CH657895A5

CH657895A5 - METHOD AND DEVICE FOR CHARGING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE BY TURBOCHARGING.

Info

Publication number: CH657895A5
Application number: CH4137/82A
Authority: CH
Inventors: Rudolf Ernst Ellensohn
Original assignee: Fiat Veicoli Ind
Priority date: 1982-07-07
Filing date: 1982-07-07
Publication date: 1986-09-30
Also published as: SE8303893L; GB8317940D0; FR2534971B1; SE8303893D0; GB2125892A; SE456176B; DE3320711A1; FR2534971A1; GB2125892B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufladung einer Verbrennungskraftmaschine durch Turboaufladung unter Verwendung eines einlassseitigen Verdichters und einer auslassseitigen Turbine und Ausnutzung der Gasschwingungen mittels eines Schwingsystems. The invention relates to a method for supercharging an internal combustion engine by means of turbocharging using an inlet-side compressor and an outlet-side turbine, and utilizing the gas vibrations by means of an oscillation system.

Turboaufladung ist zurzeit das wohl bekannteste Mittel zur Steigerung der spezifischen Leistung einer Verbrennungskraftmaschine. Wegen der unterschiedlichen Schluckcharakteristik von Turbolader und 4-Takt-Verbrennungs-motor ergeben sich jedoch recht komplexe Anpassprobleme, besonders wenn der Verbrennungsmotor für einen möglichst grossen Bereich hoher Mitteldrücke ausgelegt werden soll, wie dies für moderne Fahrzeugmotoren erforderlich ist. Daher ist jede Turboladeranpassung an einen 4-Takt-Fahr-zeugmotor letztlich ein Kompromiss zwischen optimalen Betriebswerten in einem gewählten Betriebspunkt und einem möglichst breiten nutzbaren Betriebsbereich. Turbo charging is currently the best known means of increasing the specific performance of an internal combustion engine. Due to the different swallowing characteristics of the turbocharger and the 4-stroke internal combustion engine, however, there are quite complex adaptation problems, especially if the internal combustion engine is to be designed for as large a range of high medium pressures as is necessary for modern vehicle engines. Therefore, every turbocharger adaptation to a 4-stroke vehicle engine is ultimately a compromise between optimal operating values at a selected operating point and the widest possible usable operating range.

Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen und den nutzbaren Betriebsbereich turboaufgeladener Motoren möglichst zu erweitern sind eine Reihe von Massnahmen bekannt geworden. A number of measures have become known in order to counter these difficulties and to expand the usable operating range of turbocharged engines as far as possible.

So ist es beispielsweise für Kleinmotoren allgemein üblich, zur Regelung des maximalen Aufladedruckes nach dem Verdichter oder vor der Turbine ein Abblasventil anzuordnen. For example, it is common practice for small engines to arrange a blow-off valve after the compressor or before the turbine to regulate the maximum boost pressure.

Weiter ist es bekannt, die Turboaufladung mit einer Aufladung durch ein Resonanzsystem zu kombinieren. Bei der sogenannten Resonanzaufladung werden auf Resonanz abgestimmte Frischgasschwingungssysteme eingesetzt, welche Resonanzrohre und gegebenenfalls Resonanzbehälter umfassen. Diese bilden dabei ein Schwingungssystem mit gut definierbarer Eigenschwingungszahl. Das Prinzip der Resonanzaufladung kann für sich allein oder eben in Verbindung mit einer Turboaufladung als sogenannte kombinierte Aufladung angewendet werden. Wird die schwingungsfähige Anordnung zwischen Turbolader oder Luftzufuhrrohr und Zylinder geschaltet und durch die Kolbenbewegung im Betrieb der Maschine während der aufeinanderfolgenden Ansaugperioden mit einer dieser Eigenschwingungszahl nahekommenden Frequenz erregt, so tritt Resonanz auf und es entstehen verstärkte Druckschwingungen, durch welche der Liefergrad der Zylinder unter Einwirkung der schwingungsbedingten augenblicklichen Überdrücke bei Einlass-ventilschluss im Vergleich mit Brennkraftmaschinen ohne eine solche Resonanzaufladung in einem gewünschten Drehzahlbereich erheblich verbessert werden kann. Nähere Ausführungen darüber sind z.B. in der «MTZ Motortechnische Zeitschrift» Nr. 32 (1971) Seiten 368 bis 373 sowie Nr. 39 (1978) Seiten 447 bis 451 veröffentlicht worden. It is also known to combine turbocharging with charging by means of a resonance system. In the so-called resonance charging, fresh gas vibration systems which are tuned to resonance and which contain resonance pipes and, if appropriate, resonance containers are used. These form a vibration system with a well-defined natural vibration number. The principle of resonance charging can be used on its own or in conjunction with turbo charging as a so-called combined charging. If the vibrating arrangement between the turbocharger or the air supply pipe and the cylinder is switched and excited by the piston movement during operation of the machine during the successive intake periods with a frequency that is close to this natural vibration number, resonance occurs and there are increased pressure vibrations, by which the delivery rate of the cylinders under the influence of the Vibration-induced instantaneous pressures at intake valve closure can be significantly improved in a desired speed range in comparison with internal combustion engines without such a resonance charging. More detailed explanations are e.g. in "MTZ Motortechnische Zeitschrift" No. 32 (1971) pages 368 to 373 and No. 39 (1978) pages 447 to 451.

