DE4416572C1 - Aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents

Aufgeladene Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftma­ schine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der CM 673 684 A5 ist bereits eine gattungsgemäße aufgela­ dene Brennkraftmaschine bekannt, die von zwei parallel geschal­ teten Abgasturboladern mit Ladeluft gespeist wird, wobei der ei­ ne Abgasturbolader durch ein Absperrorgan vollständig und der andere Abgasturbolader, dessen Abgaseintrittsgehäuse in zwei Sektoren unterteilt ist, teilweise vom Abgasstrom absperrbar ist. Zwischen der Ladeluftseite und der Auslaßseite der Brenn­ kraftmaschine besteht eine regelbare Strömungsverbindung, wobei diese zum Zwecke des Schutzes vor Verdichterpumpen hergestellt wird, wenn beispielsweise ein Vollast-Betriebspunkt des Verdich­ ters in genügendem Sicherheitsabstand von der Pumpgrenze des Verdichters gelegt werden soll.
Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die Druck­ schriften DE 42 31 218 C1 und DE 41 20 055 A1 verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit zwei parallel geschalteten Abgasturbola­ dern so auszubilden, daß eine Abgasrückführung auch bei einem über dem auslaßseitigen Abgasdruck liegenden Ladeluftdruck mög­ lichst einfach und kostengünstig realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Abgasrückführung liegt darin, daß durch Komprimierung des rückgeführten Abgases und durch die Einspeisung in die Ladeluftleitung stromab einer in dieser ange­ ordneten Rückschlagklappe eine Abgasrückführung auf einfache Art und Weise möglich ist, auch wenn der Ladeluftdruck höher ist, als der Abgasdruck auf der Auslaßseite der Brennkraftmaschine.
Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist der Aufbau des Gesamtsystems besonders einfach, da der Verdichter des zweiten Abgasturboladers gleichzeitig sowohl als Ladeluft­ verdichter als auch als Abgasverdichter verwendet wird, wobei hier eine Einspeisung von rückzuführendem Abgas auf die Saug­ seite des Verdichters erfolgt, das erst nach der Einspeisung verdichtet wird. Bei derartig ausgeführten Systemen sind wegen der relativ hohen Abgastemperaturen entsprechende Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit des Verdichters des zweiten Ab­ gasturboladers zu stellen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung nach den Ansprüchen 3 und 4 ist hinsichtlich der thermischen Auslegung des zweiten Abgastur­ boladers vorteilhaft, da die Temperaturbelastung des Ladeluft­ verdichters des zweiten Abgasturboladers nur verhältnismäßig ge­ ring ist und der thermisch höher belastete und entsprechend aus­ gelegte Abgasverdichter auf der Heißgasseite (Abgasseite) des zweiten Abgasturboladers angeordnet ist. Hier erfolgt eine Ein­ speisung des rückzuführenden Abgases in die Ladeluftleitung erst nach dessen Komprimierung und aus energetischen Gründen dann auch auf die Druckseite des Verdichters des zweiten Abgasturbo­ laders.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Trennung der Funktionen Lade­ luftlieferung und Abgasrückführung gemäß Anspruch 6 liegt darin, daß der erste Abgasturbolader speziell für die Ladeluftlieferung auslegbar ist, während der zweite Abgasturbolader auf den Misch­ betrieb von Abgasrückführung und Ladeluftlieferung ausgelegt wird. So ist auch die Verwendung eines Ladeluftkühlers stromab des Verdichters des ersten Abgasturboladers möglich, da dort der Ladeluftkühler nur von Ladeluft durchströmt wird und nicht durch Ablagerung von Abgaspartikeln verstopft werden kann.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand zweier Ausführungsbei­ spiele näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer aufgeladenen Brennkraftmaschi­ ne mit Abgasrückführung und mit zwei parallel geschal­ teten Abgasturboladern und einer Rückschlagklappe in einer Ladeluftleitung des Verdichters des zweiten Ab­ gasturboladers, wobei eine Abgasrückführungsleitung auf die Saugseite und ein Leitungsteil der Abgasrückfüh­ rungsleitung in einen Diffusorkanal des Verdichters des zweiten Abgasturboladers mündet und
Fig. 2 eine Prinzipskizze einer aufgeladenen Brennkraftmaschi­ ne analog zu Fig. 1, wobei auf der Turbinenseite des zweiten Abgasturboladers ein separater Abgasverdichter angeordnet ist und wobei die Abgasrückführungsleitung auf der Druckseite des Verdichters des zweiten Ab­ gasturboladers in die Ladeluftleitung mündet.
