DE69525773T2

DE69525773T2 - Anordnung zur abgasrückführing in aufgeladenen brennkraft-maschinen mit parallel geschalteten turbinen

Info

Publication number: DE69525773T2
Application number: DE69525773T
Authority: DE
Inventors: Stefan Dungner
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 1994-12-08
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2015-12-07
Also published as: SE9404259L; EP0840847A1; US5794445A; SE506125C2; SE9404259D0; EP0840847B1; DE69525773D1; WO1996018031A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Rückführen von Abgasen in Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Ein Verfahren zum Reduzieren von Freisetzungen an Stickoxiden NOx ist, einen Teil der Abgase vor der nächsten Verbrennung zum Motor zurückzuführen. Ein Teil der Abgase bleibt in der Brennkammer, nachdem der Spülhub abgeschlossen worden ist, d. h. nachdem das Auslaßventil geschlossen hat, und diese Rückkopplung wird natürliche EGR (Abgasrückführung) genannt. Diese natürliche EGR ist in herkömmlichen Motoren ohne veränderliche Ventilsteuerungen schwierig zu steuern.
Außerdem wird gewöhnlich eine Teilmenge der Abgase über externe EGR-Leitungen zum Einlaßsystem des Verbrennungsmotors rückgeführt, wodurch ermöglicht wird, daß mittels einer Steuerung eines EGR-Ventils eine Rückkopplung von Abgasen gesteuerter stattfindet. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, z. B. im Leerlauf, ist keine EGR erwünscht, da der Motor beginnen kann, auszusetzen und möglicherweise stehenzubleiben. Bei Ottomotoren sind häufig EGR-Systeme für den Zweck in Gebrauch gekommen, Freisetzungen von Stickoxiden zu reduzieren, die sich in erster Linie bei sehr hohen Verbrennungstemperaturen bilden.
Um Abgase zur Einlaßseite des Motors rückführen zu können, ist es notwendig, daß der Druck der Abgase größer als der Druck der Ansaugluft an der Einlaßseite des Motors ist. Bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren, insbesondere bei aufgeladenen Dieselmotoren, bei denen eine Verbrennung mit Luftüberschuß stattfindet, ist jedoch der Druck auf der Einlaßseite wesentlich höher als der Auslaßdruck, der offensichtlich bei hohen Motordrehzahlen und hohen Motorlasten am größten ist. Dies bedeutet, daß der Druck der Teilmenge von Abgasen, die rückgeführt werden soll, zuerst erhöht werden muß, um zu ermöglichen, daß ein Abgasstrom sogar unter extremen Lastbedingungen zur Einlaßseite des Verbrennungsmotors rückgeführt wird.
Bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren wäre es möglich, die Entwicklung eines Abgasstromes zur Einlaßseite des Motors zu erreichen, falls die Abgase zu einem Punkt im Einlaßsystem vor der Kompressorstufe rückgeführt würden; aber dies ist insofern nicht wünschenswert, als der Kompressor durch die Abgase verschmutzt und auch sein Wirkungsgrad reduziert würde.
Es gibt eine Vielzahl verschiedener Lösungen, um ein Rückführen von Abgasen bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren zu ermöglichen.
Zum Beispiel gibt US 4 250 711 eine Lösung an, bei der die Abgase von der Auslaßseite mittels der an den Kompressordiffusor ausschließlich hinter den Kompressorschaufeln angeschlossenen EGR-Leitung zur Einlaßseite hinter der Kompressorstufe rückgeführt werden. Sie gibt auch an, daß ein zusätzlicher Kompressor für den Abgasstrom in der EGR-Leitung eingebaut sein kann. Der damit verbundene Nachteil ist, daß diese Lösung es für eine praktische und wirtschaftliche Anwendung unmöglich macht, hinter der Kompressorstufe einen Ladeluftkühler einzubauen, da der Ladeluftkühler durch die rückgeführten Abgase blockiert und seine Effizienz reduzieren würde.
US 4 231 225 gibt eine andere Lösung an, bei der, wenn ein Teilstrom von Abgasen vom Motor, in diesem Fall die Abgase von einer Zylinderreihe in einem V-Motor, durch eine erste Abgasturbine in einer ersten Ladeeinheit geströmt ist, er zu einem zweiten Kompressor in einer zweiten Ladeeinheit rückgeführt wird. In der Kompressorstufe der ersten Ladeeinheit wird neue saubere Verbrennungsluft komprimiert, und restliche Abgase von den anderen Zylindern des Motors strömen durch die Abgasturbine der zweiten Ladeeinheit. In diesem Fall gelangen die zurückströmenden Abgase zuerst durch eine Turbine, wodurch der Druck der Abgase reduziert wird. In diesem System wird folglich eine festgelegte Menge Abgase zur Einlaßseite des Motors rückgeführt, welche Betriebsbedingungen zu dieser Zeit auch herrschen, was für die Fahrzeughandhabung während beispielsweise des Leerlaufs von Nachteil ist, da ein sehr ungleichmäßiger Motorlauf auftreten kann. In diesem System ist die Steuerbarkeit des EGR-Stroms sehr schlecht, da der Abgasstrom viel größer als der entsprechende Strom auf der Einlaßseite ist.
US A 4 756 285 gibt eine dritte Lösung an, bei welcher der Abgasstrom vom Motor zwei parallele Kompressoren antreibt, von denen einer saubere Verbrennungsluft für die Zufuhr eines Gemisches aus sauberer Verbrennungsluft und vorkomprimiertem Kraftstoff zu einer Vorbrennkammer komprimiert, wohingegen der andere Kompressor ein Gemisch aus zurückströmenden Abgasen und sauberer Verbrennungsluft komprimiert, um ein Gemisch aus sauberer Verbrennungsluft, zurückströmenden Abgasen und vorkomprimiertem Kraftstoff einer Hauptbrennkammer zuzuführen. In diesem Fall werden die zurückströmenden Abgase von einem Einlaß in Strömungsrichtung des Abgasstroms betrachtet stromabwärts bezüglich einer Turbine genommen, wo die Abgase einen niedrigeren Druck haben.

