WO2010115386A1 - Abgasturbolader-anordnung mit integrierter abblaseklappe, damit ausgerüstetes antriebssystem und verfahren zum betreiben eines solchen antriebssystems - Google Patents

Abgasturbolader-anordnung mit integrierter abblaseklappe, damit ausgerüstetes antriebssystem und verfahren zum betreiben eines solchen antriebssystems Download PDF

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compressor
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turbine
gas turbocharger
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Man Diesel & Turbo Se
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Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas turbocharger arrangement for an internal combustion engine, a drive system equipped with such an exhaust gas turbocharger arrangement and a method for operating such a drive system.
  • VTA Turbocharger of MAN Diesel SE of 18.04.2007 it is known to form exhaust gas turbines of exhaust gas turbochargers with variably adjustable turbine geometry.
  • Combustion engine in an uncontrolled manner such. significantly increase the fuel consumption of the internal combustion engine and significantly reduce the drive power of the internal combustion engine.
  • the invention has for its object to provide an exhaust gas turbocharger arrangement, which can ensure an always optimal operation of an equipped with the exhaust gas turbocharger assembly engine.
  • the invention is also based on the object, one with such Exhaust turbocharger arrangement equipped Anthebssystem and a method for operating such an Aufhebssystems provide.
  • an exhaust gas turbocharger assembly for an internal combustion engine, the exhaust gas turbocharger assembly comprising: an exhaust gas turbocharger having an exhaust turbine having a turbine inlet and a turbine outlet, and a compressor having a compressor inlet and a compressor outlet, the turbine inlet having an exhaust gas outlet of the internal combustion engine in
  • Fluid connection is to Drehanratio of the exhaust gas turbine, wherein the compressor output to bring an air inlet of the internal combustion engine in fluid communication for supplying compressed air to the internal combustion engine, first control means for controlling at least one drive parameter of the exhaust gas turbine, an exhaust gas recirculation device with an input is fluidly connected to the turbine inlet, and an output which is fluidly connected to the compressor output, and a control device which is connected to the first control means and the Abgasrezirkulations- means for driving the first control means and the exhaust gas recirculation means, wherein the control device is arranged to control the first control means based on an operating state of the exhaust gas recirculation device.
  • control device is connected to the exhaust gas recirculation device and the first control means, so that the first control means can be controlled on the basis of the operating state of the exhaust gas recirculation device.
  • This compound can e.g. be realized by hardware and / or software coupling of the control device with the exhaust gas recirculation device and the first control means, so that a logical and control technical (such as regulatory) dependence of the operation of the first control means and thus the operation of the exhaust gas turbine from the operating state of Abgasrezirkulations- Establishment is achieved.
  • control device can use a control regime for the exhaust-gas turbine which is optimized for this non-booster state in the event of an inoperative state of the exhaust-gas recirculation device.
  • Out of service condition considered higher exhaust gas flow from a to be equipped with the exhaust gas turbocharger assembly internal combustion engine to the exhaust turbine.
  • the control device can use a control regime for the exhaust-gas turbine which is optimized for this startup state and which can be used, for example. taken into account in the start-up state lower exhaust gas flow from a to be equipped with the exhaust gas turbocharger assembly internal combustion engine to the exhaust turbine.
  • control regime of the control device to a degree of exhaust gas recirculation, so that the control regime is flowing or analogous or even stepwise from the optimization for the inoperative state of the exhaust gas recirculation device the optimization for the InbethebsSh the exhaust gas recirculation device and vice versa can go over.
  • the control device is preferably set up in such a way that it additionally controls the first control means and thus the operation of the exhaust gas turbine on the basis of an operating state of the internal combustion engine. That is, the control regime of the control device is additionally influenced by the operating state of the internal combustion engine, e.g. the engine load, the operating temperature, the engine speed, etc. can be included.
  • the operating state of the internal combustion engine e.g. the engine load, the operating temperature, the engine speed, etc. can be included.
  • the exhaust gas recirculation device has an exhaust gas purification device.
  • the exhaust gas recirculation device may e.g. In restriction zones (such as ship harbors) with legally prescribed reduced pollutant load switched on or be put into the Inbethebsschreib to reduce the pollutant emissions of an internal combustion engine to the required parameters, so that the applicability of equipped with the exhaust gas turbocharger assembly according to the invention internal combustion engine or one with equipped with such an internal combustion engine, such as of a ship can be decisively improved.
  • the exhaust gas recirculation device can operate in unrestricted zones (such as on the open sea) where no more stringent specifications are required Reduction of the pollutant emissions of an internal combustion engine exist, be switched off or be put into the non-booster state in order to optimize the operation of the internal combustion engine, for example, in terms of maximum power or minimum fuel consumption of the internal combustion engine.
  • the first control means have a variably adjustable turbine geometry for the exhaust gas turbine.
  • the exhaust gas turbine can be effectively and controllably adapted to a changed exhaust gas flow (e.g., pressure and / or amount) such that the at least one drive parameter of the exhaust gas turbine, e.g. is controlled via an adjustment of guide vanes of the exhaust gas turbine, in dependence on the exhaust gas flow or in dependence on the operating state of the exhaust gas recirculation device and / or on the operating state of the internal combustion engine.
  • the at least one drive parameter of the exhaust gas turbine may be e.g. from a drive speed and / or e.g. be formed by a driving torque of the exhaust gas turbine.
  • the first control means a Umblaseklappe on to the controlled bypassing a certain amount of exhaust gas.
  • this further comprises second control means for Controlling at least one air supply parameter of the compressor, wherein the control device is connected to the second control means for driving the second control means, and wherein the control device is arranged to control the first control means and the second control means in dependence on the operating state of the exhaust gas recirculation device.
  • control device is connected to the exhaust gas recirculation device and the first control means and the second control means, so that the first control means and the second control means can be controlled based on the operating state of the Abgasrezirkulations- device.
  • This compound can e.g. be realized by hardware and / or software coupling of the control device with the exhaust gas recirculation device and the first and second control means, so that a logical and control technical (such as regulatory) dependence of the operation of the first and the second control means and thus the operation of the exhaust gas turbine and the operation of the compressor is achieved by the operating state of the exhaust gas recirculation device.
  • a logical and control technical such as regulatory
  • the control device in InbethebsSh can be used by the control device in Inbethebshunt the exhaust gas recirculation device optimized for this InbethebsSh control regime for the exhaust turbine and / or the compressor, for example, the lower in Inbethebsschreib exhaust gas flow from an equipped with the exhaust gas turbocharger assembly engine for
  • Exhaust gas turbine and / or e.g. takes into account the existing in Inbethebsschreib exhaust gas inlet to the air inlet of the internal combustion engine.
