in die erste Abgasleitung 20 ein zweites Steuerelement 31 eingebracht, welches ebenfalls als den Durchfluss steuerndes Ventil oder als Drosselorgan bzw. Klappe ausgebildet ist. In Offenstellung des zweiten Steuerelements 31 ist ein Abgasstrom von der ersten Zylinderbank 23 zur ersten Flut 14 möglich. In Schließstellung des zweiten Steuerelements 31 erfolgt praktisch bis auf Spaltströme keine Abgaszuführung zur ersten Flut 14. Außerdem weist die Brennkraftmaschine 1 eine Abgasrückführung auf, die eine Rückführleitung 35, gegebenenfalls einen Abgaskühler 36 und ein drittes Steuerelement 32 umfasst. Das dritte Steuerelement 32 kann als ein den Durchfluss steuerndes Ventil (Abgasrückführventil) oder als Drosselorgan bzw. Klappe ausgebildet sein und ist stromauf der ersten Flut 14 und zum Beispiel stromauf des Abgaskühlers 36 in der Rückführleitung 35 angeordnet. Vorzugsweise ist eine Ausbildung des dritten Steuerelements 32 als Schaltventil vorgesehen, das keine Zwischenstellung, sondern nur eine Offen- und eine Schließstellung einnehmen kann. Die Rückführleitung 35 mündet in einen Ansaugtrakt 6 der Brennkraftmaschine 1 stromab eines Ladeluftkühlers 37 für die Ansaugluft. Der Ansaugtrakt 6 umfasst den Verdichter 9 mit dem Verdichterrad 8, der Umgebungsluft mit dem Druck pl ansaugt und auf einen erhöhten Druck p2 verdichtet . Stromab des Verdichters 9 ist im Ansaugtrakt 6 der Ladeluftkühler 37 angeordnet, der von der verdichteten Luft durchströmt wird. Nach dem Verlassen des Ladeluftkühlers 37 weist die Luft den Ladedruck p2S auf, mit dem sie gegebenenfalls mit vermischtem Abgas aus der Rückführleitung 35 in den Zylindereinlass der Brennkraftmaschine 1 eingeleitet wird.
Vom Zylinderauslass herrscht in der ersten Abgasleitung 20, die der ersten Zylinderbank 23 zugeordnet ist, der Abgasgegendruck p31; in der zweiten Abgasleitung 21, die der zweiten Zylinderbank 24 zugeordnet ist, liegt der Abgasgegendruck p32 an. In der Turbine 3 wird das Abgas auf den niedrigen Druck p4 entspannt und im weiteren Verlauf schließlich in die Umgebung abgeblasen.
Die zweite, größere Flut 15 wird so dimensioniert bzw. ausgelegt, dass ein gewünschter Ladedruck im befeuerten Betrieb erzielt werden kann. Die erste, kleinere Flut 14 wird so dimensioniert bzw. ausgelegt, dass eine geforderte Abgasrückführrate erzielt werden kann, wobei eine bestimmte Motorbremsleistung im Motorbremsbetrieb gewährleistet wird. Das Verhältnis des Eintrittsquerschnittes bzw. Haisquerschnittes von erster Flut 14 pro 1 1 Hubvolumen der Brennkraftmaschine 1 sollte dabei entsprechend der Randbedingungen häufig in einem Bereich von
0.15 cm2/l bis 0.40 cm2/l liegen.
Im Abgasrückführungsbetrieb in der befeuerten Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird zur Rückführung von bis zu 50 % Abgas das zweite Steuerelement 31 im Grenzfall vollständig geschlossen, so dass kein Abgas in die erste Flut 14 mehr gelangt. Zugleich wird das erste Steuerelement 30 geschlossen. Das Abgas aus der ersten Zylinderbank 23 gelangt nun bei offenem dritten Steuerelement 32 in den Ansaugtrakt 6. Bei einer sechsylindrigen Brennkraftmaschine dienen somit drei Zylinder als alleinige Spenderzylinder für die Abgasrückführung. Ober die anderen drei Zylinder 24 wird der Betrieb der Turbine über die zweite Flut 15 weiter aufrechterhalten .
