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DE19603591C1 - Exhaust gas feedback system for turbocharged internal combustion engines - Google Patents

Exhaust gas feedback system for turbocharged internal combustion engines

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DE19603591C1
DE19603591C1 DE19603591A DE19603591A DE19603591C1 DE 19603591 C1 DE19603591 C1 DE 19603591C1 DE 19603591 A DE19603591 A DE 19603591A DE 19603591 A DE19603591 A DE 19603591A DE 19603591 C1 DE19603591 C1 DE 19603591C1
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DE
Germany
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exhaust gas
line
charge air
turbine
compressor
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DE19603591A
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German (de)
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Siegfried Dipl Ing Sumser
Erwin Schmidt
Alfred Kuespert
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
Mercedes Benz AG
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Publication date
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Priority to SE9700128A priority patent/SE510791C2/en
Priority to IT97RM000032A priority patent/IT1290899B1/en
Priority to FR9701004A priority patent/FR2744491B1/en
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Abstract

The feedback system has an exhaust gas feedback line (14) connected to the exhaust line (3) upstream of the exhaust gas turbine (4) of the turbocharger. The exhaust gas feedback line and the turbocharger are connected to the charging air line (2) downstream of the compressor (5) of the turbocharger. The exhaust quantity fed through the feedback line is regulated by a regulator (29) with a further turbocharger (16) and a regulating valve (23). The turbine (18) of the further turbocharger is connected in parallel with the exhaust line or the charging air line.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an exhaust gas recirculation for a Internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.

Aus der DE 42 35 794 C1 ist bereits eine aufgeladene Brennkraft­ maschine mit einem Abgasturbolader, der eine Abgasturbine und einen Ladeluftverdichter umfaßt, bekannt. Eine Abgasrückführlei­ tung verbindet eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine stromauf der Turbine mit einer Ladeluftleitung stromab des Verdichters, wobei in der Ladeluftleitung eine einen Injektor und eine Dros­ selklappe umfassende Durchflußreguliereinrichtung angeordnet ist, über die die Menge des über die Abgasrückführleitung zur Einlaßseite der Brennkraftmaschine zurückgeführten Abgases re­ gelbar ist.DE 42 35 794 C1 already has a charged internal combustion engine machine with an exhaust gas turbocharger that has an exhaust gas turbine and comprises a charge air compressor, known. An exhaust gas recirculation system device connects an exhaust pipe of the internal combustion engine upstream the turbine with a charge air line downstream of the compressor, with an injector and a Dros in the charge air line Selklappe comprehensive flow control device arranged over which the amount of the exhaust gas recirculation line to Inlet side of the internal combustion engine exhaust gas re is gelable.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die Druck­ schriften DE 34 20 015 A1, DE 44 29 232 C1 und WO 91/18192 ver­ wiesen.The general technical background is still under pressure documents DE 34 20 015 A1, DE 44 29 232 C1 and WO 91/18192 ver grasslands.

Ein Problem bei der Verwirklichung einer verlustarmen Abgasrück­ führung im gesamten Betriebsbereich einer aufgeladenen Brenn­ kraftmaschine liegt darin, daß das Druckniveau des Ladedrucks auf der Luftseite höher ist, als das Druckniveau des Abgasdrucks der Abgasseite der Brennkraftmaschine, besonders im mittleren und oberen Lastspektrum der Brennkraftmaschine. In besagten Lastbereichen steht somit das Druckgefälle zwischen Luftseite und Abgasseite der Brennkraftmaschine nicht in der für eine Ab­ gasrückführung gewünschten Richtung zur Verfügung. A problem in realizing a low loss exhaust back Management in the entire operating area of a charged burner Engine is that the pressure level of the boost pressure on the air side is higher than the pressure level of the exhaust gas pressure the exhaust side of the internal combustion engine, especially in the middle and upper load spectrum of the internal combustion engine. In said The pressure drop between the air side is therefore the load range and exhaust side of the internal combustion engine is not in the for an Ab gas return desired direction available.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst ver­ lustarme Abgasrückführung für eine aufgeladene Brennkraftmaschi­ ne der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß im gesamten Be­ triebsbereich der Brennkraftmaschine unabhängig vom Druck des Abgase s in der Abgasleitung eine gesonderte Menge Abgas in eine Ladeluftleitung bzw. auf eine Einlaßseite der Brennkraftmaschine zurückführbar ist.The invention has for its object a ver as possible Low-lust exhaust gas recirculation for a charged internal combustion engine ne of the generic type so that in the entire Be drive range of the internal combustion engine regardless of the pressure of the Exhaust gases s in the exhaust pipe a separate amount of exhaust gas into one Charge air line or on an inlet side of the internal combustion engine is traceable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 gegebenen Merkmale gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung an.The object is achieved by the in the characteristic of Patent claim 1 given features solved. The characteristics of the Subclaims give advantageous training and further education Invention.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Abgasrückführung liegt darin, daß eine Abgasrückführung über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ermöglicht ist, da der Druck in der Abgaslei­ tung nunmehr nicht betriebsnotwendig höher sein muß als der Druck in der Ladeluftleitung, um eine bestimmte Menge Abgas zur Einlaßseite der Brennkraftmaschine zurückzuführen. Zudem ist durch den zweiten Abgasturbolader die Abgasrückführung baulich variabel ausgestaltbar, da die Turbine des zweiten Abgasturbola­ ders parallel in der Abgasleitung stromauf der Abgasturbine des ersten Abgasturboladers oder parallel in der Ladeluftleitung stromab des Ladeluftverdichters des ersten Abgasturboladers an­ geordnet sein kann. Somit besitzt der weitere Abgasturbolader wahlweise eine Abgasturbine oder eine Ladeluftturbine. Die zu­ rückgeführte Abgasmenge ist über das ladeluftseitige Turbinen­ druckgefälle p2,1/p2,1′ bzw. das abgasseitige Turbinendruckgefälle p3,2/p3,2′, das über das parallel zur Turbine des zweiten Ab­ gasturboladers geschaltete Regelventil einstellbar ist, für je­ den möglichen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine frei bestimm­ bar.An advantage of the exhaust gas recirculation according to the invention is that exhaust gas recirculation is made possible over the entire operating range of the internal combustion engine, since the pressure in the exhaust gas line now does not have to be higher than the pressure in the charge air line in order to return a certain amount of exhaust gas to the inlet side of the internal combustion engine . In addition, the exhaust gas recirculation is structurally variable by the second exhaust gas turbocharger, since the turbine of the second exhaust gas turbocharger can be arranged in parallel in the exhaust gas line upstream of the exhaust gas turbine of the first exhaust gas turbocharger or in parallel in the charge air line downstream of the charge air compressor of the first exhaust gas turbocharger. The additional exhaust gas turbocharger thus has either an exhaust gas turbine or a charge air turbine. The amount of exhaust gas to be recirculated is via the charge-air turbine pressure drop p 2.1 / p 2.1 'or the exhaust-gas turbine pressure drop p 3.2 / p 3.2 ', which can be adjusted via the control valve connected in parallel to the turbine of the second gas turbocharger , freely determinable for the possible operating point of the internal combustion engine.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Un­ teransprüchen und weitere Vorteile der Erfindung aus der Be­ schreibung hervor. Further refinements of the invention result from the remaining Un claims and further advantages of the invention from the Be spelling out.  