Aufgaben der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist zu ermöglichen, Abgase zur Einlaßseite aufgeladener Verbrennungsmotoren zurückzuführen, wobei der Strom rückgeführter Abgase steuerbar eingestellt werden kann und auch während Betriebsbedingungen entwickelt wird (insbesondere während einer Kombination aus hoher Drehzahl und hoher Last), in denen der Einlaßdruck wesentlich höher als der Druck auf der Abgasseite ist.
Eine weitere Aufgabe ist, einen Ladeluftkühler einbauen zu können ohne die Gefahr, daß der letztgenannte durch Ablagerungen von rückgeführten Abgasen blockiert wird.
Eine andere Aufgabe ist, ein EGR-System zu schaffen, welches wahlweise angeschlossen werden kann, wenn EGR erwünscht ist, und welches unter anderen Betriebsbedingungen nur eine minimale Belastung am Verbrennungsmotor erzeugt.
Eine weitere Aufgabe bezüglich der relevanten steuerbaren Größe eines EGR-Stroms ist, die Energie zu minimieren und anzupassen (und daher die Belastung des Motors), die erforderlich ist, um den Druck des relevanten EGR-Stroms in dem Maße zu erhöhen, das erforderlich ist, um die Entwicklung eines EGR-Stromes zu garantieren.
Eine andere Aufgabe ist, eine Anordnung zu schaffen, bei welcher der den EGR-Strom abgebende Kompressor nur von Abgasen durchströmt wird, wodurch ermöglicht wird, diesen Kompressor für diese Strömungsart in der gleichen Weise zu optimieren, wie durch Abgase gereinigte Turbinen dafür ausgelegt sind, hohe Temperaturen zu tolerieren und Ablagerungen von von Abgasen mitgerissenen Partikeln entgegenzuwirken, um einen Kompressor mit langer Lebensdauer zu schaffen. Die Rückführung von Abgasen direkt vom Abgaskrümmer (ohne daß sie zuerst durch eine Turbine geströmt sind und Druck verloren haben) und die Verwendung eines speziellen Kompressors, der den EGR-Strom steigert, bedeuten, daß dieser EGR-Kompressor relativ einfach hergestellt und seine Funktion lange aufrechterhalten kann, da die erforderliche Erhöhung des Abgasdrucks im EGR-Kompressor relativ klein ist.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Anordnung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aus. Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht, daß der Anteil rückgeführter Abgase einfach steuerbar wird, während zur gleichen Zeit die rückgeführten Abgase sogar unter sehr extremen Lastbedingungen wie z. B. während einer Kombination aus hoher Drehzahl und hoher Last auf einen höheren Druck als den auf der Einlaßseite herrschenden Druck komprimiert werden können. Andere Merkmale und Vorteile, welche die Erfindung auszeichnen, sind durch die weiteren Patentansprüche und die folgende Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform angegeben, welche mit Verweis auf das beigefügte Diagramm beschrieben wird.