Zur Variation der Rückführrate für die Abgasrückführung kann das zweite Steuerelement 31 oder das dritte Steuerelement 32 auch eine entsprechende Durchflussstellung zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung einnehmen. Für den Fall, dass keine aufgeladene Motorbremse verwirklicht werden soll, könnte auf das erste Steuerelement 30 auch verzichtet werden und alleinig über das dritte Steuerelement 32 die Abgasrückführung gesteuert werden.
Im Motorbremsbetrieb hingegen, wird das erste
Steuerelement 30 dauerhaft in eine Offenstellung gebracht, so dass ein Durchfluss in der Überbrückungsleitung 25 erfolgen kann. Das zweite Steuerelement 31 in der ersten Abgasleitung 20 ist vorgesehen, um variabel seine Stellung bzw. den Durchfluss in der ersten Abgasleitung 20 verändern zu können. Das dritte Steuerelement 32 befindet sich während des Motorbremsbetriebs dauerhaft in seiner Schließstellung, so dass keine Abgasrückführung erfolgt.
In Offenstellung des ersten Steuerelements 30 strömt möglichst viel Abgas über die Überbrückungsleitung 25 zur ersten kleinen Flut 14 auf das Turbinenrad 5. Damit ergibt sich ein hoher Abgasdruck p31 und eine hohe Drehzahl des Turbinenrades 5 bzw. des verbundenen Verdichterrades 8, was zu einem maximalen Ladedruck des Verdichters 9 und damit zur maximalen Bremsleistung im Motorbremsbetrieb führt. Durch entsprechende Variation der Stellung des ersten Steuerelements 30 und des zweiten Steuerelements 31 lässt sich die Bremsleistung in einfacher Art und Weise entsprechend variieren bzw. einstellen.
In einer nicht näher dargestellten Ausführungsweise können zur weiteren Bauraumoptimierung das erste Steuerelement 30 und das zweite Steuerelement 31 und gegebenenfalls auch das dritte Steuerelement 32 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Denkbar ist auch eine entsprechende konstruktive Lösung in Form eines mehrfunktionalen Ventils oder Drosselorgans.
Sämtliche Steuerelemente 30, 31, 32 können über Stellsignale, die in einer nicht näher dargestellten Regel- und Steuereinrichtung, zum Beispiel einem elektronischen Motorsteuergerät, erzeugbar sind, in ihre gewünschte Position verstellt werden, um so eine Steuerung der Durchflussmenge zu ermöglichen . In einer Abwandlung der Erfindung gemäß Fig. 2 kann das zweite Steuerelement 31' auch in der zweiten Abgasleitung 21 verbaut sein. Alle gleichen oder gleichwirkenden Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen nach Fig. 1 gekennzeichnet.
In Offenstellung des zweiten Steuerelements 31' ist ein Abgasstrom von der zweiten Zylinderbank 24 zur zweiten Flut 15 möglich. In Schließstellung des zweiten Steuerelements 31' erfolgt keine Abgaszuführung zur zweiten Flut 15.
Im Abgasrückführungsbetrieb in der befeuerten Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird das zweite Steuerelement 31' geschlossen und das erste Steuerelement 30 geöffnet. Hierdurch wird die gesamte Abgasmenge auf die kleine Flutseite 14 in die erste Abgasleitung 20 gefördert und ein maximaler Druck p31 erzeugt, der dann mit dem mittleren Druck p32 auf nahezu gleichem Niveau liegt. Das dritte Steuerelement 32 befindet sich ebenfalls in seiner Offenstellung, um das Abgas über die Rückführleitung 35 in den Ansaugtrakt 6 überzuführen. Durch entsprechende Variation der Stellung des dritten Steuerelements 32 bzw. des Durchflusses in der Rückführleitung 35 kann eine entsprechende Abgasrückführrate eingestellt werden. Mit dieser Steuerungsmethode über die drei Steuerelemente 30, 31, 32 bei offenem dritten Steuerelement 32 sind
Abgasrückführraten von über 40 %, gegebenenfalls auch über 50 % möglich, wenn die kleine Flutseite 14 mit ihrem Aufstauquerschnitt entsprechend klein ausgelegt wird. Das Verhältnis des Eintrittsquerschnittes bzw. Haisquerschnittes von erster Flut 14 pro 1 1 Hubvolumen der Brennkraftmaschine 1 sollte dabei entsprechend der Randbedingungen häufig in einem Bereich von 0.15 cm2/l bis 0.40 cm2/l liegen. Im Motorbremsbetrieb bleibt das erste Steuerelement 30 in seiner Offenstellung, so dass ein Durchfluss in der Überbrückungsleitung 25 erfolgen kann. Das zweite Steuerelement 31' in der zweiten Abgasleitung 21 ist vorgesehen, um variabel seine Stellung bzw. den Durchfluss in der zweiten Abgasleitung 21 verändern zu können. Das dritte Steuerelement 32 befindet sich während des Motorbremsbetriebs dauerhaft in seiner Schließstellung, so dass keine Abgasrückführung erfolgt.
