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KR20110086617A - Two-staged charging system for exhaust gas recirculation - Google Patents

Two-staged charging system for exhaust gas recirculation Download PDF

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Publication number
KR20110086617A
KR20110086617A KR1020117013919A KR20117013919A KR20110086617A KR 20110086617 A KR20110086617 A KR 20110086617A KR 1020117013919 A KR1020117013919 A KR 1020117013919A KR 20117013919 A KR20117013919 A KR 20117013919A KR 20110086617 A KR20110086617 A KR 20110086617A
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KR
South Korea
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turbine
exhaust gas
compressor
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Application number
KR1020117013919A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
알렉산더 무터
지모네 베르나스코니
클라우스 푸스슈테터
엔니오 코단
Original Assignee
에이비비 터보 시스템즈 아게
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Filing date
Publication date
Priority claimed from EP08171209A external-priority patent/EP2196659A1/en
Application filed by 에이비비 터보 시스템즈 아게 filed Critical 에이비비 터보 시스템즈 아게
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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 내연기관을 위한 과급 시스템이 제공되며, 상기 과급 시스템에서는 과급이 2 단으로 형성되어 있고, 이때 EGR 터보차저는 고압 터보차저들과 병행하여 작동한다. 상기 2 단 과급은 과급 효율의 개선을 수반하며, 이로 인해 EGR 압축기는 보다 높은 압력차를 극복해야 한다.According to an embodiment of the present invention, a supercharging system for an internal combustion engine is provided, in which the supercharging is formed in two stages, wherein the EGR turbocharger operates in parallel with the high pressure turbochargers. The two-stage supercharging entails an improvement in the supercharging efficiency, which causes the EGR compressor to overcome the higher pressure differential.

Description

배기가스 재순환을 위한 2 단 과급 시스템 {TWO-STAGED CHARGING SYSTEM FOR EXHAUST GAS RECIRCULATION}Two-stage supercharging system for exhaust gas recirculation {TWO-STAGED CHARGING SYSTEM FOR EXHAUST GAS RECIRCULATION}

본 발명은 과급된 내연기관 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 내연기관을 위한 과급 시스템, 이러한 과급 시스템을 가진 내연기관, 이러한 내연기관을 가진 차량, 과급 시스템을 갖고 내연기관을 과급하기 위한 방법, 프로그램 요소, 및 컴퓨터 판독형 매체에 관한 것이다.The present invention relates to the field of supercharged internal combustion engines. In particular, the present invention relates to a supercharging system for an internal combustion engine, an internal combustion engine having such a supercharging system, a vehicle having such an internal combustion engine, a method for supercharging an internal combustion engine with a supercharging system, a program element, and a computer readable medium. .

배기가스 재순환 (EGR) 은 내연기관에 있어서 NOx 방출을 감소시키기 위한 공지되어 있는 방법이다. 과급된 엔진들에 있어서, 고압 변형, 즉 터보차저의 터빈의 상류에서 배기가스 인출, 및 압축기의 하류에서 가스의 혼합은 에너지적으로 가장 유리한 변형이다. 그것은 소형 엔진들의 영역에서, 특히 승용차 및 화물차 적용을 위해 매우 널리 보급되어 있다. 그 이유는, 엔진 특성곡선의 넓은 범위들에서의 터빈의 상류에서의 배기가스 압력은 터보차저 압축기 하류의 과급 공기의 압력보다 높기 때문이다.Exhaust gas recirculation (EGR) is a known method for reducing NOx emissions in internal combustion engines. In supercharged engines, the high pressure deformation, ie the exhaust withdrawal upstream of the turbine of the turbocharger, and the mixing of gas downstream of the compressor, are the most energy-efficient variants. It is very widespread in the area of small engines, especially for passenger car and van applications. The reason is that the exhaust gas pressure upstream of the turbine in a wide range of engine characteristic curves is higher than the pressure of the boost air downstream of the turbocharger compressor.

대형 엔진들에서는 그러하지 않은데, 왜냐하면 대개의 경우 과급의 높은 효율을 통해 실린더 상류와 하류에서의 조건들 사이에 양의 압력차가 발생되기 때문이다. 이는 엔진 작동을 위해 바람직한데, 왜냐하면 이를 통해 연소챔버의 소기가 가능해지고, 그리고 과급 교환 작업이 감소되기 때문이다.This is not the case with large engines, since in most cases a positive pressure differential occurs between the conditions upstream and downstream of the cylinder through high efficiency of supercharging. This is desirable for engine operation, because this allows the combustion chamber to be evacuated and the supercharge operation reduced.

양 압력차는 EGR 을 추가 조치들 없이는 불가능하게 한다. 문제는 가스의 압력상승을 위한 송풍기가 사용됨으로써 해결될 수 있다 (US5657630A1). 이 해결책은 과제를 해결하기는 하나, 송풍기가 전기식 또는 기계식 드라이브를 갖고 크기가 매우 커지고, 그리고 상당한 구동 파워가 소모된다는 단점을 가지며, 이는 전체 시스템의 에너지 밸런스에 부정적으로 작용한다.Both pressure differentials make EGR impossible without further measures. The problem can be solved by using a blower for increasing the pressure of the gas (US5657630A1). This solution solves the problem, but has the disadvantage that the blower has an electric or mechanical drive, which becomes very large and consumes a considerable amount of driving power, which negatively affects the energy balance of the overall system.

DE 44 36 732 A1 으로부터 다른 해결책이 공지되어 있으며, 이 해결책에서 송풍기는 가스 터빈에 의해 구동된다. 그러면, 특별한 구성요소들이 적용될지라도 EGR 를 위한 기계는 마치 터보차저처럼 보인다. 이 해결책은 연구 프로젝트에서 연구되었고, 그리고 가장 좋은 열역학적 변형이라고 증명되었다 (CIMAC Paper: H. Stebler et al. 'Reduction of NOx-emissions of a medium-speed d.i. diesel engine using miller system, exhaust gas recirculation, variable nozzle turbo charger and common rail fuel injection - 코펜하겐 1998).Another solution is known from DE 44 36 732 A1, in which the blower is driven by a gas turbine. The machine for the EGR then looks like a turbocharger, even if special components are applied. This solution was studied in a research project and proved to be the best thermodynamic variant (CIMAC Paper: H. Stebler et al.'Reduction of NOx-emissions of a medium-speed di diesel engine using miller system, exhaust gas recirculation, variable nozzle turbo charger and common rail fuel injection-Copenhagen 1998).

이 재순환 터보차저의 큰 문제는, 압축기는 매우 작은 압력비를 가진 비교적 큰 질량유량을 처리해야만 하고, 터빈은 큰 팽창비를 가진 가능한 한 작은 질량유량을 처리해야만 한다는 것이다.The big problem with this recirculating turbocharger is that the compressor must handle a relatively large mass flow rate with a very small pressure ratio and the turbine must handle a small mass flow rate with a large expansion ratio as much as possible.

이는 구성요소들의 미스 매칭 (mismatching) 을 초래한다. 터보차저를 위해 보통의 지름비 DT/DV

Figure pct00001
0.9 (DT = 터빈 지름, DV = 압축기 지름) 를 갖고, 터빈의 런 수 (run number) 는 0.2 보다 작게 발생할 것이다. 터빈 런 수는 터빈의 원주 속도 uT 와, 존재하는 엔탈피 차이에 상응하는 등엔트로피 속도 c0 간의 비율이다. 이 런 수는 최적의 터빈 효율을 위해 대략 0.7 에 달해야 한다. 0.2 미만의 값에 있어서는 터빈 효율이 매우 낮다.This results in mismatching of the components. Normal diameter ratio DT / DV for turbocharger
Figure pct00001
With 0.9 (DT = turbine diameter, DV = compressor diameter), the run number of the turbine will occur less than 0.2. The turbine run number is the ratio between the circumferential speed uT of the turbine and the isentropic speed c0 corresponding to the difference in enthalpy present. This number should be approximately 0.7 for optimum turbine efficiency. At values below 0.2, the turbine efficiency is very low.

상황은 비율 DT/DV 의 상승을 통해 개선될 수 있다. 하지만 이는 제한을 가진다: 압축기 지름의 감소는 압축기의 비(比)유량의 너무 큰 값들을 초래한다 V/Dv2, V = 체적유량.The situation can be improved by increasing the ratio DT / DV. However, this has a limitation: the reduction of the compressor diameter leads to too large values of the specific flow rate of the compressor V / Dv2, V = volume flow rate.

터빈 지름의 증가는 터빈의 비(比)유량의 너무 낮은 값들 Seff/DT2, Seff = 터빈에 대해 등가적인 노즐의 유효 표면, 을 초래한다.Increasing the turbine diameter results in too low values of the specific flow rate of the turbine, Seff / DT2, Seff = effective surface of the nozzle, equivalent to the turbine.

상기 두 경우에서, 구성요소 (압축기 또는 터빈) 의 달성 가능한 효율이 감소된다.In both cases, the achievable efficiency of the component (compressor or turbine) is reduced.

DE 44 36 732 A1 으로부터 다른 개선책이 공지되어 있다: 2 개의 EGR 터보차저가 사용되고 터빈들이 직렬로 배치되어 있으면, 반면 압축기들이 병행하여 작동하면, 미스 매칭의 문제가 부분적으로 심해진다 (터빈들의 런 수가 두 배가 된다). Another improvement is known from DE 44 36 732 A1: if two EGR turbochargers are used and the turbines are arranged in series, while the compressors are operated in parallel, the problem of mismatching becomes partially severe (the number of runs of the turbines). Double).

본 발명의 목적은 내연기관의 개선된 과급을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an improved supercharging of an internal combustion engine.

독립항들의 특징들에 따른, 내연기관을 위한 과급 시스템, 내연기관, 차량, 방법, 프로그램 요소, 및 컴퓨터 판독형 매체가 제공된다. 본 발명의 개선형태들은 종속항들에 나타나 있다.According to the features of the independent claims, there is provided a charging system for an internal combustion engine, an internal combustion engine, a vehicle, a method, a program element, and a computer readable medium. Improvements of the invention are indicated in the dependent claims.