Figurenliste

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines aufgeladenen Verbrennungsmotors mit einer Hauptladeeinheit und mit einer (parallel am Abgasstrom angeschlossenen) Ladeeinheit für den EGR-Strom.

Beschreibung einer Ausführungsform

Fig. 1 zeigt einen aufgeladenen Verbrennungsmotor 1, der vorzugsweise ein Motor ist, in welchem eine Verbrennung mit Luftüberschuß stattfindet und ein Kraftstoff-Luft-Gemisch als Folge der entwickelten Kompressionswärme selbst zündet. Die Erfindung ist in erster Linie auf Dieselmotoren anwendbar, kann aber auch auf andere Motorarten angewendet werden, in denen eine Abgasrückführung dadurch behindert wird, daß unter Betriebsbedingungen, in denen eine Abgasrückführung erwünscht ist, der Einlaßdruck höher als der Auslaßdruck ist.
Mittels einer Ladeeinheit 9 mit einer (durch Abgase angetriebenen und im folgenden Ladeturbine genannten) Turbine 4 und eines (durch die Turbine angetriebenen und im folgenden als Ladekompressor bezeichneten) Kompressors 5, welche zur gemeinsamen Drehung auf einer gemeinsamen Antriebswelle 28 gekoppelt sind, kann der Druck der Einlaßluft 41 zum Ansaugkrümmer 2 des Verbrennungsmotors in herkömmlicher Weise in der Absicht erhöht werden, die Leistungsabgabe des Motors zu erhöhen. Im Diagramm ist der Einlaßluftstrom mit nicht unterbrochenen Strömungspfeilen angegeben, wohingegen der Abgasstrom mit gestrichelten Strömungspfeilen angegeben ist. Die Abgase vom Verbrennungsmotor werden in einem Abgaskrümmer 3, 3' gesammelt, der in Fig. 1 in zwei getrennte Zweige 3 bzw. 3' geteilt ist, welche mit dem Einlaß der Ladeturbine 4 verbinden. Die Ladeturbine ist in herkömmlicher Weise mit einem sogenannten geteilten Einlauf versehen, so daß Abgaspulse von einer Gruppe Zylinder das Spülen der Zylinder der anderen Gruppe nicht unterbrechen. In dieser Ausführungsform wird der Abgaskrümmer 3, 3' verwendet, um alle Komponenten wie z. B. Verzweigungsrohre, Rohrleitungen und dergleichen darzustellen, welche einen Teil des Motorabgassystems zum Leiten von Abgasen von den Zylindern 8 zur Auslaßturbine 4 bilden. Das erste Ende des Abgaskrümmers 3, 3' ist mit den Zylindern 8 des Verbrennungsmotors verbunden und empfängt von ihnen Abgase, und sein zweites Ende steht mit der durch die Abgase angetriebenen Ladeturbine 4 in Verbindung.
Das erste Ende des Ansaugluftkrümmers 2 des Verbrennungsmotors steht mit dem Ladekompressor 5 in Verbindung, der durch die Ladeturbine 4 angetrieben wird und somit die Luft im Ansaugkrümmer 2 unter Druck setzen kann, während das zweite Ende des Ansaugluftkrümmers 2 mit den Zylindern 8 des Verbrennungsmotors in Verbindung steht, um sie mit durch den Ladekompressor 5 unter Druck gesetzter Verbrennungsluft zu versorgen.
Ein in herkömmlicher Weise stromabwärts des Ladekompressors 5 angeordneter Ladeluftkühler 11 kühlt die komprimierte und folglich erhitzte Luft, so daß die Leistungsabgabe vom Verbrennungsmotor erhöht werden kann. Der Ladekompressor 5 wird auf seiner Einlaßseite in herkömmlicher Weise mit gefilterter Luft 41 versorgt.