  • control regime of the control device it is also possible to adapt the control regime of the control device to a degree of exhaust gas recirculation, so that the control regime is flowing from the optimization for the exhaust gas recirculation facility to the optimization for the exhaust gas recirculation condition in a flowing or analogous manner Facility and vice versa.
  • the control device is preferably set up in such a way that it additionally controls the first and the second control means and thus the operation of the exhaust gas turbine and / or the compressor on the basis of the operating state of the internal combustion engine. That is, the control regime of the control device is additionally influenced by the operating state of the internal combustion engine, e.g. the engine load, the operating temperature, the engine speed, etc. can be included.
  • the operating state of the internal combustion engine e.g. the engine load, the operating temperature, the engine speed, etc. can be included.
  • the second control means on a variably adjustable compressor geometry for the compressor.
  • the compressor can be effectively and control technology safely adapted to a modified exhaust gas flow (eg pressure and / or amount) to the exhaust turbine and the possibly existing exhaust gas flow to the air inlet of the engine by the at least one air supply parameters of the compressor, eg by controlling vanes of the compressor, in response to the operating condition of the exhaust gas recirculation means.
  • the at least one air supply parameter of the compressor may be e.g. on the size and / or pressure of a volume flow of fresh air to the
  • Compressor input and / or e.g. be formed by the size and / or the pressure of a volume flow of compressed air at the compressor outlet.
  • the second control means comprise a variably adjustable Vorleitapparat for the compressor.
  • the compressor geometry can be influenced at the compressor inlet in order to control or change the at least one air supply parameter of the compressor.
  • the second control means to a variable adjustable Nachleitapparat for the compressor.
  • the compressor geometry can be influenced at the compressor outlet in order to control or change the at least one air supply parameter of the compressor.
  • the second control means on a Abblaseklappe on for the controlled blowing off of a certain amount of compressed air.
  • the air flow (amount and / or pressure) at the compressor outlet can be influenced in order to control or change the at least one air feed parameter of the compressor.
  • the Abblaseklappe may preferably be integrated in the interior of the exhaust gas turbocharger.
  • the compressed by the compressor and heated air can be fed directly to the fresh air mass flow.
  • the average temperature of the fresh air is raised.
  • a preheating of the fresh air mass flow can be omitted. Due to the integrated design can be omitted a costly piping or insulation outside the compressor housing.
  • blow-off and compressed air volume can be reduced or better controlled by the integrated blow-off flap. Furthermore, the plant-side effort for piping and insulation is reduced. Another particular advantage is that the previously used preheating, which heat the air supplied to the compressor, can be omitted.
  • the second control means comprise a throttle for controlling an amount of air that can be supplied to the compressor.
  • this embodiment of the invention may additionally or alternatively to change the compressor geometry and / or the air flow on Compressor output of the air flow (quantity and / or pressure) can be influenced at the compressor inlet to control the at least one air supply parameter of the compressor or change.
  • a drive system is provided with an exhaust gas turbocharger assembly according to one, several or any of the above-described embodiments of the invention in any conceivable combination and an associated with the exhaust gas turbocharger assembly engine, the control device is configured to at least one drive parameter of Exhaust turbine and / or at least one Lucaszu 1500parameter the compressor based on the operating state of the exhaust gas recirculation device and to control on the basis of an operating condition of the internal combustion engine.
  • a method for operating a drive system comprising determining an operating state of the exhaust gas recirculation device, determining an operating state of the internal combustion engine and controlling at least one drive parameter of the exhaust gas turbine and / or at least one air supply parameter of the compressor Base of the Operating state of the exhaust gas recirculation device and the operating state of the internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a drive system according to embodiments of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic view of a compressor housing with integrated Abblaseklappe.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a drive system 1 according to embodiments of the invention.
  • the drive system 1 comprises an exhaust gas turbocharger arrangement 10 and a e.g. as a diesel engine and / or e.g. Gas engine trained and connected to the exhaust gas turbocharger assembly 10 internal combustion engine 10.
  • the exhaust gas turbocharger arrangement 10 has an exhaust gas turbocharger 100, first control means 200, second control means 300, an exhaust gas recirculation device 400 and a control device 500.
  • the exhaust gas turbocharger 100 has an exhaust gas turbine 110 with a turbine inlet 111 and a turbine outlet 112 as well as a compressor 120 connected to the exhaust gas turbine 110 via a connecting shaft 130 with a compressor inlet 121 and a compressor outlet 122.
  • the turbine inlet 111 is in fluid communication with an exhaust gas outlet 20a of the internal combustion engine 20 via an exhaust gas line 21, so that the exhaust gas turbine 110 can be rotationally driven by the energy of the exhaust gas of the internal combustion engine 20.
  • the turbine outlet 112 is in fluid communication with an outlet conduit 113, so that exhaust gas leaving the exhaust gas turbine 110 can be discharged, for example, into the atmosphere.
  • the compressor inlet 121 is in fluid communication with a fresh air line 123 so that the compressor 120 receives fresh air via the fresh air line 123, e.g. can be supplied from the atmosphere.
  • the compressor outlet 122 is connected via an air supply line 22 to an air inlet 2Oe of the internal combustion engine 20 in fluid communication, so that compressed air can be fed to the internal combustion engine 20 via the air supply line 22 from the compressor 120.
  • the outlet line 113 and the fresh air line 123 are in a controllable fluid connection via a connecting line 202 ending in double arrows in FIG. 1.
  • the exhaust gas recirculation device 400 is provided with an exhaust gas purification device 401 and has an inlet 40Oe, which is in fluid communication with the exhaust gas line 21 and thus with the turbine inlet 111 and the exhaust gas outlet 20a, and an outlet 400a communicating with the air supply line 22 and therewith is fluidly connected to the compressor outlet 122 and the air inlet 2Oe.
  • the first control means 200 are arranged to control at least one drive parameter, e.g. a speed and / or a
  • the first control means 200 a variably adjustable turbine geometry, such as adjustable vanes (not shown), for the exhaust turbine 110 on.
  • the first control means 200 additionally or alternatively a Umblaseklappe 201 for the controlled bypassing a certain amount of exhaust gas or a certain amount of air, as indicated by the double-headed in Fig. 1 embodiment of the connecting line 202.