기술되는 실시예들은 마찬가지로 과급 시스템, 내연기관, 차량, 방법, 프로그램 요소, 및 컴퓨터 판독형 매체에 관한 것이다. 다른 말로 하자면, 하기에서 예컨대 과급 시스템, 내연기관 또는 차량과 관련하여 설명되는 특징들은 방법, 프로그램 요소, 및 컴퓨터 판독형 매체 안에 적용될 수 있으며, 그리고 그 반대도 가능하다.The described embodiments likewise relate to a supercharge system, an internal combustion engine, a vehicle, a method, a program element, and a computer readable medium. In other words, the features described below, for example in connection with a supercharged system, an internal combustion engine or a vehicle, can be applied to methods, program elements, and computer readable media, and vice versa.

본 발명의 실시예에 따르면, 내연기관을 위한 과급 시스템이 제공되며, 상기 과급 시스템은 제 1 터보차저, 제 2 터보차저 및 재순환 경로를 구비한다. 상기 제 1 터보차저는 제 1 터빈과 제 1 압축기를 구비하고, 상기 제 2 터보차저는 제 2 터빈과 제 2 압축기를 구비한다. 상기 두 터보차저는 서로 직렬로 접속되어 있다. 상기 재순환 경로는 내연기관의 배기가스를 내연기관의 배출부 또는 배출 리시버로부터 내연기관의 흡입부 또는 흡입 리시버로 재순환시키는데 쓰인다. 이 이외에, 배기가스 압축기가 재순환 경로 안에 배치되어 있으며, 상기 배기가스 압축기는, 배기가스가 내연기관의 흡입부에 다시 공급되기 전에 배기가스의 압력을 상승시키는데 쓰인다. 상기 배기가스 압축기를 구동시키기 위해, 상기 과급 시스템은 제 3 터빈을 구비하며, 상기 제 3 터빈은 상기 제 2 터보차저의 상기 제 2 터빈에 대해 병렬로 접속되어 있고, 그리고 상기 제 3 터빈으로부터 나오는 배기가스 유동은 상기 제 1 터보차저의 상기 제 1 터빈에 공급된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a charging system for an internal combustion engine, said charging system having a first turbocharger, a second turbocharger and a recirculation path. The first turbocharger has a first turbine and a first compressor, and the second turbocharger has a second turbine and a second compressor. The two turbochargers are connected in series with each other. The recirculation path is used to recycle the exhaust gas of the internal combustion engine from the outlet or exhaust receiver of the internal combustion engine to the intake or intake receiver of the internal combustion engine. In addition, an exhaust gas compressor is arranged in the recirculation path, which exhaust gas compressor is used to increase the pressure of the exhaust gas before the exhaust gas is supplied back to the intake of the internal combustion engine. To drive the exhaust compressor, the charging system has a third turbine, the third turbine connected in parallel with the second turbine of the second turbocharger, and exiting from the third turbine. Exhaust gas flow is supplied to the first turbine of the first turbocharger.

다른 말로 하자면, 과급이 2 단으로 형성되어 있으며, 이때 EGR 터보차저는 고압 터보차저들과 병행하여 작동한다. 상기 2 단 과급은 과급 효율의 개선을 수반하며, 이는 또한 EGR 압축기가 보다 높은 압력차를 극복해야 한다는 부수 효과를 가진다.In other words, the supercharge is formed in two stages, where the EGR turbocharger works in parallel with the high pressure turbochargers. The two stage supercharging entails an improvement in the charging efficiency, which also has the side effect that the EGR compressor must overcome the higher pressure differential.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 배기가스 압축기는 제 2 터보차저의 제 2 압축기이다.According to another embodiment of the invention, the exhaust gas compressor is a second compressor of a second turbocharger.

본 발명의 이 실시예에 따르면, EGR 유동은 배출 리시버로부터 인출되며, 그리고 컨디셔닝 (냉각, 세척, 필터링,...) 후 메인 유동의 고압 압축기 안으로 들어가기 전에 혼합된다.According to this embodiment of the invention, the EGR flow is withdrawn from the exhaust receiver and mixed after entering the main flow high pressure compressor after conditioning (cooling, washing, filtering, ...).

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 과급 시스템은 배기가스 압축기를 구동시키기 위한 제 3 터빈을 구비하며, 상기 제 3 터빈은 재순환 경로 안에 배치되어 있다.According to another embodiment of the invention, the charging system has a third turbine for driving the exhaust gas compressor, the third turbine being arranged in the recirculation path.

본 발명의 이 실시예에 따르면, EGR 터보차저는 단락된다. EGR 유동은 우선 재순환 차저의 터빈 안으로 팽창되며, 그 후 컨디셔닝 (냉각, 세척, 필터링,...) 이 수행되고, 그리고 후속하여 상기 재순환 차저의 압축기 안에서의 압축이 수행된다.According to this embodiment of the invention, the EGR turbocharger is shorted. The EGR flow is first expanded into the turbine of the recycle charger, after which conditioning (cooling, washing, filtering, ...) is performed, followed by compression in the compressor of the recycle charger.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 과급 시스템은 게다가 파워 터빈을 구비하며, 상기 파워 터빈은 재순환 경로 안에 통합되어 있다.According to another embodiment of the invention, the charging system further comprises a power turbine, which is integrated into the recirculation path.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 터빈들 중 적어도 하나는 가변적인 조절 가능한 유동면을 구비한다.According to another embodiment of the present invention, at least one of the turbines has a variable adjustable flow surface.

예컨대, 상기 파워 터빈은 가변 유동면을 구비한다. 이 이외에, 본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, EGR 터빈의 출구와, 터빈 출력을 조절하기 위한 시스템의 출구 사이의 연결부가 제공되어 있다. 조절은 상응하는 조절기를 통해 수행된다.For example, the power turbine has a variable flow surface. In addition, according to another embodiment of the present invention, a connection is provided between an outlet of an EGR turbine and an outlet of a system for regulating the turbine output. Regulation is carried out via the corresponding regulator.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 적어도 2 개의 터보차저는 저압 단들로서 서로 병행하여 작동한다.According to another embodiment of the invention, at least two turbochargers operate in parallel with one another as low pressure stages.

이때, 본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 저압 터보차저들 중 적어도 하나는, 거의 EGR 비율에 상응하고, 밸브들에 의해 스위치 오프될 수 있는 용량을 구비한다.At this time, according to another embodiment of the present invention, at least one of the low pressure turbochargers corresponds to an approximately EGR ratio and has a capacity that can be switched off by valves.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 내연기관의 밸브 타이밍은 가변적이다. 본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, EGR 을 가진 작동에서의 내연기관의 가변 밸브 타이밍을 통해, EGR 을 갖지 않은 작동에서보다 작은 밀러효과가 실현된다.According to another embodiment of the present invention, the valve timing of the internal combustion engine is variable. According to another embodiment of the present invention, through the variable valve timing of the internal combustion engine in the operation with EGR, a smaller Miller effect is realized than in the operation without EGR.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 시스템은 EGR 을 가진 작동에서의 내연기관의 가변 밸브 타이밍을 통해, EGR 을 갖지 않은 작동에서보다 더 높은 공기 출력, 즉 향상된 소기 (scavenging) 가 실현되도록 설계되어 있다.According to another embodiment of the present invention, the system is designed such that, through variable valve timing of the internal combustion engine in operation with EGR, higher air output, ie improved scavenging, is realized than in operation without EGR. It is.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 과급 시스템은 게다가 제 2 압축기의 출구를 제 2 터빈의 입구와 연결시키기 위한 제 1 가변 바이패스 라인을 구비한다.According to another embodiment of the invention, the charging system further comprises a first variable bypass line for connecting the outlet of the second compressor with the inlet of the second turbine.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 과급 시스템은 게다가 제 2 압축기의 출구를 제 1 터빈의 입구와 연결시키기 위한 제 2 가변 바이패스 라인을 구비한다.According to another embodiment of the invention, the charging system further comprises a second variable bypass line for connecting the outlet of the second compressor with the inlet of the first turbine.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 과급 시스템은 제 1 압축기의 출구를 제 1 터빈의 입구와 연결시키기 위한 제 3 가변 바이패스 라인을 구비한다.According to another embodiment of the invention, the charging system has a third variable bypass line for connecting the outlet of the first compressor with the inlet of the first turbine.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 과급 시스템은 제 2 터빈의 입구를 제 2 터빈의 출구와 연결시키기 위한 제 4 가변 바이패스 라인을 구비한다.According to another embodiment of the invention, the charging system has a fourth variable bypass line for connecting the inlet of the second turbine with the outlet of the second turbine.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 과급 시스템은 제 2 터빈의 입구를 과급 시스템의 출구와 연결시키기 위한 제 5 가변 바이패스 라인을 구비한다.According to another embodiment of the invention, the charging system has a fifth variable bypass line for connecting the inlet of the second turbine with the outlet of the charging system.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 과급 시스템은 제 1 터빈의 입구를 과급 시스템의 출구와 연결시키기 위한 제 6 가변 바이패스 라인을 구비한다.According to another embodiment of the invention, the charging system has a sixth variable bypass line for connecting the inlet of the first turbine with the outlet of the charging system.

