AT2540U1 - Brennkraftmaschine mit mindestens einem verdichter zur vorverdichtung der ansaugluft - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Verdichter (3) zur Vorverdichtung der Ansaugluft, mit einer Ladeluftleitung (4), einer Abgasleitung (7) sowie einer Umblasevorrichtung (15) zur gesteuerten Überleitung von verdichteter Ladeluft von der Ladeluftleitung (4) zur Abgasleitung (7). Um auf möglichst einfache Weise eine Umblasung zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß die Umblasevorrichtung (15) in eine Abgasrückführvorrichtung (8) integriert ist.

Description


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  Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Verdichter zur Vorverdichtung der Ansaugluft, mit einer Ladeluftleitung, einer Abgasleitung sowie einer Umblasevorrichtung zur gesteuerten Überleitung von verdichteter Ladeluft von der Ladeluftleitung zur Abgasleitung. 



  Die Wünsche nach einem breiten nutzbaren Drehzahlbereich mit hohem Drehmoment einerseits und nach Anhebung des Anfahrmomentes andererseits stellen eine Herausforderung für Konstrukteure von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Diesel-Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge dar. Diese Herausforderung besteht darin, dass die Schlucklinie der Brennkraftmaschine im unteren Drehzahlbereich immer näher an die Betriebsgrenze des Verdichters verschoben wird. Im Falle des Abgasturboladers ist dies einerseits die Pumpgrenze des Verdichters. Andererseits besteht die Forderung, dass der Nennleistungspunkt der Brennkraftmaschine nicht im Bereich der Stopfgrenze des Verdichters liegen soll, d. i. der Bereich steil abfallender Linien konstanter Verdichterdrehzahl im Druck-Volumen-Kennfeld des Verdichters.

   Der Verdichter soll dabei im Bereich guter isentroper Wirkungsgrade arbeiten, um einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu erzielen. 



  Da sowohl die Breite als auch die Lage des Verdichterkennfeldes durch die Klasseneinteilung der Turboladerhersteller stufenförmig festliegen, ergeben sich Schwierigkeiten sowohl bei Brennkraftmaschinen, die am oberen oder unteren Rand aus dem praktisch nutzbaren Kennfeldbereich hinausragen, als auch bei Brennkraftmaschinen, deren Betriebsbereich erweitert werden muss. Diese Schwierigkeiten (Annäherung an die Pumpgrenze) treten naturgemäss im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine auf. 



  Es ist bekannt, einen Teil der durch den Verdichter verdichteten Luft um die Brennkraftmaschine herum direkt in den Abgasstrom vor der Turbine zu leiten, um den Wirkungsgrad des Abgasturboladers in bestimmten Betriebsbereichen zu erhöhen. Die Umblasemenge kann dabei über ein Umblaseventil entsprechend den Erfordernissen im Motorkennfeld variabel eingestellt werden. 



  Bei modernen Fahrzeugbrennkraftmaschinen werden zunehmend Abblaseventile - sogenannte "waste-gates" - verwendet, um den Ladedruck an der Vollast mit zunehmender Motordrehzahl nicht übermässig ansteigen zu lassen. Dadurch kommt es zu einem Anstieg des Druckes vor der Turbine über den Druck der Ladeluft nach dem Verdichter. Im unteren Motordrehzahlbereich nahe der Vollast ist hingegen der Ladedruck nach dem Verdichter höher als der Abgasdruck vor der Turbine. 



  Durch Einfügen einer Umblaseleitung kann der Volumenstrom durch den Verdichter erhöht werden. Die direkte und gewünschte Folge ist ein Wegbewegen von der Pumpgrenze des Verdichters. Dieses Prinzip wird bei aufgeladenen Otto-Brennkraftmaschinen angewendet. Zur 

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 betriebszustandsabhängigen Steuerung müssen dabei aber relativ aufwendige Massnahmen gesetzt werden, damit das Motorbetriebsverhalten bzw. die Fahrbarkeit nicht in unerwünschter Weise, sowohl in stationären als auch in transienten Betriebszuständen, beeinflusst wird. 



  Zur Vereinfachung der Umblasevorrichtung wird in der DE 32 44 928 Al eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei der Abblaseventil und Umblaseventil zu einer kombinierten Vorrichtung vereinigt sind. Allerdings ist auch hier eine relativ aufwendige Steuerung der Umblasung erforderlich. 



  Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise eine Umblasung zu erreichen. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Umblasevorrichtung in eine Abgas-   rückführvorrichtung   integriert ist. Insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen kann die Anordnung der Umblasevorrichtung somit wesentlich einfacher gestaltet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn aus Emissionsgründen bereits eine Abgasrückführvorrichtung vorhanden ist. Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass die Umblasevorrichtung eine Umblasesteuerungseinrichtung aufweist, welche schaltungsmässig parallel zu einer Abgasrückführsteuerungseinrichtung der   Abgasrückführvorrichtung   angeordnet ist. 



  Eine besonders einfache Umblasung ergibt sich, wenn die Umblasesteuerungseinrichtung aus einem Umblasesteuerventil und einem in Richtung der Abgasleitung öffnendem Umblaserückschlagventil besteht, und die   Abgasrückführsteuereinrichtung   ein Abgasrückschlagventil sowie vorzugsweise ein Abgasrückfiihrsteuerventil aufweist. 



