DE102014019094A1 - Internal combustion engine for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (10) für einen Kraftwagen, mit einer von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren ersten Flut (18c), mit einer von Abgas durchströmbaren und zumindest teilweise von der ersten Flut (18c) fluidisch getrennten, zweiten Flut (18f), mit einer Ventileinrichtung (36), welche zwischen wenigstens einer Offenstellung, in welcher die Fluten (18c, 18f) an wenigstens einer Verbindungsstelle (V1, V2) über ein von Abgas durchströmbares Zwischenvolumen (38) fluidisch miteinander verbunden sind, und einer Schließstellung verstellbar ist, in welcher die Fluten (18c, 18f) an der Verbindungsstelle (V1, V2) fluidisch voneinander getrennt sind, mit wenigstens einer mit den Fluten (18c, 18f) fluidisch verbundenen Turbine (22) eines Abgasturboladers (24), mit wenigstens einer Leitung (40), welche einerseits mit dem Zwischenvolumen (38) und andererseits stromab der Turbine (22) mit einem von Abgas durchströmbaren Kanal (34) fluidisch verbunden ist, und mit wenigstens einem von der Ventileinrichtung (36) unterschiedlichen Ventilelement (46), welches zwischen einer die Leitung (40) von dem Zwischenvolumen (38) fluidisch trennenden Schließstellung und wenigstens einer die Leitung (40) mit dem Zwischenvolumen (38) fluidisch verbindenden Offenstellung verstellbar ist, wobei der Ventileinrichtung (36) ein erster Aktor zum Verstellen der Ventileinrichtung (36), und dem Ventilelement ein vom ersten Aktor unterschiedlicher, zweiter Aktor zum Verstellen des Ventilelements (46) zugeordnet ist.The invention relates to an internal combustion engine (10) for a motor vehicle, with a first flow (18c) through which exhaust gas from the internal combustion engine can flow, with a second flow (18f) through which exhaust gas can flow and at least partially fluidically separated from the first flow (18c) a valve device (36) which is fluidically interconnected between at least one open position, in which the flows (18c, 18f) are fluidically connected to one another at at least one connection point (V1, V2) via an intermediate volume (38) through which exhaust gas can flow, in which the flows (18c, 18f) are fluidically separated from one another at the connection point (V1, V2), with at least one turbine (22) of an exhaust-gas turbocharger (24) fluidically connected to the flows (18c, 18f) of an exhaust-gas turbocharger (24), with at least one line ( 40), which on the one hand with the intermediate volume (38) and on the other hand downstream of the turbine (22) with a flow-through exhaust gas channel (34) verbally verb and at least one valve element (46) which is different from the valve device (36) and which is arranged between a closed position fluidically separating the line (40) from the intermediate volume (38) and at least one line (40) with the intermediate volume (38). fluidically connecting open position is adjustable, wherein the valve means (36) is associated with a first actuator for adjusting the valve means (36), and the valve member a different from the first actuator, second actuator for adjusting the valve element (46).