상기 여러 가지의 가변 바이패스 라인들이 개별적으로 또는 서로 여러 가지 조합으로 제공될 수 있다는 것을 참조하도록 한다. 상기 바이패스 라인들을 변화시키기 위해, 상응하는 제어밸브들 또는 조절밸브들이 상기 바이패스 라인들 안에, 그 앞에, 또는 그 뒤에 제공되어 있을 수 있다.Note that the various variable bypass lines can be provided individually or in various combinations with one another. Corresponding control valves or regulating valves may be provided in, before, or after the bypass lines to change the bypass lines.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 저압 압축기 (제 1 압축기) 는 가변 디퓨저를 구비한다.According to another embodiment of the invention, the low pressure compressor (first compressor) is provided with a variable diffuser.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 저압 압축기는 프리 스월을 발생시키기 위한 조절 가능한 장치를 구비한다.According to another embodiment of the present invention, the low pressure compressor has an adjustable device for generating a free swirl.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 재순환 차저의 터빈 (제 3 터빈) 은 조절 가능한 유동면을 구비한다.According to another embodiment of the present invention, the turbine (third turbine) of the recycle charger has an adjustable flow surface.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 고압 터빈은 조절 가능한 유동면을 구비하고, 본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 저압 터빈은 조절 가능한 유동면을 구비한다.According to another embodiment of the present invention, the high pressure turbine has an adjustable flow surface, and according to another embodiment of the present invention, the low pressure turbine has an adjustable flow surface.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 제 4 바이패스 라인 안의 가스 유동은 파워 터빈 안에서 팽창된다.According to another embodiment of the invention, the gas flow in the fourth bypass line is expanded in the power turbine.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 이 파워 터빈은 가변 유동면을 구비한다.According to another embodiment of the present invention, this power turbine has a variable flow surface.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 제 5 바이패스 라인 안의 가스 유동은 파워 터빈 안에서 팽창된다.According to another embodiment of the present invention, the gas flow in the fifth bypass line is expanded in the power turbine.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 이 파워 터빈은 가변 유동면을 구비한다.According to another embodiment of the present invention, this power turbine has a variable flow surface.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 상기 제 6 바이패스 라인 안의 가스 유동은 파워 터빈 안에서 팽창된다.According to another embodiment of the present invention, the gas flow in the sixth bypass line is expanded in the power turbine.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 이 파워 터빈도 가변 유동면을 구비한다.According to another embodiment of the invention, this power turbine also has a variable flow surface.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 고압 터보차저 (제 2 터보차저) 는 파워 전달 (Power Take-in/Power Take-out) 을 위한 기계적 연결부를 구비한다.According to another embodiment of the invention, the high pressure turbocharger (second turbocharger) has a mechanical connection for power take-in / power take-out.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 저압 터보차저 (제 1 터보차저) 는 파워 전달을 위한 기계적 연결부를 구비한다.According to another embodiment of the invention, the low pressure turbocharger (first turbocharger) has a mechanical connection for power transmission.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 위에서 설명된 과급 시스템을 가진 내연기관이 제공된다. 이 내연기관은 특히 예컨대 선박 또는 기관차를 구동시키기 위해, 또는 발전소 안에서의 고정식 전류발생을 위해 사용되는 대형 엔진이다.According to another embodiment of the present invention, there is provided an internal combustion engine having the supercharging system described above. This internal combustion engine is in particular a large engine which is used, for example, to drive a ship or locomotive or for stationary current generation in a power plant.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 차량을 구동시키기 위한 위에 설명된 내연기관을 가진 차량이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a vehicle having the internal combustion engine described above for driving the vehicle.

상기 차량은 예컨대 선박, 기관차 또는 시내 주행 중량 차량이다.The vehicle is, for example, a ship, a locomotive or a city running heavy vehicle.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 과급 시스템 (위에서 설명한 바와 같이) 을 갖고 내연기관을 과급하기 위한 방법이 제공되며, 상기 과급 시스템에 있어서 내연기관은 직렬로 배치된 2 개의 터보차저에 의해 2 단으로 과급된다. 이 이외에, 내연기관의 배출부로부터 재순환 경로를 통해 내연기관의 흡입부로의, 내연기관의 배기가스의 재순환이 수행된다. 이 이외에, 재순환 경로 안에 배치되어 있는 압축기가 구동된다. 상기 압축기의 구동은 터빈을 통해 수행된다. 상기 압축기를 통해, 재순환시 배기가스의 압력이 상승된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for supercharging an internal combustion engine with a supercharging system (as described above), in which the internal combustion engine is divided by two turbochargers arranged in series. It is only supercharged. In addition to this, recirculation of the exhaust gas of the internal combustion engine is performed from the discharge portion of the internal combustion engine to the intake portion of the internal combustion engine via the recirculation path. In addition to this, the compressor disposed in the recirculation path is driven. The drive of the compressor is carried out via a turbine. Through the compressor, the pressure of the exhaust gas is increased during recirculation.

이 이외에, 본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 터빈의 출구과 과급 시스템의 출구 사이의 연결을 기초로 하여 터빈들 중 하나 또는 다수의 출력의 조절이 수행된다.In addition to this, according to another embodiment of the present invention, the adjustment of the output of one or several of the turbines is performed based on the connection between the outlet of the turbine and the outlet of the charging system.

상기 과급 시스템의 조절을 위한 목표 변수들은 다음과 같다:The target variables for the regulation of the supercharging system are as follows:

- EGR량:-EGR amount:

EGR량은 사실상 모든 경우에서 조절 밸브 (23) 를 통해 또는 터빈 (24) 의 표면을 통해 수행될 수 있다 (터빈을 통한 질량유량은 터빈 출력을 결정한다). 이로부터 압축기 출력이 발생하고, 그리고 그 후 이로부터, 재순화된 배기가스량이 발생한다.The EGR amount can be carried out in virtually all cases via the regulating valve 23 or through the surface of the turbine 24 (mass flow rate through the turbine determines the turbine output). Compressor output is generated from this, and thereafter, the amount of recycled exhaust gas is generated.

예외들: 도 2 의 시스템. 여기에서는, 조절은 밸브 (26) 를 통해, 경우에 따라서는 파워 터빈 표면 (202) 을 통해 수행된다. 도 3 의 시스템: 여기에서는, 경우에 따라 스타트 단계에서만 밸브 (302) 가 사용된다.Exceptions: the system of FIG. Here, the adjustment is carried out via the valve 26 and optionally via the power turbine surface 202. System of FIG. 3: Here, the valve 302 is used only in the start stage, as the case may be.

- 과급압력 (배기가스 리시버 (1) 안의 압력):-Boost pressure (pressure in the exhaust gas receiver (1)):

과급압력은 순차적인 과급을 통해, 터빈들 (7 및 15) 의 가변 유동면들을 통해, 또는 여러 가지 웨이스트 게이트 (Wastegate) 또는 파워 터빈 변형들에 의해 영향을 받거나 또는 조절될 수 있다.The boost pressure can be influenced or regulated through sequential charging, through the variable flow surfaces of the turbines 7 and 15, or by various wastegate or power turbine variants.

- 압축기 특성곡선 안에서의 위치:-Position within the compressor characteristic curve:

압축기 특성곡선 안에서의 작동점의 위치는 순차적인 과급, 밸브 타이밍, 가변 압축기의 기하학적 구조, 바이패스 밸브들에 의해 영향을 받거나 또는 조절될 수 있다.The position of the operating point within the compressor characteristic curve can be influenced or adjusted by sequential charging, valve timing, variable compressor geometry, bypass valves.

상기 두 변수는 독립적이지 않다: 작동점들의 이동은 과급압력의 변화를 제공하며, 특히 단들 사이의 압력분할의 변경에 의한 과급압력의 변화는 특성곡선들 안에서의 이동을 초래한다.The two variables are not independent: the movement of the operating points gives a change in the boost pressure, in particular a change in the boost pressure caused by a change in the pressure split between the stages results in a shift in the characteristic curves.

- 실린더 충전 (공기 비율 및 압축압력은 일정한 주입에 있어서 최대 실린더압력에 영향을 미친다).-Cylinder filling (air ratio and compression pressure affect the maximum cylinder pressure at constant injection);

실린더 충전은 무엇보다도 가변 밸브 타이밍을 통해 변화될 수 있다.Cylinder filling can be changed, among other things, via variable valve timing.

예컨대, 언급된 모든 4 개의 조절 변수들의 조절에 있어서, 4 개의 조절회로가 분리되어 있을 수 있으며, 이 변수들의 하나 또는 몇 개를 위한 순 (pure) on/off 조절이 제공될 수 있다.For example, in the adjustment of all four adjustment parameters mentioned, four adjustment circuits may be separate and pure on / off adjustments for one or several of these variables may be provided.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 프로그램 요소가 제공되어 있으며, 상기 프로그램 요소는, 상기 프로그램 요소가 프로세서에서 실행되면 위에서 설명된 방법단계들을 실행하도록 프로세서에 지시한다.According to another embodiment of the present invention, a program element is provided, which instructs the processor to execute the method steps described above when the program element is executed in the processor.

상기 컴퓨터 프로그램 요소는 예컨대 소프트웨어의 일부일 수 있으며, 상기 소프트웨어는 차량 관리 시스템의 프로세서에 저장되어 있다. 상기 프로세서는 마찬가지로 본 발명의 대상일 수 있다. 이 이외에, 본 발명의 이 실시예는 이미 처음부터 본 발명을 사용하는 컴퓨터 프로그램 요소를 포함하며, 또한 업데이트를 통해 기존의 프로그램에 본 발명을 사용하도록 하는 컴퓨터 프로그램 요소를 포함한다.The computer program element may, for example, be part of software, which is stored in the processor of the vehicle management system. The processor may likewise be a subject of the present invention. In addition to this, this embodiment of the present invention already includes a computer program element which uses the present invention from the beginning, and also includes a computer program element which allows the use of the present invention in an existing program through an update.

본 발명의 그 밖의 실시예에 따르면, 프로그램 요소가 저장되어 있는 컴퓨터 판독형 매체가 제공되며, 상기 프로그램 요소는, 상기 프로그램 요소가 프로세서에서 실행되면 위에서 설명된 방법단계들을 실행하도록 프로세서에 지시한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a computer readable medium having stored thereon a program element, which instructs the processor to execute the method steps described above when the program element is executed in the processor.

