Beschreibung description
Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung Internal combustion engine with two-stage supercharging
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Frischlufttrakt zum Zuführen von Frischluft an Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine, einem Abgastrakt zum Abführen von Abgas aus den Arbeitszylindern, einem ersten Abgasturbolader einer Niederdruckstufe (ND-Abgasturbolader), welcher eine in dem Abgastrakt angeordnete erste Turbine (ND-Turbine) sowie eine in dem Frischlufttrakt angeordneten Verdichter (ND- Verdichter) aufweist, und mindestens einem zweiten Abgasturbolader einer Hockdruckstufe (HD-Abgasturbolader), welcher eine im Abgastrakt stromauf der ersten Turbine angeordnete zweite Turbine (HD-Turbine) sowie einen im Frischlufttrakt stromab des ersten Verdichters angeordneten zweiten Verdichter (HD-Verdichter) aufweist, wobei beide Turbinen eine verstellbare Turbinengeometrie (VTG) aufweisen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with a fresh air tract for supplying fresh air to working cylinder of the internal combustion engine, an exhaust tract for discharging exhaust gas from the working cylinders, a first exhaust gas turbocharger of a low-pressure stage (LP exhaust gas turbocharger), which arranged in the exhaust tract first Turbine (ND turbine) and arranged in the fresh air duct compressor (LP compressor), and at least a second exhaust gas turbocharger a high-pressure (HD exhaust gas turbocharger), which arranged in the exhaust system upstream of the first turbine second turbine (HP turbine) and a second compressor (HP compressor) arranged in the fresh air tract downstream of the first compressor, both turbines having an adjustable turbine geometry (VTG), according to the preamble of patent claim 1.
Bekannte Dieselmotoren mit geregelter zweistufiger Aufladung weisen eine Schaltung auf, die aus einem Wastegate- oder VTG-Hochdrucklader (VTG - variable Turbinengeometrie), einem Bypass und einem nachgeschalteten Wastegatelader mit Wastegate besteht. Solche Motoren weisen immer eine externe Abgasrückführung (AGR) auf, die über einen separaten AGR-Kühler verfügt. Zur Emissionsabsenkung ist in der Regel eine möglichst hohe AGR-Rate Known diesel engines with controlled two-stage supercharging have a circuit consisting of a wastegate or VTG high-pressure loader (VTG - variable turbine geometry), a bypass and a wastegate downstream wastegate loader. Such engines always have external exhaust gas recirculation (EGR), which has a separate EGR cooler. The reduction in emissions is usually the highest possible EGR rate
wünschenswert. Die maximale AGR-Rate wird durch das Druckverhältnis zwischen Saug- und Abgasseite beeinflusst. Daher verfügen doppelt aufgeladene Dieselmotoren üblicherweise über eine ins Saugrohr Integrierte Drosselklappe, mit der das Druckgefälle hin zur Saugseite angehoben werden kann. Damit steigt jedoch die Ladungswechselarbeit an und der Verbrauch nimmt zu. Durch abgasseitige Drosselung kann das Druckgefälle alternativ oder ergänzend zur Saugrohrdrosselung ebenfalls gesteigert werden. Bei Verwendung von VTG-Ladern mit verstellbaren VTG-Schaufeln ist dies besonders einfach möglich, indem die VTG-Schaufeln nicht auf beste Turbinen-Leistung, sondern auf höchsten Abgasgegendruck optimiert eingestellt werden. Parallel ist mit den VTG-Schaufeln ein turbineninterner Bypass möglich, so dass eine Begrenzung der Turbinendrehzahl auch ohne externen Bypass möglich ist. desirable. The maximum EGR rate is influenced by the pressure ratio between the intake and exhaust side. For this reason, double-charged diesel engines usually have a throttle valve integrated in the intake manifold, with which the pressure gradient can be raised to the intake side. However, this increases the charge exchange work and the consumption increases. By means of exhaust-side throttling, the pressure gradient can also be increased as an alternative or in addition to intake manifold throttling. When VTG loaders with adjustable VTG blades are used, this is particularly easy because the VTG blades are not optimized for best turbine performance but optimized for the highest exhaust backpressure. In parallel with the VTG blades, an in-turbine bypass is possible, so that a limitation of the turbine speed is possible even without external bypass.
Aus der DE 10 2004 056 894 A1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung bekannt, wobei die Turbinen beider Stufen jeweils eine variable Turbinengeometrie aufweisen. From DE 10 2004 056 894 A1 a generic internal combustion engine with two-stage supercharging is known, wherein the turbines of both stages each have a variable turbine geometry.
BESTÄTIGUNGSKOPIE
Aus der DE 198 51 028 C2 ist ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen CONFIRMATION COPY From DE 198 51 028 C2 is a method for operating a charged
Brennkraftmaschine bekannt, die zwei parallel angeordnete Abgasturbolader aufweist, wobei jeweils nur ein Abgasturbolader betrieben wird und nach vorbestimmten Zeitintervallen zwischen den beiden Abgasturboladern umgeschaltet wird. Beide parallel angeordnete Internal combustion engine is known, which has two exhaust gas turbochargers arranged in parallel, wherein in each case only one exhaust gas turbocharger is operated and is switched after predetermined time intervals between the two exhaust gas turbochargers. Both arranged in parallel
Abgasturbolader sind jeweils mit einer variablen Turbinengeometrie ausgebildet. Exhaust gas turbochargers are each formed with a variable turbine geometry.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der o.g. Art hinsichtlich Emission und Verbrauch zu verbessern sowie hinsichtlich der Systemkomplexität zu The invention is based on the object, an internal combustion engine og. To improve the type of emission and consumption as well as the system complexity
vereinfachen. simplify.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. This object is achieved by an internal combustion engine o.g. Art solved with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.
Dazu ist es bei einer Brennkraftmaschine der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Abgastrakt stromab der ersten Turbine über die erste Turbine und zusätzlich über ein erstes Wastegate mit erstem Wastegateventil mit dem Abgastrakt stromauf der ersten Turbine und stromab der zweiten Turbine fluidleitend verbunden ist, wobei der Abgastrakt stromab der zweiten Turbine und stromauf der ersten Turbine über die zweite Turbine und zusätzlich über einen zweiten Turbinenbypasskanal mit zweitem Turbinenbypasskanalventil und ein zweites Wastegate mit zweitem Wastegateventil mit dem Abgastrakt stromauf der zweiten Turbine fluidleitend verbunden ist, wobei der Frischlufttrakt stromauf des ersten Verdichters For this it is in an internal combustion engine o.g. Art provided according to the invention that the exhaust gas downstream of the first turbine via the first turbine and in addition via a first wastegate with first wastegate valve with the exhaust gas upstream of the first turbine and downstream of the second turbine fluidly connected, the exhaust tract downstream of the second turbine and upstream of the first turbine via the second turbine and additionally via a second turbine bypass duct with second turbine bypass duct valve and a second wastegate with second wastegate valve with the exhaust gas upstream of the second turbine fluidly connected, wherein the fresh air tract upstream of the first compressor
ausschließlich über den ersten Verdichter mit dem Frischlufttrakt stromab des ersten exclusively via the first compressor with the fresh air tract downstream of the first
Verdichters und stromauf des zweiten Verdichters fluidleitend verbunden ist, wobei der Compressor and upstream of the second compressor is fluidly connected, wherein the
Frischlufttrakt stromauf des zweiten Verdichters und stromab der ersten Verdichters über den zweiten Verdichter und zusätzlich über einen zweiten Verdichterbypasskanal mit zweitem Verdichterbypasskanalventil mit dem Frischlufttrakt stromab des zweiten Verdichters fluidleitend verbunden ist, wobei stromab des zweiten Verdichters ein zweiter Ladeluftkühler angeordnet ist, wobei stromauf der zweiten Turbine eine Hochdruck-Abgasrückführleitung (HD-AGR-Leitung) von dem Abgastrakt abzweigt und stromab des zweiten Verdichters in den Frischlufttrakt einmündet, wobei die HD-AGR-Leitung stromab des zweiten Ladeluftkühlers in den Fresh air tract upstream of the second compressor and downstream of the first compressor via the second compressor and in addition via a second compressor bypass passage with the second compressor bypass passage valve fluidly connected to the fresh air tract downstream of the second compressor, wherein downstream of the second compressor, a second charge air cooler is arranged, wherein upstream of the second turbine a high-pressure exhaust gas recirculation (HP-EGR) line branches off from the exhaust tract and opens downstream of the second compressor in the fresh air tract, the HD EGR line downstream of the second intercooler in the
Frischlufttrakt einmündet, wobei in der HD-AGR-Leitung ein Kühler für rückgeführtes Abgas (HD-AGR-Kühler) angeordnet ist, wobei in der HD-AGR-Leitung ein Ventil für rückgeführtes Abgas (HD-AGR-Ventil) angeordnet ist. Fresh air tract opens, wherein in the HP-EGR line, a cooler for recirculated exhaust gas (HP-EGR cooler) is arranged, wherein in the HP-EGR line, a valve for recirculated exhaust gas (HP-EGR valve) is arranged.