Fig. 1 zeigt eine aufgeladene Brennkraftmaschine 1 mit zwei par­ allel geschalteten Abgasturboladern 2 und 3, die jeweils eine Turbine 4 und 6 mit einer Einströmseite 8 und 10 und einer Aus­ strömseite 9 und 11 und jeweils einen Verdichter 5 und 7 mit ei­ ner Druckseite 12 und 14 und einer Saugseite 13 und 15 aufwei­ sen.
Jede Druckseite 12, 14 der Verdichter 5, 7 ist über ein Lei­ tungsteil 16, 17 einer Ladeluftleitung 18 mit einer Einlaßseite 19 und jede Einströmseite 8, 10 der Turbine 4, 6 ist über ein Leitungsteil 20, 21 einer Abgasleitung 22 mit der Auslaßseite 23 der Brennkraftmaschine 1 verbunden.
Die Turbine 6 des zweiten Abgasturboladers 3 umfaßt eine als va­ riables Leitgitter 24 ausgeführte Regeleinrichtung 25 zur Rege­ lung der durch diese Turbine 6 strömenden Abgasmenge.
Von dem Leitungsteil 21 der Abgasleitung 22 stromauf der Turbine 6 des zweiten Abgasturboladers 3 führt eine Abgasrückführungs­ leitung 26 in einen Leitungsteil 27 der Ladeluftleitung 18 auf der Saugseite 15 des Verdichters 7 des zweiten Abgasturboladers 3, wobei die Abgasrückführungsleitung 26 stromab einer in der Ladeluftleitung 18 angeordneten Rückschlagklappe 28 in die Lade­ luftleitung 18 mündet. Das rückgeführte Abgas wird über einen Abgasverdichter 29 verdichtet, der im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 der Verdichter 7 des zweiten Abgasturboladers 3 ist.
Wird der Verdichter 7 als reiner Abgasverdichter 29 betrieben (geschlossenen Rückschlagklappe 28), herrscht an einer Einspei­ sestelle 26a der Abgasrückführungsleitung 26 nahezu der Abgas­ druck, der an der Auslaßseite 23 der Brennkraftmaschine 1 herrscht. Die Energiebilanz ist bei einer Abgaseinspeisung stromab der Rückschlagklappe 28 aufgrund des kaum abgedrosselten Abgasdruckes wesentlich günstiger als bei einer in etwa mit Um­ gebungsdruck erfolgenden Abgaseinspeisung stromauf der Rück­ schlagklappe 28.
Von der Abgasrückführungsleitung 26 zweigt ein Leitungsteil 30 ab, das auf die Druckseite 14 des als Abgasverdichter 29 arbei­ tenden Verdichters 7 des zweiten Abgasturboladers 3 mündet.
Im Mischbetrieb des Verdichters 7, also bei geöffneter Rück­ schlagklappe 28 (gleichzeitig Ladeluftlieferung und Abgasrück­ führung), ist aus energetischen Gründen für die Einspeisung von Abgas die Druckseite 14 des Verdichters 7 zu bevorzugen, bei­ spielsweise eine Einspeisung direkt in einen hinter dem Verdich­ terrad angeordneten Diffusorkanal 14a des Verdichters 7.
In der Abgasrückführungsleitung 26 und in dem Leitungsteil 30 ist jeweils ein Regelventil 31, 32 angeordnet, wobei jedes die­ ser Regelventile 31, 32 auch die Funktion eines Rückschlagven­ tils hat.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Abgasturbolader 2 speziell für die Lieferung von Ladeluft ausgelegt. Die Abgas­ rückführung wird lediglich durch den Verdichter 7 des zweiten Abgasturboladers 3 vorgenommen, wobei dieser Verdichter 7, wegen der hohen Abgastemperaturen, eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.
Das variable Leitgitter 24 nebst Betätigungselement 33 und die Regelventile 31, 32 werden über einen Regler 34 betätigt, der die Abgasrückführung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 1 regelt. Die Verbindung des Reglers 34 zum Betätigungselement 33 und zu den Regelventilen 31 und 32 ist in den Fig. 1 und 2 strichliert angedeutet.
In dem Leitungsteil 16 der Ladeluftleitung 18 des Verdichters 5 des ersten Abgasturboladers 2 ist ein Ladeluftkühler 35 in prin­ zipiell bekannter Weise angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Trennung von Ladeluftlieferung und Abgasrückführung ist die Ver­ wendung des Ladeluftkühlers problemlos möglich, da dieser nur Ladeluft des ersten Verdichters 5 kühlen muß und keine Durch­ strömung des Kühlers mit Abgas erfolgt. Die Durchströmung des Kühlers mit Abgas ist insofern problematisch, als die Ablagerung von Abgaspartikeln im Kühler dessen Lebensdauer erheblich redu­ ziert.