In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand dreier Ausführungs­ beispiele näher erläutert. Es zeigen:In the drawings, the invention is based on three embodiments examples explained in more detail. Show it:

Fig. 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel eine schematische Dar­ stellung einer Brennkraftmaschine mit einem ersten Ab­ gasturbolader mit Abgasturbine und Ladeluftverdichter und einer Abgasrückführleitung, in der eine Durchflußregu­ liereinrichtung angeordnet ist, die ein Lade­ luft-Regelventil sowie einen weiteren Abgasturbolader mit einem Abgasverdichter und einer Ladeluftturbine umfaßt, wobei letztere stromab des Ladeluftverdichters parallel zur Ladeluftleitung geschaltet ist, Fig. 1 in a first embodiment, a schematic Dar position of an internal combustion engine with a first gas turbocharger with exhaust gas turbine and charge air compressor and an exhaust gas recirculation line, in which a flow regulating device is arranged, a charge air control valve and another exhaust gas turbocharger with an exhaust gas compressor and a charge air turbine comprises, the latter being connected in parallel with the charge air line downstream of the charge air compressor,

Fig. 2 in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine schematische Zeichnung einer Brennkraftmaschine analog Fig. 1, wobei die Turbine des weiteren Abgasturboladers stromauf der Ab­ gasturbine des ersten Abgasturboladers parallel zur Abgas­ leitung geschaltet ist und Fig. 2 in a second embodiment, a schematic drawing of an internal combustion engine analogous to Fig. 1, wherein the turbine of the further exhaust gas turbocharger is connected upstream of the gas turbine from the first exhaust gas turbocharger in parallel with the exhaust gas line and

Fig. 3 in einem dritten Ausführungsbeispiel eine schematische Zeichnung analog Fig. 2, wobei die Turbine des weiteren Abgasturboladers parallel zur Turbine des ersten Abgastur­ boladers geschaltet ist und wobei stromab des Ladeluftver­ dichters ein Ladeluftkühler und stromauf des Abgasverdich­ ters des weiteren Abgasturboladers ein Abgaskühler ange­ ordnet ist. Fig. 3 in a third embodiment, a schematic drawing analogous to Fig. 2, wherein the turbine of the further exhaust gas turbocharger is connected in parallel to the turbine of the first exhaust gas turbocharger and wherein downstream of the charge air compressor a charge air cooler and upstream of the exhaust gas compressor of the further exhaust gas turbocharger an exhaust gas cooler is arranged is.

Fig. 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel eine schemati­ sche Darstellung einer Brennkraftmaschine 1, die über eine Lade­ luftleitung 2 und eine Abgasleitung 3 mit einem ersten Abgastur­ bolader 4 verbunden ist. Der Abgasturbolader 4 besteht in seinen wesentlichen Teilen aus einem Ladeluftverdichter 5, der über ei­ ne Welle 6 mit einer Abgasturbine 7 verbunden ist. Fig. 1 shows in a first embodiment, a schematic representation of an internal combustion engine 1 , the air line via a charging 2 and an exhaust pipe 3 is connected to a first exhaust gas bolader 4 . The exhaust gas turbocharger 4 consists in its essential parts of a charge air compressor 5 , which is connected via egg ne shaft 6 to an exhaust gas turbine 7 .