  Es sind somit bei einer vorhandenen   Abgasrückführvorrichtung   nur ein zusätzliches Umblase- steuerventil und ein Rückschlagventil erforderlich, welche antiparallel zum bereits vorhande- nen Abgasrückschlagventil und einem   Abgasrückführsteuerventil   in die Abgasrückführleitung eingebunden werden. Die Umblasesteuerungseinrichtung befindet sich dabei vorteilhafter- weise in Umblaserichtung vor dem   Abgasrückführkühler.   Damit kann die Verschmutzung des   Abgasrückführkühlers   durch Russ verringert werden, indem nämlich bereits angelagerter Russ zum Teil wieder entfernt wird. 



   Bei der erfindungsgemässen Umblasung sind keine weiteren Verstellmechanismen erforder- lich, da die Umblaseeffekte allein aufgrund der Fördercharakteristik des Abgasturboladers mit waste-gate selbsttätig in gewünschtem Beriebsbereich eintreten. Durch die Schaltventile wird lediglich eine unerwünschte Beeinflussung der Abgasrückführung verhindert. Dabei kann zur
Erzielung einer einfachen Umblasung vorgesehen sein, dass das Umblasesteuerventil und/oder das Abgasrückführsteuerventil durch eine Steuerklappe gebildet ist. 



   Zusätzlich oder anstelle eines   Abgasrückführsteuerventiles   und/oder eines Umblasesteuerven- tiles kann in der Abgasrückführleitung auch ein Dreiwegventil vorgesehen sein, welches wahlweise die   Abgasrückführung   oder die Umblasung aktiviert. 

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  Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert. 



  Die Figur zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine   I   mit einem Abgasturbolader 2, deren Verdichter 3 über eine Ladeluftleitung 4, in der ein Ladeluftkühler 5 angeordnet ist, mit einem nicht weiter dargestellten Einlasssammler der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist. Die Turbine 6 des Abgasturboladers 2 befindet sich in der Abgasleitung 7 der Brennkraftmaschine 1. 



  Zwischen der Abgasleitung 7 und der Ladeluftleitung 4 ist eine   Abgasrückführvorrichtung   8 zur teilweisen Rückführung von Abgasen in die Ladeluftleitung 4 vorgesehen. Die Abgasrückführvorrichtung 8 besteht aus einer Abgasrückführleitung 9, in welche ein Abgasrückführkühler 10 und eine   Abgasrückführsteuerungseinrichtung   11, bestehend aus einem Abgasrückführsteuerorgan 12 und ein Abgasrückschlagventil 13 angeordnet ist. Die Abgasrückführleitung 9 mündet über eine Venturieinrichtung 14 in die Ladeluftleitung 4. Die Venturieinrichtung 14 ermöglicht eine Abgasrückführung auch bei ungünstiger Druckdifferenz zwischen der Abgasleitung 7 und der Ladeluftleitung 4. 



  In die Abgasrückführvorrichtung 8 ist eine Umblasevorrichtung 15 integriert. Schaltungsmä- ssig parallel zur   Abgasrückführsteuerungseinrichtung   11 ist dabei eine Umblasesteuerungseinrichtung 15a vorgesehen, welche ein Umblaserückschlagventil 16 und ein Umblasesteuerungsventil 17 beinhaltet. Das Abgasrückschlagventil 13 und das Umblaserückschlagventil 16 sind antiparallel zueinander angeordnet, wobei das Abgasrückschlagventil 13 in Richtung der Ladeluftleitung 4 und das Umblaserückschlagventil 16 in Richtung der Abgasleitung 7 öffnet. 



  Da die Umblaseeffekte allein aufgrund der Fördercharakteristik des Abgasturboladers 2 selbsttätig im gewünschten Betriebsbereich eintreten, kann auf eine komplizierte Steuerung verzichtet werden. Die Schaltventile 12 und 17 dienen lediglich dazu, um eine ungewünschte Beeinflussung der Abgasrückführung durch die Umblasung zu verhindern. Gegebenenfalls können die Schaltventile 12 und 17 auch durch ein Dreiwegventil 18 ersetzt werden, welches zwischen Abgasrückführung und Umblasung umschaltet. Diese Variante ist durch strichlierte Linien in der Fig. eingezeichnet.

Claims (1)

  1. ANSPRÜCHE 1. BrennkraftrYlaschine (I) mit mindestens einem Verdichter (3) zur Vorverdichtung der Ansaugluft, mit einer Ladeluftleitung (4), einer Abgasleitung (7) sowie einer Umblase- vorrichtung (15) zur gesteuerten Überleitung von verdichteter Ladeluft von der Lade- luftleitung (4) zur Abgasleitung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Umblasevor- richtung (15) in eine Abgasrückführvorrichtung (8) integriert ist.
    2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umblase- vorrichtung (15) eine Umblasesteuerungseinrichtung (15a) aufweist, welche schal- tungsmässig parallel zu einer Abgasrückführsteuerungseinrichtung (11) der Abgasrück- führvorrichtung (8) angeordnet ist. EMI4.1 der Abgasleitung (7) öffnendem Umblaserückschlagventil (16) besteht.
    4. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführsteuerungseinrichtung (11) ein Abgasrückschlagventil (13), sowie vor- zugsweise ein Abgasrückführsteuerventil (12) aufweist.
    5. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umblaserückschlagventil (16) antiparallel zum Abgasrückschlagventil (13) der Abgas- rückführsteuerungseinrichtung (11) angeordnet ist. EMI4.2 eine Steuerklappe gebildet ist.
    7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (9) ein Dreiwegventil (18) vorgesehen ist, welches wahlweise die Abgasrückführung oder die Umblasung aktiviert.
    8. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umblasesteuerungseinrichtung (15) - in Umblaserichtung betrachtet-vor einem Abgasrückführkühler (10) angeordnet ist.
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