Fig. 2 zeigt eine aufgeladene Brennkraftmaschine 1 analog Fig. 1. Für gleiche Bauteile werden gleiche und für ähnliche Bauteile apostrophierte Bezugszeichen verwendet.
Die aufgeladene Brennkraftmaschine 1 umfaßt zwei parallel ge­ schaltete Abgasturbolader 2 und 3′, die jeweils eine Turbine 4 und 6 mit einer Einströmseite 8 und 10′ und einer Ausströmseite 9 und 11′ und jeweils einen Verdichter 5 und 7′ mit einer Druck­ seite 12 und 14′ und einer Saugseite 13 und 15′ aufweisen.
Jede Einströmseite 8, 10′ der Turbine 4, 6′ ist über ein Lei­ tungsteil 20, 21 einer Abgasleitung 22 mit der Auslaßseite 23 der Brennkraftmaschine 1 verbunden.
Die Turbine 6′ des zweiten Abgasturboladers 3′ umfaßt eine als variables Leitgitter 24′ ausgeführte Regeleinrichtung 25 zur Re­ gelung der durch diese Turbine 6′ strömenden Abgasmenge.
Auf der Turbinenseite des zweiten Abgasturboladers 3′ ist ein weiterer Verdichter 36 angeordnet, dessen Verdichterrad auf der wellenseitigen Stirnseite des Turbinenrades der Turbine 6′ sitzt.
Von dem Leitungsteil 21 der Abgasleitung 22 stromauf der Turbine 6′ des zweiten Abgasturboladers 3′ führt eine Abgasrückführungs­ leitung 26′ auf die Saugseite 37 des Verdichters 36. Ein Lei­ tungsteil 38 der Abgasrückführungsleitung 26′ führt von einer Druckseite 39 des Verdichters 36 in den Leitungsteil 17 der Ladeluftleitung 18 auf der Druckseite 14′ des Verdichters 7′ des zweiten Abgasturboladers 3′.
Im gezeigten Beispiel gemäß Fig. 2 ist die Rückschlagklappe 28 auf der Saugseite 15′ des Verdichters 7′ angeordnet. Sie kann jedoch auch auf der Druckseite 14′ angeordnet sein, wobei dann die Rückschlagklappe 28 in Ladeluftströmungsrichtung stromauf einer Einmündungsstelle 40 im Leitungsteil 17 placiert ist, in der die Abgasrückführungsleitung 26′ in das Leitungsteil 17 mün­ det.

Claims (6)

1. Aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens zwei parallel geschalteten Abgasturboladern, die jeweils eine Turbine mit ei­ ner Einströmseite und einer Ausströmseite und jeweils einen Ver­ dichter mit einer Druckseite und einer Saugseite aufweisen, wo­ bei jede Druckseite dieser Verdichter über eine Ladeluftleitung mit der Einlaßseite und jede Einströmseite dieser Turbinen über eine Abgasleitung mit der Auslaßseite der Brennkraftmaschine verbunden ist und wobei die Turbine des zweiten Abgasturboladers eine Regeleinrichtung zur Regelung der Abgasmenge aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der stromauf der Turbine (6) des zweiten Abgastur­ boladers (3) angeordneten Abgasleitung (22) und der stromab ei­ ner Rückschlagklappe (28) angeordneten Ladeluftleitung (18) des Verdichters (7) des zweiten Abgasturboladers (3) eine Abgasrück­ führungsleitung (26) angeordnet ist, wobei das rückgeführte Ab­ gas mit einem Abgasverdichter (29) komprimierbar ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasverdichter (29) der Verdichter (7) des zweiten Ab­ gasturboladers (3) ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasverdichter (29) ein auf der Turbinenseite des zwei­ ten Abgasturboladers (3) angeordneter weiterer Verdichter (36) ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichterrad des Verdichters (36) auf der wellenseiti­ gen Stirnseite des Turbinenrades der Turbine (6) angeordnet ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Abgasrückführungsleitung (26) vor Eintritt in den Abgasverdichter (29, 7) ein Leitungsteil (30) abzweigt, das auf die Druckseite (14) des Verdichters (7) des zweiten Abgasturbo­ laders (3) mündet.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (5) des ersten Abgasturboladers (2) speziell für die Lieferung von Ladeluft ausgelegt ist und daß Abgas le­ diglich durch den Verdichter (7) des zweiten Abgasturboladers (3) förderbar ist.
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