이하, 본 발명의 실시예들을 도면들을 참조로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 고압 차저에 대해 병렬인 EGR 터보차저를 가진 과급 시스템을 보이고 있다.
도 2 는 본 발명의 그 밖의 실시예에 따른 고압 압축기 안에서의 EGR 압축을 가진 과급 시스템을 보이고 있다.
도 3 은 본 발명의 그 밖의 실시예에 따른 고압 차저에 대해 병렬인 EGR 터보차저를 가진 과급 시스템을 보이고 있다.
도 4 는 고압 차저에 대해 병렬인 EGR 터보차저를 가진 본 발명의 그 밖의 실시예에 따른 과급 시스템을 보이고 있으며, 이때 ND 차저는 레지스터 회로 안에 있다.
도 5 는 제 1 조절 가능성들을 가진 고압 차저에 대해 병렬인 EGR 터보차저를 가진 본 발명의 그 밖의 실시예에 따른 과급 시스템을 보이고 있다.
도 6 은 제 2 조절 가능성들을 가진 고압 차저에 대해 병렬인 EGR 터보차저를 가진 본 발명의 그 밖의 실시예에 따른 과급 시스템을 보이고 있다.
도 7 은 본 발명의 실시예들에 따른 2대의 차량을 보이고 있다.
도 8 은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관을 가진 발전소를 보이고 있다.
도 9 는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도를 보이고 있다.
1 shows a supercharging system with an EGR turbocharger in parallel to a high pressure charger according to an embodiment of the invention.
2 shows a supercharging system with EGR compression in a high pressure compressor according to another embodiment of the present invention.
3 shows a supercharging system with an EGR turbocharger in parallel to a high pressure charger according to another embodiment of the present invention.
4 shows a supercharging system according to another embodiment of the invention with an EGR turbocharger in parallel to a high pressure charger, where the ND charger is in a resistor circuit.
5 shows a supercharging system according to another embodiment of the invention with an EGR turbocharger parallel to a high pressure charger with first adjustable possibilities.
6 shows a supercharging system according to another embodiment of the invention with an EGR turbocharger parallel to a high pressure charger with second adjustable possibilities.
7 shows two vehicles according to embodiments of the invention.
8 shows a power plant with an internal combustion engine according to an embodiment of the invention.
9 shows a flowchart of a method according to an embodiment of the invention.

도면들에서의 그림들은 개략적이며, 또한 축척에 맞지 않는다.The figures in the figures are schematic and are not to scale.

도면들에 관한 아래의 설명에서, 동일한 또는 유사한 요소들에는 동일한 참조 부호가 사용된다.In the following description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or similar elements.

도 1 은 고압 차저 (18, 33, 15) 에 대해 병렬로 배치되어 있는 EGR 터보차저 (24, 34, 29) 를 가진 과급 시스템 (100) 을 보이고 있다.1 shows a supercharging system 100 with EGR turbochargers 24, 34, 29 arranged in parallel to the high pressure chargers 18, 33, 15.

내연기관 (2) 이 제공되어 있으며, 상기 내연기관은 공기 흡입 리시버 (1) 와, 공기 배출 리시버 또는 배기가스 리시버 (exhaust gas receiver, 3) 를 구비한다. 라인 (5) 을 통해 고압 터보차저의 고압 가스 터빈 (15) 은 배기가스 리시버 (3) 에 연결되어 있다. 이에 대해 병렬로, 라인 (5, 22) 들을 통해 제어밸브 (23) (상기 제어밸브를 통해 각각의 터빈이 스위치 오프 (switch off) 되거나 또는 조절될 수 있다), 및 EGR 압축기 (29) 를 위한 가스 터빈 (24) 이 연결되어 있다. 이에 대해 병렬로, 게다가 EGR 압축기 (29), 및 이것의 상류에 접속되고 EGR 가스를 세척 및 냉각시키기 위한 모듈 (27) 이 배기가스 리시버 (3) 에 연결되어 있으며, 상기 모듈의 상류에는 그 밖의 제어밸브 (26) 가 접속되어 있다.An internal combustion engine 2 is provided, which has an air intake receiver 1 and an air exhaust receiver or an exhaust gas receiver 3. The high pressure gas turbine 15 of the high pressure turbocharger is connected to the exhaust gas receiver 3 via the line 5. In parallel to this, a control valve 23 (each turbine can be switched off or regulated via the control valve) via lines 5, 22, and for the EGR compressor 29 The gas turbine 24 is connected. In parallel with this, in addition, an EGR compressor 29 and a module 27 connected upstream thereof and connected to the exhaust gas receiver 3 for washing and cooling the EGR gas are connected upstream of the module. The control valve 26 is connected.

즉, 배기가스 유동은 3 개의 부분 유동으로 나뉜다. 제 1 부분유동은 고압 터빈 (15) 을 구동시키며, 그리고 그 후 라인 (16) 을 통해 제 2 배기가스 리시버 (중간 압력) (4) 에 공급된다. 제 2 부분유동은 재순환 터빈 (24) 을 구동시키며, 그리고 라인 (25) 을 통해 마찬가지로 상기 제 2 배기가스 리시버에 공급된다. 제 3 부분유동은 EGR 터보차저 (24, 34, 29) 의 압축기 (29) 에 공급된다. 참조 부호 (33 및 34) 들은 각각의 터빈들과 압축기들 사이의 상응하는 구동 샤프트들을 표시한다.That is, the exhaust gas flow is divided into three partial flows. The first partial flow drives the high pressure turbine 15, and is then supplied to the second exhaust gas receiver (medium pressure) 4 via line 16. The second partial flow drives the recycle turbine 24 and is likewise supplied to the second exhaust gas receiver via line 25. The third partial flow is supplied to the compressor 29 of the EGR turbochargers 24, 34, 29. Reference numerals 33 and 34 denote corresponding drive shafts between the respective turbines and compressors.

압축된 배기가스 유동은 라인 (30) 을 통해, 선택적으로 제공되어 있는 EGR 냉각기 (31) 에 공급된다. 라인 (41) 을 통해, 결과로 생긴 압축된 배기가스 유동은 공기 리시버 (1) 에 공급된다. 작동 안전을 개선하기 위해, 체크밸브 (101) 가 라인 (41) 안에 제공되어 있을 수 있다.Compressed exhaust gas flow is supplied via line 30 to an optionally provided EGR cooler 31. Via line 41, the resulting compressed exhaust gas flow is supplied to the air receiver 1. In order to improve operational safety, a check valve 101 may be provided in line 41.

제 2 배기가스 리시버 (4) 로부터 배기가스 유동은 라인 (6) 을 통해 저압 터빈 (7) 에 공급되며, 그리고 그 후 라인 (8) 을 통해 바깥으로 방출되고, 또는 하류에 접속되어 있는 시스템, 예컨대 열회수를 위한, 배기가스 후처리를 위한 시스템으로 넘겨지거나 또는 연통으로 넘겨진다.The exhaust gas flow from the second exhaust gas receiver 4 is supplied to the low pressure turbine 7 via the line 6, and then discharged outward through the line 8, or connected downstream. For example, it is passed to or in communication with a system for exhaust aftertreatment for heat recovery.

라인 (9) 을 통해, 시스템 안으로의 공기 흡입이 수행된다. 라인 (9) 은 공기를 저압 압축기 (10) 에 공급하며, 상기 저압 압축기는 연결 샤프트 (32) 를 통해 저압 터빈 (7) 과 연결되어 있다. 압축기 (10) 로부터 분출되는 공기는 라인 (11) 을 통해 공기 냉각기 (12) 에 넘겨지고, 상기 공기 냉각기는 결과로 생긴 냉각된 공기를 라인 (11) 을 통해 고압 압축기 (18) 에 넘겨준다. 고압 압축기 (18) 로부터 배출되는 공기는 라인 (19) 을 통해 그 밖의 공기 냉각기 (21) 에 넘겨지고, 그리고 그 후 라인 (19) 의 연장부를 통해 공기 리시버 (1) 에 공급된다.Via line 9, air intake into the system is performed. Line 9 supplies air to the low pressure compressor 10, which is connected to the low pressure turbine 7 via a connecting shaft 32. Air blown out of the compressor 10 is passed to the air cooler 12 via the line 11, which passes the resulting cooled air to the high pressure compressor 18 via the line 11. The air discharged from the high pressure compressor 18 is passed to the other air coolers 21 via the line 19 and then supplied to the air receiver 1 through the extension of the line 19.

본 발명의 기초를 이루는 문제의 바람직한 해결책은, 과급을 2 단으로 형성하고, 그리고 EGR 터보차저를 고압 터보차저들과 병행하여 작동하도록 하는 것이다. 상기 2 단 과급은 과급 효율의 개선을 수반하며, 이는 또한 EGR 압축기가 보다 높은 압력차를 극복해야 한다는 부수 효과를 가진다.The preferred solution of the problem underlying the present invention is to form the supercharge in two stages, and to allow the EGR turbocharger to work in parallel with the high pressure turbochargers. The two stage supercharging entails an improvement in the charging efficiency, which also has the side effect that the EGR compressor must overcome the higher pressure differential.

다른 한편으로는, EGR 터빈은 보다 낮은 팽창비를 갖고 작동하는데, 왜냐하면 그것은 가스를 단지 배기가스 리시버 안의 압력으로부터 저압 터빈들의 입구에서의 압력까지 팽창시키기 때문이다.On the other hand, the EGR turbine operates with a lower expansion ratio because it expands the gas only from the pressure in the exhaust gas receiver to the pressure at the inlet of the low pressure turbines.

상기 두 효과는, 질량유량이 압축기측에서 또한 터빈측에서 보다 유리한 비율 안에 놓이게 하며, 그리고 그 결과 터빈의 런 수 (run number) 가 마찬가지로 최적의 범위를 향해 올라가도록 한다.Both effects allow the mass flow rate to lie in a more favorable ratio on the compressor side and on the turbine side, as a result of which the run number of the turbine likewise rises towards the optimum range.

추가적인 장점은, EGR 터빈을 구동시키기 위해 사용되는 가스의 잔류 에너지가 저압 터빈 (ND 터빈) 안으로 계속해서 이용될 수 있다는 것이다.A further advantage is that the residual energy of the gas used to drive the EGR turbine can continue to be used into the low pressure turbine (ND turbine).