Neben solchen einlassseitigen Anordnungen mit einem auf Resonanz abgestimmten Schwingsystem ist auch die Anordnung eines Schwingsystems auslasseitigz.B. aus der DE-OS 2 914 691 bekannt. Das in dieser Druckschrift beschriebene Verfahren sieht vor, das Schluck- bzw. Lieferverhalten von 4-Takt-Motor und Turbolader zu entkoppeln, um die Betriebsbedingungen für den letzteren dem reinen Gasturbinenprozess anzunähern. Die Entkopplung wird dadurch bewerkstelligt, dass eine Verbindungsleitung (Bypass) den Einlasskollektor nach dem Verdichter mit dem Auslasskollektor vor der Turbine verbindet. Diese Verbindungsleitung ist parallel dem Motor geschaltet. Ein in ihr befindliches Ventil lässt eine Regelung des Luftstromes durch die Verbindungsleitung zu. Durch Ausnützung der vom Ladungswechsel des Motors erzeugten Pulsations-energie aus den ansaugseitigen Druckschwankungen in der Ladeluft einerseits und aus den auspuffseitigen Druckschwankungen im Auspuffsystem andererseits soll eine so grosse Druckdifferenz über der Verbindungsleitung erzeugt werden, dass bei Teillast eine grosse Luftmenge über die Verbindungsleitung überströmen kann, und zwar auch dann, wenn der mittlere Druck vor der Verbindungsleitung kleiner ist, als der mittlere Druck nach derselben. Dadurch soll ausser einer Erhöhung des Ladeluftdruckes eine Verbesserung des Beschleunigungsverhaltens eines so ausgerüsteten Motors vorzugsweise in dem Teilbereich erzielt werden, in welcher der grösste Luftmangel zu erwarten ist. In addition to such arrangements on the inlet side with a vibration system tuned to resonance, the arrangement of a vibration system on the outlet side is also e.g. known from DE-OS 2 914 691. The method described in this document provides for decoupling the swallowing or delivery behavior of the 4-stroke engine and turbocharger in order to approximate the operating conditions for the latter to the pure gas turbine process. The decoupling is accomplished in that a connecting line (bypass) connects the inlet collector after the compressor to the outlet collector in front of the turbine. This connecting line is connected in parallel to the motor. A valve in it allows regulation of the air flow through the connecting line. By utilizing the pulsation energy generated by the engine's gas exchange from the intake-side pressure fluctuations in the charge air on the one hand and from the exhaust-side pressure fluctuations in the exhaust system on the other hand, such a large pressure difference across the connecting line is to be generated that a large amount of air can flow over the connecting line at partial load, even if the mean pressure upstream of the connecting line is lower than the mean pressure after it. In addition to an increase in the charge air pressure, this is intended to improve the acceleration behavior of an engine equipped in this way, preferably in the subarea in which the greatest lack of air is to be expected.

Ein aufladetechnisch ähnliches Verfahren, das in der Zeitschrift «Entropie» Nr. 48 (1972) Seiten 5 bis 12 beschrieben ist, sieht zusätzlich vor, in der erwähnten Verbindungsleitung eine Brennkammer anzuordnen. A method similar to charging technology, which is described in the magazine “Entropie” No. 48 (1972) pages 5 to 12, additionally provides for a combustion chamber to be arranged in the connection line mentioned.