Dies hat den Vorteil, dass ohne zusätzliche Abgasklappe eine maximal mögliche This has the advantage that without additional exhaust flap a maximum possible
Abgasrückführrate (AGR-Rate) realisierbar ist, da mittels der VTG ein Abgasgegendruck
entsprechend erhöht werden kann, so dass sich ein erweiterter Kennfeldbereich ergibt, in dem der Druck im Abgastrakt an der Entnahmestelle für rückzuführendes Abgas größer ist als der Druck in dem Frischlufttrakt an der Einleitstelle für rückzuführendes Abgas. Die Regelfähigkeit des abgasseitigen Gegendruckes ist maximiert. Zusätzlich kann ohne ergänzende Einrichtung eine Motorbremswirkung durch Verstellen der VTG realisiert werden. Es wird eine Erweiterung der Regelfähigkeit insbesondere hinsichtlich des Ladedruckes des zweistufigen Aufladesystems erzielt. Dadurch, dass die erste und die zweite Turbine jeweils eine VTG aufweist ergibt sich zusätzlich ein vergrößertes Regelspektrum hinsichtlich des Abgasgegendruckes. Eine gleichzeitige Verminderung von Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine wird dadurch erzielt, dass stromauf der zweiten Turbine eine Hochdruck-Abgasrückführleitung (HD-AGR- Leitung) von dem Abgastrakt abzweigt und stromab des zweiten Verdichters in den Exhaust gas recirculation rate (EGR rate) can be realized because by means of the VTG exhaust back pressure can be increased accordingly, so that there is an extended map range, in which the pressure in the exhaust system at the removal point for recirculating exhaust gas is greater than the pressure in the fresh air tract at the point of introduction of recirculating exhaust gas. The controllability of the exhaust side counterpressure is maximized. In addition, an engine braking effect can be realized by adjusting the VTG without additional equipment. It is achieved an extension of the control ability, in particular with regard to the boost pressure of the two-stage supercharging system. The fact that the first and the second turbine each have a VTG results in addition to an enlarged control spectrum with regard to the exhaust backpressure. A simultaneous reduction of pollutant emissions of the internal combustion engine is achieved in that upstream of the second turbine, a high-pressure exhaust gas recirculation (HP-AGR) line branches off from the exhaust tract and downstream of the second compressor in the
Frischlufttrakt einmündet. Um eine Verunreinigung des zweiten Ladeluftkühlers durch rückgeführtes Abgas zu vermeiden, mündet die HD-AGR-Leitung stromab des zweiten Fresh air tract opens. In order to avoid contamination of the second intercooler by recirculated exhaust gas, the HP-EGR line opens downstream of the second
Ladeluftkühlers in den Frischlufttrakt ein. Intercooler in the fresh air tract.
Zur Erhöhung der Effektivität der Aufladung ist im zweiten Verdichterbypasskanal ein dritter Ladeluftkühler angeordnet. To increase the efficiency of the charge, a third charge air cooler is arranged in the second compressor bypass duct.
Zum Erhöhen der Effektivität der Aufladung ist stromab des ersten Verdichters und stromauf des zweiten Verdichters ein erster Ladeluftkühler angeordnet. To increase the efficiency of the charge, a first charge air cooler is arranged downstream of the first compressor and upstream of the second compressor.
Eine Verminderung von Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine wird dadurch erzielt, dass stromab der ersten Turbine eine Niederdruck-Abgasrückführleitung (ND-AGR-Leitung) von dem Abgastrakt abzweigt und stromauf des ersten Verdichters in den Frischlufttrakt oder in den HD-AGR-Kühler der HD-AGR-Leitung einmündet. A reduction of pollutant emissions of the internal combustion engine is achieved in that downstream of the first turbine, a low-pressure exhaust gas recirculation (ND-EGR) line branches off from the exhaust tract and upstream of the first compressor in the fresh air tract or in the HD EGR cooler of the HD-EGR -Leitung opens.
Zum Kühlen des rückgeführten Abgas und/oder zum Beeinflussen der Menge des For cooling the recirculated exhaust gas and / or for influencing the amount of
rückgeführten Abgases ist in der ND-AGR-Leitung ein Kühler für rückgeführtes Abgas (ND- AGR-Kühler) und/oder ein Ventil für rückgeführtes Abgas (ND-AGR-Ventil) angeordnet. recirculated exhaust gas, a recirculated exhaust gas cooler (LP EGR cooler) and / or a recirculated exhaust gas valve (LP EGR valve) are arranged in the LP EGR passage.
Eine Verminderung von Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine wird dadurch erzielt, dass stromauf der ersten Turbine und stromab der zweiten Turbine eine Mitteldruck- Abgasrückführleitung (MD-AGR-Leitung) von dem Abgastrakt abzweigt und stromab des ersten Verdichters sowie stromauf des zweiten Verdichters in den Frisch lufttrakt einmündet. A reduction of pollutant emissions of the internal combustion engine is achieved in that upstream of the first turbine and downstream of the second turbine, a medium-pressure exhaust gas recirculation (MD-EGR line) branches off the exhaust tract and opens downstream of the first compressor and upstream of the second compressor in the fresh air tract ,
Zum Kühlen des rückgeführten Abgas und/oder zum Beeinflussen der Menge des For cooling the recirculated exhaust gas and / or for influencing the amount of
rückgeführten Abgases ist in der MD-AGR-Leitung ein Kühler für rückgeführtes Abgas (MD- AGR-Kühler) und/oder ein Ventil für rückgeführtes Abgas (MD-AGR-Ventil) angeordnet.
Zur Anpassung der Brennkraftmaschine in die jeweils gewünschte Leistungsklasse weist diese mindestens 3, insbesondere 4, 5, 6, 8, 10 oder 12 Arbeitszylinder auf. recirculated exhaust gas is arranged in the MD-EGR line a recirculated exhaust gas cooler (MD-EGR cooler) and / or a valve for recirculated exhaust gas (MD-EGR valve). To adapt the internal combustion engine in the respective desired performance class, this has at least 3, in particular 4, 5, 6, 8, 10 or 12 working cylinder.
Eine besonders funktionssichere Kraftstoffzuführung und eine gezielt steuerbare Verbrennung erzielt man dadurch, dass die Brennkraftmaschine eine direkte Kraftstoffeinspritzung in mindestens einen Arbeitszylinder, insbesondere nach dem Common-Rail-System, aufweist. A particularly functionally reliable fuel supply and a specifically controllable combustion are achieved in that the internal combustion engine has a direct fuel injection into at least one working cylinder, in particular according to the common rail system.
Zur Anpassung der Brennkraftmaschine in die jeweils gewünschte Leistungsklasse weist diese eine Nenndrehzahl von mindestens 3.000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere 3.500, 4.000, 4500, 5000 oder 5.000 Umdrehungen pro Minute, auf. To adapt the internal combustion engine in the respective desired performance class, this has a rated speed of at least 3,000 revolutions per minute, in particular 3,500, 4,000, 4500, 5000 or 5,000 revolutions per minute, on.
Eine auf ein gewünschtes Leistungsniveau und Drehmomentniveau angepasste One adapted to a desired level of performance and torque level
Brennkraftmaschine erzielt man dadurch, dass mindesten ein Arbeitszylinder einen Hubraum von kleiner oder gleich 800 ccm, insbesondere kleiner oder gleich 700 ccm, 600 ccm, 500 ccm, 400 ccm oder 350 ccm, aufweist. Internal combustion engine is achieved in that at least one working cylinder has a displacement of less than or equal to 800 cc, in particular less than or equal to 700 cc, 600 cc, 500 cc, 400 cc or 350 cc.
Zum Ableiten von Abgas aus den Arbeitszylindern in den Abgastrakt sind mindestens einem Arbeitszylinder mindestens ein, insbesondere zwei oder mehr, Auslassventile zugeordnet. For discharging exhaust gas from the working cylinders into the exhaust tract, at least one working cylinder is assigned at least one, in particular two or more, exhaust valves.
Zum Zuführen von Verbrennungsluft an die Arbeitszylindern aus dem Frischlufttrakt sind mindestens einem Arbeitszylinder mindestens ein, insbesondere zwei oder mehr, Einlassventile zugeordnet. For supplying combustion air to the working cylinders from the fresh air tract at least one working cylinder at least one, in particular two or more, inlet valves are assigned.
Eine Bauraumeinsparung erzielt man dadurch, dass mindestes ein erster und zweiter Verdichter in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. A saving in space is achieved in that at least one first and second compressor are arranged in a common housing.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in
Fig. 1 eine erste bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer Fig. 1 shows a first known embodiment of an internal combustion engine in a schematic
Darstellung, Presentation,
Fig. 2 eine zweite bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer Fig. 2 shows a second known embodiment of an internal combustion engine in a schematic
Darstellung, Presentation,
Fig. 3 eine dritte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer Fig. 3 shows a third known embodiment of an internal combustion engine in a schematic
Darstellung,
Fig. 4 eine vierte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, Presentation, 4 shows a fourth known embodiment of an internal combustion engine in a schematic representation,
Fig. 5 eine fünfte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer Fig. 5 shows a fifth known embodiment of an internal combustion engine in a schematic
Darstellung, Presentation,
Fig. 6 eine sechste bekannte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fig. 6 shows a sixth known embodiment of an inventive
Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, Internal combustion engine in a schematic representation,
Fig. 7 eine siebte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer Fig. 7 shows a seventh known embodiment of an internal combustion engine in a schematic
Darstellung, Presentation,
Fig. 8 eine achte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer Fig. 8 shows an eighth known embodiment of an internal combustion engine in a schematic
Darstellung, Presentation,
Fig. 9 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, 9 shows a preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention in a schematic representation,
Fig. 10 eine zehnte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer 10 shows a tenth known embodiment of an internal combustion engine in a schematic
Darstellung, Presentation,
Fig. 11 eine graphische Darstellung von Emissionsbereichen der Brennkraftmaschine, 11 is a graphical representation of emission regions of the internal combustion engine,
Fig. 12 eine graphische Darstellung von Rußdurchsatz und NOx-Durchsatz bei einem Fig. 12 is a graph of soot flow rate and NO x flow rate at a
Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 1.500 min"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar, Operating condition of the internal combustion engine with 1,500 min -1 and with a mean pressure pme = 3 bar,
Fig. 13 eine graphische Darstellung einer Ladedruckvariation bei einem Betriebszustand der FIG. 13 is a graph showing a boost pressure variation in an operating condition of FIG
Brennkraftmaschine mit 1.500 min"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar, Internal combustion engine with 1,500 rpm "1 and with a mean pressure pme = 3 bar,
Fig. 14 eine graphische Darstellung eines Abgasdruckes vor Turbine ohne AGR bei einem Fig. 14 is a graph of exhaust gas pressure before turbine without EGR in a
Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 1.500 min"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar, Operating condition of the internal combustion engine with 1,500 min -1 and with a mean pressure pme = 3 bar,
Fig. 15 eine graphische Darstellung eines Abgasdruckes vor Turbine mit AGR bei einem Fig. 15 is a graph of exhaust gas pressure before turbine with EGR at a
Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 1.500 min"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar,
Fig. 16 eine graphische Darstellung einer maximal erreichbaren AGR-Rate bei einem Operating condition of the internal combustion engine with 1,500 min -1 and with a mean pressure pme = 3 bar, 16 is a graph of a maximum achievable EGR rate at a
Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 1.500 min"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar, Operating condition of the internal combustion engine with 1,500 min -1 and with a mean pressure pme = 3 bar,
Fig. 17 eine graphische Darstellung einer minimal erreichbaren NOx-Emission bei einem 17 is a graphical representation of a minimum achievable NO x emission at a
Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 1.500 min"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar, Operating condition of the internal combustion engine with 1,500 min -1 and with a mean pressure pme = 3 bar,
Fig. 18 eine graphische Darstellung einer Ladedruckvariation bei einem Betriebszustand der FIG. 18 is a graph showing a boost pressure variation in an operating condition of FIG
Brennkraftmaschine mit 2.000 min"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 8 bar, Internal combustion engine with 2,000 rpm "1 and with a mean pressure pme = 8 bar,
Fig. 19 eine graphische Darstellung von Rußdurchsatz und NOx-Durchsatz bei einem FIG. 19 is a graph of soot flow rate and NO x flow rate in FIG
Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 2.000 min"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 8 bar, Operating state of the internal combustion engine with 2,000 min "1 and with a medium pressure pme = 8 bar,
Fig. 20 eine graphische Darstellung einer Ladedruckvariation bei einem Betriebszustand der FIG. 20 is a graph showing a boost pressure variation in an operating condition of FIG
Brennkraftmaschine mit 2.000 min"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 8,9 bar und Internal combustion engine with 2,000 min "1 and with a mean pressure pme = 8,9 bar and
Fig. 21 eine graphische Darstellung von Rußdurchsatz und NOx-Durchsatz bei einem FIG. 21 is a graph of soot flow rate and NO x flow rate in FIG
Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 2.000 min"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 8,9 bar. Operating state of the internal combustion engine with 2,000 min "1 and with a mean pressure pme = 8.9 bar.