Ein erstes Leitungsteil 2′ der Ladeluftleitung 2 führt von einer Druckseite 11 des Verdichters 5 zu einer Einlaßseite 12 der Brennkraftmaschine 1 und ein zweites Leitungsteil 2′′ der Lade­ luftleitung 2 führt von einem nicht dargestellten Luftfilter zur Saugseite 13 des Ladeluftverdichters 5.A first line part 2 'of the charge air line 2 leads from a pressure side 11 of the compressor 5 to an inlet side 12 of the internal combustion engine 1 and a second line part 2 ''of the charge air line 2 leads from an air filter, not shown, to the suction side 13 of the charge air compressor 5 .

Ein erstes Leitungsteil 3′ der Abgasleitung 3 führt von einer Auslaßseite 8 der Brennkraftmaschine 1 zu einem Einlaßstutzen 9 der Abgasturbine 7 und ein zweites Leitungsteil 3′′ der Abgas­ leitung 3 führt von einem Ausströmstutzen 10 der Turbine 7 zu einem nicht dargestellten Auspuff der Brennkraftmaschine 1.A first line part 3 'of the exhaust line 3 leads from an outlet side 8 of the internal combustion engine 1 to an inlet port 9 of the exhaust gas turbine 7 and a second line part 3 ''of the exhaust line 3 leads from an outlet port 10 of the turbine 7 to an unillustrated exhaust of the internal combustion engine 1 .

Von dem ersten Leitungsteil 3′ führt eine Abgasrückführleitung 14 zum ersten Leitungsteil 2′, wobei in der Abgasrückführleitung 14 ein Abgasverdichter 15 eines weiteren Abgasturboladers 16, der im folgenden auch als Abgasrückführ-Turbolader bezeichnet wird, angeordnet ist. Der weitere Abgasturbolader 16 umfaßt in seinen wesentlichen Teilen den Abgasverdichter 15, der über eine Welle 17 mit einer Ladeluftturbine 18 verbunden ist.From the first line part 3 'leads an exhaust gas recirculation line 14 to the first line part 2 ', in the exhaust gas recirculation line 14 an exhaust gas compressor 15 of another exhaust gas turbocharger 16 , which is also referred to below as an exhaust gas recirculation turbocharger, is arranged. The main part of the further exhaust gas turbocharger 16 includes the exhaust gas compressor 15 , which is connected via a shaft 17 to a charge air turbine 18 .

Die Ladeluftturbine 18 ist mit Leitungen 19 und 20 parallel zum Leitungsteil 2′ der Ladeluftleitung 2 geschaltet, wobei zwischen den Mündungsstellen 21 und 22, in denen die Leitungen 19 und 20 in das Leitungsteil 2′ der Ladeluftleitung 2 münden, ein Lade­ luft-Regelventil 23 angeordnet ist.The charge air turbine 18 'is connected in the charge air line 2, wherein between the mouth of points 21 and 22, in which the lines in the conduit member 2 19 and 20' with lines 19 and 20 parallel to the line part 2 open the charge air line 2, a charge air control valve 23 is arranged.

Der weitere Abgasturbolader 16 mit seiner im Bypaß zum Leitungs­ teil 2′ geschalteten Ladeluftturbine 18 nebst Lade­ luft-Regelventil 23 bilden die Hauptbestandteile einer Durchflußre­ guliereinrichtung 29, mit der die Menge des durch die Abgasrück­ führleitung 14 strömenden Abgases regelbar ist.The further exhaust gas turbocharger 16 with its bypass to the line part 2 'switched charge air turbine 18 together with the charge air control valve 23 form the main components of a Durchflußre guliereinrichtung 29 with which the amount of exhaust gas flowing through the exhaust gas return line 14 is adjustable.

Die Leitung 19 mündet stromab des Ladeluftverdichters 5 des er­ sten Abgasturboladers 4, jedoch stromauf des Lade­ luft-Regelventils 23, aus dem Leitungsteil 2′ zu einer Einströmseite 24 der Ladeluftturbine 18 aus und die Leitung 20 führt von einer Ausströmseite 25 der Ladeluftturbine 18 über einen Anschluß 28 an der Abgasrückführleitung 14 zur Mündungsstelle 22, die strom­ auf der Einlaßseite 12 und stromab des Ladeluft-Regelventils 23 in das Leitungsteil 2′ mündet. The line 19 opens downstream of the charge air compressor 5 of the most exhaust gas turbocharger 4 , but upstream of the charge air control valve 23 , from the line part 2 'to an inflow side 24 of the charge air turbine 18 and the line 20 leads from an outflow side 25 of the charge air turbine 18 via one Connection 28 on the exhaust gas recirculation line 14 to the outlet point 22 , which flows into the line part 2 'on the inlet side 12 and downstream of the charge air control valve 23 '.