상기 시스템은, 높은 EGR 비율을 갖고 엔진을 작동시키고, 그리고 그럼에도 불구하고 과급 및 엔진의 높은 효율을 유지시키는 것을 허용한다. 이는 2 단 과급의 좋은 효율, 및 재순환 차저의 좋은 효율 덕택에 이루어진다. 런 수 문제를 완화시킴으로써, 이미 알려져 있는 구성요소들이 사용될 수 있기 때문에 재순환 차저를 위한 비용도 감소될 수 있으며, 반면 1단 과급의 경우에는 극단 목표값들을 가진 새로운 개발이 필요할 것이다.The system allows to operate the engine with a high EGR ratio and nevertheless allow to supercharge and maintain the high efficiency of the engine. This is due to the good efficiency of the two stage supercharging and the good efficiency of the recycle charger. By mitigating the run-time problem, the cost for recycle chargers can be reduced because already known components can be used, while in the case of first-stage supercharging, new development with extreme target values will be needed.

1단 과급과 비교한 2 단 과급의 장점들은 여기에서 특별히 설명될 필요가 없다. 중간 냉각을 가진 2 단 과급은 훨씬 더 높은 효율을 갖고 과급의 훨씬 더 높은 압력비에 도달하는 것을 허용한다. 이는 엔진을 위해 일반적으로 보다 높은 효율, 또한 성능 향상을 위한 잠재력, 특별히 밀러 프로세스를 통한 배출감소, 및 조절을 위한 보다 높은 유연성을 의미한다. 모든 이 장점들은 상기 제안된 시스템을 갖고 얻어질 수 있다.The advantages of two-stage supercharge over the one-stage supercharge need not be described specifically here. Two-stage supercharging with intermediate cooling has a much higher efficiency and allows to reach even higher pressure ratios of supercharging. This generally means higher efficiency for the engine, as well as the potential for improved performance, especially emissions reduction through the Miller process, and higher flexibility for regulation. All these advantages can be obtained with the proposed system.

도 2 는 고압 압축기 (18) 안에서의 EGR 압축을 가진 과급 시스템 (100) 을 보이고 있다. 라인 (28) 이 제공되어 있으며, 상기 라인은 배기가스 유동의 일부를 배기가스 리시버 (3) 로부터, EGR 경로를 스위치 오프하기 위한 밸브 (26) 를 통해 파워 터빈 (202) 에 공급한다. 그 후, 파워 터빈 (202) 으로부터 배기가스 유동은 세척 모듈 (27) 에 도달하며, 상기 세척 모듈은 EGR 가스를 냉각시키기 위해서도 이용된다. 그 후, 세척된, 그리고 냉각된 배기가스는 라인 (201) 및 라인 (11) 을 통해 고압 압축기 (18) 에 도달한다.2 shows the supercharging system 100 with EGR compression in the high pressure compressor 18. Line 28 is provided, which supplies a portion of the exhaust gas flow from the exhaust gas receiver 3 to the power turbine 202 via a valve 26 for switching off the EGR path. Thereafter, the exhaust gas flow from the power turbine 202 reaches the cleaning module 27, which is also used to cool the EGR gas. The washed and cooled exhaust gas then reaches high pressure compressor 18 via lines 201 and 11.

본 발명의 이 실시예에서, 고압 차저의 압축기는 추가적으로 재순환 유동을 위한 압축기로서 사용된다. EGR 유동은 상기 배기가스 리시버로부터 인출되며, 그리고 고압 압축기의 입구 앞에서의 컨디셔닝 (냉각, 세척, 필터링,...) 후 메인 유동과 혼합된다. 이 실시의 장점은 EGR 터보차저가 제거되고, 그리고 이로 인해 시스템이 보다 간단해진다는 것이다. 파워 터빈은 이 실시의 기능을 위해 필수적이지는 않다. 간단해진 실시에서 - 파워 터빈 없이 -, 고압 터빈의 입구 압력으로부터 고압 압축기의 입구 압력까지의 EGR 가스의 팽창 에너지는 사용되지 않고 있다: 가스는 밸브 (26) 안에서만 차단된다. 매우 큰 엔진들에 있어서, 이 팽창 에너지는 경미하지 않을 수 있고, 그러므로 EGR 경로 안으로의 파워 터빈의 통합은 흥미있는 옵션임이 드러난다. 시스템의 조절 가능성을 개선하기 위해, 파워 터빈이 가변 유동면을 구비하면 또한 유리하다.In this embodiment of the invention, the compressor of the high pressure charger is additionally used as a compressor for the recycle flow. The EGR flow is withdrawn from the exhaust receiver and mixed with the main flow after conditioning (cooling, washing, filtering, ...) in front of the inlet of the high pressure compressor. The advantage of this implementation is that the EGR turbocharger is eliminated, which makes the system simpler. Power turbines are not essential for the function of this implementation. In a simplified implementation-without a power turbine-the expansion energy of the EGR gas from the inlet pressure of the high pressure turbine to the inlet pressure of the high pressure compressor is not used: the gas is shut off only in the valve 26. For very large engines, this expansion energy may not be slight, so the integration of the power turbine into the EGR path turns out to be an interesting option. In order to improve the controllability of the system, it is also advantageous if the power turbine has a variable flow surface.

도 3 은 고압 차저 (18, 33, 15) 에 대해 병렬이며, 단락식 EGR 터보차저를 가진 과급 시스템 (100) 을 보이고 있다. 모듈 (27) (상기 모듈은 예컨대 이른바 스크러버, 냉각기 또는 열교환기이다) 을 통해 세척된, 그리고 냉각된 EGR 가스 유동은 라인 (301) 을 통해 압축기 (29) 에 공급된다. 동시에, 배기가스 유동의 일부는 밸브 (302) 를 통해 바깥으로 공급될 수 있거나, 또는 연결되어 있는, 하류에 접속되어 있는 시스템에 공급될 수 있다.3 shows a supercharge system 100 in parallel with the high pressure chargers 18, 33, 15 and with a short-circuit EGR turbocharger. The washed and cooled EGR gas flow through module 27 (such as a so-called scrubber, cooler or heat exchanger) is fed to compressor 29 via line 301. At the same time, a portion of the exhaust gas flow may be supplied outward through the valve 302 or may be supplied to a system connected downstream, which is connected.

본 발명의 이 실시예에서, 재순환 터보차저는 단락된다. EGR 유동은 우선 재순환 차저의 터빈 안으로 팽창되며, 그 후 컨디셔닝 (냉각, 세척, 필터링,...) 이 수행되고, 그리고 후속하여 재순환 차저의 압축기 안에서의 압축이 수행된다. 이 실시는 EGR 압축기의 보다 높은 압력비를 요구하며, 이를 위해 EGR 터빈을 구동시키기 위한 가스 유동이 절약될 수 있다. 기계에 시동을 걸기 위해, 또한 성능 조절을 위해, 터빈의 질량유량을 조절 가능한 블로우 오프 밸브 (blow-off valve, 302) 를 통해 상승시키는 가능성이 적절하게 제공되어 있다.In this embodiment of the invention, the recycle turbocharger is shorted. The EGR flow is first expanded into the turbine of the recycle charger, after which conditioning (cooling, washing, filtering, ...) is performed, followed by compression in the compressor of the recycle charger. This implementation requires a higher pressure ratio of the EGR compressor, for which gas flow for driving the EGR turbine can be saved. For starting up the machine, and also for performance control, the possibility of raising the mass flow of the turbine via an adjustable blow-off valve 302 is appropriately provided.

엔진을 EGR 없이도 구동시키는 것이 유리한 적용 경우들, 예컨대 선박 엔진을 위한 적용 경우들이 있다. 이 경우, 고압 터보차저는 문제 없이 계속 가동될 수 있다. 하지만 저압 차저는 압축기 특성곡선 안에서의 작동점의 큰 이동을 경험할 것이다. 압축기의 효율손실을 제한하기 위해, 충분히 특성곡선 폭이 아직 존재하도록 저압 차저를 위한 매우 적당한 압력비에 있어서의 설계가 제공되어 있다.There are application cases where it is advantageous to drive the engine without EGR, for example for marine engines. In this case, the high pressure turbocharger can continue to operate without problems. However, low pressure chargers will experience large shifts in the operating point within the compressor characteristic curve. In order to limit the efficiency loss of the compressor, a design is provided at a very suitable pressure ratio for the low pressure charger such that the characteristic curve width still exists.

EGR 을 갖고, 또는 갖지 않고 엔진 작동을 가능하게 하기 위해, 추가적인 가변성이 과급 시스템 안에 존재한다.In order to enable engine operation with or without EGR, additional variability is present in the supercharging system.

제 1 가능성은, 전체 용량을 다수의 저압 터보차저들 사이에서 분할하는 것이다. 저압 터보차저들 중 하나는 거의 EGR 비율에 상응하는 용량을 가지며, 그리고 EGR 이 스위치 오프되면 레지스터 회로 안에서 단지 액티브하다. 이 경우, 과급은 과급압력의 비교 가능한 값들 및 두 작동 모드에서의 효율을 제공할 수 있다.The first possibility is to divide the total capacity among the plurality of low pressure turbochargers. One of the low pressure turbochargers has a capacity almost equal to the EGR ratio, and is only active in the register circuit when the EGR is switched off. In this case, supercharging can provide comparable values of the boost pressure and efficiency in both modes of operation.