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle according to the preamble of
Eine solche Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, ist beispielsweise bereits der
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner wenigstens eine mit den Fluten fluidisch verbundene Turbine eines Abgasturboladers. Darüber hinaus ist wenigstens eine Leitung vorgesehen, welche einerseits beziehungsweise einenends mit dem Zwischenvolumen und andererseits beziehungsweise andernends stromab der Turbine mit einem von Abgas durchströmbaren Kanal fluidisch verbunden ist. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens ein von der Ventileinrichtung unterschiedliches Ventilelement, welches zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung verstellbar ist. In der Schließstellung des Ventilelements ist die Leitung von dem Zwischenvolumen mittels des Ventilelements fluidisch getrennt. In der Offenstellung des Ventilelements gibt dieses die Leitung frei, sodass die Leitung mit dem Zwischenvolumen in der Offenstellung des Ventilelements fluidisch verbunden ist.The internal combustion engine further comprises at least one turbine of an exhaust gas turbocharger fluidly connected to the flows. In addition, at least one line is provided which is fluidly connected on the one hand or at one end to the intermediate volume and on the other hand, respectively, downstream of the turbine downstream of a passage through which exhaust gas can flow. Furthermore, the internal combustion engine comprises at least one valve element different from the valve element, which is adjustable between a closed position and at least one open position. In the closed position of the valve element, the line is fluidically separated from the intermediate volume by means of the valve element. In the open position of the valve element, this releases the line, so that the line is fluidically connected to the intermediate volume in the open position of the valve element.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.Object of the present invention is to further develop an internal combustion engine of the type mentioned in such a way that a particularly efficient operation of the internal combustion engine can be realized.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an internal combustion engine having the features of
Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ventileinrichtung ein erster Aktor zum Verstellen der Ventileinrichtung zugeordnet ist, wobei dem Ventilelement ein vom ersten Aktor unterschiedlicher, zweiter Aktor zum Verstellen des Ventilelements zugeordnet ist. Mit anderen Worten sind erfindungsgemäß ein erster Aktor zum Verstellen der Ventileinrichtung sowie ein vom ersten Aktor unterschiedlicher, zweiter Aktor zum Verstellen des von der Ventileinrichtung unterschiedlichen Ventilelements vorgesehen. Dadurch können die Ventileinrichtung und das Ventilelement mittels der Aktoren unabhängig voneinander verstellt werden, sodass eine besonders flexible Einstellung beziehungsweise Verschaltung der fluidischen Verbindung der Fluten mit dem Zwischenvolumen und der fluidischen Verbindung der Leitung mit dem Zwischenvolumen realisierbar ist.In order to develop an internal combustion engine specified in the preamble of
Mittels des Ventilelements kann ein sogenanntes Waste-Gate bereitgestellt werden, wobei die Leitung als Umgehungsleitung fungieren kann. Sind die Ventileinrichtung und das Ventilelement geöffnet, so kann zumindest ein Teil des die Fluten durchströmenden Abgases in das Zwischenvolumen und vom Zwischenvolumen in die Leitung strömen. Das die Leitung durchströmende Abgas strömt nicht durch die Turbine und treibt die Turbine nicht an, sondern umgeht beziehungsweise umströmt die Turbine und strömt stromab der Turbine in den Kanal ein. Mittels des Ventilelements kann eine Menge des die Leitung durchströmenden Abgases bedarfsgerecht und unabhängig von der Ventileinrichtung eingestellt werden, sodass eine besonders flexible Steuerung oder Regelung der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann. In der Folge kann ein besonders effizienter und kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden. Beispielsweise lässt sich eine maximale Flutenverbindung durch entsprechendes Verstellen der Ventileinrichtung schaffen. Ferner lässt sich eine maximale Flutenverbindung und Abblasung von Abgas realisieren. Das Umgehen der Turbine wird auch als Bypassieren oder Abblasen bezeichnet. Zur Realisierung der Abblasung werden die Ventileinrichtung und das Ventilelement geöffnet. Hierbei werden die Fluten beispielsweise maximal mit dem Zwischenvolumen verbunden. Unabhängig davon kann mittels des Ventilelements ein Strömungsquerschnitt, über welchen die Leitung mit dem Zwischenvolumen fluidisch verbunden ist, bedarfsgerecht eingestellt werden, sodass die Menge des die Leitung durchströmenden Abgases gezielt eingestellt werden kann. Hierdurch kann ein sogenannter Abblasemassenstrom des Abgases über das als Waste-Gate-Ventil fungierende Ventilelement eingestellt, insbesondere geregelt werden. Insbesondere ist es ferner möglich, eine minimale Abblasung bei gleichzeitiger Regelung der fluidischen