Ein erster Teil 14′ der Abgasrückführleitung 14 führt von dem ersten Leitungsteil 3′ zur Saugseite 30 des Abgasverdichters 15, wobei in dem ersten Teil 14′ der Abgasrückführleitung 14 ein Rückschlagventil 26 angeordnet ist, das eine Rückströmung von Abgas bzw. Ladeluft durch den Verdichter 15 in die Abgasleitung 3 verhindern sowie eine Trennung der Abgasseite von der Luftsei­ te der Brennkraftmaschine 1 realisieren soll. Das Rückschlagven­ til 26 und das Ladeluft-Regelventil 23 sind über strichliert an­ gedeutete Leitungen 27′ mit einem Regler 27 verbunden und über eine nicht dargestellte Motorsteuerung regelbar.A first part 14 'of the exhaust gas recirculation line 14 leads from the first line part 3 ' to the suction side 30 of the exhaust gas compressor 15 , with a check valve 26 being arranged in the first part 14 'of the exhaust gas recirculation line 14 , which ensures a backflow of exhaust gas or charge air through the compressor 15 prevent in the exhaust pipe 3 and a separation of the exhaust side from the Luftsei te of the internal combustion engine 1 to realize. The Rückschlagven valve 26 and the charge air control valve 23 are connected by dashed lines 27 'to a controller 27 and regulated by a motor control, not shown.

Stromab des Abgasverdichters 15 führt ein zweites Leitungsteil 14′′ der Abgasrückführleitung 14 zum ersten Leitungsteil 2′ der Ladeluftleitung 2, wobei das zweite Leitungsteil 14′′ kurz vor der Mündungsstelle 22 in einem Anschluß 28 in die Leitung 20 mündet.Downstream of the exhaust gas compressor 15 leads a second line part 14 '' of the exhaust gas recirculation line 14 to the first line part 2 'of the charge air line 2 , the second line part 14 ''shortly before the outlet point 22 opening into a connection 28 in the line 20 .

Der Druck des Abgases in dem ersten Leitungsteil 3′, der abgese­ hen von Rohrreibungsverlusten gleich dem Druck auf einer Saug­ seite 30 des Abgasverdichters 15 ist, wird mit p3,1 und der Druck auf einer Druckseite 31 des Abgasverdichters 15 wird mit p3,1′ bezeichnet. Der Druck der Ladeluft in dem ersten Leitungsteil 2′ stromauf des Ladeluft-Regelventils 23 ist p2,1 und der Druck der Ladeluft in dem ersten Leitungsteil 2′ stromab des Lade­ luft-Regelventils 23 p2,1′ (Druckverluste in den Rohrleitungen werden vernachlässigt). Somit ist p2,1 der an der Einströmseite 24 der Ladeluftturbine 18 anliegende Druck und p2,1′ der auf der Aus­ strömseite 25 der Ladeluftturbine 18 herrschende Druck.The pressure of the exhaust gas in the first line part 3 ', the hen of pipe friction losses is equal to the pressure on a suction side 30 of the exhaust gas compressor 15 , is with p 3.1 and the pressure on a pressure side 31 of the exhaust gas compressor 15 is with p 3, 1 'designated. The pressure of the charge air in the first line part 2 'upstream of the charge air control valve 23 is p 2.1 and the pressure of the charge air in the first line part 2 ' downstream of the charge air control valve 23 p 2.1 '(pressure losses in the pipelines neglected). Thus, p 2.1 is the pressure applied to the inflow side 24 of the charge air turbine 18 and p 2.1 'is the pressure prevailing on the outflow side 25 of the charge air turbine 18 .

In der Ausführung gemäß Fig. 1 wird die Ladeluftturbine 18 des Abgasrückführ-Turboladers parallel zum ersten Leitungsteil 2 der Ladeluftleitung 2 in einen Bypaß placiert. Das Turbinen­ druckgefälle p2,1/p2,1′ wird durch das Ladeluft-Regelventil 23 im ersten Leitungsteil 2 (Hauptkanal) induziert. Durch das Druck­ gefälle über der Ladeluftturbine 18 wird die Förderleistung des Abgasverdichters 15 und somit die Menge des zur Einlaßseite 12 der Brennkraftmaschine 1 zurückgeführten Abgases gesteuert. So­ mit ist mit der vorschlagsgemäßen Abgasrückführung der Druck p2,1′ prinzipiell über dem Abgasdruck p3,1 einstellbar. Über den Abgasverdichter 15 wird das Abgas auf das erforderliche Druckni­ veau p3,1′ gehoben, wobei p3,1′ größer oder gleich p2,1′ sein muß, damit eine Abgasrückführung sichergestellt ist. Wird keine Ab­ gasrückführung benötigt, wird das Ladeluft-Regelventil 23 voll­ ständig geöffnet. Die Abgasseite wird in diesem Fall durch das geschlossen gehaltene Rückschlagventil 26 von der Luftseite ge­ trennt.In the embodiment of FIG. 1, the charge air turbine of the exhaust gas recirculation turbocharger placed in a bypass line parallel to the first part 2 of the charge-air line: 2 18. The turbine pressure drop p 2.1 / p 2.1 'is induced by the charge air control valve 23 in the first line part 2 (main channel). The pressure drop across the charge air turbine 18 controls the delivery rate of the exhaust gas compressor 15 and thus the amount of exhaust gas returned to the inlet side 12 of the internal combustion engine 1 . So with the proposed exhaust gas recirculation, the pressure p 2.1 ′ can in principle be set above the exhaust gas pressure p 3.1 . About the exhaust gas compressor 15 , the exhaust gas is raised to the required pressure level p 3.1 ', p 3.1 ' must be greater than or equal to p 2.1 'so that exhaust gas recirculation is ensured. If no gas recirculation is required, the charge air control valve 23 is fully opened all the time. In this case, the exhaust side is separated from the air side by the check valve 26 which is kept closed.