  • the second control means 300 are arranged to control at least one air supply parameter, e.g. the magnitude and / or pressure of a volume flow of fresh air to the compressor inlet 121 and / or e.g. the size and / or pressure of a volumetric flow of compressed air at
  • Compressor output 122 the compressor 120.
  • the second control means 300 a variably adjustable compressor geometry for the compressor 120 on.
  • the second control means 300 on a variably adjustable Vorleitapparat 120 a for the compressor 120 and / or a variably adjustable Nachleitapparat 120 b for the compressor 120 on.
  • the second control means additionally or alternatively a Abblaseklappe 301 for the controlled blowing off of a certain amount of compressed air.
  • the second control means 300 additionally or alternatively comprise a throttle 302 for controlling an amount of fresh air that can be supplied to the compressor 120.
  • the control device 500 is connected via signal lines (not shown) to respective actuators (not shown) of the first control means 200, to respective actuators (not shown) of the second control means 300, and to respective actuators (not shown) of the exhaust gas recirculation means 400 for driving the first control means 200, the second control means 300 and the exhaust gas recirculation device 400.
  • the control device 500 is set up, the first control means 200 and the second control means 300 depending on an operating state or on the basis of an operating state, such. a non-booster state or an inbethebsSullivan, the exhaust gas recirculation device 400 to control.
  • control device 500 has suitable software, hardware or a combination thereof.
  • the control device 500 is in particular configured to control the at least one drive parameter of the exhaust gas turbine 110 and / or the at least one air supply parameter of the compressor 120 on the basis of the operating state of the exhaust gas recirculation device 400 and on the basis of an operating state, such as, for example. the engine load, the engine speed, etc., of the engine 20 to control.
  • an operating state such as, for example. the engine load, the engine speed, etc., of the engine 20 to control.
  • a memory not shown
  • desired engine characteristics for the internal combustion engine 20 be deposited.
  • Drive system 1 at least the following steps are performed: by means not shown and with the control device 500 signal coupled sensors determining the operating state of the exhaust gas recirculation device 400 (turned on, including the respective intensity or the degree of exhaust gas recirculation, or off), by means not shown and with the control device 500 signal-coupled sensors determining the Operating state of the internal combustion engine (engine load and / or engine speed and / or fuel consumption and / or operating temperature, etc.) and with the control device 500 controlling the at least one drive parameter of the exhaust turbine 110 and / or the at least one air supply parameter of the compressor 120 via the first control means 200 and / / or the second
  • FIG. 2 shows a schematic view of a compressor housing with integrated Abblaseklappe.
  • the ambient air is supplied via the fresh air line 123 to the compressor 120 and compressed there.
  • the compressed air is collected in the volute casing 700 and sent to the intercooler (not shown).
  • a portion, approximately up to 25%, of the total air mass flow is fed back into the exhaust gas turbocharger as preheated air.

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Abstract

Abgasturbolader-Anordnung, damit ausgerüstetes Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebssystems, wobei die Abgasturbolader-Anordnung aufweist: einen Abgasturbolader, der eine Abgasturbine mit einem Turbineneingang und einem Turbinenausgang sowie einen Verdichter mit einem Verdichtereingang und einem Verdichterausgang hat, wobei der Turbineneingang mit einem Abgasausgang und der Verdichterausgang mit einem Lufteingang des Verbrennungsmotors in Fluidverbindung zu bringen sind, erste Steuermittel zum Steuern eines Antriebsparameters der Abgasturbine, eine Abgasrezirkulations-Einrichtung mit einem Eingang, der mit dem Turbineneingang fluidverbunden ist, und einem Ausgang, der mit dem Verdichterausgang fluidverbunden ist, und eine Steuervorrichtung, die mit den ersten Steuermitteln und der Abgasrezirkulations-Einrichtung verbunden ist und die eingerichtet ist, die ersten Steuermittel auf Basis eines Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung anzusteuern. Die Steuervorrichtung umfasst eine integrierte Abblaseklappe.

Description

Abgasturbolader-Anordnung mit integrierter Abblaseklappe, damit ausgerüstetes Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebssystems
Die Erfindung betrifft eine Abgasturbolader-Anordnung für einen Verbrennungsmotor, ein mit einer solchen Abgasturbolader-Anordnung ausgerüstetes Antriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebssystems.
Aus dem Presseartikel "VTA Turbocharger" der MAN Diesel SE vom 18.04.2007 ist es bekannt, Abgasturbinen von Abgasturboladern mit variabel einstellbarer Turbinengeometrie auszubilden.
Aus DE 43 16 202 A1 ist es bekannt, Verdichter von Abgasturboladern mit variabel einstellbarer Verdichtergeometrie auszubilden.
Aus DE 196 28 852 A1 ist es bekannt, Verbrennungsmotoren mit einer Abgasrezirkulations-Einrichtung auszustatten. Der Betrieb einer solchen Abgasrezirkulations-Einrichtung kann jedoch den Betrieb des
Verbrennungsmotors in unkontrollierter weise erheblich beeinträchtigen, wie z.B. den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors erheblich steigern und die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors erheblich reduzieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasturbolader-Anordnung bereitzustellen, welche einen stets optimalen Betrieb eines mit der Abgasturbolader-Anordnung ausgerüsteten Verbrennungsmotors gewährleisten kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein mit einer solchen Abgasturbolader-Anordnung ausgerüstetes Anthebssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Anthebssystems bereitzustellen.
Die oben genannten Aufgaben werden mit einer Abgasturbolader-Anordnung gemäß Anspruch 1 , mit einer integrierten Abblaseklappe gemäß Anspruch 12, mit einem Antriebssystem gemäß Anspruch 13 bzw. einem Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Abgasturbolader-Anordnung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die Abgasturbolader-Anordnung aufweist: einen Abgasturbolader, der eine Abgasturbine mit einem Turbineneingang und einem Turbinenausgang sowie einen Verdichter mit einem Verdichtereingang und einem Verdichterausgang aufweist, wobei der Turbineneingang mit einem Abgasausgang des Verbrennungsmotors in
Fluidverbindung zu bringen ist zum Drehantreiben der Abgasturbine, wobei der Verdichterausgang mit einem Lufteingang des Verbrennungsmotors in Fluidverbindung zu bringen ist zum Zuführen von verdichteter Luft zu dem Verbrennungsmotor, erste Steuermittel zum Steuern wenigstens eines Antriebsparameters der Abgasturbine, eine Abgasrezirkulations-Einrichtung mit einem Eingang, der mit dem Turbineneingang fluidverbunden ist, und einem Ausgang, der mit dem Verdichterausgang fluidverbunden ist, und eine Steuervorrichtung, die mit den ersten Steuermitteln und der Abgasrezirkulations- Einrichtung verbunden ist, zum Ansteuern der ersten Steuermittel und der Abgasrezirkulations-Einrichtung, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, die ersten Steuermittel auf Basis eines Betriebszustandes der Abgasrezirkulations- Einrichtung zu steuern.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung für eine Abgasturbolader-Anordnung kann ein stets optimaler Betrieb eines mit einer solchen Abgasturbolader-Anordnung ausgerüsteten Verbrennungsmotors gewährleistet werden. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Steuervorrichtung mit der Abgasrezirkulations-Einrichtung und den ersten Steuermitteln verbunden ist, so dass die ersten Steuermittel auf Basis des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung gesteuert werden können.