Die in Fig. 1 dargestellte, bekannte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen The illustrated in Fig. 1, known embodiment of an inventive
Brennkraftmaschine umfasst Arbeitszylinder 10, einen Frischlufttrakt 12, einen Abgastrakt 14, einen ersten Abgasturbolader 16 (ND-ATL) einer ersten Aufladestufe (Niederdruckstufe) und einen zweiten Abgasturbolader 18 (HD-ATL) einer zweiten Aufladestufe (Hochdruckstufe). Der Abgastrakt 14 umfasst einen Abgaskrümmer 20 zum Sammeln von aus den Arbeitszylindern 10 abgegebenen Abgas 21 , und einen Abgaskanal 22. In dem Abgaskanal 22 ist eine zweite Turbine 24 (HD-Turbine) des zweiten Abgasturboladers 18 und eine erste Turbine 26 (ND- Turbine) des ersten Abgasturboladers 16 angeordnet. Internal combustion engine comprises working cylinder 10, a fresh air tract 12, an exhaust tract 14, a first exhaust gas turbocharger 16 (ND-ATL) of a first charging stage (low-pressure stage) and a second exhaust gas turbocharger 18 (HD-ATL) of a second charging stage (high-pressure stage). The exhaust tract 14 includes an exhaust manifold 20 for collecting exhaust gas 21 discharged from the working cylinders 10, and an exhaust passage 22. In the exhaust passage 22, a second turbine 24 (HP turbine) of the second exhaust gas turbocharger 18 and a first turbine 26 (ND turbine ) of the first exhaust gas turbocharger 16.
Der Frischlufttrakt 12 umfasst einen Frischluftkanal 44, in dem in Strömungsrichtung gesehen folgendes angeordnet ist: Ein erster Verdichter 36 (ND-Verdichter) des ersten Abgasturboladers 16, ein zweiter Verdichter 38 (HD-Verdichter) des zweiten Abgasturboladers 18, ein zweiter Ladeluftkühler 40, eine Drosselklappe 41 und ein Saugrohr 42, welches in die Arbeitszylinder 10 über Einlassventile (nicht dargestellt) mündet. Weiterhin weist der Frischlufttrakt 12 einen zweiten Verdichterbypasskanal 46 auf, welcher den zweiten Verdichter 38 des zweiten The fresh air tract 12 comprises a fresh air duct 44 in which, as seen in the flow direction, a first compressor 36 (LP compressor) of the first exhaust gas turbocharger 16, a second compressor 38 (HP compressor) of the second exhaust gas turbocharger 18, a second charge air cooler 40, a throttle valve 41 and a suction pipe 42, which opens into the working cylinder 10 via inlet valves (not shown). Furthermore, the fresh air tract 12 has a second compressor bypass passage 46, which the second compressor 38 of the second
Abgasturboladers 18 überbrückt. Der Bypasskanal 46 zweigt stromab eines Austritts 48 des
ersten Verdichters 36 des ersten Abgasturboladers 16 und stromauf eines Eintritts 50 des zweiten Verdichters 38 des zweiten Abgasturboladers 18 von dem Frischluftkanal 44 ab und mündet stromab eines Austritts 52 des zweiten Verdichters 38 des zweiten Abgasturboladers 18 und stromauf des zweiten Ladeluftkühlers 40 wieder in den Frischluftkanal 44 ein. In dem zweiten Verdichterbypasskanal 46 ist ein zweites Verdichterbypassventil 54 angeordnet. Dieses zweite Verdichterbypassventil 54 ist passiv mechanisch oder aktiv mehrstufig oder stufenlos ansteuerbar. Beispielsweise ist das zweite Verdichterbypassventil 54 als Drossel ausgebildet. Exhaust gas turbocharger 18 bridged. The bypass channel 46 branches downstream of an outlet 48 of the first compressor 36 of the first exhaust gas turbocharger 16 and upstream of an inlet 50 of the second compressor 38 of the second exhaust gas turbocharger 18 from the fresh air duct 44 and opens downstream of an outlet 52 of the second compressor 38 of the second exhaust gas turbocharger 18 and upstream of the second charge air cooler 40 back into the fresh air duct 44th one. In the second compressor bypass passage 46, a second compressor bypass valve 54 is arranged. This second compressor bypass valve 54 is passively mechanically or actively multi-stage or infinitely controllable. For example, the second compressor bypass valve 54 is designed as a throttle.
Optional ist in dem zweiten Verdichterbypasskanal 46 zusätzlich ein dritter Ladeluftkühler 56 angeordnet. Der dritte Ladeluftkühler 56 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass dieser nur von demjenigen Teil der Ladeluft von dem ersten Verdichter 36 durchströmt wird, welcher über den zweiten Verdichterbypasskanal 46 strömt. Weiterhin optional ist stromab des ersten Verdichters 36 und stromauf des zweiten Verdichters 38 ein erster Ladeluftkühler 57 angeordnet. Der erste Ladeluftkühler 57 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass die gesamte aus dem ersten Verdichter 36 kommende Ladeluft durch diesen ersten Ladeluftkühler 57 strömt. Hierzu ist der erste Ladeluftkühler 57 in dem Frischluftkanal 44 zwischen dem ersten Verdichter 36 und dem zweiten Verdichter 38 stromauf oder stromab der Abzweigung des zweiten Verdichterbypasskanal 46 angeordnet. Optionally, a third charge air cooler 56 is additionally arranged in the second compressor bypass duct 46. The third intercooler 56 is arranged and designed so that it is only flowed through by that part of the charge air from the first compressor 36, which flows via the second compressor bypass passage 46. Furthermore, optionally downstream of the first compressor 36 and upstream of the second compressor 38, a first charge air cooler 57 is arranged. The first charge air cooler 57 is arranged and configured such that the entire charge air coming from the first compressor 36 flows through this first charge air cooler 57. For this purpose, the first charge air cooler 57 in the fresh air passage 44 between the first compressor 36 and the second compressor 38 upstream or downstream of the branch of the second compressor bypass passage 46 is arranged.
Stromauf der zweiten Turbine 24 zweigt von dem Abgaskanal 22 eine Abgasrückführleitung 58 für unter hohem Druck rückzuführendes Abgas (HD-AGR-Leitung) ab und mündet stromab des zweiten Ladeluftkühlers 40 sowie stromab der Drosselklappe 41 sowie stromauf des Upstream of the second turbine 24 branches off from the exhaust passage 22, an exhaust gas recirculation line 58 for high pressure recirculating exhaust gas (HD-EGR line) and opens downstream of the second intercooler 40 and downstream of the throttle valve 41 and upstream of
Saugrohres 42 in den Frischluftkanal 44 des Frischlufttraktes 12 ein. In der HD-AGR-Leitung 58 ist ein Kühler 60 für das rückgeführte Abgas (HD-AGR-Kühler) sowie ein Ventil 62 für das rückgeführte Abgas (HD-AGR-Ventil) angeordnet. Intake manifold 42 in the fresh air duct 44 of the fresh air tract 12 a. In the HP EGR passage 58, there is disposed a recirculated exhaust gas cooler 60 (HD EGR cooler) and a recirculated exhaust gas valve 62 (HP EGR valve).