Bei der Auslegung der Komponenten ist auf eine verlustarme Aus­ legung vor allem des Ladeluft-Regelventils 23 zu achten, da durch Regelung dieses Ventils die Ladeluft von dem Leitungsteil 2′ in den Bypaß, zur Einströmseite 24 der Ladeluftturbine 18, gedrängt wird. Bei der Verdichtergestaltung des Abgasverdichters 15 sind die Temperatur- und Partikelbelastungen zu berücksichti­ gen. Es ist darauf zu achten, daß die Auslegung der Ladelufttur­ bine 18 und des Abgasverdichters 15 für geringe Druckverhältnis­ se erfolgt, da bei den herrschenden Drücken p2,1, p2,1′, p3,1, p3,1′ besagte Druckverhältnisse p2,1/p2,1′ bzw. p3,1/p3,1′ relativ gering sind. Besonderes Merkmal dieses Ausführungsbeispiels ist die ladeluftseitig angeschlossene Turbine 18 des Abgasrück­ führ-Turboladers.In the design of the components, attention should be paid to a low-loss design, in particular of the charge air control valve 23 , since by regulating this valve the charge air from the line part 2 'in the bypass to the inflow side 24 of the charge air turbine 18 is pushed. When designing the compressor of the exhaust gas compressor 15 , the temperature and particle loads have to be taken into account. It is important to ensure that the design of the charge air door 18 and the exhaust gas compressor 15 are carried out for low pressure ratios, since the prevailing pressures p 2.1 , p 2.1 ', p 3.1 , p 3.1 ' said pressure ratios p 2.1 / p 2.1 'and p 3.1 / p 3.1 ' are relatively low. A special feature of this exemplary embodiment is the turbine 18 of the exhaust gas recirculation turbocharger connected on the charge air side.

In Fig. 2 ist in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine schema­ tische Zeichnung einer Brennkraftmaschine 1 analog Fig. 1 darge­ stellt. Gleiche Bauteile aus Fig. 1 werden mit gleichen Bezugs­ zeichen gekennzeichnet.In Fig. 2 is a schematic drawing of an internal combustion engine 1 analogous to Fig. 1 Darge provides in a second embodiment. The same components from Fig. 1 are marked with the same reference characters.

Im Unterschied zu Fig. 1 ist nun eine Turbine 32 eines weiteren Abgasturboladers 33 (Abgasrückführ-Turbolader) stromauf der Ab­ gasturbine 7 des ersten Abgasturboladers 4 parallel zum ersten Leitungsteil 3′ der Abgasleitung 3 geschaltet.In contrast to Fig. 1, a turbine 32 of another exhaust gas turbocharger 33 (exhaust gas recirculation turbocharger) is now connected upstream of the gas turbine 7 from the first exhaust gas turbocharger 4 in parallel with the first line part 3 'of the exhaust line 3 .

Der weitere Abgasturbolader 33 umfaßt in seinen wesentlichen Teilen die Abgasturbine 32, die über eine Welle 34 mit einem Ab­ gasverdichter 35 verbunden ist. Besonderes Merkmal dieses Aus­ führungsbeispieles ist die abgasseitig angetriebene Turbine 32 des Abgasrückführ-Turboladers.The further exhaust gas turbocharger 33 comprises in its essential parts the exhaust gas turbine 32 , which is connected via a shaft 34 with a gas compressor 35 from . A special feature of this exemplary embodiment is the exhaust gas-driven turbine 32 of the exhaust gas recirculation turbocharger.

Die Abgasturbine 32 ist mit Leitungen 36, 37 parallel zum Lei­ tungsteil 3′ der Abgasleitung 3 geschaltet, wobei zwischen Mün­ dungsstellen 38, 39, in denen die Leitungen 36, 37 in das Lei­ tungsteil 3′ münden, ein Abgas-Regelventil 40 angeordnet ist. Das Abgas-Regelventil 40 und das Rückschlagventil 26 ist über strichliert angedeutete Leitungen 27′ mit dem Regler 27 verbun­ den.The exhaust gas turbine 32 is connected with lines 36 , 37 in parallel to the line part 3 'of the exhaust line 3 , with an outlet control valve 40 being arranged between points 38 , 39 , in which lines 36 , 37 lead into the line part 3 ' . The exhaust gas control valve 40 and the check valve 26 is connected by dashed lines 27 'to the controller 27 verbun.

Der weitere Abgasturbolader 33 mit seiner im Bypaß zur Leitungs­ teil 3′ der Abgasleitung 3 geschalteten Abgasturbine 32 nebst Abgasverdichter 35 sowie das Abgas-Regelventil 40 bilden ein zweites Ausführungsbeispiel der Durchflußreguliereinrichtung 29.The further exhaust gas turbocharger 33 with its bypass to the line part 3 'of the exhaust line 3 switched exhaust gas turbine 32 together with exhaust gas compressor 35 and the exhaust gas control valve 40 form a second embodiment of the flow regulating device 29 .