In der Schließstellung des variablen zweiten Steuerelements 31' kann kein Abgas bzw. nur die Spaltströme durch die zweite Flut 15 auf das Turbinenrad 5 gelangen. Die gesamte Abgasmenge muss daher durch die kleine Flut 14 zum Turbinenrad 5 strömen, wodurch sich durch den sich dann einstellenden maximalen Abgasdruck p31 eine hohe Drehzahl des Turbinenrades 5 bzw. des verbundenen Verdichterrades 8 ergibt, was zu einem maximalen Ladedruck des Verdichters 9 und damit zur maximalen Bremsleistung im Motorbremsbetrieb führt. Durch entsprechende Variation der Stellung des zweiten Steuerelements 31' bzw. der Durchflussmenge in der zweiten Abgasleitung 21 lässt sich die Bremsleistung in einfacher Art und Weise entsprechend variieren bzw. einstellen. In Schließstellung mit definierten Spaltquerschnitten des zweiten Steuerelements 31' ist es somit möglich, sehr hohe Motorbremsleistungen durch eine starke Anhebung des Abgasgegendrucks p31 zu erzielen, ohne dabei die kritische Drehzahlgrenze des Abgasturboladers 2 zu überschreiten. Vorteilhaft ist dabei, dass durch das erste Steuerelement 30 und das zweite Steuerelement 31' sich sehr variabel eine Einstellung eines gewünschten Aufstaudrucks p31 an der Förderturbine 3 erzielen lässt, wodurch sich die Motorbremsleistung gut einstellen lässt.

Claims

Patentansprüche
1. Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader und
Abgasrückführung, wobei der Abgasturbolader eine Abgasturbine umfasst, die zwei separate, einem Turbinenrad der Abgasturbine vorgelagerte Strömungsfluten mit unterschiedlichem Querschnitt aufweist und jede Strömungsflut mit jeweils einer Abgasleitung zur Versorgung mit Abgas verbunden ist, wobei zur Abgasrückführung eine Abgasrückführleitung von der zur kleineren Strömungsflut gehörenden Abgasleitung aus zu einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine führt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer beide Abgasleitungen (20, 21) stromauf der Strömungsfluten (14, 15) verbindenden Überbrückungsleitung (25) ein erstes, den Durchfluss steuerndes Steuerelement (30) und in der der kleineren Strömungsflut (14) zugeordneten ersten Abgasleitung (20) ein zweites, den Durchfluss steuerndes Steuerelement (31) vorgesehen ist, wobei mittels beider Steuerelemente (30, 31) und über ein in der Abgasrückführleitung (35) vorgesehenes drittes Steuerelement (32) eine entsprechende Beaufschlagung der einzelnen Strömungsfluten (14, 15) mit Abgas zur Anpassung an verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine (1) erfolgt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelemente (30; 31; 32) als den Durchfluss steuernde Ventile oder als einstellbare Drosselorgane bzw. Klappen ausgebildet sind.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Steuerelement (32) als Schaltventil ausgebildet ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasrückführungsbetrieb das erste und das zweite Steuerelement (30, 31) eine Schließstellung einnimmt und das das dritte Steuerelement (32) eine Offenstellung einnimmt .
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasrückführungsbetrieb das erste und das zweite Steuerelement (30, 31) eine Schließstellung einnimmt und das das dritte Steuerelement (32) eine variable Stellung zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung einnimmt .
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Eintrittsquerschnittes bzw. Haisquerschnittes von erster Flut (14) pro 1 1 Hubvolumen der Brennkraftmaschine (1) in einem Bereich von 0.15 cm2/l bis 0.40 cm2/l liegt.
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