Die bekannten ladeluftseitigen Resonanzsysteme, bei welchen die zyklisch auftretenden Ansaugtakte im Resonanzfall eine stehende Welle im Einlasssystem erregen, weisen allerdings Nachteile auf, die ihrer breiten Anwendung entgegenstehen. Die Anregungsenergie absorbiert Ladungswechselarbeit, wodurch sich der Brennstoffverbrauch erhöht. Bei vielen Anwendungsfällen (Zylinderzahl) sind die erzeugbaren Druckamplituden zu gering, als dass eine wirkungsvolle Nachladung gewährleistet werden könnte. Die Wirkfrequenzbandbreite ist relativ gering. Auslassseitig angeordnete Resonanzsysteme dagegen bringen keine Verbesserung, sie wirken sich sogar eher negativ aus. Hinzu kommt allgemein, dass die Auslegung eines Resonanzsystems immer einen Kompromiss zwischen optimaler Wirkung, zulässiger Bau-teilgrösse und akzeptablen Strömungsverlusten im Einlasssystem darstellt. Dabei wird die Dimensionierungsfrage um so kritischer, je tiefer das Resonanzfrequenzspektrum angesetzt wird. The known charge air-side resonance systems, in which the cyclically occurring intake cycles excite a standing wave in the intake system in the event of resonance, have disadvantages, however, which prevent their broad application. The excitation energy absorbs gas exchange work, which increases fuel consumption. In many applications (number of cylinders), the pressure amplitudes that can be generated are too low to ensure effective recharging. The effective frequency bandwidth is relatively small. In contrast, resonance systems arranged on the outlet side bring no improvement, they even have a rather negative effect. Added to this is the fact that the design of a resonance system always represents a compromise between optimal effect, permissible component size and acceptable flow losses in the intake system. The dimensioning question becomes more critical the deeper the resonance frequency spectrum is applied.

2 2nd

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

657 895 657 895

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde im Vergleich zu den bekannten Aufladesystemen die Druckamplituden auf der Einlassseite und damit den Nachladeeffekt zu erhöhen, die Absorption von Ladungswechselarbeit für die Anregung zu vermindern und den Turbolader vom Motor zu entkoppeln, um ihn in einem günstigeren Betriebsbereich betreiben zu können. The object of the invention is to increase the pressure amplitudes on the inlet side and thus the reloading effect, to reduce the absorption of charge exchange work for the excitation and to decouple the turbocharger from the engine in order to be able to operate it in a more favorable operating range .

Hierzu ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und die Auslassorgane der Maschine durch eine Verbindung zu einem resonanzfähigen Schwingsystem verbunden werden, wenn der Druck nach dem Verdichter grösser ist als der Druck vor der Turbine. To this end, the method according to the invention is characterized in that the inlet and outlet members of the machine are connected by a connection to a resonant vibration system if the pressure after the compressor is greater than the pressure before the turbine.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens in einer mehrzylindrigen Kolbenbrennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und mit schwingfähigen Einlassorganen, Verbindungsorganen und Auslassorganen zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, das Einlassorgane, Auslassorgane sowie eine Verbindung derselben zu einem Schwingsystem abgestimmt sind, dessen aufladewirksame Eigenfrequenz nahe der Erregerfrequenz ist, und dass in diese Verbindung ein Absperrorgan geschaltet ist, das Einlass- und Auslasskomponenten des Schwingsystems verbindet, wenn der Druck einlassseitig höher ist als auslassseitig, A device for carrying out this method in a multi-cylinder piston internal combustion engine with exhaust gas turbocharging and with vibratable inlet members, connecting members and outlet members is characterized according to the invention in that the inlet members, outlet members and a connection thereof are matched to an oscillating system, the natural frequency of which is supercharged and close to the excitation frequency, and that in this connection, a shut-off device is connected, which connects the inlet and outlet components of the vibration system if the pressure on the inlet side is higher than on the outlet side,