Optional ist eine Abgasrückführleitung 64 für unter niedrigem Druck rückzuführendes Abgas (ND-AGR-Leitung) vorgesehen, welche von dem Abgaskanal 22 des Abgastraktes 14 stromab der ersten Turbine 26 abzweigt und stromauf des ersten Verdichters 36 in den Frischluftkanal 44 des Frischlufttraktes 12 mündet. Diese ND-AGR-Leitung 64 weist ggf. ebenfalls einen Abgaskühler (ND-AGR-Kühler; nicht dargestellt) und ein Ventil (ND-AGR-Ventil; nicht dargestellt) für das unter niedrigem Druck rückgeführte Abgas auf. Alternativ mündet die ND- AGR-Leitung 64 in den HD-AGR-Kühler 60 der HD-AGR-Leitung 58 ein. Optionally, an exhaust gas recirculation line 64 for low pressure recirculating exhaust gas (ND-EGR line) is provided, which branches off from the exhaust passage 22 of the exhaust tract 14 downstream of the first turbine 26 and flows upstream of the first compressor 36 into the fresh air duct 44 of the fresh air tract 12. This LP EGR line 64 may also have an exhaust gas cooler (LP EGR cooler, not shown) and a valve (LP EGR valve, not shown) for the exhaust gas recirculated under low pressure. Alternatively, the LP EGR line 64 enters the HP EGR cooler 60 of the HD EGR line 58.
Weiterhin optional ist eine Abgasrückführleitung 66 für unter mittlerem" Druck rückzuführendes Abgas (MD-AGR-Leitung) vorgesehen, welche von dem Abgaskanal 22 des Abgastraktes 14 stromauf der ersten Turbine 26 sowie stromab der zweiten Turbine 24 abzweigt und stromab des ersten Verdichters 36 sowie stromauf des zweiten Verdichters 38 in die Frischluftleitung 44
des Frischlufttraktes 12 einmündet. Diese MD-AGR-Leitung 64 weist ggf. ebenfalls einen Abgaskühler (MD-AGR-Kühler; nicht dargestellt) und ein Ventil (MD-AGR-Ventil; nicht dargestellt) für das unter mittlerem Druck rückgeführte Abgas auf. Still optionally, an exhaust gas recirculation line 66 for be recirculated under medium "pressure exhaust (MD-EGR pipe) is provided which is upstream of the exhaust passage 22 of the exhaust section 14 of the first turbine 26, and branches off downstream of the second turbine 24 and downstream of the first compressor 36 and upstream of the second compressor 38 in the fresh air line 44th the fresh air tract 12 opens. This MD EGR line 64 may also have an exhaust gas cooler (MD EGR cooler, not shown) and a valve (MD EGR valve, not shown) for the exhaust gas recirculated under medium pressure.
Die AGR-F*fade 58, 64, 66 sind optional mit einer ggf. schaltbaren Luft- oder Wasserkühlung versehen, wobei die Wasserkühlung beispielsweise aus einem separaten The AGR-F * fade 58, 64, 66 are optionally provided with an optionally switchable air or water cooling, the water cooling, for example, from a separate
Niedertemperaturkreislauf oder mit Kühlmittel aus dem Motorkreislauf gespeist wird. Low-temperature circuit or is supplied with coolant from the engine circuit.
Bei der bekannten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 sind sowohl die erste Turbine 26 als auch die zweite Turbine 24 jeweils mit einer verstellbaren Turbinengeometrie (VTG) ausgerüstet. Gleichzeit ist bei beiden Turbinen 24, 26 kein 1, both the first turbine 26 and the second turbine 24 are each equipped with an adjustable turbine geometry (VTG). Simultaneous is not at both turbines 24, 26
Bypasskanal und kein Wastegate vorgesehen. Dies vereinfacht das System zumindest Bypass channel and no wastegate provided. This at least simplifies the system
Abgasseitig auf nur noch zwei Steller für die VTGs. Die Funktion eines Bypasskanals bzw. Exhaust side to only two stops for the VTGs. The function of a bypass channel or
eines Wastegates wird durch entsprechende Einstellung der VTG übernommen. Es ist lediglich ein verdichterseitiger Bypass in Form des zweiten Verdichterbypasskanals 46 vorgesehen, der hinsichtlich des zweiten Verdichterbypassventils 54 passiv oder alternativ aktiv steuerbar ausgeführt ist. Aufgrund des insbesondere an der HD-Turbine 24 fehlenden A wastegate is taken over by setting the VTG accordingly. It is merely a compressor-side bypass in the form of the second compressor bypass passage 46 is provided, which is passively or alternatively actively controlled with respect to the second compressor bypass valve 54. Due to the missing in particular at the HD turbine 24
Turbinenbypasskanals wird zur Vermeidung von Überdrehzahlen des HD-ATL 18 Turbine bypass channel is to avoid overspeed of the HD-ATL 18
beispielsweise nur eine spezifische Leistung von kleiner oder gleich 70 kW/dm3, 65 kW/dm3, 60 kW/dm3 oder 55 kW/dm3 realisiert. Somit kommt das System abgasseitig mit 2 Stellgliedern für die beiden VTG's aus. For example, only a specific power of less than or equal to 70 kW / dm 3 , 65 kW / dm 3 , 60 kW / dm 3 or 55 kW / dm 3 realized. Thus, the system comes off the exhaust side with 2 actuators for the two VTG's.
Das Druckgefälle zwischen Abgastrakt 14 und Frischlufttrakt 12 wird alternativ oder zusätzlich zur saugseitigen Drosselung mittels der Drosselklappe 41 durch abgasgegendruckoptimierte Einstellung der VTG der HD-Turbine 24 und zusätzlich abgasgegendruckoptimierte Einstellung der VTG der ND-Turbine 26 gesteigert. Damit kann die Rate bzw. der Massenstrom für rückzuführendes Abgas (AGR-Rate) deutlich angehoben werden. Im Stand der Technik sind bei Motoren von 1 ,85 I bis 2,05 I Hubraum heute im Kennfeldbereich 1500 min"1 bis 2000 min"1 und 50 Nm bis 150 Nm normalerweise zu >60% des Bereiches Abgasrückführraten von >35% üblich. Letzterer Wert wird bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine auf >40%, insbesondere >45 bis 50%, verbessert. Um das gesamte Potential des Systems vollständig auszunutzen, wird die Leistung des bzw. der AGR-Kühler 40, 56, 57 angehoben. In einem Betriebspunkt mit 2.000 min"1 und 150 Nm weist ein AGR-Kühler üblicherweise eine The pressure gradient between the exhaust tract 14 and the fresh air tract 12 is increased alternatively or additionally to the intake throttle by means of the throttle valve 41 by adjusting the VTG of the HP turbine 24 optimally by adjusting the exhaust gas back pressure and additionally adjusting the VTG of the LP turbine 26 by adjusting the exhaust back pressure. Thus, the rate or the mass flow for recirculating exhaust gas (EGR rate) can be significantly increased. In the prior art engines of 1, 85 I to 2.05 I cubic capacity today in the map range 1500 min "1 to 2000 min " 1 and 50 Nm to 150 Nm usually to> 60% of the range exhaust gas recirculation rates of> 35% usual. The latter value is improved in the internal combustion engine according to the invention to> 40%, in particular> 45 to 50%. To fully exploit the full potential of the system, the power of the EGR cooler 40, 56, 57 is increased. At an operating point of 2,000 min -1 and 150 Nm, an EGR cooler typically has one
Kühlleistung von etwa 5 kW auf. Dies entspricht ca. 3,5 % bis 4 % der Motor-Nennleistung bzw. ca. 6 % bis 6,5 % der maximalen Motorleistung bei 2.000 min"1. Vorliegend wird die AGR- Kühlleistung in diesem Betriebspunkt auf größer oder gleich 4 %, 4,6 %, 5 %, 6 %, 8 %, 10 %, 13 %, 18 % oder 25 % der Motornennleistung angehoben, was technisch beispielsweise durch eine entsprechende Volumenanpassung des AGR-Kühlers erfolgt. Für Nutzfahrzeuge ist ferner
bei Gefällefahrten eine Unterstützung der Betriebsbremse durch die Motorbremswirkung von Bedeutung. Mit der erfindungsgemäßen zweistufigen Aufladung mit VTG kann auch im Cooling capacity of about 5 kW. This corresponds to approximately 3.5% to 4% of the rated motor power or approximately 6% to 6.5% of the maximum motor power at 2,000 rpm "1. In this case, the EGR cooling capacity at this operating point is set to greater than or equal to 4%. , 4.6%, 5%, 6%, 8%, 10%, 13%, 18% or 25% of the rated engine power, which is technically achieved, for example, by a corresponding volume adjustment of the EGR cooler in downhill grades support of the service brake by the engine braking effect of importance. With the inventive two-stage charging with VTG can also in
Bremsfall eine Maximierung des Abgasgegendrucks eingestellt werden, so dass auf eine separate Abgasklappe zur Unterstützung der Motorbremse verzichtet werden kann. Brake be set to maximize the exhaust back pressure, so that can be dispensed with a separate exhaust flap to support the engine brake.
Bevorzugt kommt die zweistufige Aufladung bei Fahrzeugen zum Einsatz, die die Preferably, the two-stage charging is used in vehicles that the
Emissionsstufe EU5, EU6 bzw. EURO-V, EURO-VI erfüllen. Da aufgrund der hohen möglichen AGR-Raten eine sehr wirkungsvolle Minderung der NOx-Rohemissionen erreicht wird, kommt die Aufladung bevorzugt bei Fahrzeugen zum Einsatz, bei denen im Rollenprüfstandstest die kumulierten NOx-Endrohremissionen um kleiner 40 %, 30 %, 20 % oder 10 % unter den kumulierten NOx-Rohemissionen des Motors liegen, d.h. die über keine hochaktive NOx- Abgasnachbehandlung verfügen und insbesondere kein SCR-System (SCR: Selektive Emission level EU5, EU6 or EURO-V, EURO-VI. As a result of the high possible EGR rates, a very effective reduction of the NO x raw emissions is achieved, the charging is preferably used in vehicles in which the cumulative NO x tailpipe emissions in the dynamometer test by less than 40%, 30%, 20% or 10% are less than the cumulative NO x raw emissions of the engine, ie they do not have a highly active NO x exhaust aftertreatment and in particular no SCR system (SCR: Selective
Katalytische Reduktion von Stickoxiden) aufweisen. Catalytic reduction of nitrogen oxides).