Diese Verbindung kann z.B. durch hardwaremäßige und/oder softwaremäßige Kopplung der Steuervorrichtung mit der Abgasrezirkulations-Einrichtung und den ersten Steuermitteln realisiert sein, so dass eine logische und steuerungstechnische (wie z.B. regelungstechnische) Abhängigkeit des Betriebs der ersten Steuermittel und damit des Betriebs der Abgasturbine von dem Betriebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung erzielt wird.
Damit kann von der Steuervorrichtung bei einem Außerbethebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung ein für diesen Außerbethebszustand optimiertes Steuerregime für die Abgasturbine verwendet werden, welches z.B. den im
Außerbetriebszustand höheren Abgaszufluss von einem mit der Abgasturbolader- Anordnung auszurüstenden Verbrennungsmotor zur Abgasturbine hin berücksichtigt.
Andererseits kann von der Steuervorrichtung bei einem Inbetriebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung ein für diesen Inbetriebszustand optimiertes Steuerregime für die Abgasturbine verwendet werden, welches z.B. den im Inbetriebszustand geringeren Abgaszufluss von einem mit der Abgasturbolader- Anordnung auszurüstenden Verbrennungsmotor zur Abgasturbine hin berücksichtigt.
Ferner ist es mit der erfindungsgemäßen Lösung auch möglich, das Steuerregime der Steuervorrichtung an einen Grad der Abgasrezirkulation anzupassen, so dass das Steuerregime fließend bzw. analog oder auch stufenweise von der Optimierung für den Außerbetriebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung zu der Optimierung für den Inbethebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung und umgekehrt übergehen kann.
Bevorzugt ist die Steuervorrichtung derart eingerichtet, dass sie die ersten Steuermittel und damit den Betrieb der Abgasturbine zusätzlich auf Basis eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors steuert. D.h., das Steuerregime der Steuervorrichtung wird zusätzlich von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors beeinflusst, wobei z.B. die Motorlast, die Betriebstemperatur, die Motordrehzahl usw. mit einfließen können.
Damit kann ein stets optimaler Betrieb eines mit einer erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung ausgerüsteten Verbrennungsmotors gewährleistet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader- Anordnung weist die Abgasrezirkulations-Einrichtung eine Abgasreinigungs- Vorrichtung auf.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die Abgasrezirkulations-Einrichtung z.B. in Beschränkungs-Zonen (wie z.B. Schiffshäfen) mit gesetzlich vorgeschrieben reduzierter Schadstoffbelastung eingeschaltet bzw. in den Inbethebszustand versetzt werden, um den Schadstoffausstoß eines Verbrennungsmotors auf die geforderten Parameter reduzieren, womit die Einsetzbarkeit eines mit der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung ausgerüsteten Verbrennungsmotors bzw. einer mit einem solchen Verbrennungsmotor ausgerüsteten Maschine, wie z.B. eines Schiffes, entscheidend verbessert werden kann.
Andererseits kann die Abgasrezirkulations-Einrichtung in Unbeschränkt-Zonen (wie z.B. auf dem offenen Meer), in denen keine verschärften Vorgaben für eine Reduzierung des Schadstoffausstoßes eines Verbrennungsmotors existieren, ausgeschaltet werden bzw. in den Außerbethebszustand versetzt werden, um den Betrieb des Verbrennungsmotors z.B. hinsichtlich maximaler Leistung oder minimalen Kraftstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors zu optimieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung weisen die ersten Steuermittel eine variabel einstellbare Turbinengeometrie für die Abgasturbine auf.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die Abgasturbine effektiv und steuerungstechnisch sicher an einen veränderten Abgaszustrom (z.B. Druck und/oder Menge) angepasst werden, so dass der wenigstens eine Antriebsparameter der Abgasturbine, z.B. über eine Verstellung von Leitschaufeln der Abgasturbine, in Abhängigkeit von dem Abgaszustrom bzw. in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung und/oder von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors gesteuert wird. Der wenigstens eine Antriebsparameter der Abgasturbine kann z.B. von einer Antriebsdrehzahl und/oder z.B. von einem Antriebsdrehmoment der Abgasturbine gebildet sein.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Abgasturbolader-Anordnung weisen die ersten Steuermittel eine Umblaseklappe auf zum gesteuerten Umleiten einer bestimmten Abgasmenge.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich oder alternativ zum Verändern der Turbinengeometrie der Abgasstrom in die und/oder aus der
Abgasturbine beeinflusst werden, um den wenigstens einen Antriebsparameter der Abgasturbine zu steuern bzw. zu verändern.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung weist diese ferner zweite Steuermittel auf zum Steuern wenigstens eines Luftzuführparameters des Verdichters, wobei die Steuervorrichtung mit den zweiten Steuermitteln verbunden ist zum Ansteuern der zweiten Steuermittel, und wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, die ersten Steuermittel und die zweiten Steuermittel in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung zu steuern.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann auf noch variablere und erhöht betriebssichere Weise ein konstant optimaler Betrieb eines mit einer solchen Abgasturbolader-Anordnung ausgerüsteten Verbrennungsmotors gewährleistet werden. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Steuervorrichtung mit der Abgasrezirkulations-Einrichtung sowie den ersten Steuermitteln und den zweiten Steuermitteln verbunden ist, so dass die ersten Steuermittel und die zweiten Steuermittel auf Basis des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations- Einrichtung gesteuert werden können.