Gemäß der Erfindung gibt es auch eine (im folgenden EGR- Einheit genannte) zweite Ladeeinheit 10, die derart angeordnet ist, daß die (im folgenden EGR-Turbine genannte) Turbine 6 der EGR-Einheit über eine Abgasrohrleitung 27 vom Abgaskrümmer 3, 3' mit einem ersten Abgasteilstrom 21 versorgt werden kann, welcher erste Abgasteilstrom 21 nicht an die Ladeturbine 4 geliefert wird, d. h. eine parallele Verbindung der EGR-Turbine 6 auf dem Hauptabgasstrom durch die Ladeturbine 4. Das erste Ende der Abgasrohrleitung 27 ist mit dem Abgaskrümmer 3, 3' verbunden, und ihr zweites Ende (stromabwärts in Richtung des Abgasstroms betrachtet) ist mit einem Verbindungspunkt 23 im Abgassystem des Verbrennungsmotors verbunden. Die durch die Abgasrohrleitung 27 beförderten Abgase umgehen so die Ladeturbine 4. Die EGR-Turbine 6 ist zur gemeinsamen Drehung auf der gemeinsamen Welle 29 mit einem (im folgenden EGR-Kompressor genannten) Kompressor 7 gekoppelt, um den EGR-Kompressor 7 anzutreiben, der dazu bestimmt ist, einen zweiten Abgasteilstrom 22 (der vom ersten Abgasteilstrom 31 getrennt ist) vom Abgaskrümmer 3, 3' des Verbrennungsmotors zu empfangen, welcher zweite Abgasteilstrom folglich zum Rückführen zum Ansaugluftkrümmer 2 des Verbrennungsmotors unter Druck gesetzt werden kann. Wenn die Abgase in der Abgasrohrleitung 27 durch die EGR-Turbine 6 gelangt sind, erreichen sie einen Verbindungspunkt 23, wo die Abgase, welche durch die Ladeturbine 4 gelangt sind, mit dem ersten Abgasteilstrom 21 gemischt werden, der durch die EGR-Turbine 6 geströmt ist, bevor sie weiter über das Abgassystem des Verbrennungsmotors zu einem herkömmlichen Schalldämpfer und einer gegebenenfalls vorhandenen (nicht dargestellten) Abgasreinigungsanlage geleitet werden.
Der EGR-Kompressor 7 ist in einer Abgasrückführleitung 20 angeordnet, deren erstes Ende mit dem Abgaskrümmer 3, 3' verbunden ist und wo das zweite Ende der Abgasrückführleitung 20 mit dem Ansaugluftkrümmer 2 verbunden ist.
Die Steuerung der EGR-Einheit 10 erfolgt mittels zweier Steuerventile 15, 17, welche den ersten Abgasteilstrom 21 durch die EGR-Turbine 6 bzw. den zweiten Abgasteilstrom 22 steuern, der durch den EGR-Kompressor 7 gelangen muß. Das erste Steuerventil 15, welches den ersten Abgasteilstrom 21 durch die EGR-Turbine 6 steuert, wird mittels einer Steuervorrichtung 31 entweder mittels eines Öffnungsgrads des Ventils 15, welcher dem gewünschten Strom proportional ist, oder mittels Pulsbreitenmodulation gesteuert, wodurch sich das Ventil 15 bei einer bestimmten Frequenz zwischen der ganz offenen und ganz geschlossenen Stellung bewegt und der Öffnungsgrad des Ventils durch die Zeit oder Pulsbreite bestimmt wird, wenn das Ventil während des gegebenen Steuerzyklus in Richtung auf die offene Stellung gesteuert wird. Der zweite Abgasteilstrom 22, der zum Kompressor 7 der EGR-Einheit geleitet werden muß, wird durch ein zweites Steuerventil 