그 밖의 가능성은 엔진의 밸브 타이밍을 가변적으로 형성하는 것이다. 오늘날의 많은 엔진들은 이른바 밀러 프로세스로 작동된다. 이는 4 행정 엔진에 있어서, 흡입 리시버 안의 밀도 및 스트로크 부피에 상응하는 질량보다 실린더가 훨씬 더 적은 과급을 얻도록, 흡입 밸브의 폐쇄를 통해, 최적의 충전을 가진 각도보다 더 이르게 또는 보다 후에 달성될 수 있다. 이는 2 행정 엔진에 있어서는 방출 밸브를 나중에 폐쇄함으로써 생산될 수 있다. EGR 을 가진 작동에서의 밀러효과가 EGR 를 갖지 않은 작동에서보다 작으면 특히 바람직하다. 이를 통해, 압축기 특성곡선 안에서의 작동점이 이동이 감소될 수 있다. 또한, EGR 을 갖지 않은 작동에서의 충전의 감소는, 보다 높은 과급압력에 의한 공기 비율 및 최대 실린더 압력의 상승을 감소시키는 것을 허용한다. 특히 4 행정 엔진에 있어서, 밸브 오버랩의 변화를 통해 엔진의 투과성, 즉 과급압력과 출력간의 관련성이 더욱 영향을 받을 수 있다.Another possibility is to vary the valve timing of the engine. Many of today's engines run on so-called Miller processes. This is achieved in a four-stroke engine earlier or later than the angle with optimum filling, through the closing of the intake valve, so that the cylinder obtains much less supercharge than the mass corresponding to the density and stroke volume in the intake receiver. Can be. This can be produced for a two-stroke engine by closing the discharge valve later. It is particularly preferable if the Miller effect in the operation with EGR is smaller than in the operation without EGR. This can reduce movement of the operating point within the compressor characteristic curve. In addition, the reduction in filling in operation without EGR allows to reduce the increase in the air ratio and the maximum cylinder pressure due to higher boost pressure. In particular, in a four-stroke engine, the permeability of the engine, i.e., the relationship between the boost pressure and the output, can be further affected by the change in the valve overlap.

터빈들의 유동면들은, EGR 을 가진 작동에서의 요구된 과급압력을 발생시키기 위해 상기 유동면들이 구동 파워를 압축기들에 주도록 설계되어 있다. EGR 를 갖지 않은 작동 동안 터빈들은 더 많은 질량을 얻으며, 그리고 이로 인해 더 많은 파워를 생산한다. 이 파워를 감소시키기 위해, 여러 가지 가능성이 있다:The flow surfaces of the turbines are designed such that the flow surfaces give drive power to the compressors in order to generate the required boost pressure in operation with EGR. Turbines gain more mass during operation without EGR, and thus produce more power. To reduce this power, there are several possibilities:

- 고압 터빈에 가변 유동면을 제공하기.-Provide a variable flow surface for the high pressure turbine.

- 저압 터빈에 가변 유동면을 제공하기.Providing a variable flow surface for the low pressure turbine.

- 고압 터빈 둘레에 고압-웨이스트 게이트, 즉 바이패스 라인을 제공하기.Providing a high-pressure waste gate, ie a bypass line, around the high-pressure turbine.

- 저압 터빈 둘레에 저압-웨이스트 게이트, 즉 바이패스 라인을 제공하기.Providing a low pressure-waste gate, ie a bypass line, around the low pressure turbine.

- 두 터빈 둘레에 시스템-웨이스트 게이트, 즉 바이패스 라인을 제공하기.Providing a system-waste gate, ie a bypass line, around the two turbines.

가변 터빈면은 터빈 출력을 가장 적은 효율손실을 갖고 감소시키는 것을 허용한다. 이 손실은 고압-웨이스트 게이트를 갖고 보다 높으며, 그리고 다른 웨이스트 게이트 변형들을 갖고 더욱 더 높다.The variable turbine face allows to reduce the turbine output with the least efficiency loss. This loss is higher with the high-pressure gate, and even higher with other waste gate variants.

EGR 을 갖지 않은 작동에서의 과잉 배기가스 에너지는, 파워 터빈이 터빈 바이패스 라인 안에 통합되면 상기 파워 터빈 안으로 옮겨질 수 있다. 시스템의 조절 가능성을 개선하기 위해, 파워 터빈이 가변 유동면을 구비하면 또한 유리하다. 대안적으로, 과잉 파워는 곧장 터보차저 샤프트로부터 인출될 수 있다 (power take-out). 터보차저 샤프트에 대한 연결부가 존재하면, 상기 연결부는 power take-in 으로서 사용될 수도 있으며, 즉 외부 파워가 필요시 공급될 수 있다.Excess exhaust energy in operation without EGR can be transferred into the power turbine once it is integrated into the turbine bypass line. In order to improve the controllability of the system, it is also advantageous if the power turbine has a variable flow surface. Alternatively, excess power can be taken straight out of the turbocharger shaft. If there is a connection to the turbocharger shaft, the connection may be used as a power take-in, i.e. external power may be supplied when necessary.

압축기 특성곡선 안에서의 작동점들의 이동 문제는 다음과 같이 표현될 수 있다:The problem of movement of operating points within the compressor characteristic curve can be expressed as:

압축기들이 EGR 을 가진 최적의 작동을 위해 설계되면, 그것들은 EGR 을 갖지 않은 작동 동안 너무 큰 체적유량 및 너무 큰 압력을 갖고 작동한다; 이는 보다 나쁜 효율, 및 경우에 따라서는 압축기의 흡수 한계 또는 회전수 한계의 초과를 초래한다.If the compressors are designed for optimal operation with EGR, they operate with too large volume flow and too high pressure during operation without EGR; This results in worse efficiency and, in some cases, exceeding the absorption limit or rotational speed limit of the compressor.

압축기들이 EGR 을 갖지 않은 최적의 작동을 위해 설계되면, 그것들은 EGR 을 가진 작동 동안 너무 작은 체적유량 및 너무 적은 압력을 갖고 작동한다; 이는 펌핑 리미트 (pumping limit) 의 초과를 초래할 수 있다.If compressors are designed for optimal operation without EGR, they operate with too little volume flow and too little pressure during operation with EGR; This can lead to an excess of the pumping limit.

엔진 둘레의 바이패스 라인은 펌핑을 저지하는 것을 도울 수 있다. 이 바이패스 라인은 연결부로서 나타내질 수 있다:Bypass lines around the engine can help prevent pumping. This bypass line can be represented as a connection:

- 고압 압축기로부터 고압 터빈으로의 (HD 바이패스).-From the high pressure compressor to the high pressure turbine (HD bypass).

- 저압 압축기로부터 저압 터빈으로의 (ND 바이패스).-From the low pressure compressor to the low pressure turbine (ND bypass).

- 고압 압축기로부터 저압 터빈으로의 (HD/ND 바이패스).-From the high pressure compressor to the low pressure turbine (HD / ND bypass).

가변 압축기의 기하학적 구조는 압축기의 최적의 작동범위를 이동시킬 수 있는 그 밖의 가능성이다. 장점은 바이패스 변형들과 비교하여 더 적은 에너지가 압축을 위해 소모될 수 있다는 것이다. 가변성은 바람직하게는 저압 압축기에 이용될 수 있으며, 그리고 다음과 같이 실현될 수 있다:The geometry of the variable compressor is another possibility of shifting the optimum operating range of the compressor. The advantage is that less energy can be consumed for compression compared to bypass variants. The variability can preferably be used in low pressure compressors, and can be realized as follows:

- 가변적인 (회전 가능한) 디퓨저 베인 (diffuser vanes).Variable (rotatable) diffuser vanes.

- 압축기 입구에서의 스월을 발생시키기 위한 조절 가능한 장치.An adjustable device for generating swirl at the compressor inlet.

도 4 는 고압 차저에 대해 병렬로 접속되어 있는 EGR 터보차저를 가진 과급 시스템 (100) 을 보이고 있으며, 이때 저압 차저 (10, 32, 7) 는 레지스터 회로 안에 설계되어 있다. 제 2 배기가스 리시버 (4) 에는, 라인 (13) 및 (각각의 캐빈을 스위치 오프하기 위한) 밸브 (14) 를 통해 터빈 (36) 이 연결되어 있다. 방출된 가스유동은 라인 (37) 을 통해 외부에 방출되거나 또는 하류에 접속되어 있는 시스템에 방출된다. 샤프트 (35) 를 통해 터빈 (36) 은 압축기 (38) 와 연결되어 있다. 압축기 (38) 에는, 라인 (17) 을 통해, 예컨대 바깥으로부터 들어오는 공기가 공급된다. 압축된 공기는 압축기 (38) 로부터 밸브 (20) 를 통해 공기 냉각기 (40) 에 공급되며, 그리고 그 후 라인 (39) 및 라인 (11) 을 통해 고압 압축기 (18) 에 공급된다.4 shows a supercharge system 100 with an EGR turbocharger connected in parallel to a high pressure charger, in which the low pressure chargers 10, 32, 7 are designed in a resistor circuit. The turbine 36 is connected to the second exhaust gas receiver 4 via a line 13 and a valve 14 (for switching off respective cabins). The released gas flow is released externally via line 37 or to a system connected downstream. The turbine 36 is connected with the compressor 38 via the shaft 35. Compressor 38 is supplied with air, for example from outside, via line 17. The compressed air is supplied from the compressor 38 to the air cooler 40 via the valve 20 and then to the high pressure compressor 18 via the line 39 and the line 11.

상기 공기 냉각기를 통해 생성된 저압 압축기 (10) 의 냉각된 공기는 마찬가지로 라인 (11) 을 통해 고압 압축기 (18) 에 공급된다.The cooled air of the low pressure compressor 10 produced through the air cooler is likewise supplied to the high pressure compressor 18 via line 11.

도 5 는 제 1 조절 가능성들을 가진 고압 차저에 대해 병렬인 EGR 터보차저를 가진 과급 시스템 (100) 을 보이고 있다. 다수의 가변 바이패스 라인 (501 내지 506) 들이 제공되어 있다. 바이패스 라인 (501) 은 고압 압축기의 출구와 고압 터빈 (15) 의 입구 사이에 접속되어 있다. 가변 바이패스 라인 (502) 은 고압 압축기 (18) 의 출구와 저압 터빈 (7) 의 입구 사이에 접속되어 있다. 가변 바이패스 라인 (503) 은 저압 압축기 (10) 의 출구와 저압 터빈 (7) 의 입구 사이에 접속되어 있다. 가변 바이패스 라인 (504) 은 고압 터빈 (15) 의 입구와 그의 출구 사이에 접속되어 있다. 가변 바이패스 라인 (505) 은 고압 터빈 (15) 의 입구와 저압 터빈 (7) 의 출구 사이에 접속되어 있다. 가변 바이패스 라인 (506) 은 저압 터빈의 입구와 그의 출구 사이에 접속되어 있다. 상기 가변 바이패스 라인들은 상응하는 제어밸브들을 구비하고 있다.5 shows a supercharge system 100 with an EGR turbocharger in parallel to a high pressure charger with first adjustable possibilities. Multiple variable bypass lines 501-506 are provided. The bypass line 501 is connected between the outlet of the high pressure compressor and the inlet of the high pressure turbine 15. The variable bypass line 502 is connected between the outlet of the high pressure compressor 18 and the inlet of the low pressure turbine 7. The variable bypass line 503 is connected between the outlet of the low pressure compressor 10 and the inlet of the low pressure turbine 7. The variable bypass line 504 is connected between the inlet of the high pressure turbine 15 and the outlet thereof. The variable bypass line 505 is connected between the inlet of the high pressure turbine 15 and the outlet of the low pressure turbine 7. Variable bypass line 506 is connected between the inlet and the outlet of the low pressure turbine. The variable bypass lines have corresponding control valves.