Diese Verbindung kann z.B. durch hardwaremäßige und/oder softwaremäßige Kopplung der Steuervorrichtung mit der Abgasrezirkulations-Einrichtung und den ersten und den zweiten Steuermitteln realisiert sein, so dass eine logische und steuerungstechnische (wie z.B. regelungstechnische) Abhängigkeit des Betriebs der ersten und der zweiten Steuermittel und damit des Betriebs der Abgasturbine und des Betriebs des Verdichters von dem Betriebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung erzielt wird.
Damit kann von der Steuervorrichtung im Außerbethebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung ein für diesen Außerbethebszustand optimiertes Steuerregime für die Abgasturbine und/oder den Verdichter verwendet werden, welches z.B. den im Außerbethebszustand höheren Abgaszufluss von einem mit der Abgasturbolader-Anordnung auszurüstenden Verbrennungsmotor zur Abgasturbine und/oder z.B. den im Außerbethebszustand nicht vorhandenen Abgaszufluss zum Lufteingang des Verbrennungsmotors berücksichtigt. Andererseits kann von der Steuervorrichtung im Inbethebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung ein für diesen Inbethebszustand optimiertes Steuerregime für die Abgasturbine und/oder den Verdichter verwendet werden, welches z.B. den im Inbethebszustand geringeren Abgaszufluss von einem mit der Abgasturbolader-Anordnung auszurüstenden Verbrennungsmotor zur
Abgasturbine und/oder z.B. den im Inbethebszustand vorhandenen Abgaszufluss zum Lufteingang des Verbrennungsmotors berücksichtigt.
Ferner ist es mit der erfindungsgemäßen Lösung auch möglich, das Steuerregime der Steuervorrichtung an einen Grad der Abgasrezirkulation anzupassen, so dass das Steuerregime fließend bzw. analog oder auch stufenweise von der Optimierung für den Außerbethebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung zu der Optimierung für den Inbethebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung und umgekehrt übergehen kann.
Bevorzugt ist die Steuervorrichtung derart eingerichtet, dass sie die ersten und die zweiten Steuermittel und damit den Betrieb der Abgasturbine und/oder des Verdichters zusätzlich auf Basis des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors steuert. D.h., das Steuerregime der Steuervorrichtung wird zusätzlich von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors beeinflusst, wobei z.B. die Motorlast, die Betriebstemperatur, die Motordrehzahl usw. mit einfließen können.
Damit kann auf noch zuverlässigere und variablere Weise ein stets optimaler Betrieb eines mit einer erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung ausgerüsteten Verbrennungsmotors gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung weisen die zweiten Steuermittel eine variabel einstellbare Verdichtergeometrie für den Verdichter auf. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann auch der Verdichter effektiv und steuerungstechnisch sicher an einen veränderten Abgaszustrom (z.B. Druck und/oder Menge) zu der Abgasturbine und den ggf. vorhandenen Abgaszufluss zum Lufteingang des Verbrennungsmotors angepasst werden, indem der wenigstens eine Luftzuführparameter des Verdichters, z.B. durch Verstellen von Leitschaufeln des Verdichters, in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Abgasrezirkulations-Einrichtung gesteuert wird.
Der wenigstens eine Luftzuführparameter des Verdichters kann z.B. von der Größe und/oder dem Druck eines Volumenstroms an Frischluft zu dem
Verdichtereingang hin und/oder z.B. von der Größe und/oder dem Druck eines Volumenstroms an verdichteter Luft am Verdichterausgang gebildet sein.
Gemäß noch einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader- Anordnung weisen die zweiten Steuermittel einen variabel einstellbaren Vorleitapparat für den Verdichter auf.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die Verdichtergeometrie am Verdichtereingang beeinflusst werden, um den wenigstens einen Luftzuführparameter des Verdichters zu steuern bzw. zu verändern.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung weisen die zweiten Steuermittel einen variabel einstellbaren Nachleitapparat für den Verdichter auf.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die Verdichtergeometrie am Verdichterausgang beeinflusst werden, um den wenigstens einen Luftzuführparameter des Verdichters zu steuern bzw. zu verändern. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung weisen die zweiten Steuermittel eine Abblaseklappe auf zum gesteuerten Abblasen einer bestimmten Menge an verdichteter Luft.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich oder alternativ zum Verändern der Verdichtergeometrie der Luftstrom (Menge und/oder Druck) am Verdichterausgang beeinflusst werden, um den wenigstens einen Luftzuführparameter des Verdichters zu steuern bzw. zu verändern.
Dabei kann die Abblaseklappe vorzugsweise im Inneren des Abgasturboladers integriert sein. Die durch das Verdichterrad verdichtete und erhitze Luft kann direkt dem Frischluft-Massenstrom zugeführt werden. Dadurch wird die mittlere Temperatur der Frischluft angehoben. Hierdurch kann eine Vorwärmung des Frischluftmassenstromes entfallen. Durch die integrierte Bauweise kann eine aufwendige Verrohrung bzw. Isolierung außerhalb des Verdichtergehäuses entfallen.
Durch die integrierte Abblaseklappe kann die abgeblasene und verdichtete Luftmenge reduziert bzw. besser gesteuert werden. Weiterhin wird der anlagenseitige Aufwand für Verrohrung und Isolierung reduziert. Ein weiterer besonderer Vorteil ist, dass die bisher verwendeten Vorwärmsysteme, die die dem Verdichter zugeführte Luft erwärmen, entfallen können.
Gemäß noch einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasturbolader- Anordnung weisen die zweiten Steuermittel eine Drossel auf zum Steuern einer dem Verdichter zuführbaren Menge an Luft.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich oder alternativ zum Verändern der Verdichtergeometrie und/oder des Luftstroms am Verdichterausgang der Luftstrom (Menge und/oder Druck) am Verdichtereingang beeinflusst werden, um den wenigstens einen Luftzuführparameter des Verdichters zu steuern bzw. zu verändern.
Durch Nutzung einer, mehrerer oder aller zuvor genannten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung in jeder denkbaren Kombination für einen Verbrennungsmotor ist eine äußerst flexibel und sicher optimierte Betriebsweise eines Verbrennungsmotors möglich.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Antriebssystem mit einer Abgasturbolader-Anordnung gemäß einer, mehreren oder jeder der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen in jeder denkbaren Kombination und einem mit der Abgasturbolader-Anordnung verbundenen Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, wenigstens einen Antriebsparameter der Abgasturbine und/oder wenigstens einen Luftzuführparameter des Verdichters auf Basis des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung und auf Basis eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors zu steuern.