Optional sind die Turbinen 24, 26 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Ebenso ist es optional vorgesehen, dass die Verdichter 36, 38 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, falls keine Zwischenkühlung (Ladeluftkühler 57) vorgesehen ist oder die Turbinen 24, 26 nicht bereits in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dies spart Kosten und reduziert einen Bauraumbedarf des Aufladesystems. Optionally, the turbines 24, 26 are arranged in a common housing. Likewise, it is optionally provided that the compressors 36, 38 are arranged in a common housing, if no intercooling (intercooler 57) is provided or the turbines 24, 26 are not already arranged in a common housing. This saves costs and reduces the space requirement of the charging system.
Die zuvor beschriebenen Ladeluftkühler 40, 56, 57 und die Abgasrückführleitungen 58, 64, 66 sind bevorzugte Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben. The intercoolers 40, 56, 57 described above and the exhaust gas recirculation lines 58, 64, 66 are preferred developments of an internal combustion engine according to the invention, as described below with reference to FIG. 9.
In Fig. 2 ist eine zweite bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 , so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird. Mit 70 ist der die Arbeitszylinder, das Saugrohr und den Abgaskrümmer aufweisende Motorblock bezeichnet. Im Unterschied zur ersten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 1 weist bei der zweiten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 2 nur die HD-Turbine 24 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist, nicht jedoch die ND-Turbine 26. Weiterhin ist ein zweiter Turbinenbypasskanal 72 (HD-Turbinenbypasskanal) mit zweitem Turbinenbypassventil 74 (HD-Turbinenbypassventil) und ein erstes Wastegate 76 (ND-Wastegate) mit erstem Wastegateventil 78 (ND- Wastegateventil) vorgesehen. Der HD-Turbinenbypasskanal 72 überbrückt wahlweise die erste Turbine 26 des ersten Abgasturboladers 16. Das HD-Turbinenbypassventil 74 ist beispielsweise aktiv pneumatisch angesteuert, so dass es den ersten Abgasbypasskanal 28 wahlweise öffnet oder schließt. Das ND-Wastegate 76 überbrückt wahlweise die erste Turbine. Das ND- Wastegateventil 78 ist beispielsweise pneumatisch betätigt und mit einer Lagerückmeldung
ausgebildet, wobei das ND-Wastegateventil 78 den zweiten Abgasbypasskanal 32 wahlweise öffnet oder schließt. Das zweite Verdichterbypassventil 54 ist beispielsweise mechanisch oder pneumatisch angesteuert. In Fig. 2, a second known embodiment of an internal combustion engine is shown, wherein functionally identical parts are designated by the same reference numerals, as in Fig. 1, so that reference is made to the explanation of the above description of FIG. With 70 of the working cylinder, the intake manifold and the exhaust manifold having engine block is designated. In contrast to the first known embodiment according to FIG. 1, in the second known embodiment according to FIG. 2 only the HP turbine 24 has a VTG, as indicated by arrow 68, but not the LP turbine 26. Furthermore, a second turbine bypass channel 72 (HD turbine bypass duct) with second turbine bypass valve 74 (HP turbine bypass valve) and a first wastegate 76 (LP wastegate) with first wastegate valve 78 (LP wastegate valve) provided. The HD turbine bypass passage 72 optionally bypasses the first turbine 26 of the first exhaust gas turbocharger 16. The HP turbine bypass valve 74 is actively pneumatically driven, for example, so that it selectively opens or closes the first exhaust gas bypass passage 28. The ND wastegate 76 optionally bridges the first turbine. The LP wastegate valve 78 is, for example, pneumatically operated and with a bearing feedback The ND wastegate valve 78 selectively opens or closes the second exhaust bypass passage 32. The second compressor bypass valve 54 is controlled, for example mechanically or pneumatically.
In Fig. 3 ist eine dritte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 und 2, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 und 2 verwiesen wird. Im In Fig. 3, a third known embodiment of an internal combustion engine is shown, wherein functionally identical parts are designated by the same reference numerals, as in FIGS. 1 and 2, so that reference is made to the explanation of the above description of FIGS. 1 and 2. in the
Unterschied zur zweiten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist die dritte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 3 keinen HD-Turbinenbypasskanal 72 und keinen zweiten Verdichterbypasskanal 46 auf. Hierdurch ergibt sich eine kostengünstige Variante, die trotzdem alle erforderlichen Schadstoffgrenzwerte hinsichtlich des Abgases einhält. Diese dritte bekannte Ausführungsform weist unterhalb einer Motordrehzahl von 3.000 min"1 den gleichen In contrast to the second known embodiment according to FIG. 2, the third known embodiment according to FIG. 3 has no HD turbine bypass duct 72 and no second compressor bypass duct 46. This results in a cost-effective variant, which nevertheless complies with all the required pollutant limits with respect to the exhaust gas. This third known embodiment has the same below a motor speed of 3,000 min "1
Drehmomentverlauf wie die zweite bekannte Ausführungsform auf. Da die Verdichter- und Turbinenbypassklappe fehlen, wird der Nennleistungsbereich rein zweistufig gefahren. Dies stellt eine sehr kostengünstige Variante für Brennkraftmaschinen mit einer Nennleistung von kleiner oder gleich 150 kW zur Verfügung. Der abgasrelevante Bereich ändert sich gegenüber der zweiten bevorzugten Ausführungsform nicht. Dieses System ist kostengünstig, nahezu applikationsneutral und EU6-fähig. Torque curve as the second known embodiment. Since the compressor and turbine bypass damper are missing, the nominal power range is driven purely in two stages. This provides a very cost-effective variant for internal combustion engines with a rated power of less than or equal to 150 kW available. The exhaust gas-relevant area does not change with respect to the second preferred embodiment. This system is inexpensive, almost application-neutral and EU6-capable.
In Fig. 4 ist eine vierte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 , 2 und 3, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 , 2 und 3 verwiesen wird. Im Unterschied zur dritten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist die vierte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 4 kein ND-Wastegate 76 an der ND-Turbine 26 auf. Dieses System hat die gleichen Eigenschaften wie die dritte bekannte Ausführungsform. Da der Ladedruck mangels Wastegate nicht reduziert werden kann, liegt das Leistungspotenzial unter 140 kW. Der Drehmomentverlauf unterhalb 3.000 min"1, sowie die EU6-fähigkeit entspricht der zweiten Ausführungsform. 4, a fourth known embodiment of an internal combustion engine is shown, wherein functionally identical parts are designated by the same reference numerals, as in Fig. 1, 2 and 3, so that reference is made to the explanation of the above description of FIGS. 1, 2 and 3 becomes. In contrast to the third known embodiment according to FIG. 3, the fourth known embodiment according to FIG. 4 has no LP wastegate 76 on the LP turbine 26. This system has the same characteristics as the third known embodiment. Since the boost pressure can not be reduced due to the lack of a wastegate, the power potential is below 140 kW. The torque curve below 3.000 min "1 , as well as the EU6 capability corresponds to the second embodiment.
In Fig. 5 ist eine fünfte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 4, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 4 verwiesen wird. Im In Fig. 5, a fifth known embodiment of an internal combustion engine is shown, wherein functionally identical parts are designated by the same reference numerals, as in Fig. 1 to 4, so that reference is made to the explanation of the above description of FIGS. 1 to 4. in the
Unterschied zur zweiten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist die fünfte beaknnte Ausführungsform gemäß Fig. 5 auch bei der ND-Turbine 26 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist. Die fünfte Ausführungsform bietet die meisten thermodynamischen In contrast to the second known embodiment according to FIG. 2, the fifth embodiment according to FIG. 5 also has a VTG in the LP turbine 26, as indicated by arrow 68. The fifth embodiment provides the most thermodynamic
Freiheitsgrade durch die VTG 68 an der ND-Turbine 26 und der HD-Turbine 24. Mit diesem System kann die Nennleistung im Vergleich zu den bekannten Ausführungsformen zwei bis vier
deutlich erhöht werden. Zusätzlich ist das Abgaspotenzial höher als bei der zweiten bekannten Ausführungsform. Degrees of freedom through the VTG 68 at the ND turbine 26 and the HD turbine 24. With this system, the rated power compared to the known embodiments, two to four be increased significantly. In addition, the exhaust gas potential is higher than in the second known embodiment.
In Fig. 6 ist eine sechste bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 5, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 5 verwiesen wird. Im Unterschied zur dritten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist die sechste bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 6 auch bei der ND-Turbine 26 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist. Die sechste bekannte Ausführungsform erzielt gegenüber der fünften bekannten Ausführungsform einen Kostenvorteil, da kein zweiter Verdichterbypasskanal 46 und kein zweiter Turbinenbypasskanal 72 (HD-Turbinenbypasskanal) vorhanden ist. In Fig. 6, a sixth known embodiment of an internal combustion engine is shown, wherein functionally identical parts are designated by the same reference numerals, as in Fig. 1 to 5, so that reference is made to the explanation of the above description of FIGS. 1 to 5. In contrast to the third known embodiment according to FIG. 3, the sixth known embodiment according to FIG. 6 also has a VTG in the LP turbine 26, as indicated by arrow 68. The sixth known embodiment achieves a cost advantage over the fifth known embodiment because there is no second compressor bypass passage 46 and no second turbine bypass passage 72 (HD turbine bypass passage).
In Fig. 7 ist eine siebte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 6, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 6 verwiesen wird. Im In Fig. 7, a seventh known embodiment of an internal combustion engine is shown, wherein functionally identical parts are designated by the same reference numerals, as in Fig. 1 to 6, so that reference is made to the explanation of the above description of FIGS. 1 to 6. in the
Unterschied zur fünften bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 5 weist die siebte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 7 nur bei der ND-Turbine 26 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist. Die HD-Turbine 24 ist hingegen ohne VTG ausgebildet. Dies erzielt einen Kostenvorteil gegenüber der fünften bekannten Ausführungsform. In contrast to the fifth known embodiment according to FIG. 5, the seventh known embodiment according to FIG. 7 has a VTG only in the LP turbine 26, as indicated by arrow 68. The HD turbine 24, however, is formed without VTG. This achieves a cost advantage over the fifth known embodiment.
