EP1375868B1

Engine brake apparatus for a turbocharged IC engine

Abstract

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EP1375868B1, drawing sheet 1
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Expired 26 June 2022, 4.2 years ago.

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26 claims: 18 independent, 8 dependent

  1. 1
    Motorbremseinrichtung für eine turboaufgeladenen Brennkraftmaschine (1), mit einem zumindest zweistufig ausgebildeten Aufladesystem (10), das mindestens eine Hochdruckstufe (11) sowie mindestens eine der Hochdruckstufe (11) abgasseitig nachgeschalteten und ladeluftseitig vorgeschalteten Niederdruckstufe (12) aufweist, mit mindestens einer mit Auslasskanälen (8) der Brennkraftmaschine (1) verbundenen und abgasseitig der Brennkraftmaschine (1) nachgeschaltet angeordneten Abgasleitung (20, 20A, 20B, 21, 22), mit mindestens einem ersten Verschlusskörper (30), der in einem abgasseitig der Hochdruckstufe (11) nachgeschalteten Bereich der Abgasleitung (22) angeordnet ist, wobei der erste Verschlusskörper (30) derart ausgebildet ist, dass der Abgasdurchfluss und dadurch bedingt ein Druck (P1) in der Abgasleitung (20, 20A, 20B, 21, 22) so veränderbar ist, dass dadurch die Motorbremsleistung bedarfsgemäß variabel einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführungseinrichtung (32, 35) vorgesehen ist, die zumindest eine Abgasrückführleitung (32) aufweist, mittels der eine Teilmenge des Abgases von einer Abgasleitung (20, 20A, 20B) vor einer Turbine (13, 13A, 13B) der Hochdruckstufe (11) einer Ladeluftleitung (25) hinter einem Verdichter (14) der Hochdruckstufe (11) zuführbar ist.
  2. 2
    Motorbremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskörper (30) steuerbar oder regelbar ausgebildet ist.
  3. 3
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verschlusskörper (30) als Regelventil (30) oder als Auspuffbremsklappe oder als Auspuffdrosselklappe ausgebildet ist.
  4. 4
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Verschlusskörper (30) in einem abgasseitig der Niederdruckstufe (12) nachgeschalteten Bereich der Abgasleitung (22) angeordnet ist.
  5. 5
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (32) kein Rückschlagventil vorgesehen ist und dass ein erster Druck (P1) in der Abgasleitung (20, 20A, 20B) vor der Turbine (13, 13A, 13B) stets grösser ist als ein zweiter Druck (P2) in der Ladeluftleitung (25) hinter dem Verdichter (14).
  6. 6
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchflussdrossel (35) vorgesehen ist, die in der Abgasrückführleitung (32) angeordnet ist und über die festgelegt ist, welche Teilmenge des Abgases über die Abgasrückführleitung (32) in die Ladeluftleitung (25) rückgeführt wird.
  7. 7
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader (10) folgende Elemente aufweist:- die Hochdruckstufe (11) enthält mindestens eine abgasseitig angeordnete Hochdruckturbine (13, 13A, 13B) und mindestens einen ladeluftseitig angeordneten Hochdruckverdichter (14), die über eine erste, zwischen verdichter (14), die über eine erste, zwischen diesen angeordnete gemeinsame Welle (15) miteinander gekoppelt sind;- die Niederdruckstufe (12) enthält mindestens eine abgasseitig angeordnete Niederdruckturbine (16) und mindestens einen ladeluftseitig angeordneten Niederdruckverdichter (17), die über eine zweite, zwischen diesen angeordnete gemeinsame Welle (18) miteinander gekoppelt sind;- mindestens ein Ladeluftkühler (26, 27) ist vorgesehen, der ladeluftseitig zwischen einem Verdichter (14, 17) und einem Ladelufteinlass (7) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.
  8. 8
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Turbinen (13, 16) als Turbine mit variabler Turbinengeometrie ausgebildet ist.
  9. 9
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Turbine (13, 13A, 13B) des Turboladers (10) als Zwillingsstromturbine (13A, 13B) ausgebildet ist, bei der zwei Turbinenräder (13A, 13B) parallel geschaltet angeordnet sind.
  10. 10
    Motorbremseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Turbinenräder (13A, 13B) der Zwillingsstromturbine (13A, 13B) einen Abgaskanal mit unterschiedlichem Durchflussquerschnitt aufweisen.
  11. 11
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hochdruckturbine (13, 13A, 13B) jeweils eine Bypassleitung (33A, 33B) mit einem jeweils darin angeordneten zweiten Verschlusskörper (34A, 34B) parallel geschaltet angeordnet ist.