이 이외에, 제어밸브 (507) 는 파워 터빈 (508) 과 제 2 배기가스 리시버 (4) 사이에 접속되어 있다.In addition to this, the control valve 507 is connected between the power turbine 508 and the second exhaust gas receiver 4.

제 2 파워 터빈 (509) 은 상응하는 제어밸브를 가진 가변 라인 (510) 을 통해 라인 (5) 에 연결되어 있다.The second power turbine 509 is connected to the line 5 via a variable line 510 with a corresponding control valve.

상응하는 파워 터빈들이 설치되어 있으면, 가변 바이패스 라인 (504 내지 506) 들은 선택적이다.Variable bypass lines 504-506 are optional if corresponding power turbines are installed.

도 6 은 제 2 조절 가능성들을 가진 고압 차저에 대해 병렬인 EGR 터보차저를 가진 과급 시스템 (100) 을 보이고 있다. 예컨대, 공기는 파워 터빈 (509) 으로부터 바깥으로 (시스템 출구) 배출되거나 또는 하류에 접속되어 있는 시스템에 배출되고, 그리고 제 2 배기가스 리시버에 공급되지 않는다. 참조 부호 (601, 602) 는 두 터보차저 (18, 33, 15 및 10, 32, 7) 의 Power take-in/Power take-out (PTI/PTO) 연결부들을 표시한다.6 shows a supercharge system 100 with an EGR turbocharger in parallel to a high pressure charger with second adjustable possibilities. For example, air is discharged from the power turbine 509 outwards (system outlet) or to a system connected downstream, and not supplied to the second exhaust gas receiver. Reference numerals 601, 602 denote Power take-in / Power take-out (PTI / PTO) connections of two turbochargers 18, 33, 15 and 10, 32, 7.

도 2, 도 5 및 도 6 에서의 참조 부호 (203, 511, 512, 601, 602) 는 각각 발전기 또는 엔진/발전기를 표시한다. 그것은 파워 터빈 또는 PTI/PTO 를 위한 부하, 즉 발전기 또는 전기 엔진/발전기, 엔진의 크랭크 샤프트와의 연결을 위한 기어, 펌프 또는 유압식 펌프/터빈에 관한 것이다.Reference numerals 203, 511, 512, 601, 602 in FIGS. 2, 5 and 6 denote generators or engine / generators, respectively. It relates to loads for power turbines or PTI / PTOs, ie generators or electric engines / generators, gears, pumps or hydraulic pumps / turbines for connection with the crankshaft of the engine.

도 3, 도 5 및 도 6 에서의 참조 부호 (303) 는 바깥으로 안내하거나, 또는 하류에 접속되어 있는 시스템과 연결되어 있는 시스템의 출구를 표시한다.Reference numerals 303 in FIGS. 3, 5 and 6 indicate the exit of the system which is guided outward or connected with the system connected downstream.

엔진 (2) 은 도 5 및 도 6 에 다른 실시예들에서 가변 밸브 타이밍을 가진다.The engine 2 has variable valve timing in other embodiments in FIGS. 5 and 6.

도 7 은 본 발명의 실시예들에 따른 2대의 차량을 보이고 있다. 제 1 차량 (601) 은 선박이며 제 2 차량 (602) 은 기관차이고, 상기 차량들은 각각의 경우에 있어 드라이브로서 본 발명에 따른 과급 시스템 (100) 을 가진 대형 엔진을 구비하고 있다.7 shows two vehicles according to embodiments of the invention. The first vehicle 601 is a ship and the second vehicle 602 is a locomotive, which vehicles in each case are equipped with a large engine with a supercharging system 100 according to the invention.

도 8 은 발전소 대형 엔진을 위해 제공되어 있는 과급 시스템 (100) 을 가진 발전소 (700) 를 보이고 있다.8 shows a power plant 700 with a charging system 100 provided for a power plant large engine.

도 9 는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도를 보이고 있다.9 shows a flowchart of a method according to an embodiment of the invention.

단계 (901) 에서, 직렬로 배치된 2 개의 터보차저에 의한 내연기관의 2 단 과급이 수행된다. 재순환 경로 안에 배치되어 있는 압축기를 단계 (902) 에서 터빈을 통해 구동시킴으로써, 내연기관의 배출부로부터 재순환 경로를 통해 내연기관의 흡입부로의 내연기관의 배기가스의 재순환이 수행되며, 단계 (903) 에서는 압축기를 통해 재순환시의 배기가스의 압력상승이 수행된다.In step 901, two stage supercharging of the internal combustion engine by two turbochargers arranged in series is performed. By driving the compressor disposed in the recirculation path through the turbine in step 902, recirculation of the exhaust gas of the internal combustion engine from the outlet of the internal combustion engine to the inlet of the internal combustion engine is carried out via the recirculation path, step 903. In this case, the pressure rise of the exhaust gas during recirculation through the compressor is performed.

상기 설명된 실시예들에서, 저압 압축기들의 레지스터 회로가 특히 바람직하다. 이 이외에, 상기 실시예들 중 어느 하나와 관련하여 설명되었던 특징들 또는 단계들은 설명된 상기 다른 실시예들의 다른 특징들 또는 단계들과 조합되어 사용될 수도 있다는 것을 참조하도록 한다. 시스템 효율에 대한, 또는 비용 또는 다양성에 대한 우선순위 설정은 각각의 경우에 있어 적합한 해결의 선택에 결정적이다.In the embodiments described above, the resistor circuit of low pressure compressors is particularly preferred. In addition, it should be noted that the features or steps described in connection with any of the above embodiments may be used in combination with other features or steps of the other embodiments described above. Prioritizing system efficiency, or cost or diversity, is critical to the choice of the appropriate solution in each case.

'포함하는' 및 '구비하는' 는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, '하나의' 는 다수 개를 배제하지 않는 다는 점을 또한 참조하도록 한다. 청구항들에서의 참조 부호들은 제한으로 간주되어서는 안 된다. Note also that 'comprising' and 'comprising' do not exclude other elements or steps, and 'one' does not exclude a plurality. Reference signs in the claims should not be considered limiting.

1 : 공기 리시버
2 : 내연기관
3 : 배기가스 리시버
4 : 제 2 배기가스 리시버 (중간 압력)
5, 6, 13, 22 : 배기가스 리시버로부터 터빈 입구로의 연결부
14, 23 : 각각의 터빈을 스위치 오프하기 위한 밸브
7, 15, 24, 36 : 가스 터빈
8, 37, 303 : 하류에 접속되어 있는 시스템으로의 연결부 (열회수, 배기가스 후처리, 연통,...)
16, 25 : 터빈 출구로부터 중간 압력 배기가스 리시버로의 연결부
9, 17 : 시스템 안으로의 공기 유입부
10, 18, 29, 38 : 압축기
19 : 압축기 출구로부터 공기 리시버로의 연결부
11. 39 : 압축기 출구로부터 고압 압축기로의 연결부
12, 21, 40 : 공기 냉각기
20 : 압축기를 스위치 오프하기 위한 밸브
26 : EGR 경로를 스위치 오프하기 위한 밸브
27 : EGR 가스를 세척 및 냉각시키기 위한 모듈 (스크러버, 냉각기, 열교환기,...)
28, 201 : 배기가스 리시버로부터 EGR 압축기로의 연결부
30, 41 : EGR 압축기로부터 공기 리시버로의 연결부
31 : EGR 냉각기 (선택적인)
32, 33, 34, 35 : 터보차저, 또는 터빈과 압축기 사이의 연결 샤프트
202, 508, 509 : 파워 터빈
501 내지 506 : 밸브들을 가진 가변 바이패스 라인
507, 510 : 밸브들을 가진 가변 라인
203, 511, 512, 601, 602 : 발전기 또는 엔진/발전기
101 : 체크 밸브
302 : 조절 밸브
1: air receiver
2: internal combustion engine
3: exhaust gas receiver
4: second exhaust gas receiver (medium pressure)
5, 6, 13, 22: connection from the exhaust gas receiver to the turbine inlet
14, 23: valve for switching off each turbine
7, 15, 24, 36: gas turbine
8, 37, 303: Connection to downstream connected systems (heat recovery, exhaust gas aftertreatment, communication, ...)
16, 25 connection from the turbine outlet to the intermediate pressure exhaust gas receiver
9, 17: air inlet into the system
10, 18, 29, 38: compressor
19: Connection from the compressor outlet to the air receiver
11. 39 connection from the compressor outlet to the high pressure compressor
12, 21, 40: air cooler
20: valve for switching off the compressor
26: valve for switching off the EGR path
27: Module for cleaning and cooling EGR gas (scrubber, cooler, heat exchanger, ...)
28, 201: connection from the exhaust gas receiver to the EGR compressor
30, 41: connection from the EGR compressor to the air receiver
31: EGR cooler (optional)
32, 33, 34, 35: turbocharger or connecting shaft between turbine and compressor
202, 508, 509: power turbine
501 to 506: variable bypass line with valves
507, 510: variable line with valves
203, 511, 512, 601, 602: generator or engine / generator
101: check valve
302: control valve

Claims (14)