In Fig. 8 ist eine achte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 7, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 7 verwiesen wird. Im In Fig. 8, an eighth known embodiment of an internal combustion engine is shown, wherein functionally identical parts are designated by the same reference numerals, as in Fig. 1 to 7, so that reference is made to the explanation of the above description of FIGS. 1 to 7. in the
Unterschied zur sechsten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 6 weist die achte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 8 nur bei der ND-Turbine 26 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist. Die HD-Turbine 24 ist hingegen ohne VTG ausgebildet. Dies erzielt einen Kostenvprteil gegenüber der sechsten Ausführungsform. In contrast to the sixth known embodiment according to FIG. 6, the eighth known embodiment according to FIG. 8 has a VTG only in the LP turbine 26, as indicated by arrow 68. The HD turbine 24, however, is formed without VTG. This achieves a cost advantage over the sixth embodiment.
In Fig. 9 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 8, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 8 verwiesen wird. Im Unterschied zur fünften bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 5 weist die neunte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 zusätzlich ein zweites Wastegate 80 mit zweitem Wastegateventil 82 auf. In Fig. 9, a preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention is shown, wherein functionally identical parts are designated by the same reference numerals, as in Fig. 1 to 8, so that reference is made to the explanation of the above description of FIGS. 1 to 8. In contrast to the fifth known embodiment according to FIG. 5, the ninth preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention according to FIG. 9 additionally has a second wastegate 80 with a second wastegate valve 82.
In Fig. 10 ist eine zehnte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 9, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 9 verwiesen wird. Im
Unterschied zur vierten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 4 weist die zehnte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 10 nur bei der ND-Turbine 26 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist. Die HD-Turbine 24 ist hingegen ohne VTG ausgebildet. Dies erzielt einen Kostenvorteil gegenüber der vierten bekannten Ausführungsform. In Fig. 10, a tenth known embodiment of an internal combustion engine is shown, wherein functionally identical parts are designated by the same reference numerals, as in Fig. 1 to 9, so that reference is made to the explanation of the above description of FIGS. 1 to 9. in the In contrast to the fourth known embodiment according to FIG. 4, the tenth known embodiment according to FIG. 10 has a VTG only at the LP turbine 26, as indicated by arrow 68. The HD turbine 24, however, is formed without VTG. This achieves a cost advantage over the fourth known embodiment.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ohne Bypasskanal oder Wastegate an der HD-Turbine 24 ist bei getrennter Ausführung der Turbinengehäuse eine unterschiedliche Werkstoffwahl vorteilhaft. Bei sehr hohen spezifischen Leistungen der Brennkraftmaschine von beispielsweise größer oder gleich 60 kW/dm3, 70 kW/dm3, 75 kW/dm3, 80 kW/dm3, 90 kW/dm3 oder 100 kW/dm3 ist an der HD-Turbine 24 ein hochtemperaturfester Werkstoff, wie In the previously described embodiments without a bypass channel or wastegate on the HP turbine 24, a different choice of material is advantageous in the case of separate design of the turbine housing. At very high specific power of the internal combustion engine, for example, greater than or equal to 60 kW / dm 3 , 70 kW / dm 3 , 75 kW / dm 3 , 80 kW / dm 3 , 90 kW / dm 3 or 100 kW / dm 3 is at the HD turbine 24 a high-temperature resistant material, such as
beispielsweise D-5S (austenitisches Gusseisen mit Kugelgraphit; EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2; Nr. EN-JS3061 ; Gefüge: austenitische Matrix mit Chromkarbiden und Kugelgraphit) bevorzugt, während die ND-Turbine 26, die stets mit einer niedrigeren Temperatur beaufschlagt ist, mit einem weniger hochtemperaturfesten, kostengünstigen Werkstoff, wie beispielsweise SiMoCr, ausgerüstet werden kann. For example, D-5S (spheroidal graphite austenitic cast iron, EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2, EN-JS3061; microstructure: austenitic matrix with chromium carbide and nodular graphite) is preferred, while ND turbine 26 is always at a lower temperature is applied, with a less high temperature resistant, cost-effective material, such as SiMoCr, can be equipped.
Kraftfahrzeuge mit doppelt aufgeladenem, selbstzündendem Motor gemäß vorliegender Erfindung weisen bei Betrieb im Neuen Europäischen Fahrzyklus NOx-Rohemissionen mit einem Wert kleiner 300 mg/km, 280 mg/km, 235 mg/km, 200 mg/km, 180 mg/km oder Vehicles with dual-supercharged, self-igniting engine according to the present invention, when operating in the New European Driving Cycle, have NO x gross emissions of less than 300 mg / km, 280 mg / km, 235 mg / km, 200 mg / km, 180 mg / km or
160 mg/km auf und gleichzeitig überschreiten die Partikelrohemissionen einen Wert von 35 mg/km, 40 mg/km, 45 mg/km, 50 mg/km, 55 mg/km, 60 mg/km, 80 mg/km oder 100 mg/km nicht (Erfüllung EU5). 160 mg / km and at the same time the particulate matter emissions exceed 35 mg / km, 40 mg / km, 45 mg / km, 50 mg / km, 55 mg / km, 60 mg / km, 80 mg / km or 100 mg / km not (fulfillment EU5).
Kraftfahrzeuge mit doppelt aufgeladenem, selbstzündenden Motor gemäß vorliegender Motor vehicles with double-charged, self-igniting engine according to the present
Erfindung weisen bei Betrieb im Neuen Europäischen Fahrzyklus NOx-Rohemissionen mit einem Wert kleiner 140 mg/km, 120 mg/km, 100 mg/km, 80 mg/km, 60 mg/km oder 40 mg/km auf und gleichzeitig überschreiten die Partikelrohemissionen einen Wert von 35 mg/km, 40 mg/km, 45 mg/km, 50 mg/km, 55 mg/km, 60 mg/km, 80 mg/km oder 100 mg/km nicht (Erfüllung EU6). When operating in the New European Driving Cycle, NO x emissions of less than 140 mg / km, 120 mg / km, 100 mg / km, 80 mg / km, 60 mg / km or 40 mg / km exceed and simultaneously exceed Particulate matter emissions not exceeding 35 mg / km, 40 mg / km, 45 mg / km, 50 mg / km, 55 mg / km, 60 mg / km, 80 mg / km or 100 mg / km (EU6 compliance).
In Fig. 11 ist auf einer horizontalen Achse 110 eine Drehzahl in [min"1] und auf einer vertikalen Achse 112 ein Mitteldruck pme in [bar] aufgetragen. In der graphischen Darstellung sind ein erster Emissionsbereich.114 (MVEG Bereich I) und ein zweiter Emissionsbereich 116 (MVEG Bereich II) dargestellt. Der erste Emissionsbereich 114 erstreckt sich für alle Drehzahlen 110 bis etwa 6 bar pme 112 und der zweite Emissionsbereich 116 erstreckt sind für alle Drehzahlen 110 ab etwa 6 bar pme 12 und höher. Nachfolgend werden die zuvor erläuterte erste bis zehnte Ausführungsform mit einer ersten herkömmlichen Variante einer Brennkraftmaschine mit nur einem Abgasturbolader mit VTG (Monoturbo-ATL mit VTG; nicht dargestellt) und mit einer
zweiten herkömmlichen Variante einer Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung jedoch ohne VTG an beiden Turbinen (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate; nicht dargestellt) verglichen. 11, a rotational speed in [min "1 ] is plotted on a horizontal axis 110, and a mean pressure pme in [bar] is plotted on a vertical axis 112. In the graph, a first emission region 114 (MVEG region I) and a second emission region 116 (MVEG region II) .The first emission region 114 extends for all rotational speeds 110 to about 6 bar pme 112 and the second emission region 116 extends for all rotational speeds 110 from about 6 bar pme 12 and higher explained first to tenth embodiment with a first conventional variant of an internal combustion engine with only one exhaust gas turbocharger with VTG (monoturbo ATL with VTG, not shown) and with a second conventional variant of an internal combustion engine with two-stage supercharging but without VTG on both turbines (Biturbo with HD-ATL as a fixed loader and ND-ATL as a wastegate, not shown) compared.
In Fig. 12 ist auf einer horizontalen Achse 1 18 ein NOx-Durchsatz in [gib] und auf einer vertikalen Achse 120 ein Russdurchsatz in [g/h] aufgetragen. Mit 122 ist ein EU 6-Bereich und mit 124 ist ein EU 5-Bereich bezeichnet. Eine gestrichelte Linie 126 zeigt einen Verlauf des ΝΟχ-Durchsatzes 1 18 für verschiedene AGR-Raten und bei einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine im ersten Emissionsbereich 1 14 mit 1.500 min"1 sowie mit einem In FIG. 12, a NO x flow rate in [gib] is plotted on a horizontal axis 1 18, and a soot flow rate in [g / h] is plotted on a vertical axis 120. 122 is an EU 6 area and 124 is an EU 5 area. A dashed line 126 shows a curve of the ΝΟχ-throughput 1 18 for various EGR rates and in an operating condition of the internal combustion engine in the first emission range 1 14 with 1,500 min "1 and with a
Mitteldruck 1 12 pme = 3 bar. Mit zunehmender AGR-Rate sinkt der NOx-Durchsatz 1 18. Im ersten Emissionsbereich 1 14 gibt es keinen konventionellen NOx-Ruß-Trade. Das Medium pressure 1 12 pme = 3 bar. As the EGR rate increases, the NO x flow rate decreases 1 18. In the first emission range 14, there is no conventional NO x soot trade. The
Emissionspotential der Brennkraftmaschine, d.h. minimale NOx-Emissionen bei verträglichen Partikelemissionen, ist nur von der AGR-Rate 126 abhängig. Die maximal mögliche AGR-Rate 126 wird maßgeblich von dem Aufladesystem bestimmt. Emission potential of the internal combustion engine, i. minimum NOx emissions at compatible particulate emissions is only dependent on the EGR rate 126. The maximum possible EGR rate 126 is largely determined by the charging system.