Von dem ersten Leitungsteil 3′ führt eine Abgasrückführleitung 41 zum ersten Leitungsteil 2′, wobei in dieser der Abgasverdich­ ter 35 des weiteren Abgasturboladers 33 angeordnet ist.From the first line part 3 'leads an exhaust gas recirculation line 41 to the first line part 2 ', in which the exhaust gas compressor ter 35 of the further exhaust gas turbocharger 33 is arranged.

Die Leitung 36 (Bypaßleitung) mündet stromab der Auslaßseite 8 der Brennkraftmaschine 1 und stromauf des Abgas-Regelventils 40 in einer Ausmündung 38 aus dem Leitungsteil 3′ aus und führt zu einer Einlaßseite 42 der Abgasturbine 32. Von einer Auslaßseite 43 der Abgasturbine 32 führt die Leitung 37 zurück zum Leitungs­ teil 3′ und mündet in dieses stromab des Abgas-Regelventils 40.The line 36 (bypass line) opens downstream of the outlet side 8 of the internal combustion engine 1 and upstream of the exhaust gas control valve 40 in an outlet 38 from the line part 3 'and leads to an inlet side 42 of the exhaust gas turbine 32nd From an outlet side 43 of the exhaust gas turbine 32 , the line 37 leads back to the line part 3 'and opens into this downstream of the exhaust gas control valve 40th

Die Abgasrückführleitung 41 ist, von der Auslaßseite 8 der Brennkraftmaschine 1 betrachtet, durch das bis zur Mündungsstel­ le 38 führende Teil 41a der Leitung 3′, einem Stück 41b der Lei­ tung 36, einer von diesem abzweigenden Leitung 41c, dem Abgas­ verdichter 35 und einem Leitungsteil 41d, das von einer Druck­ seite 45 des Abgasverdichters 35 zum Leitungsteil 2′ der Lade­ luftleitung 2 führt und mit diesem strömungsmäßig verbunden ist, gebildet. The exhaust gas recirculation line 41 is, viewed from the outlet side 8 of the internal combustion engine 1 , through the leading to the mouth 38 part 41 a of the line 3 ', a piece 41 b of the line 36 , one branching from this line 41 c, the exhaust gas compressor 35 and a line part 41 d, which leads from a pressure side 45 of the exhaust gas compressor 35 to line part 2 'of the charging air line 2 and is connected to this in terms of flow.

Der Druck des Abgases in dem ersten Leitungsteil 3′, der abgese­ hen von Rohrreibungsverlusten gleich dem Druck auf der Saugseite 44 des Abgasverdichters 35 und auf der Einlaßseite 42 der Ab­ gasturbine 32 ist, wird mit p3,2 und der Druck auf der Ausström­ seite 43 der Abgasturbine 32, der bis auf Rohrleitungsverluste dem Druck stromab des Abgas-Regelventils 40 im Leitungsteil 3 entspricht, wird mit p3,2′ bezeichnet. Der Druck der Ladeluft in dem ersten Leitungsteil 2′ ist p2,2 und der Druck des Abgases auf der Druckseite 45 des Verdichters 35, der dem Druck in dem Lei­ tungsteil 41d der Abgasrückführleitung entspricht, ist p2,2′ (Druckverluste in den Rohrleitungen werden vernachlässigt).The pressure of the exhaust gas in the first line part 3 ', the absen hen of pipe friction losses is equal to the pressure on the suction side 44 of the exhaust gas compressor 35 and on the inlet side 42 of the gas turbine 32 , with p 3.2 and the pressure on the outflow side 43 of the exhaust gas turbine 32 , which corresponds to the pressure downstream of the exhaust gas control valve 40 in the line part 3 , except for pipeline losses, is denoted by p 3.2 '. The pressure of the charge air in the first line part 2 'is p 2.2 and the pressure of the exhaust gas on the pressure side 45 of the compressor 35 , which corresponds to the pressure in the line part 41 d of the exhaust gas recirculation line, is p 2.2 ' (pressure losses in the pipes are neglected).

Ein Hauptmerkmal des zweiten Ausführungsbeispieles ist die par­ allel zur Abgasleitung 3 geschaltete Abgasturbine 32. Während im ersten Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 1) der Ladedruck p2,1 auf p2,1′ abgesenkt wird, wird im zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 der Druck p3,2 auf p3,2′ über das Abgas-Regelventil 40 her­ abgesetzt und die Abgasmasse zur Abgasturbine 32 gedrängt. Die gewünschte Menge von zur Einlaßseite 12 zurückgeführtem Abgases wird über den Abgasverdichter 35 angesaugt und auf das entspre­ chende Ladedruckniveau (p2,2′ größer oder gleich p2,2) gefördert.A main feature of the second exemplary embodiment is the exhaust gas turbine 32 connected in parallel to the exhaust line 3 . While in the first exemplary embodiment (see FIG. 1) the boost pressure p 2.1 'is reduced to p 2.1 ', in the second exemplary embodiment in FIG. 2 the pressure p 3.2 is reduced to p 3.2 'via the exhaust gas control valve 40 forth and pushed the exhaust gas mass to the exhaust gas turbine 32 . The desired amount of exhaust gas returned to the inlet side 12 is drawn in via the exhaust gas compressor 35 and conveyed to the corresponding boost pressure level (p 2.2 'greater than or equal to p 2.2 ).