17 gesteuert, welches mit dem Abgaskrümmer 3, 3' des Verbrennungsmotors verbunden ist. Fig. 1 zeigt einen geteilten Abgaskrümmer 3, 3', der nur die Abgasströme von den verschiedenen Zylindergruppen in der Turbine 4 der ersten Ladeeinheit zusammen bringt. Das Steuerventil 17 kann vorzugsweise den zweiten Abgasteilstrom 23 (der zum Rückführen zur Einlaßseite gedacht) ist von einem dieser separaten Abgaskrümmer 3' abzweigen, wohingegen der erste Abgasteilstrom 21 vom zweiten getrennten Abgaskrümmer 3 abgezweigt wird wird. In Verbrennungsmotoren ohne diese getrennten Abgaskrümmer werden die jeweiligen ersten und zweiten Abgasteilströme, die dazu bestimmt sind, die EGR-Turbine 6 anzutreiben, jeweils über den EGR-Kompressor 7 zur Einlaßseite rückgeführt, und diese beiden werden von einer Stelle im Abgaskrümmer genommen, der Abgase von allen Zylindern des Verbrennungsmotors empfängt. In anderen alternativen Ausführungsformen können die Abgase von einer beliebigen Stelle wo auch immer im Abgassystem genommen werden, d. h. sie können auch hinter der Ladeturbine 4 genommen werden, obgleich dadurch gewöhnlich erhebliche Anforderungen an ein Erhöhen des Drucks des rückgeführten Gasstroms gestellt werden. In alternativen Ausführungsformen kann der rückgeführte Abgasstrom im Prinzip entsprechend zu einer beliebigen Stelle wo auch immer im Einlaßsystem des Motors geleitet werden, obgleich, wie die folgende Beschreibung angibt, bestimmte Stellen vorteilhafter sind als andere.
Der zweite Abgasteilstrom 22 zum EGR-Kompressor 7 wird durch das Steuerventil 17 in zum Steuerventil 15 ähnlicher Weise mittels einer Steuervorrichtung 30 entweder mittels eines Öffnungsgrads des Ventils 17, der dem gewünschten Strom proportional ist, oder mittels Pulsbreitenmodulation gesteuert, wodurch sich das Ventil 17 bei einer bestimmten Frequenz zwischen der ganz offenen Stellung und der ganz geschlossenen Stellung bewegt und der Öffnungsgrad des Ventils durch die Zeit oder Pulsbreite bestimmt ist, wenn das Ventil in Richtung auf die offene Stellung während des gegebenen Steuerzyklus gesteuert wird.
Fig. 1 zeigt auch verschiedene Einheiten zum Konditionieren der zur Einlaßseite rückgeführten Abgase. Der zweite Abgasteilstrom, der zum Rückführen zur Einlaßseite des Verbrennungsmotors bestimmt ist, kann möglicherweise durch einen Ladeluftkühler 12 konditioniert werden, der stromabwärts vom EGR-Kompressor 7 (in Richtung des rückgeführten Abgasteilstroms betrachtet) zwischen dem EGR-Kompressor 7 und dem Ansaugkrümmer 2 angeordnet ist. Diese Positionierung bedeutet, daß die den rückgeführten Abgasen durch die EGR-Kompressorstufe aufgeprägte Temperaturerhöhung durch eine entsprechende Reduzierung im Ladeluftkühler 12 kompensiert werden kann. Die rückgeführten Abgase können auch durch einen Katalysator 13 konditioniert werden, der aus Gründen der optimalen Effizienz vorzugsweise so nahe wie möglich zum Abgaskrümmer 3' angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, den Katalysator nach der EGR-Kompressorstufe 7 (in Richtung des rückgeführten Abgasteilstroms betrachtet) an einer schematisch mit 13' bezeichneten Stelle zwischen der EGR-Kompressorstufe und dem Ansaugkrümmer 2 vor einem möglichen Ladeluftkühler 12 anzuordnen, der hinter dem Kompressor 7 angeordnet ist.