Verbindung der Fluten zu realisieren. Der genannte Strömungsquerschnitt, über welchen das Zwischenvolumen mit der Leitung verbunden ist, wird auch als Abblasequerschnitt bezeichnet. Dieser Abblasequerschnitt kann mittels des Ventilelements besonders klein eingestellt werden bei gleichzeitiger Regelung wenigstens eines weiteren Strömungsquerschnitts, über welchen die Fluten mit dem Zwischenvolumen fluidisch verbunden sind. Dieser weitere Strömungsquerschnitt kann beispielsweise mittels der Ventileinrichtung eingestellt werden.By means of the valve element, a so-called waste gate can be provided, wherein the line can act as a bypass line. If the valve device and the valve element are open, at least part of the exhaust gas flowing through the flows can flow into the intermediate volume and from the intermediate volume into the line. The exhaust gas flowing through the line does not flow through the turbine and does not drive the turbine, but bypasses or flows around the turbine and flows into the channel downstream of the turbine. By means of the valve element, an amount of the exhaust gas flowing through the line can be adjusted as needed and independently of the valve device, so that a particularly flexible control or regulation of the internal combustion engine can be realized. As a result, a particularly efficient and fuel-efficient operation of the internal combustion engine can be realized. For example, a maximum flood connection can be created by appropriately adjusting the valve device. Furthermore, a maximum flood connection and blow-off of exhaust gas can be realized. Bypassing of the turbine is also referred to as bypassing or blowing off. To realize the blow-off, the valve device and the valve element are opened. In this case, for example, the floods are connected at the maximum to the intermediate volume. Regardless of this, by means of the valve element, a flow cross section, via which the line is fluidically connected to the intermediate volume, can be adjusted as needed, so that the amount of the exhaust gas flowing through the line can be adjusted in a targeted manner. In this way, a so-called blow-off mass flow of the exhaust gas can be set via the valve element functioning as a wastegate valve, in particular be managed. In particular, it is also possible to realize a minimum blowdown while controlling the fluidic connection of the floods. Said flow cross section, via which the intermediate volume is connected to the line, is also referred to as Abblasequerschnitt. This Abblasequerschnitt can be set particularly small by means of the valve element with simultaneous control of at least one further flow cross-section, through which the floods are fluidly connected to the intermediate volume. This further flow cross section can be adjusted for example by means of the valve device.
Darüber hinaus hat die fluidische Verbindung beziehungsweise Verbindbarkeit der Fluten über das Zwischenvolumen den Vorteil, dass – wenn die Ventileinrichtung geschlossen ist – ein in dem Zwischenvolumen herrschender Druck gering gehalten werden kann, insbesondere, indem das Zwischenvolumen über das Ventilelement mit einer stromab der Turbine angeordneten Stelle fluidisch verbunden werden kann. Bei fluidisch voneinander getrennten Fluten kann somit eine positive Druckdifferenz zwischen den zur Turbine führenden Fluten und dem Zwischenvolumen realisiert werden. Bei entsprechender Gestaltung der Ventileinrichtung wird diese selbstverstärkend von der genannten Druckdifferenz in der Schließstellung gehalten, sodass übermäßige Undichtigkeiten an der Verbindungsstelle in der Schließstellung der Ventileinrichtung auf einfache Weise vermieden werden können. Darüber hinaus kann die Gefahr eines selbsttätigen Öffnens der Ventileinrichtung besonders gering gehalten werden. Außerdem können auf die Ventileinrichtung wirkende Wechselbelastungen zumindest gering gehalten werden, sodass ein übermäßiger Verschleiß der Ventileinrichtung und somit die Gefahr von übermäßigen Undichtigkeiten gering gehalten werden können. Da die Ventileinrichtung selbstverstärkend in der Schließstellung gehalten wird und somit selbstdichtend ist, muss beispielsweise von einem Aktor zum Verstellen der Ventileinrichtung keine übermäßige Haltekraft zum Halten der Ventileinrichtung in der Schließstellung aufgebracht werden, sodass der Aktor besonders klein und somit bauraum- und gewichtsgünstig ausgestaltet werden kann.In addition, the fluidic connection or connectivity of the floods on the intermediate volume has the advantage that - when the valve device is closed - a prevailing in the intermediate volume pressure can be kept low, in particular by the intermediate volume via the valve element with a downstream of the turbine arranged location can be fluidly connected. In the case of fluidically separated flows, a positive pressure difference between the floods leading to the turbine and the intermediate volume can thus be realized. With appropriate design of the valve device, it is self-reinforcing held by said pressure difference in the closed position, so that excessive leakage at the junction in the closed position of the valve device can be easily avoided. In addition, the risk of an automatic opening of the valve device can be kept particularly low. In addition, acting on the valve device alternating loads can be kept at least low, so that excessive wear of the valve device and thus the risk of excessive leakage can be kept low. Since the valve device is self-reinforcing held in the closed position and thus is self-sealing, no excessive holding force for holding the valve device in the closed position must be applied, for example, by an actuator for adjusting the valve device, so that the actuator can be designed particularly small and thus space and weight-favorable ,