Fig. 3 zeigt in einem dritten Ausführungsbeispiel eine schemati­ sche Darstellung der Brennkraftmaschine 1 analog zu Fig. 2. Gleiche Bauteile aus Fig. 2 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Fig. 3 shows in a third embodiment, a schematic representation of the internal combustion engine 1 analogous to Fig. 2. The same components from Fig. 2 are identified by the same reference numerals.

Prinzipiell ist der weitere Abgasturbolader 33 wie in Fig. 2 ge­ schaltet, jedoch ist die Leitung 37 von der Ausströmseite 43 der Abgasturbine 32 auf das zweite Leitungsteil 3′′ der Abgasleitung 3 stromab der Abgasturbine 7 des Abgasturboladers 4 geführt.In principle, the further exhaust gas turbocharger 33 switches as shown in FIG. 2, but the line 37 is guided from the outflow side 43 of the exhaust gas turbine 32 to the second line part 3 '' of the exhaust gas line 3 downstream of the exhaust gas turbine 7 of the exhaust gas turbocharger 4 .

Stromab des Verdichters 5 ist ein Ladeluftkühler 46 und stromauf des Abgasverdichters 35 ist ein Abgaskühler 47 angeordnet. Der Abgaskühler 47 dient zur thermischen Entlastung und zur Reduzie­ rung der Verdichterarbeit des Abgasverdichters 35. A charge air cooler 46 is arranged downstream of the compressor 5 and an exhaust gas cooler 47 is arranged upstream of the exhaust gas compressor 35 . The exhaust gas cooler 47 serves for thermal relief and for reducing the compression work of the exhaust gas compressor 35 .

Wie in Fig. 2 ist die Saugseite 44 des Abgasverdichters 35 und die Einströmseite 42 der Abgasturbine 32 mit einer Leitung ver­ bunden, die aus einem Teil der Leitung 36 und der Leitung 41c besteht.As in Fig. 2, the suction side 44 of the exhaust gas compressor 35 and the inflow side 42 of the exhaust gas turbine 32 with a line connected, which consists of part of the line 36 and the line 41 c.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist in der Leitung 36 eine Einmündung 48 einer zur Auslaßseite 8 der Brennkraftmaschi­ ne 1 führenden Leitung 49 angeordnet, wobei in der Leitung 49 ein Abgas-Regelventil 50 angeordnet ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, an opening 48 of a line 49 leading to the outlet side 8 of the internal combustion engine 1 is arranged in line 36, an exhaust gas control valve 50 being arranged in line 49 .

In Fig. 3 ist die Abgasturbine 32 des weiteren Abgasturboladers 33 parallel zur Abgasleitung 3 und gleichzeitig parallel zur Ab­ gasturbine 7 des ersten Abgasturboladers 4 geschaltet.In Fig. 3, the exhaust gas turbine 32 of the further exhaust gas turbocharger 33 is connected in parallel to the exhaust pipe 3 and at the same time in parallel to the gas turbine 7 from the first exhaust gas turbocharger 4 .

Der für die Abgasrückführung erforderliche Abgasstrom wird von der Stelle 38 und/oder der Stelle 48 entnommen und dem Abgasver­ dichter 35 sowie der Abgasturbine 32 zugeführt. Diese Anordnung führt zu einer besonders geringen Wirkungsgradverschlechterung bei der Abgasrückführung, da nur in dem durch die Abgasturbine 32 geführten Abgasstrom Drosselverluste entstehen. Diese können durch Verwendung einer Abgasturbine 32 mit einem nicht darge­ stellten variablen Turbinenleitgitter vermieden werden. Das Re­ gelventil dient bei derartigen Abgasturbinen nur zur Zu- und Ab­ schaltung der Abgasrückführung. Die Regelung erfolgt über das Abgas-Regelventil 50 bzw. über die Abgasturbine mit dem varia­ blen Turbinenleitgitter motorkennfeldgesteuert über den Lade­ druck und/oder eine Luftmassenmessung.The exhaust gas flow required for the exhaust gas recirculation is taken from point 38 and / or point 48 and supplied to the exhaust gas compressor 35 and the exhaust gas turbine 32 . This arrangement leads to a particularly low deterioration in the efficiency of the exhaust gas recirculation, since throttling losses occur only in the exhaust gas flow led through the exhaust gas turbine 32 . These can be avoided by using an exhaust gas turbine 32 with a variable turbine guide vane, not shown. The Re control valve is used in such exhaust gas turbines only for switching on and off the exhaust gas recirculation. The control takes place via the exhaust gas control valve 50 or via the exhaust gas turbine with the variable turbine guide vane, controlled by the engine map, via the boost pressure and / or an air mass measurement.