Die Steuerventile 15, 17 werden über jeweilige Steuervorrichtungen 30, 31 durch eine Steuereinheit 31 gesteuert, vorzugsweise eine mikrocomputergestützte Steuereinheit, welche die Steuerventile auf der Basis festgestellter Motorparameter wie z. B. Motordrehzahl, Motortemperatur und Ladeluftdruck steuert, welche mittels jeweiliger, am Motor angeordneter Sensoren 33, 34, 35 von der Steuereinheit festgestellt werden. Die Steuereinheit 32 empfängt die jeweiligen Motorparameter repräsentierende Signale über Signaleingangsleitungen 39 und steuert die Steuervorrichtungen mittels Signale auf der Steuerleitung 38 (als "gepunktete" Linien dargestellt). Die Steuereinheit 32 wird durch eine Batterie 43 mit Energie versorgt.
Zur optimalen Steuerung kann die Turbine 4 der ersten Ladeeinheit eine veränderliche Geometrie aufweisen, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Die Steuereinheit 32 kann die Geometrie der Turbine 4 mittels einer Steuervorrichtung 36 verändern. Die Geometrie der Turbine kann folglich daran angepaßt werden, wie das Ventil 15 gesteuert wird. Wenn der erste und zweite Abgasteilstrom 21 und 22 beide von den beiden jeweiligen getrennten Teilen des Abgaskrümmers 3, 3' abgezweigt werden, muß die Turbine 4 der Ladeeinheit gleichzeitig kleiner gemacht werden, um an den reduzierten Abgasstrom durch die Ladeturbine 4 angepaßt zu werden
In einer (nicht dargestellten) alternativen Ausführungsform kann die Turbine 4 der Ladeeinheit mit einer herkömmlichen Wastegate-Steuerung versehen sein, die einen überschüssigen Strom Abgase an der Ladeturbine vorbei über eine Umgehungsleitung leitet, beispielsweise wenn keine Abgasteilströme 21, 22 vom Abgaskrümmer 3, 3' abgezweigt werden.
Die Einheiten 12, 13, 13', welche den rückgeführten Abgasteilstrom konditionieren, haben vorteilhafterweise die Form kleiner, einfacher und leicht austauschbarer Module, welche in regelmäßigen Serviceintervallen möglicherweise auf der Basis des berechneten oder festgestellten gesamten kumulativen EGR-Stroms in der Abgasrückführleitung 20 ausgetauscht werden können. Der gewöhnliche Ladeluftkühler 11, der größer ist und erheblich größere und kontinuierliche Ströme kühlt, läuft folglich nicht Gefahr, durch Rußpartikel von rückgeführten Abgasen blockiert zu werden.