Durch den erfindungsgemäss vorgeschlagenen Beizug der Auslassseite zur Bildung des Resonanzschwingsystems werden erhebliche Vorteile gewonnen. Zunächst wird generell das vorerwähnte Dimensionierungsproblem entschärft. Die Energie zur Anregung einer stehenden Welle wird dort bezogen, wo sie reichlich und bei geeigneter Zusammenfassung in brauchbarer zyklischer Folge vorhanden ist. Durch die Nutzung der sonst ungenutzten Druckpulsationen im Auslass zur Anregung des Schwingsystems einlassseitig, werden erhöhte Druckamplituden erreicht. Durch den gleichen Effekt ergibt sich eine Absenkung des Druckes im Bereich zwischen den Pulsationen, was wiederum die Ladungswechselarbeit und damit den Brennstoffverbrauch vermindert. Gleichzeitig werden die Schluckcharakteristiken von Motor und Turbolader, mit den sich hieraus ergebenden Vorteilen, entkoppelt. Das Absperrogan kann ein Rückschlagventil sein, das in der Weise in die Verbindung geschaltet ist, dass es einen Durchfluss nur von der Einlassseite zur Auslassseite zulässt. Der Turbolader ist in diesem Fall völlig freilaufend und wird sich im stationären Betriebszustand immer auf einen optimalen Wirkungsgrad einstellen. Considerable advantages are gained by the inventive involvement of the outlet side to form the resonance vibration system. First of all, the aforementioned dimensioning problem is generally alleviated. The energy for the excitation of a standing wave is obtained where it is available in abundance and with a suitable combination in a usable cyclical sequence. By using the otherwise unused pressure pulsations in the outlet to excite the vibration system on the inlet side, increased pressure amplitudes are achieved. The same effect results in a lowering of the pressure in the area between the pulsations, which in turn reduces the gas exchange work and thus the fuel consumption. At the same time, the swallowing characteristics of the engine and turbocharger are decoupled, with the resulting advantages. The shut-off device can be a check valve which is connected in such a way that it only permits flow from the inlet side to the outlet side. In this case, the turbocharger is completely free-running and will always adjust itself to an optimal efficiency in the stationary operating state.

Ist aber aus Gründen der Abgasqualität bei sehr tiefer Last und/oder zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens der Maschine eine Abgasrezirkulation erwünscht, ist es zweckmässig, das Absperrorgan als verstellbare Klappe auszubilden, deren Lage in Abhängigkeit der Belastung, Leistung und Drehzahl der Brennkraftmaschine regelbar ist. However, if exhaust gas recirculation is desired for reasons of exhaust gas quality at a very low load and / or to improve the cold start behavior of the machine, it is advisable to design the shut-off device as an adjustable flap, the position of which can be regulated depending on the load, power and speed of the internal combustion engine.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 schematisch einen 6-Zylinder-Reihenmotor mit kombinierter Aufladung; Figure 1 shows schematically a 6-cylinder in-line engine with combined charging.

Fig. 2 in gleicher Darstellung wie die Fig. 1 einen 4-Zylindermotor; Fig. 2 in the same representation as Figure 1, a 4-cylinder engine.

Fig. 3 wiederum in gleicher Darstellung einen 5-Zylinder-motor; Fig. 3 again in the same representation a 5-cylinder engine;

Fig. 4a und 4b einen Ausschnitt aus den Darstellungen der vorhergehenden Figuren zur Illustration der Möglichkeit der Anordnungeines Ladeluftkühlers, und 4a and 4b show a section of the illustrations of the previous figures to illustrate the possibility of arranging an intercooler, and

Fig. 5 erneut in gleicher Darstellung wie in den Fig. 1 bis 3 einen 8-Zylinder-V-Motor zur Veranschaulichung der Anwendung der Erfindung bei Motoren höherer Zylinderzahl durch Verdoppelung der Anordnungen. Fig. 5 again in the same representation as in Figs. 1 to 3 an 8-cylinder V engine to illustrate the application of the invention to engines with a higher number of cylinders by doubling the arrangements.