Ferner weist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine den Vorteil auf, dass sich durch die voneinander unterschiedlichen Aktoren eine Vielzahl von Betriebsmodi darstellen lassen, sodass ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.Furthermore, the internal combustion engine according to the invention has the advantage that can be represented by the different actuators from a variety of operating modes, so that a particularly efficient operation of the internal combustion engine can be realized.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Ventileinrichtung je Flut ein weiteres Ventilelement auf, welches zwischen einer Schließstellung, in welcher die jeweilige Flut von dem Zwischenvolumen fluidisch getrennt ist, und wenigstens einer Offenstellung verstellbar ist, welcher die jeweilige Flut mit dem Zwischenvolumen fluidisch verbunden ist. Grundsätzlich ist es denkbar, dass alle drei Ventilelemente mittels eines den drei Ventilelementen gemeinsamen Aktors verstellbar, insbesondere bewegbar, sind.In an advantageous embodiment of the invention, the valve device per flood to another valve element which is adjustable between a closed position in which the respective tide is fluidly separated from the intermediate volume, and at least one open position, which the respective tide is fluidly connected to the intermediate volume , In principle, it is conceivable that all three valve elements are adjustable, in particular movable, by means of an actuator common to the three valve elements.
Zur Realisierung einer besonders hohen Anzahl an Betriebsmodi ist es jedoch vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest zwei voneinander unterschiedliche Aktoren zum Einsatz kommen, wobei mittels des ersten Aktors die Ventileinrichtung und mittels des zweiten Aktors das erste Ventilelement verstellbar ist.To realize a particularly high number of operating modes, however, it is preferably provided that at least two different actuators are used, wherein by means of the first actuator, the valve means and by means of the second actuator, the first valve element is adjustable.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die weiteren Ventilelemente der Ventileinrichtung mittels des den weiteren Ventilelementen und der Ventileinrichtung gemeinsamen ersten Aktors verstellbar sind. Die weiteren Ventilelemente werden somit mittels des ersten Aktors verstellt. Alternativ dazu ist es denkbar, dass jedem der weiteren Ventilelemente ein eigener Aktor zum Verstellen des jeweiligen, weiteren Ventilelements zugeordnet ist, sodass sich eine besonders hohe Anzahl an Betriebsmodi darstellen lässt. Dies bedeutet, dass jeweilige Strömungsquerschnitte, über welche die Fluten mit dem Zwischenvolumen beziehungsweise die Leitungen mit dem Zwischenvolumen fluidisch verbindbar sind, besonders bedarfsgerecht und flexibel eingestellt werden können.It has proven particularly advantageous if the further valve elements of the valve device can be adjusted by means of the first actuator common to the further valve elements and the valve device. The further valve elements are thus adjusted by means of the first actuator. Alternatively, it is conceivable that each of the further valve elements is assigned its own actuator for adjusting the respective, further valve element, so that a particularly high number of operating modes can be represented. This means that respective flow cross-sections, via which the flows are fluidically connectable to the intermediate volume or the lines to the intermediate volume, can be set particularly demand-responsive and flexible.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Die Fluten
Der Abgasturbolader
Stromab der Turbine
Die Verbrennungskraftmaschine
Darüber hinaus ist eine Leitung
Die Ventileinrichtung
Beispielsweise ist der Ventileinrichtung
Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine
Durch den Einsatz der Leitung
Ein weiterer Vorteil der Verbrennungskraftmaschine
Ein anderer Aspekt ist anhand von
Die Menge des die Leitung
Bei der zweiten Ausführungsform kann dabei beispielsweise vorgesehen sein, dass der Abblasemassenstrom eingestellt, insbesondere geregelt, wird bei fluidisch miteinander verbundenen Fluten
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 8196403 B2 [0002] US 8196403 B2 [0002]
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- 2014-12-18 DE DE102014019094.3A patent/DE102014019094A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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