Mittels der Anordnung gemäß der Erfindung kann ein geeignet steuerbarer Abgasrückstrom (EGR) in allen Betriebsumständen bereitgestellt werden. Die Anordnung gemäß der Erfindung kann in vielfacher Weise abgewandelt werden, um die Steuerbarkeit und Sicherheit des Systems zu erhöhen. Zum Beispiel kann ein Drehzahlmonitor (oder Drehzahlsensor) auf der EGR- Einheit angeordnet und durch die Steuereinheit 32 zum Steuern der Steuerventile 15 und 17 genutzt werden. Die Steuerventile 15 und 17 müssen interaktiv jeweils synchron schließen und öffnen, so daß der Abgasstrom, der die EGR-Turbine 6 antreibt, zu dem Abgasteilstrom paßt, der durch den EGR- Kompressor 7 unter Druck gesetzt werden soll, so daß die EGR- Einheit nicht bei zu hoher Drehzahl läuft. Wenn eine EGR- Abgasrückkopplung nicht erwünscht und das Steuerventil 17 geschlossen ist, stoppt die EGR-Einheit, falls zur gleichen Zeit das Steuerventil 15 geschlossen ist. Mit Blick auf ein besseres Ansprechen kann ein bestimmter Strom ständig durch die Turbine 6 der EGR-Einheit durch das Steuerventil 15 geleitet werden, das nur teilweise offen ist, um so die EGR- Einheit bei einer bestimmten Bereitschaftsdrehzahl zu halten. Diese Bereitschaftsdrehzahl kann über einen Drehzahlsensor bei einem Drehzahlpegel gesteuert werden, der im wesentlichen niedriger als die normale Betriebsdrehzahl der EGR-Einheit ist, so daß, wenn ein EGR-Strom beginnt, eine Ladeeinheit nicht vom Stillstand aus in Bewegung versetzt werden muß, wodurch Antsprechzeiten und die Lebensdauer insbesondere der Lager der EGR-Einheit verbessert werden.
In der dargestellten Ausführungsform werden die Steuerventile 15, 17 durch elektrische Steuervorrichtungen gesteuert; aber in anderen alternativen Ausführungsformen können diese Steuervorrichtungen die Form druckbetätigter Balgtanks aufweisen, die in selbst regulierender Weise die Steuerventile auf der Basis von Einlaßdrücken und/oder relativen Drücken zwischen dem ersten und zweiten Abgasteilstrom 21, 22 betätigen.
Die Anzahl von mit der Steuereinheit 32 verbundenen Sensoren kann mehr als die in Fig. 1 gezeigte sein. Zum Beispiel können Druck- oder Strömungssensoren in der Abgasrückführleitung 20 angeordnet sein, um Rückkopplungsinformationen über den tatsächlich entwickelten Strom zu liefern, und ein Drucksensor kann bei der EGR-Turbine 6 angeordnet sein, um das Steuerventil 15 auf Rückkopplungsbasis zu steuern. Die Verbindung der Abgasrückführleitung 20 mit dem Ansaugluftkrümmer 2 kann auch so ausgelegt sein, daß ein bestimmter Ejektoreffekt am rückgeführten Abgasteilstrom entwickelt wird. Zum Beispiel kann die Abgasrückführleitung 20 in ein kleineres Rohr führen, welches in das Einlaßrohr eingesetzt ist und selbst in Richtung auf die Zylinder führt, oder alternativ dazu kann die Abgasrückführleitung 20 in eine Düse führen, in welchem Fall die vorbeiströmende unter Druck gesetzte Verbrennungsluft dazu neigt, den rückgeführten Abgasteilstrom mitzureißen, der aus der Abgasrückführleitung 20 austritt.
Im Vergleich zur Ladeeinheit 4, 5, 28 kann die EGR- Einheit 6, 7, 29 vorzugsweise eine sehr kleine Ladeeinheit sein und in der Größe einer Ladeeinheit für erheblich kleinere Motoren entsprechen. An einem Dieselmotor kann die Größe der EGR-Einheit einer herkömmlichen Ladeeinheit für einen Motor mit einem um einen Faktor Zehn kleineren Zylindervolumen entsprechen.