Fig. 1 zeigt schematisch einen 6-Zylindermotor. Die im nicht näher dargestellten Motorblock angeordneten Zylinder la, lb, le, ld, le, lf weisen je ein nicht näher dargestelltes Einlass- und Auslassventil auf. Entsprechend der üblichen s Arbeitsweise eines derartigen Motors ist die Arbeitsspielordnung derart, dass sich die Zylinder la, lb, lcbzw. ld, le, lf mit einem Kurbelwinkel von 240° folgen und zwischen diesen beiden Gruppen eine Kurbel Winkeldifferenz von 120° besteht. Diese Ordnung führt zu einer Aufteilung der Ein-io lass- und Auslassorgane in zwei Gruppen, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Auslassventile der Gruppe der Zylinder 1 a bis 1 c münden je über einen Auslasskanal 2 in einen gemeinsamen Abgasreceiver 3. Eine analoge Anordnung ist für die Auslassventile der Gruppe der Zylinder ld bis lf getroffen, die über 15 Auslasskanäle 2 in einen ihnen zugeordneten Abgasreceiver 3 münden. Von jedem der beiden Abgasreceiver 3 führt ein Auspuffrohr 4 die Abgase zu einer Abgasturbine 15, bevor sie in Freie gelangen. Die von den Abgasen angetriebene Abgasturbine 5 treibt über eine gestrichelt dargestellte Antriebsver-20 bindung 6 einen Verdichter 7. Die Abgasturbine 5 und der Verdichter 7 bilden zusammen den Turbolader des dargestellten Motors. Fig. 1 shows schematically a 6-cylinder engine. The cylinders la, lb, le, ld, le, lf arranged in the engine block, not shown, each have an inlet and outlet valve, not shown. According to the usual s mode of operation of such an engine, the working cycle order is such that the cylinders la, lb, lcbzw. ld, le, lf follow with a crank angle of 240 ° and there is a crank angle difference of 120 ° between these two groups. This order leads to a division of the inlet and outlet members into two groups, as shown in FIG. 1. The exhaust valves of the group of cylinders 1a to 1c each open into a common exhaust gas receiver 3 via an exhaust port 2. An analogous arrangement is made for the exhaust valves of the group of cylinders 1d to 1f, which via 15 exhaust ports 2 into an exhaust gas receiver 3 assigned to them flow out. From each of the two exhaust gas receivers 3, an exhaust pipe 4 leads the exhaust gases to an exhaust gas turbine 15 before they are released. The exhaust gas turbine 5, which is driven by the exhaust gases, drives a compressor 7 via a drive connection 20 shown in broken lines. The exhaust gas turbine 5 and the compressor 7 together form the turbocharger of the engine shown.

Analog der auslassseitigen Anordnung münden die Auslassventile der Gruppe der Zylinder 1 a bis 1 c je über einen 25 Einlasskanal 8 in einen gemeinsamen Resonanzbehälter 9 und entsprechend münden die Einlasskanäle 8 der Zylinder ld bis lf in einen zweiten solchen Resonanzbehälter 9. Die beiden Resonanzbehälter 9 sind je über ein Resonanzrohr 10 mit einem Ausgleichsbehälter 11 verbunden. Dieser ist 30 seinerseits über eine Luftzufuhrleitung 12 mit der Austrittsseite des Verdichters 7 des Turboladers verbunden. Die beiden einlassseitigen Resonanzbehälter 9 sind wie aus Fig. 1 ersichtlich mittels Verbindungsleitungen 13, kreuzweise mit den auslassseitigen Abgasreceivern 3 verbunden. In diese 35 Verbindung 13 zwischen Einlassseite und Auslassseite ist ein Absperrorgan hier in Form je eines Rückschlagventils 14 eingesetzt, das den Durchfluss von der Auslass- zur Einlassseite hin sperrt. Analogous to the arrangement on the outlet side, the outlet valves of the group of cylinders 1 a to 1 c each open via a 25 inlet channel 8 into a common resonance tank 9 and accordingly the inlet channels 8 of the cylinders 1d to lf open into a second resonance tank 9 of this type. The two resonance tanks 9 are each connected to a surge tank 11 via a resonance pipe 10. This is in turn connected to the outlet side of the compressor 7 of the turbocharger via an air supply line 12. As can be seen in FIG. 1, the two resonance containers 9 on the inlet side are connected crosswise to the exhaust gas receivers 3 on the outlet side by means of connecting lines 13. In this connection 13 between the inlet side and outlet side, a shut-off element is inserted here in the form of a check valve 14, which blocks the flow from the outlet side to the inlet side.

Arbeitsweise und Wirkung des beschriebenen Turboladers 40 5,7 können als bekannt vorausgesetzt werden. Operation and effect of the turbocharger 40 5,7 described can be assumed to be known.