Wie oben bereits erwähnt, ist der mit einer, mehreren oder allen zuvor genannten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Abgasturbolader-Anordnung in jeder denkbaren Kombination ausgerüstete Verbrennungsmotor äußerst flexibel und sicher optimiert betreibbar.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Antriebssystems bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen eines Betriebszustandes der Abgasrezirkulations- Einrichtung, Bestimmen eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors und Steuern wenigstens eines Antriebsparameters der Abgasturbine und/oder wenigstens eines Luftzuführparameters des Verdichters auf Basis des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung und des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren 1 und 2 detaillierter beschrieben.
Fig.1 zeigt eine schematische Ansicht eines Antriebssystems gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
Fig.2 zeigt eine schematische Ansicht eines Verdichtergehäuses mit integrierter Abblaseklappe.
Fig.1 zeigt in schematischer Ansicht ein Antriebssystem 1 gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
Das Antriebsystem 1 weist eine Abgasturbolader-Anordnung 10 und einen z.B. als Dieselmotor und/oder z.B. Gasmotor ausgebildeten und mit der Abgasturbolader- Anordnung 10 verbundenen Verbrennungsmotor 10 auf.
Die Abgasturbolader-Anordnung 10 weist einen Abgasturbolader 100, erste Steuermittel 200, zweite Steuermittel 300, eine Abgasrezirkulations-Einrichtung 400 und eine Steuervorrichtung 500 auf.
Der Abgasturbolader 100 weist eine Abgasturbine 110 mit einem Turbineneingang 111 und einem Turbinenausgang 112 sowie einen über eine Verbindungswelle 130 mit der Abgasturbine 110 drehanthebsverbundenen Verdichter 120 mit einem Verdichtereingang 121 und einem Verdichterausgang 122 auf. Der Turbineneingang 111 steht über eine Abgasleitung 21 mit einem Abgasausgang 20a des Verbrennungsmotors 20 in Fluidverbindung, so dass die Abgasturbine 110 über die Energie des Abgases des Verbrennungsmotors 20 drehangetrieben werden kann. Der Turbinenausgang 112 steht mit einer Auslassleitung 113 in Fluidverbindung, so dass aus der Abgasturbine 110 austretendes Abgas z.B. in die Atmosphäre ableitbar ist.
Der Verdichtereingang 121 steht mit einer Frischluftleitung 123 in Fluidverbindung, so dass dem Verdichter 120 über die Frischluftleitung 123 Frischluft z.B. aus der Atmosphäre zuführbar ist. Der Verdichterausgang 122 steht über eine Zuluftleitung 22 mit einem Lufteingang 2Oe des Verbrennungsmotors 20 in Fluidverbindung, so dass dem Verbrennungsmotor 20 über die Zuluftleitung 22 von dem Verdichter 120 verdichtete Luft zuführbar ist.
Die Auslassleitung 113 und die Frischluftleitung 123 stehen über eine in Fig. 1 doppelpfeilig endende Verbindungsleitung 202 in steuerbarer Fluidverbindung.
Die Abgasrezirkulations-Einrichtung 400 ist mit einer Abgasreinigungs-Vorrichtung 401 versehen und weist einen Eingang 40Oe, der mit der Abgasleitung 21 und damit mit dem Turbineneingang 111 und dem Abgasausgang 20a fluidverbunden ist, und einen Ausgang 400a auf, der mit der Zuluftleitung 22 und damit mit dem Verdichterausgang 122 und dem Lufteingang 2Oe fluidverbunden ist.
Die ersten Steuermittel 200 sind eingerichtet zum Steuern wenigstens eines Antriebsparameters, wie z.B. einer Drehzahl und/oder eines
Antriebsdrehmoments, der Abgasturbine 110. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die ersten Steuermittel 200 eine variabel einstellbare Turbinengeometrie, wie z.B. verstellbare Leitschaufeln (nicht gezeigt), für die Abgasturbine 110 auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die ersten Steuermittel 200 zusätzlich oder alternativ eine Umblaseklappe 201 auf zum gesteuerten Umleiten einer bestimmten Abgasmenge oder einer bestimmten Luftmenge, wie durch die in Fig. 1 doppelpfeilige Ausführung der Verbindungsleitung 202 angedeutet.
Die zweiten Steuermittel 300 sind eingerichtet zum Steuern wenigstens eines Luftzuführparameters, wie z.B. der Größe und/oder des Drucks eines Volumenstroms an Frischluft zu dem Verdichtereingang 121 hin und/oder z.B. der Größe und/oder des Druck eines Volumenstroms an verdichteter Luft am
Verdichterausgang 122, des Verdichters 120. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die zweiten Steuermittel 300 eine variabel einstellbare Verdichtergeometrie für den Verdichter 120 auf. Bevorzugt weisen die zweiten Steuermittel 300 einen variabel einstellbaren Vorleitapparat 120a für den Verdichter 120 und/oder einen variabel einstellbaren Nachleitapparat 120b für den Verdichter 120 auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die zweiten Steuermittel zusätzlich oder alternativ eine Abblaseklappe 301 auf zum gesteuerten Abblasen einer bestimmten Menge an verdichteter Luft. Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung weisen die zweiten Steuermittel 300 zusätzlich oder alternativ eine Drossel 302 auf zum Steuern einer dem Verdichter 120 zuführbaren Menge an Frischluft.
In Bezug auf Fig. 1 ist zu erwähnen, dass in Fig. 1 alle im Obigen aufgezählten Komponenten der ersten Steuermittel 200 und der zweiten Steuermittel 300 in Kombination dargestellt sind. Für den Fachmann ist verständlich, dass gemäß Ausführungsformen der Erfindung, auch wenn nicht so dargestellt, die eine oder die andere dieser Komponenten oder mehrere dieser Komponenten weggelassen sein können. Die Steuervorrichtung 500 ist über nicht dargestellte Signalleitungen mit jeweiligen Stellgliedern (nicht gezeigt) der ersten Steuermittel 200, mit jeweiligen Stellgliedern (nicht gezeigt) der zweiten Steuermittel 300 und mit jeweiligen Stellgliedern (nicht gezeigt) der Abgasrezirkulations-Einrichtung 400 verbunden zum Ansteuern der ersten Steuermittel 200, der zweiten Steuermittel 300 und der Abgasrezirkulations-Einrichtung 400.
Die Steuervorrichtung 500 ist eingerichtet, die ersten Steuermittel 200 und die zweiten Steuermittel 300 in Abhängigkeit von einem Betriebszustand bzw. auf Basis eines Betriebszustands, wie z.B. einem Außerbethebszustand oder einem Inbethebszustand, der Abgasrezirkulations-Einrichtung 400 zu steuern.