Claims

1. Anordnung zum Rückführen von Abgasen in einem aufgeladenen Verbrennungsmotor (1), wobei der Verbrennungsmotor enthält:

- ein Abgassystem mit einem Abgaskrümmer (3, 3'), der Abgase von den Zylindern (8) des Verbrennungsmotors empfängt und die Abgase zu einer ersten Ladeturbine (4) leitet,

- ein Einlaßsystem zur Zufuhr von Ansaugluft zu den Zylindern (8) des Verbrennungsmotors mit einem ersten Ladekompressor (5), der durch die erste Ladeturbine (4) angetrieben wird und somit die Luft im Einlaßsystem unter Druck setzen kann,

- eine Abgasrückführleitung (20), deren erstes Ende mit dem Abgassystem verbunden ist und deren zweites Ende mit dem Einlaßsystem verbunden ist,

- eine zweite Ladeturbine (6), die parallel zur ersten Ladeturbine (4) angeordnet ist und in einer Abgasleitung (27) liegt, die mit dem Abgaskrümmer (3, 3') in Verbindung steht und einen ersten Abgasteilstrom (21) an der ersten Ladeturbine (4) vorbei leitet,

worin die zweite Ladeturbine (6) durch den ersten Abgasteilstrom (21) angetrieben wird und die zweite Ladeturbine (6) einen zweiten Ladekompressor (7) antreibt, der in der Abgasrückführleitung (20) angeordnet ist und einen zweiten Abgasteilstrom (22) vom Abgassystem bei einem durch den zweiten Ladekompressor (7) erhöhten Druck an das Einlaßsystem abgibt, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Abgaskrümmer einen ersten Abgaskrümmer (3) und einen zweiten Abgaskrümmer (3') aufweist, von denen jeder Abgase von verschiedenen Zylindern (8) des Verbrennungsmotors empfängt,

- daß der erste Abgasteilstrom (21) vom ersten Abgaskrümmer (3) abgegeben wird, und

- daß der zweite Abgasteilstrom (20) vom zweiten Abgaskrümmer (3') abgegeben wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ladeturbine (4) mit einem geteilten Einlauf versehen ist, der einen Zweig, der dafür eingerichtet ist, Abgase vom ersten Abgaskrümmer (3) zu empfangen, und einen zweiten Zweig aufweist, der dafür eingerichtet ist, Abgase vom zweiten Abgaskrümmer (3') zu empfangen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Abgasrückführleitung (20) mit dem ersten Abgaskrümmer (3) oder dem zweiten Abgaskrümmer (3') und ihr anderes Ende mit einem Ansaugkrümmer (2) verbunden ist und daß ein an der Verbindung der Abgasrückführleitung (20) mit dem Abgaskrümmer (3, 3') angeordnetes erstes Steuerventil (17) über eine Steuervorrichtung (30) den zweiten Abgasteilstrom (22) steuert, der zum Ansaugkrümmer (2) des Verbrennungsmotors zurückgeführt werden soll.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung (27) ein zweites Steuerventil (15) angeordnet ist und über eine Steuervorrichtung (31) den ersten Abgasteilstrom (21) steuert, der durch die Abgasleitung (27) geleitet wird und die zweite Ladeturbine (6) antreibt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ladeturbine (4) in der Aufladeeinheit eine veränderliche Geometrie aufweist, die mittels einer Steuervorrichtung (36) steuerbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende der Abgasrückführleitung (20), d. h. ihr stromabwärtiges Ende (in Strömungsrichtung des rückgeführten Abgasteilstroms betrachtet), stromabwärts (in Strömungsrichtung der Ansaugluft betrachtet) nach dem ersten Ladekompressor (5) und, wenn anwendbar, ebenfalls stromabwärts eines Ladeluftkühlers (11), der die Temperatur der Ansaugluft reduziert, mit dem Ansaugkrümmer (2) des Verbrennungsmotors verbunden ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine mikrocomputergestützte Steuerung (32) dafür eingerichtet ist, über Steuerleitungen (38) die Steuervorrichtungen (30, 31, 36) für das erste Steuerventil (17), das zweite Steuerventil (15) und die Geometrie der Turbine (4) auf der Basis jeweiliger Motorparameter zu steuern, die durch am Verbrennungsmotor angeordnete Sensoren (33, 34, 35) festgestellt werden, welche die Steuerung (32) über Signalleitungen (39) mit die jeweiligen Motorparameter repräsentierenden Signalen versorgen, und dadurch, daß die Steuervorrichtungen (30, 31, 36) elektrisch gesteuert werden und die Sensoren (33, 34, 35) die Steuerung (32) entsprechend mit elektrischen Eingangssignalen versorgen.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasrückführleitung (20) Einrichtungen (12, 13) zum Konditionieren des zweiten Abgasteilstroms (22) angeordnet sind, der zum Ansaugkrümmer (2) des Verbrennungsmotors zurückgeführt werden soll.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konditioniereinrichtungen einen Katalysator (13, 13') enthalten.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konditioniereinrichtungen einen Abgaskühler (12, 12') enthalten.