Das resonanzfähige Schwingsystem für die zusätzliche Resonanzaufladung wird durch die beiden Resonanzrohre 10, den Ausgleichsbehälter 11, den Resonanzbehältern 9 und den Einlasskanälen 8 einlassseitig, sowie durch die Verbindungsrohre 13 und die auslassseitigen Organe, Auslasskanäle 2, Abgasreceiver 3 und Auspuffrohre 4 gebildet. Dieses Schwingsystem umfasst somit sowohl einlassseitige als auch auslasseitige Organe sowie deren Verbindung. Dieses Schwingsystem wird so abgestimmt, dass seine Eigenfrequenz bei offener Verbindung 13 in einem gewünschten Motordrehzahlbereich liegt. Im Betrieb dieses Motors werden die Gasschwingungen durch die sich zyklisch folgenden Auspuffstösse der Zylinder la bis lcbzw. ldbis lf angeregt und ergeben am Ende der Ansaugtakte der über die Verbindung 13 verbundenen Einlassseiten der Zylinder ld bis lf bzw. la bis lc die Nachladung. The resonant vibration system for the additional resonance charging is formed by the two resonance pipes 10, the expansion tank 11, the resonance tanks 9 and the inlet ducts 8 on the inlet side, and by the connecting pipes 13 and the organs on the outlet side, outlet ducts 2, exhaust gas receiver 3 and exhaust pipes 4. This vibrating system thus comprises both organs on the inlet side and on the outlet side as well as their connection. This vibration system is tuned in such a way that its natural frequency lies in a desired engine speed range when the connection 13 is open. In the operation of this engine, the gas vibrations are caused by the cyclically following exhaust shocks of the cylinders la to lcbzw. ldbis lf excited and at the end of the intake strokes of the inlet sides connected via the connection 13 of the cylinders ld to lf or la to lc result in the recharging.

In den Fig. 2 und 3, welche in gleicher Darstellungsart wie Fig. 1 einen 4-Zylinder- bzw. einen 5-Zylinder-Reihenmotor 60 zeigen, sind die Komponenten des Schwingsystems der Arbeitsweise solcher Motoren, insbesondere deren Zündordnung, Ventilsteuerung und Überschneidung Ansaug- und Auspufftakte angepasst dargestellt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das Schwingsystem 65 umfasst hier nach der vom Verdichter 7 zu einem Resonanzbehälter 9 führenden Luftzufuhrleitung 12, den Resonanzbehälter 9 selber, sowie die beim Beispiel der Fig. 2 vier und beim Beispiel nach Fig. 3 fünf diesen mit den Zylindern la 2 and 3, which in the same representation as FIG. 1 show a 4-cylinder or a 5-cylinder in-line engine 60, the components of the vibration system are the mode of operation of such engines, in particular their ignition order, valve control and overlap intake - And exhaust clocks shown adapted, the same parts being provided with the same reference numerals. The vibrating system 65 here comprises, after the air supply line 12 leading from the compressor 7 to a resonance container 9, the resonance container 9 itself, as well as the four with the cylinders 1 a in the example in FIG. 2 and five in the example in FIG

45 45

50 50

55 55

657 895 657 895

4 4th

bis ld bzw. la bis le verbindenden Einlasskanäle 8 einlassseitig, auslassseitig einen Abgasreceiver 3, die vier bzw. fünf in diesen mündenden Auslasskanäle 2 der Zylinder 1 a bis 1 d bzw. la bis le sowie das Auspuffrohr 4 und die den Resonanzbehälter 9 mit dem Abgasreceiver 3 verbindende Leitung 13, in welche wiederum ein Absperrorgan 14, z.B. ein Rückschlagventil geschaltet ist. Auch hier wird dieses Schwingungssystem so abgestimmt, dass seine Eigenfrequenz bei offener Verbindung 13 bei einer gewünschten Motordrehzahl liegt. Die Gasschwingungen werden durch die sich zyklisch folgenden Auspuffstösse angeregt. Die Luftzufuhrleitung 12 muss derart ausgeführt sein, dass ihre Eigenfrequenz ausserhalb der vom Motor gegebenen Erregerfrequenz liegt. to ld or la to le connecting inlet ducts 8 on the inlet side, on the outlet side an exhaust gas receiver 3, the four or five outlet ducts 2 of the cylinders 1 a to 1 d or la to le opening into these as well as the exhaust pipe 4 and the resonance tank 9 with the Exhaust gas receiver 3 connecting line 13, in which in turn a shut-off device 14, for example a check valve is switched. Here, too, this vibration system is tuned in such a way that its natural frequency when the connection 13 is open is at a desired engine speed. The gas vibrations are stimulated by the cyclically following exhaust shocks. The air supply line 12 must be designed such that its natural frequency lies outside the excitation frequency given by the motor.