Zu diesem Zweck verfügt die Steuervorrichtung 500 über geeignete Software, Hardware oder eine Kombination davon.
Die Steuervorrichtung 500 ist insbesondere eingerichtet, den wenigstens einen Antriebsparameter der Abgasturbine 110 und/oder den wenigstens einen Luftzuführparameter des Verdichters 120 auf Basis des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung 400 und auf Basis eines Betriebszustandes, wie z.B. der Motorlast, der Motordrehzahl usw., des Verbrennungsmotors 20 zu steuern. Zu diesem Zweck können in einem Speicher (nicht gezeigt) der Steuervorrichtung 500 z.B. gewünschte Motorkennlinien für den Verbrennungsmotor 20 hinterlegt sein.
Bei einer allgemeinsten Form eines Verfahrens zum Betreiben des
Antriebssystems 1 werden zumindest die folgenden Schritte ausgeführt: mittels nicht dargestellter und mit der Steuervorrichtung 500 signalgekoppelter Sensoren Bestimmen des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung 400 (eingeschaltet, inklusive der jeweiligen Intensität bzw. des Grades der Abgasrezirkulation, oder ausgeschaltet), mittels nicht dargestellter und mit der Steuervorrichtung 500 signalgekoppelter Sensoren Bestimmen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (Motorlast und/oder Motordrehzahl und/oder Kraftstoffverbrauch und/oder Betriebstemperatur usw.) und mit der Steuervorrichtung 500 Steuern des wenigstens einen Antriebsparameters der Abgasturbine 110 und/oder des wenigstens eines Luftzuführparameters des Verdichters 120 über die ersten Steuermittel 200 und/oder die zweiten
Steuermittel 300 und auf Basis des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations- Einrichtung 400 und des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 20, so dass der Verbrennungsmotor 20 für einen jeweiligen Betriebsfall (Betrieb mit oder ohne Abgasrezirkulation) in einem optimalen Leistungsbereich und/oder optimalen Kraftstoffverbrauchsbereich und/oder optimalen Schadstoffausstoßbereich betrieben wird.
Fig.2 zeigt eine schematische Ansicht eines Verdichtergehäuses mit integrierter Abblaseklappe. Die Umgebungsluft wird über die Frischluftleitung 123 dem Verdichter 120 zugeführt und dort komprimiert. Die komprimierte Luft wird im Spiralgehäuse 700 gesammelt und zum Ladeluftkühler (nicht gezeigt) weitergeleitet. Ein Teil, circa bis zu 25%, des gesamten Luftmassenstromes wird als vorgewärmte Luft dem Abgasturbolader erneut wieder zugeführt.
Bezugszeichenliste
1 Antriebssystem
10 Abgasturbolader-Anordnung
20 Verbrennungsmotor
20a Abgasausgang
2Oe Lufteingang
21 Abgasleitung
22 Zuluftleitung
100 Abgasturbolader
110 Abgasturbine
111 Turbineneingang
112 Turbinenausgang
113 Auslassleitung
120 Verdichter
120a Vorleitapparat
120b Nachleitapparat
121 Verdichtereingang
122 Verdichterausgang
123 Frischluftleitung
130 Verbindungswelle
200 erste Steuermittel
201 Umblaseklappe
202 Verbindungsleitung
300 zweite Steuermittel
301 Abblaseklappe
302 Drossel
400 Abgasrezirkulations-Einrichtung
400a Ausgang
40Oe Eingang
401 Abgasreinigungs-Vorrichtung
500 Steuervorrichtung
600 Turboladergehäuse 700 Spiralgehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Abgasturbolader-Anordnung (10) für einen Verbrennungsmotor (20), aufweisend: einen Abgasturbolader (100), der eine Abgasturbine (110) mit einem
Turbineneingang (111 ) und einem Turbinenausgang (112) sowie einen Verdichter (120) mit einem Verdichtereingang (121 ) und einem Verdichterausgang (122) aufweist, wobei der Turbineneingang (111 ) mit einem Abgasausgang (20a) des Verbrennungsmotors (20) in Fluidverbindung zu bringen ist zum Drehantreiben der Abgasturbine (110), wobei der Verdichterausgang (122) mit einem Lufteingang (2Oe) des Verbrennungsmotors (20) in Fluidverbindung zu bringen ist zum Zuführen von verdichteter Luft zu dem Verbrennungsmotor (20), erste Steuermittel (200) zum Steuern wenigstens eines Antriebsparameters der Abgasturbine (110), eine Abgasrezirkulations-Einrichtung (400) mit einem Eingang (40Oe), der mit dem Turbineneingang (111 ) fluidverbunden ist, und einem Ausgang (400a), der mit dem Verdichterausgang (122) fluidverbunden ist, und eine Steuervorrichtung (500), die mit den ersten Steuermitteln (200) und der
Abgasrezirkulations-Einrichtung (400) verbunden ist, zum Ansteuern der ersten Steuermittel (200) und der Abgasrezirkulations-Einrichtung (400), wobei die Steuervorrichtung (500) eingerichtet ist, die ersten Steuermittel (200) auf Basis eines Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung (400) zu steuern.
2. Abgasturbolader-Anordnung (10) gemäß Anspruch 1 , wobei die Abgasrezirkulations-Einrichtung (400) eine Abgasreinigungs-Vorrichtung (401 ) aufweist.
3. Abgasturbolader-Anordnung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten Steuermittel (200) eine variabel einstellbare Turbinengeometrie für die Abgasturbine (110) aufweisen.
4. Abgasturbolader-Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten Steuermittel (200) eine Umblaseklappe (201 ) aufweisen zum gesteuerten Umleiten einer bestimmten Abgasmenge.
5. Abgasturbolader-Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit zweiten Steuermitteln (300) zum Steuern wenigstens eines
Luftzuführparameters des Verdichters (120), wobei die Steuervorrichtung (500) mit den zweiten Steuermitteln (300) verbunden ist zum Ansteuern der zweiten Steuermittel (300), und wobei die Steuervorrichtung (500) eingerichtet ist, die ersten Steuermittel (200) und die zweiten Steuermittel (300) auf Basis des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung (400) zu steuern.
6. Abgasturbolader-Anordnung (10) gemäß Anspruch 5, wobei die zweiten Steuermittel (300) eine variabel einstellbare Verdichtergeometrie für den Verdichter (120) aufweisen.