Claims (8)

1. Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine, die einen er­ sten Abgasturbolader mit einer Abgasturbine und einem Ladeluft­ verdichter sowie eine Abgasleitung und eine Ladeluftleitung aufweist, wobei eine Abgasrückführleitung die Abgasleitung stromauf der Abgasturbine mit der Ladeluftleitung stromab des Ladeluftverdichters verbindet und wobei die Menge des durch die Abgasrückführleitung strömenden Abgases mit einer Durchflußregu­ liereinrichtung regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußreguliereinrichtung (29) einen weiteren Ab­ gasturbolader (16, 33) mit einem Abgasverdichter (15, 35) und ei­ ner weiteren Turbine (18, 32) sowie ein Regelventil (23, 40) um­ faßt, über das die zurückgeführte Abgasmenge regelbar ist, wobei besagte weitere Turbine (18, 32) parallel zur Abgasleitung (3, 3′, 3′′) oder parallel zur Ladeluftleitung (2, 2′) geschaltet ist.1. Exhaust gas recirculation for an internal combustion engine, which he compresses a most exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine and a charge air as well as an exhaust gas line and a charge air line, wherein an exhaust gas recirculation line connects the exhaust gas line upstream of the exhaust gas turbine to the charge air line downstream of the charge air compressor and wherein the amount of the exhaust gas recirculation line flowing exhaust gas can be regulated with a flow regulating device, characterized in that the flow regulating device ( 29 ) has a further gas turbocharger ( 16 , 33 ) with an exhaust gas compressor ( 15 , 35 ) and a further turbine ( 18 , 32 ) and a control valve ( 23 , 40 ) by means of which the recirculated exhaust gas quantity can be regulated, said further turbine ( 18 , 32 ) being connected in parallel to the exhaust line ( 3 , 3 ', 3 '') or in parallel to the charge air line ( 2 , 2 '). 2. Abgasrückführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Abgasverdichter (15, 35) in der Abgasrückführlei­ tung (14, 41) angeordnet ist.2. Exhaust gas recirculation according to claim 1, characterized in that the further exhaust gas compressor ( 15 , 35 ) in the exhaust gas recirculation device ( 14 , 41 ) is arranged. 3. Abgasrückführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei stromab des Ladeluftverdichters (5) mit Leitungen (19, 20) parallel zur Ladeluftleitung (2, 2′) geschalteter weite­ rer Ladeluftturbine (18) ein Ladeluft-Regelventil (23) parallel zu dieser in der Ladeluftleitung (2, 2′) angeordnet ist. 3. Exhaust gas recirculation according to claim 1 or 2, characterized in that at downstream of the charge air compressor ( 5 ) with lines ( 19 , 20 ) parallel to the charge air line ( 2 , 2 ') connected wide rer charge air turbine ( 18 ) a charge air control valve ( 23 ) is arranged parallel to this in the charge air line ( 2 , 2 '). 4. Abgasrückführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei stromauf der Abgasturbine (32) mit Leitungen (36, 37) parallel zur Abgasleitung (3, 3′) geschalteter Abgasturbine (32) ein Abgas-Regelventil (40) parallel zu dieser in der Abgaslei­ tung (3, 3′) angeordnet ist.4. Exhaust gas recirculation according to claim 1 or 2, characterized in that when upstream of the exhaust gas turbine ( 32 ) with lines ( 36 , 37 ) parallel to the exhaust gas line ( 3 , 3 ') switched exhaust gas turbine ( 32 ) an exhaust gas control valve ( 40 ) in parallel this is arranged in the exhaust line ( 3 , 3 '). 5. Abgasrückführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Saugseite (44) des Abgasverdichters (35) mit der Abgas­ leitung (3, 3′) stromauf der Abgasturbine (7) des ersten Ab­ gasturboladers (4) und eine Druckseite (45) des Abgasverdichters (35) mit der Ladeluftleitung (2, 2′) stromab des Ladeluftverdich­ ters (5) verbunden ist.5. Exhaust gas recirculation according to claim 1, characterized in that a suction side ( 44 ) of the exhaust gas compressor ( 35 ) with the exhaust pipe ( 3 , 3 ') upstream of the exhaust gas turbine ( 7 ) of the first gas turbocharger ( 4 ) and a pressure side ( 45 ) of the exhaust gas compressor ( 35 ) with the charge air line ( 2 , 2 ') downstream of the charge air compressor ( 5 ) is connected. 6. Abgasrückführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf des Abgasverdichters (35) ein Abgaskühler (47) an­ geordnet ist.6. Exhaust gas recirculation according to one of claims 1 to 5, characterized in that an exhaust gas cooler ( 47 ) is arranged upstream of the exhaust gas compressor ( 35 ). 7. Abgasrückführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Ladeluftverdichters (5) ein Ladeluftkühler (46) angeordnet ist.7. Exhaust gas recirculation according to one of claims 1 to 6, characterized in that a charge air cooler ( 46 ) is arranged downstream of the charge air compressor ( 5 ). 8. Abgasrückführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasrückführleitung (14, 41) ein Rückschlagventil (26) angeordnet ist.8. Exhaust gas recirculation according to one of claims 1 to 7, characterized in that a check valve ( 26 ) is arranged in the exhaust gas recirculation line ( 14 , 41 ).
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