내연기관을 위한 2 단 과급 시스템으로서, 상기 과급 시스템 (100) 은
제 1 터빈 (7) 과 제 1 압축기 (10) 를 가진 저압 터보차저 (7, 10);
제 2 터빈 (15) 과 제 2 압축기 (18) 를 가진 고압 터보차저 (15, 18);
이때 저압 터보차저 (7, 10) 는 고압 터보차저 (15, 18) 에 대해 직렬로 배치되어 있으며, 따라서 제 2 터빈 (15) 으로부터 나오는 배기가스 유동은 제 1 터보차저 (7, 10) 의 제 1 터빈 (7) 에 공급된다,
내연기관 (2) 의 배기가스를 내연기관 (2) 의 배출부 (3) 로부터 내연기관 (2) 의 흡입부 (1) 로 재순환시키기 위한 재순환 경로 (28, 30, 41, 201);
재순환 경로 (28, 30, 41, 201) 안에 배치되어 있으며, 그리고 배기가스의 압력을 상승시키는데 쓰이는 배기가스 압축기 (18, 29) 를 구비하며,
이때 배기가스 압축기 (24) 는 제 3 터빈 (24) 에 의해 구동되어 있고, 상기 제 3 터빈은 고압 터보차저 (15, 18) 의 제 2 터빈 (15) 에 대해 병렬로 접속되어 있으며, 따라서 제 3 터빈 (24) 으로부터 나오는 배기가스 유동은 저압 터보차저 (7, 10) 의 제 1 터빈 (7) 에 공급되는 내연기관을 위한 2 단 과급 시스템.
As a two-stage supercharging system for an internal combustion engine, the supercharging system 100
Low pressure turbochargers 7, 10 having a first turbine 7 and a first compressor 10;
High pressure turbochargers 15, 18 having a second turbine 15 and a second compressor 18;
The low pressure turbochargers 7, 10 are then arranged in series with respect to the high pressure turbochargers 15, 18, so that the exhaust gas flow from the second turbine 15 is controlled by the first turbochargers 7, 10. 1 is supplied to the turbine 7,
A recirculation path 28, 30, 41, 201 for recycling the exhaust gas of the internal combustion engine 2 from the discharge part 3 of the internal combustion engine 2 to the intake part 1 of the internal combustion engine 2;
Disposed in the recirculation paths 28, 30, 41, 201, and having exhaust gas compressors 18, 29 used to increase the pressure of the exhaust gas,
At this time, the exhaust gas compressor 24 is driven by the third turbine 24, which is connected in parallel to the second turbine 15 of the high pressure turbochargers 15 and 18, and thus A two-stage supercharge system for an internal combustion engine in which the exhaust gas flow from the three turbines (24) is fed to the first turbine (7) of the low pressure turbocharger (7, 10).
제 1 항에 있어서, 배기가스 압축기 (18) 는 제 2 터보차저 (15, 18) 의 제 2 압축기 (18) 인 내연기관을 위한 과급 시스템.2. The supercharging system according to claim 1, wherein the exhaust gas compressor (18) is a second compressor (18) of a second turbocharger (15, 18). 제 1 항에 있어서, 제 3 터빈 (24) 은 재순환 경로 (28, 30, 41, 201) 안에 배치되어 있는 내연기관을 위한 과급 시스템.2. The supercharging system according to claim 1, wherein the third turbine (24) is arranged in the recirculation path (28, 30, 41, 201). 제 1 항에 있어서,
상기 과급 시스템은 게다가 재순환 경로 (28, 30, 41, 201) 안에 통합되어 있는 파워 터빈 (202) 을 구비하는 내연기관을 위한 과급 시스템.
The method of claim 1,
The charging system further comprises a power turbine (202) integrated into the recirculation path (28, 30, 41, 201).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과급 시스템은 하기의 것들로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 요소를 더 구비하는 내연기관을 위한 과급 시스템:
제 2 압축기 (18) 의 출구를 제 2 터빈 (15) 의 입구와 연결시키기 위한 제 1 가변 바이패스 라인 (501);
제 2 압축기 (18) 의 출구를 제 1 터빈 (15) 의 입구와 연결시키기 위한 제 2 가변 바이패스 라인 (502);
제 1 압축기 (10) 의 출구를 제 1 터빈 (7) 의 입구와 연결시키기 위한 제 3 가변 바이패스 라인 (503);
제 2 터빈 (15) 의 입구를 제 2 터빈 (15) 의 출구와 연결시키기 위한 제 4 가변 바이패스 라인 (504);
제 2 터빈 (15) 의 입구를 과급 시스템의 출구 (8) 와 연결시키기 위한 제 5 가변 바이패스 라인 (505); 및
제 1 터빈 (7) 의 입구를 과급 시스템의 출구 (507) 와 연결시키기 위한 제 6 가변 바이패스 라인 (506).
The charging system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the charging system further comprises at least one element selected from the group consisting of:
A first variable bypass line 501 for connecting the outlet of the second compressor 18 with the inlet of the second turbine 15;
A second variable bypass line 502 for connecting the outlet of the second compressor 18 with the inlet of the first turbine 15;
A third variable bypass line 503 for connecting the outlet of the first compressor 10 with the inlet of the first turbine 7;
A fourth variable bypass line 504 for connecting the inlet of the second turbine 15 with the outlet of the second turbine 15;
A fifth variable bypass line 505 for connecting the inlet of the second turbine 15 with the outlet 8 of the charging system; And
Sixth variable bypass line (506) for connecting the inlet of the first turbine (7) with the outlet (507) of the charging system.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 내연기관의 밸브 타이밍이 가변적인 내연기관을 위한 과급 시스템.The charging system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the valve timing of the internal combustion engine is variable. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 터빈들 중 적어도 하나 또는 압축기들 중 하나 또는 파워 터빈은 적어도 하나의 가변 요소를 구비하는 내연기관을 위한 과급 시스템.7. The supercharging system according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the turbines or one of the compressors or the power turbine has at least one variable element. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 순차적인 과급을 위해 설계되어 있는 내연기관을 위한 과급 시스템.8. Charging system according to any one of the preceding claims, which is designed for sequential charging. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 과급 시스템을 갖는 내연기관.An internal combustion engine having a supercharging system according to any one of claims 1 to 8. 차량을 구동시키기 위한 제 9 항에 따른 내연기관을 갖는 차량.A vehicle having an internal combustion engine according to claim 9 for driving a vehicle. 과급 시스템을 갖고 내연기관을 과급하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
직렬로 배치된 2 개의 배기가스 터보차저들에 의해 내연기관 (2) 을 2 단으로 과급하는 단계로서, 상기 배기가스 터보차저들에 있어서 고압 터보차저 (15, 18) 의 제 2 터빈 (15) 으로부터 나오는 배기가스 유동은 저압 터보차저 (7, 10) 의 제 1 터빈 (7) 에 공급되는, 내연기관 (2) 을 2 단으로 과급하는 단계;
내연기관 (2) 의 배기가스를 내연기관 (2) 의 배출부 (3) 로부터 재순환 경로를 통해 내연기관 (2) 의 흡입부 (1) 로 재순환시키는 단계;
제 2 배기가스 터보차저 (15, 18) 의 제 2 터빈 (15) 에 대해 병렬로 배치되어 있는 터빈 (7, 15, 24) 에 의해, 재순환 경로 안에 배치되어 있는 압축기를 구동시키는 단계;
압축기에 의해 재순환시의 배기가스의 압력을 상승시키는 단계를 구비하는, 과급 시스템을 갖고 내연기관을 과급하기 위한 방법.
A method for supercharging an internal combustion engine with a supercharging system, the method comprising:
Supercharging the internal combustion engine 2 in two stages by means of two exhaust gas turbochargers arranged in series, wherein the second turbine 15 of the high pressure turbochargers 15, 18 in the exhaust gas turbochargers. Exhaust gas flow from the supercharged internal combustion engine 2 in two stages, supplied to the first turbine 7 of the low pressure turbocharger 7, 10;
Recycling the exhaust gas of the internal combustion engine 2 from the outlet 3 of the internal combustion engine 2 to the intake 1 of the internal combustion engine 2 via a recirculation path;
Driving the compressor disposed in the recirculation path by the turbines 7, 15, 24 arranged in parallel to the second turbine 15 of the second exhaust gas turbocharger 15, 18;
Increasing the pressure of the exhaust gas upon recirculation by the compressor.
제 11 항에 있어서, 상기 방법은 게다가 재순환 경로를 통한 배기가스량 및/또는 배기가스 리시버 (1) 안의 과급압력을 조절하는 단계를 구비하는, 과급 시스템을 갖고 내연기관을 과급하기 위한 방법.12. The method according to claim 11, wherein the method further comprises adjusting the amount of exhaust gas through the recirculation path and / or the boost pressure in the exhaust gas receiver (1). 프로그램 요소로서, 상기 프로그램 요소는, 상기 프로그램 요소가 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 과급 시스템을 제어하기 위해 프로세서에서 실행되면 다음의 단계를 실행하도록 프로세서에 지시하는 프로그램 요소:
재순환 경로를 통한 배기가스량 및/또는 배기가스 리시버 (1) 안의 과급압력을 조절하는 단계.
As a program element, the program element instructs the processor to execute the following steps when the program element is executed in the processor to control the supercharging system according to any one of the preceding claims:
Adjusting the amount of exhaust gas through the recirculation path and / or the boost pressure in the exhaust gas receiver 1.
컴퓨터 판독형 매체로서, 상기 컴퓨터 판독형 매체에 프로그램 요소가 저장되어 있으며, 상기 프로그램 요소는, 상기 프로그램 요소가 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 과급 시스템을 제어하기 위해 프로세서에서 실행되면 다음의 단계를 실행하도록 프로세서에 지시하는 컴퓨터 판독형 매체:
재순환 경로를 통한 배기가스량 및/또는 배기가스 리시버 (1) 안의 과급압력을 조절하는 단계.
A computer readable medium having stored thereon a program element on a computer readable medium, the program element being executed by a processor to control the supercharging system according to any one of claims 1 to 8. Computer-readable media that instructs the processor to execute the following steps:
Adjusting the amount of exhaust gas through the recirculation path and / or the boost pressure in the exhaust gas receiver 1.
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