In Fig. 13 ist auf einer horizontalen Achse 128 eine Frischluftmasse in [g/Hub] und auf einer vertikalen Achse 130 ein Ladedruck in [mbar] aufgetragen. Ein erster Graph 132 zeigt einen Verlauf des Ladedruckes 130 über die Frischluftmasse 128 ohne AGR für alle Varianten, d.h. für die erste und zweite herkömmliche Ausführungsform sowie für die erste bis zehnte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 8 und 10 sowie die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9. Weiterhin veranschaulicht ein zweiter Graph 134 den Verlauf des Ladedruckes 130 über die Frischluftmasse 128 mit AGR für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG), ein dritter Graph 136 veranschaulicht den Verlauf des Ladedruckes 130 über die Frischluftmasse 128 mit AGR für die zweite herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) und ein vierter Graph 138 In FIG. 13, a fresh air mass in [g / stroke] is plotted on a horizontal axis 128 and a boost pressure in [mbar] is plotted on a vertical axis 130. A first graph 132 shows a plot of the boost pressure 130 over the fresh air mass 128 without EGR for all variants, i. for the first and second conventional embodiment and for the first to tenth known embodiment of FIGS. 1 to 8 and 10 and the preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention shown in FIG. 9. Furthermore, a second graph 134 illustrates the course of the boost pressure 130 via the fresh air mass 128th with EGR for the first conventional embodiment of the internal combustion engine (monoturbo ATL with VTG), a third graph 136 illustrates the course of the boost pressure 130 via the fresh air mass 128 with EGR for the second conventional embodiment of the internal combustion engine (biturbo with HD-ATL as a fixed loader and ND ATL as wastegate) and a fourth graph 138
veranschaulicht den Verlauf des Ladedruckes 130 über die Frischluftmasse 128 mit AGR für die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9. Auch in Fig. 13 ist ein Betriebzustand der jeweiligen Brennkraftmaschine innerhalb des ersten Emissionsbereiches 1 14 (vgl. Fig. 1 1 ) mit 1.500 min"1 sowie mit einem Mitteldruck 1 12 pme = 3 bar dargestellt. Zum Erzeugen der Graphen 132, 134, 136 und 138 wird bei der ersten herkömmlichen Ausführungsform der Brennkraftmaschine und der bevorzugten FIG. 13 illustrates an operating state of the respective internal combustion engine within the first emission region 14 (see FIG. 11) 1,500 rpm "1 and with a mean pressure of 1 12 pme = 3 bar. To generate the graphs 132, 134, 136 and 138, in the first conventional embodiment of the internal combustion engine and the preferred one
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 zunächst die VTG ohne AGR schrittweise zugefahren. Bei der zweiten herkömmlichen Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo ohne VTG) wird das Wastegateventil des ND-ATL stufenweise geschlossen. Hierbei ergibt sich bei allen Ausführungsformen zunächst der erste Graph 132, wobei je nach Ausführungsform mit dieser Betriebsweise unterschiedlich hohe Ladedrücke erzielt werden. Der maximale Ladedruck der zweiten herkömmlichen Ausführungsform der
Brennkraftmaschine beträgt 1.350 mbar am Punkt 140. Der maximale Ladedruck der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 beträgt 1.620 mbar am Punkt 142. Der maximale Ladedruck der ersten herkömmlichen Embodiment of the internal combustion engine according to the invention shown in FIG. 9, the VTG initially closed without EGR stepwise. In the second conventional embodiment of the internal combustion engine (biturbo without VTG), the wastegate valve of the LP-ATL is gradually closed. This results in all embodiments, first, the first graph 132, depending on the embodiment with this mode of operation different high boost pressures can be achieved. The maximum boost pressure of the second conventional embodiment of the Internal combustion engine is 1,350 mbar at point 140. The maximum boost pressure of the preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention according to FIG. 9 is 1,620 mbar at point 142. The maximum charge pressure of the first conventional
Ausführungsform der Brennkraftmaschine beträgt 1.350 mbar am Punkt 144. Bei dem Embodiment of the internal combustion engine is 1,350 mbar at point 144. In the
jeweiligen maximalen Ladedruck der jeweiligen Ausführungsform wird dann das AGR-Ventil schrittweise geöffnet, so dass sich die Graphen 134 (Monoturbo mit VTG), 136 (Biturbo) und 138 (erfindungsgemäße Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9: Biturbo mit VTG) ergeben. Bei gleicher Frischluftmasse wird mit der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 jeweils ein höherer Ladedruck (Graph 138) erzielt als bei den beiden herkömmlichen Ausführungsformeh (Graphen 134 und 136). Bei 145 ist jeweils die maximale AGR-Rate erreicht. Dieses Ergebnis wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig.The respective maximum boost pressure of the respective embodiment, the EGR valve is then opened stepwise, so that the graphs 134 (monoturbo with VTG), 136 (Biturbo) and 138 (internal combustion engine according to FIG. 9: Biturbo with VTG) result. With the same fresh air mass, in the preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention according to FIG. 9, a higher charge pressure (graph 138) is achieved in each case than in the two conventional embodiments (graphs 134 and 136). At 145, the maximum EGR rate is reached. This result will be described below with reference to FIG.
14 bis 17 näher analysiert. 14 to 17 analyzed in more detail.
In den Fig. 14 bis 17 bezeichnet analog wie in Fig. 13 das Bezugszeichen 34 das jeweilige Ergebnis für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG), das Bezugszeichen 136 das jeweilige Ergebnis für die zweite herkömmliche In FIGS. 14 to 17, similarly to FIG. 13, reference numeral 34 denotes the respective result for the first conventional internal combustion engine embodiment (VTG monoturbo ATL), and reference numeral 136 denotes the respective result for the second conventional one
Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) und das Bezugszeichen 138 das jeweilige Ergebnis für die bevorzugte Embodiment of the internal combustion engine (Biturbo with HD-ATL as a fixed loader and ND-ATL as a wastegate) and the reference numeral 138, the respective result for the preferred
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9. In den Fig. 14 undEmbodiment of the internal combustion engine according to the invention shown in FIG. 9. In Figs. 14 and
15 ist auf einer vertikalen Achse 146 ein Abgasgegendruck vor Turbine in [mbar] aufgetragen. In Fig. 16 ist auf einer vertikalen Achse 148 eine AGR-Rate in [%] und in Fig. 17 ist auf einer vertikalen Achse 150 ein NOx-Durchsatz in [g/h] aufgetragen. Fig. 14 veranschaulicht den Abgasruck vor Turbine ohne AGR, Fig. 15 veranschaulicht den Abgasdruck vor Turbine mit AGR, Fig. 16 veranschaulicht eine maximale AGR-Rate und Fig. 17 veranschaulicht eine erreichbare minimale NOx-Emission. Wie aus Fig. 14 ersichtlich, erreichet die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 durch die 15 is plotted on a vertical axis 146, an exhaust back pressure before turbine in [mbar]. In Fig. 16, on a vertical axis 148, an EGR rate in [%] and in Fig. 17, NO x flow rate in [g / h] is plotted on a vertical axis 150. Fig. 14 illustrates the exhaust pressure before turbine without EGR, Fig. 15 illustrates the exhaust pressure before turbine with EGR, Fig. 16 illustrates a maximum EGR rate and Fig. 17 illustrates an achievable minimum NO x emission. As can be seen from FIG. 14, the preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention according to FIG
Reihenschaltung der Turbolader und die VTG-Technologie einen höheren Gegendruck als die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG) und die zweite herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate). Wenn das AGR-Ventil nahezu vollständig geöffnet ist, erfolgt ein Druckausgleich zwischen dem Abgaskrümmer und dem Saugrohr. Dies ist die begrenzende Größe für die maximale AGR-Rate, wie in Fig. 16 dargestellt. Die maximale AGR- Rate für die zweite herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Balkengraph 136; Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) beträgt 45%. Die maximale AGR- Rate für die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 (Balkengraph 138) beträgt 68%. Die maximale AGR-Rate für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Balkengraph 134; Monoturbo-ATL mit VTG) beträgt 58%. Gemäß Fig. 12 ergibt sich das NOx-Potential, welches in Fig. 17 dargestellt ist,
folgendermaßen: Die NOx-Emission für die zweite herkömmliche Ausführungsform der Series connection of the turbocharger and the VTG technology higher back pressure than the first conventional embodiment of the internal combustion engine (monoturbo ATL with VTG) and the second conventional embodiment of the internal combustion engine (biturbo with HD-ATL as a fixed loader and ND-ATL as a wastegate). When the EGR valve is almost fully opened, pressure equalization occurs between the exhaust manifold and the intake manifold. This is the limiting amount for the maximum EGR rate as shown in FIG. The maximum EGR rate for the second conventional embodiment of the internal combustion engine (bar graph 136, biturbo with HD-ATL as a fixed loader and ND-ATL as a wastegate) is 45%. The maximum EGR rate for the preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention according to FIG. 9 (bar graph 138) is 68%. The maximum EGR rate for the first conventional embodiment of the internal combustion engine (bar graph 134, monoturbo ATL with VTG) is 58%. 12 results in the NO x potential, which is shown in Fig. 17, The NO x emission for the second conventional embodiment of the
Brennkraftmaschine (Balkengraph 136; Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) beträgt ca. 6 g/h. Die NOx-Emission für die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 (Balkengraph 138) beträgt etwa 1 g/h. Die NOx-Emission für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine Internal combustion engine (bar graph 136, biturbo with HD-ATL as a fixed loader and ND-ATL as a wastegate) is about 6 g / h. The NO x emission for the preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention as shown in FIG. 9 (bar graph 138) is about 1 g / h. The NO x emission for the first conventional embodiment of the internal combustion engine
(Balkengraph 134; Monoturbo-ATL mit VTG) beträgt etwa 4 g/h. (Bar graph 134, monoturbo ATL with VTG) is about 4 g / h.