  12. 12
    Motorbremseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils in Bypassleitung (33A, 33B) der Zwillingsstromturbine (13) angeordneten zweiten Verschlusskörper (34A, 34B) unabhängig voneinander steuerbar oder regelbar ausgebildet sind.
  13. 13
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verschlusskörper (30, 34A, 34B) als Ventil und/oder Drossel und/oder Klappe und/oder Schieber ausgebildet ist
  14. 14
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, die ein Steuer- oder Regelsignal bereitstellt, über welches der erste Verschlusskörper (30) und/oder die zweiten Verschlusskörper (34A, 34B) und/oder die Durchflussdrossel (35) und/oder die Turbinen (13, 16) mit variabler Turbinengeometrie steuerbar oder regelbar sind.
  15. 15
    Motorbremseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (40) Bestandteil der Motorsteuerung, die eine programmgesteuerte Einheit, insbesondere einen Mikroprozessor oder Mikrokontroller, aufweist, ist.
  16. 16
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer- oder Regelsignal ein elektrisches oder pneumatisches oder hydraulisches Signal ist.
  17. 17
    Motorbremseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Verschlusskörper (30, 34A, 34B) oder die Durchflussdrossel (35) in einem Gehäuse des Turboladers (10) mitintegriert ist.
  18. 18
    Verfahren zum Betreiben einer Motorbremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei welchem mittels einer Steuereinrichtung (40) ein erster Druck (P1) in einer vor einer Hochdruckturbine (13) der Hochdruckstufe (11) angeordneten Abgasleitung (20, 20A, 20B) in Abhängigkeit von einem Bremsmodus auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas über die Abgasrückführeinrichtung (32, 35) der Ladeluftleitung (25) zugeführt wird und die Einstellung des ersten Drucks (P1) in der Abgasleitung (22) und/oder eines zweiten Drucks (P2) in der Ladeluftleitung (25) hinter dem Verdichter (14) der Hochdruckstufe (11) durch Beeinflussung des Durchflussquerschnitts der hinter einer Niederdruckturbine (16) der Niederdruckstufe (12) angeordneten Abgasleitung (22) eingestellt wird, indem der Verschlusskörper (30) je nach gewünschtem Durchflussquerschnitt mehr oder weniger stark geöffnet wird.
  19. 19
    Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druck (P1) im Bremsbetrieb so eingestellt wird, dass er stets größer ist als ein zweiter Druck (P2) in der nach dem Hochdruckverdichter (14) angeordneten Ladeluftleitung (25).
  20. 20
    Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druck (P1) und/oder der zweite Druck (P2) so eingestellt werden, dass sie in dem Bremsbetrieb des Turboladers (10) stets konstant sind.
  21. 21
    Verfahren nach einem der Ansprüche 18 - 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des ersten Drucks (P1) und/oder des zweiten Drucks (P2) durch Beeinflussung des Durchflussquerschnitts eines Kanals mindestens einer Turbine (13, 13A, 13B, 16) eingestellt wird, indem die Turbinenkanäle je nach gewünschtem Durchflussquerschnitt mehr oder weniger stark geöffnet werden.
  22. 22
    Verfahren nach einem der Ansprüche 18 - 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des ersten Drucks (P1) und/oder des zweiten Drucks (P2) durch Beeinflussung des Durchflussquerschnitts mindestens weiteren Verschlusskörpers (34A, 34B) eingestellt wird, indem der zweite Verschlusskörper (34A, 34B) je nach gewünschtem Durchflussquerschnitt mehr oder weniger stark geöffnet wird.
  23. 23
    Brennkraftmaschine (1) mit einem Motorblock, der mindestens einen Zylinder (2) aufweist und der mindestens einen Ladelufteinlass (7) und mindestens einen Abgasauslass (8) aufweist, mit einem als Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 17 ausgebildet Aufladesystem (10).
  24. 24
    Brennkraftmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufladesystem (16) als Turbolader (10) ausgebildet ist.
  25. 25
    Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) als Otto-Motor oder als Dieselmotor ausgebildet ist.
  26. 26
    Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 23 - 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein ersten Katalysator vorgesehen ist, der abgasseitig dem Turbolader (10) in Reihe nachgeschaltet ist.
Independent claims26