7. Abgasturbolader-Anordnung (10) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die zweiten Steuermittel (300) einen variabel einstellbaren Vorleitapparat (120a) für den Verdichter (120) aufweisen.
8. Abgasturbolader-Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die zweiten Steuermittel (300) einen variabel einstellbaren Nachleitapparat (120b) für den Verdichter (120) aufweisen.
9. Abgasturbolader-Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die zweiten Steuermittel (300) eine Abblaseklappe (301 ) aufweisen zum gesteuerten Abblasen einer bestimmten Menge an verdichteter Luft.
10. Abgasturbolader-Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Abblaseklappe (301 ) im Inneren des Abgasturboladers (100) integriert ist.
11. Abgasturbolader-Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die zweiten Steuermittel (300) eine Drossel (302) aufweisen zum Steuern einer dem Verdichter (120) zuführbaren Menge an Luft.
12. Abblaseklappe (301 ) eines Abgasturboladers (100), dadurch gekennzeichnet dass die Abblaseklappe (301 ) im Inneren des Abgasturboladers (100) integriert ist und eine Verrohrung zur Zuleitung der verdichteten Luft zum Frischluftmassenstrom ausschließlich innerhalb des Gehäuses (700) des Verdichters (120) angeordnet ist.
13. Antriebssystem (1 ) mit einer Abgasturbolader-Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 und einem mit der Abgasturbolader-Anordnung (10) verbundenen Verbrennungsmotor (20), wobei die Steuervorrichtung (500) eingerichtet ist, wenigstens einen Antriebsparameter der Abgasturbine (110) und/oder wenigstens einen Luftzuführparameter des Verdichters (120) auf Basis des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung (400) und auf Basis eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (20) zu steuern.
14. Verfahren zum Betreiben eines Anthebssystems (1 ) gemäß Anspruch 13, aufweisend:
Bestimmen des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung (400), Bestimmen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (20), und
Steuern wenigstens eines Antriebsparameters der Abgasturbine (110) und/oder wenigstens eines Luftzuführparameters des Verdichters (120) auf Basis des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung (400) und des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (20).
15. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (1 ) gemäß Anspruch 12, aufweisend:
Bestimmen des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung (400), Bestimmen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (20), und
Steuern wenigstens eines Antriebsparameters der Abgasturbine (110) und/oder wenigstens eines Luftzuführparameters des Verdichters (120) auf Basis des Betriebszustandes der Abgasrezirkulations-Einrichtung (400) und des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (20), wobei nach Verdichtung der Luft im Abgasturbolader (100) über eine integrierte Abblaseklappe (301 ) heiße Luft direkt dem Frischluftmassenstrom des Abgasturbolader (100) zugeführt wird.
PCT/DE2009/050058 2009-04-08 2009-10-21 Abgasturbolader-anordnung mit integrierter abblaseklappe, damit ausgerüstetes antriebssystem und verfahren zum betreiben eines solchen antriebssystems WO2010115386A1 (de)

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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4316202A1 (de) 1993-05-14 1994-11-17 Atlas Copco Energas Verfahren zur Überwachung der Pumpgrenze eines Turboverdichters mit Vorleitapparat und Nachleitapparat
DE19628852A1 (de) 1995-07-17 1997-01-30 Alternative Fuel Systems Inc Abgasrezirkulationssystem für einen Kompressionszündmotor und Verfahren zur Steuerung von Abgasrezirkulation in einem Kompressionszündmotor
EP1400670A1 (de) * 2002-09-23 2004-03-24 ABB Turbo Systems AG Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasturboladers
WO2004027235A1 (en) * 2002-09-19 2004-04-01 Detroit Diesel Corporation Method for controlling an engine with vgt and egr systems
US20060185363A1 (en) * 2005-02-21 2006-08-24 Gustafson Richard J Boost wastegate device for EGR assist
EP1770270A2 (de) * 2005-10-03 2007-04-04 Deere & Company AGR-System mit Rückströmung, Brennkraftmaschine und Verfahren
WO2007098133A1 (en) * 2006-02-21 2007-08-30 Borgwarner Inc. Turbocharger compressor housing with integrated throttle valve and recirculation-bypass system
WO2009020418A1 (en) * 2007-05-16 2009-02-12 Scania Cv Ab (Publ) A surge control method
US20090077968A1 (en) * 2007-09-25 2009-03-26 Ford Global Technologies, Llc Turbocharged Engine Control Operation with Adjustable Compressor Bypass

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3430923B2 (ja) * 1998-06-15 2003-07-28 日産自動車株式会社 内燃機関の過給制御装置
DE10038244A1 (de) * 2000-08-04 2002-03-14 Bayerische Motoren Werke Ag Abgas-Turbolader für Brennkraftmaschinen
DE10101343A1 (de) * 2001-01-13 2002-07-18 Daimler Chrysler Ag Verfahren und Vorrichtung zur Abgasrückführungsregelung
DE10222917B4 (de) * 2002-05-24 2007-12-20 Man Nutzfahrzeuge Ag Aufgeladene Brennkraftmaschine

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4316202A1 (de) 1993-05-14 1994-11-17 Atlas Copco Energas Verfahren zur Überwachung der Pumpgrenze eines Turboverdichters mit Vorleitapparat und Nachleitapparat
DE19628852A1 (de) 1995-07-17 1997-01-30 Alternative Fuel Systems Inc Abgasrezirkulationssystem für einen Kompressionszündmotor und Verfahren zur Steuerung von Abgasrezirkulation in einem Kompressionszündmotor
WO2004027235A1 (en) * 2002-09-19 2004-04-01 Detroit Diesel Corporation Method for controlling an engine with vgt and egr systems
EP1400670A1 (de) * 2002-09-23 2004-03-24 ABB Turbo Systems AG Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasturboladers
US20060185363A1 (en) * 2005-02-21 2006-08-24 Gustafson Richard J Boost wastegate device for EGR assist
EP1770270A2 (de) * 2005-10-03 2007-04-04 Deere & Company AGR-System mit Rückströmung, Brennkraftmaschine und Verfahren
WO2007098133A1 (en) * 2006-02-21 2007-08-30 Borgwarner Inc. Turbocharger compressor housing with integrated throttle valve and recirculation-bypass system
WO2009020418A1 (en) * 2007-05-16 2009-02-12 Scania Cv Ab (Publ) A surge control method
US20090077968A1 (en) * 2007-09-25 2009-03-26 Ford Global Technologies, Llc Turbocharged Engine Control Operation with Adjustable Compressor Bypass

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