Fig. 18 zeigt eine Ladedruckvariation analog zu Fig. 13, wobei jedoch die jeweilige Fig. 18 shows a boost pressure variation analogous to Fig. 13, but with the respective
Brennkraftmaschine (erste herkömmliche Ausführungsform, zweite herkömmliche Internal combustion engine (first conventional embodiment, second conventional
Ausführungsform bzw. bevorzugte Ausführungsform gemäß Fig. 9) in dem zweiten Embodiment or preferred embodiment of FIG. 9) in the second
Emissionsbereich 16 (vgl. Fig. 1 1 ) mit 2.000 min"1 und Mitteldruck 1 12 pme = 8 bar betrieben wird. Gleiche Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung, wie in Fig. 13, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 13 verwiesen wird. Die Betriebsweise zum Erzeugen der Graphen 132, 134, 136 und 138 ist analog wie oben in Bezug auf Fig. 13 beschrieben. Der maximale Ladedruck der zweiten herkömmlichen Ausführungsform der Brennkraftmaschine beträgt 1.850 mbar am Punkt 140. Der maximale Ladedruck der bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 beträgt 2.150 mbar am Punkt 142. Der maximale Ladedruck der ersten herkömmlichen Emission range 16 (see Fig. 1 1) with 2,000 min "1 and medium pressure 1 12 pme = 8 bar. The same reference numerals have the same meaning as in Fig. 13, so that their explanation to the above description of FIG 13. The mode of operation for generating graphs 132, 134, 136 and 138 is analogous to that described above with reference to Fig. 13. The maximum boost pressure of the second conventional embodiment of the internal combustion engine is 1850 mbar at point 140. The maximum charge pressure of Preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention according to FIG. 9 is 2,150 mbar at point 142. The maximum boost pressure of the first conventional
Ausführungsform der Brennkraftmaschine beträgt 1.50 mbar am Punkt 144. Bei maximalem Ladedruck wird dann, analog wie bei Fig. 13, das AGR-Ventil schrittweise geöffnet. Mit der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 wird ein höherer Ladedruck bei gleichzeitig höherer AGR-Rate erreicht. Dieses Ergebnis wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 19 näher analysiert. Embodiment of the internal combustion engine is 1.50 mbar at point 144. At maximum boost pressure, then, as in Fig. 13, the EGR valve is then opened stepwise. With the preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention according to FIG. 9, a higher charge pressure is achieved with a simultaneously higher EGR rate. This result will be further analyzed below with reference to FIG.
Fig. 19 zeigt eine Darstellung zu Werten für den Russdurchsatz und NOx-Durchsatz analog zu Fig. 12. Gleiche Bezugszeichen haben gleiche Bedeutung, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 12 verwiesen wird. Die Ergebnisse für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG) zeigt der zweite Graph 134. Die Ergebnisse für die zweite herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) zeigt der dritte Graph 136. Die Ergebnisse für die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 zeigt der vierte Graph 38. Aus Fig. 19 ist ersichtlich, dass für alle drei 19 shows a representation of values for the soot flow rate and NOx throughput analogous to FIG. 12. The same reference numbers have the same meaning, so that reference is made to the above description of FIG. 12 for explanation thereof. The results for the first conventional embodiment of the internal combustion engine (monoturbo ATL with VTG) are shown in the second graph 134. The results for the second conventional embodiment of the internal combustion engine (biturbo with HD-ATL as a fixed loader and ND-ATL as a wastegate) are shown in the third graph 136. The results for the preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention shown in FIG. 9, the fourth graph 38. From Fig. 19 it can be seen that for all three
miteinander verglichenen Systeme ein NOx / Ruß-Trade vorliegt. Bei der zweiten compared systems is a NOx / soot trade. At the second
herkömmlichen Ausführungsform (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als conventional embodiment (Biturbo with HD-ATL as a fixed loader and ND-ATL as
Wastegate) werden hohe AGR Raten nur mit niedrigem Ladedruck erreicht, was bei gleicher ΝΟχ-Emission zu einem hohen Russausstoß führt. Die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG) hat einen besseren NOx-Rate-Trade wegen der höheren Ladedrücke. Die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 hat jeweils wegen der Stufenaufladung in Kombination mit der VTG Technik das höchste Emissionspotential. Hier können sehr hohe AGR-Raten mit hohen Ladedrücke gefahren werden. Der hohe Ladedruck sorgt für eine hohe Luftmasse im Zylinder. Die eingespritzte Kraftstoff masse muss in diesem Fall eine höhere Luftmasse aufheizen als bei der ersten und zweiten herkömmlichen Ausführungsform der Wastegate) high EGR rates are achieved only with low boost pressure, which leads to a high soot emissions with the same ΝΟχ-emission. The first conventional embodiment of the internal combustion engine (monoturbo ATL with VTG) has a better NO x rate trade because of the higher boost pressures. The preferred embodiment of the invention Internal combustion engine according to FIG. 9 has the highest emission potential in each case because of the step charging in combination with the VTG technology. Here very high EGR rates can be driven with high boost pressures. The high boost pressure ensures a high air mass in the cylinder. The injected fuel mass in this case must heat a higher air mass than in the first and second conventional embodiment of the
Brennkraftmaschine. Daraus resultiert eine geringere maximale Verbrennungstemperatur und niedrigere NOx-Emissionen. Trotz der hohen AGR-Rate ist im Vergleich zu der ersten und zweiten herkömmlichen Ausführungsform mehr Sauerstoff für die Rußoxidation vorhanden. Dies führt zu NOx- und Rußemissionen auf EU6 Niveau. Internal combustion engine. This results in a lower maximum combustion temperature and lower NO x emissions. Despite the high EGR rate, there is more oxygen available for soot oxidation compared to the first and second conventional embodiments. This leads to NO x and soot emissions at EU6 level.
Fig. 20 zeigt nochmals eine Ladedruckvariation analog zu Fig. 13 und 8, wobei jedoch die jeweilige Brennkraftmaschine (erste herkömmliche Ausführungsform, zweite herkömmliche Ausführungsform bzw. bevorzugte Ausführungsform gemäß Fig. 9) in dem zweiten FIG. 20 again shows a boost pressure variation analogous to FIGS. 13 and 8, but with the respective internal combustion engine (first conventional embodiment, second conventional embodiment or preferred embodiment according to FIG. 9) in the second
Emissionsbereich 116 (vgl. Fig. 11) mit 2.000 min"1 und Mitteldruck 112 pme = 8,9 bar betrieben wird. Gleiche Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung, wie in Fig. 13 und 18, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 13 und 18 verwiesen wird. Die 112 pme = 8.9 is operated bar-emitting region 116 (see FIG. FIG. 11) of 2.000 min "1 and medium pressure. The same reference numerals have the same meaning as in Fig. 13 and 18, so that to the explanation on the above description 13 and 18. Reference is made to FIGS
Betriebsweise zum Erzeugen der Graphen 132, 134, 136 und 138 ist analog wir oben in Bezug auf Fig. 13 bzw. 8 beschrieben. In Fig. 20 sind zusätzlich Linien 152 gleicher AGR-Rate für AGR-Raten von 0 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 % und 55 % eingezeichnet. Die in Fig. 20 dargestellten Ergebnisse belegen eindeutig, dass mit der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 höhere AGR-Raten in diesem Betriebsbereich darstellbar sind. Der Fig. 20 kann weiterhin entnommen werden, dass bei gleicher AGR-Rate ein höherer Frischluftanteil, d.h. mehr Sauerstoff, im Brennraum vorhanden ist. Operation for generating the graphs 132, 134, 136 and 138 is analogous to that described above with reference to Figs. 13 and 8, respectively. In Fig. 20, in addition, lines 152 of equal EGR rate for EGR rates of 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% and 55% drawn. The results shown in FIG. 20 clearly show that with the preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention according to FIG. 9, higher EGR rates can be represented in this operating range. It can also be seen from Fig. 20 that at the same EGR rate, a higher fresh air content, i. more oxygen is present in the combustion chamber.
Fig. 21 zeigt eine Darstellung zu Werten für den Russdurchsatz und NOx-Durchsatz analog zu Fig. 12 und 19. Gleiche Bezugszeichen haben gleiche Bedeutung, so dass zu deren 21 shows a representation of values for the flow rate of soot and NOx throughput analogous to FIGS. 12 and 19. The same reference numerals have the same meaning, so that their
Erläuterung auf die Beschreibung der Fig. 12 und 19 verwiesen wird. Die Ergebnisse für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG) zeigt der zweite Graph 134. Die Ergebnisse für die zweite herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) zeigt der dritte Graph 136. Die Ergebnisse für die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 zeigt der vierte Graph 138. In Fig. 21 sind zusätzlich Linien 152 gleicher AGR-Rate für AGR-Raten von 0 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 % und 55 % eingezeichnet. Fig. 21 stellt die in Bezug auf Fig. 20 erläuterten physikalischen Effekte nachmals graphisch dar.
Explanation is made to the description of Figs. 12 and 19. The results for the first conventional embodiment of the internal combustion engine (monoturbo ATL with VTG) are shown in the second graph 134. The results for the second conventional embodiment of the internal combustion engine (biturbo with HD-ATL as a fixed loader and ND-ATL as a wastegate) are shown in the third graph 136. The results for the preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention according to FIG. 9 are shown in the fourth graph 138. In FIG. 21, in addition, lines 152 of equal EGR rate for EGR rates of 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% and 55% respectively. FIG. 21 graphically illustrates the physical effects explained with reference to FIG. 20.