Die besprochenen Anordnungen lassen sich jederzeit durch einen Ladeluftkühler ergänzen. Bei einem 6-Zylinder-motor nach dem Beispiel der Fig. 1 wird ein solcher Ladeluftkühler 15 zweckmässig, wie durch die Fig. 4a veranschaulicht, unmittelbar vor dem Ausgleichsbehälter 11 im Anschluss an die Luftzufuhrleitung 12 geschaltet. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 sinngemäss, wie in Fig. 4b gezeigt, in die Luftzufuhrleitung 12. The arrangements discussed can be supplemented at any time by an intercooler. In a 6-cylinder engine according to the example in FIG. 1, such an intercooler 15 is expediently connected, as illustrated by FIG. 4a, directly upstream of the expansion tank 11 following the air supply line 12. In the exemplary embodiments according to FIGS. 2 and 3, correspondingly, as shown in FIG. 4b, into the air supply line 12.

Die Fig. 5 veranschaulicht beispielhaft eine zweckmässige erfindungsgemässe Ausbildung von Brennkraftmaschinen höherer Zylinderzahl als derjenigen der Beispiele der Fig. 1 bis 3. Diese Ausbildung geht jeweils aus einer Vervielfachung insbesondere Verdoppelung der Anordnungen nach den letztgenannten Fig. 1 bis 3 hervor, wobei allerdings in der Regel pro Motor nur ein Turbolader, d.h. nur ein Verdichter 7 und nur eine Turbine 5 vorgesehen wird, denen entsprechende Leitungsverzweigungen folgen. Diese Vervielfachung s geht im Einzelnen aus der in Fig. 5 gezeigten 8-Zylinderma-schine hervor, welche eine Verdoppelung der in Fig. 2 dargestellten Anordnung für eine 4-Zylindermaschine bildet. Wiederum sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Sinngemäss lassen sich 10-Zylindermaschinen als Verdoppelung der in Fig. 3 gezeigten 5-Zylindermaschine und 12-Zylindermaschinen als Verdoppelung der in Fig. 1 gezeigten 6-Zylindermaschine erfindungsgemäss ausbilden. FIG. 5 exemplifies an expedient design according to the invention of internal combustion engines with a higher number of cylinders than that of the examples in FIGS. 1 to 3. This design results in each case from a multiplication, in particular doubling, of the arrangements according to the last-mentioned FIGS. 1 to 3, although in the Usually only one turbocharger per engine, ie only one compressor 7 and only one turbine 5 are provided, which are followed by corresponding line branches. This multiplication s results in detail from the 8-cylinder machine shown in FIG. 5, which forms a doubling of the arrangement shown in FIG. 2 for a 4-cylinder machine. Again, the same parts are provided with the same reference numerals. Analogously, 10-cylinder machines can be designed as a duplication of the 5-cylinder machine shown in FIG. 3 and 12-cylinder machines as a duplication of the 6-cylinder machine shown in FIG. 1.

In allen Fällen kann das Absperrorgan bzw. können die Absperrorgane 14 durch einfache Rückschlagventile wie dargestellt gebildet sein, die wie bereits erwähnt so in die Verbindung zwischen Einlass- und Auslassseite geschaltet sind, dass sie nur einen Durchfluss von der Einlassseite zur Auslassseite zulassen. Ausführungstechnisch ist dabei darauf zu achten, dass die Strömungsverluste im Absperrorgan 14 sehr gering gehalten werden. Erweist sich aus Gründen der Abgasqualität bei sehr tiefer Last und/oder zur Verbesserung der Kaltstarteigenschaften eine gewisse Abgaszirkulation als erwünscht, kann gemäss einer Weiterbildung der Erfindung das bzw. jedes Absperrorgan 14 auch eine steuerbare Klappe sein. Die Regelung eines solchen Absperrorgans kann dann in Abhängigkeit diverser Motorparameter wie Einspritzpumpen, Regelstangenstellung und/oder Motorendrehzahl, Abgastemperatur usw. erfolgen. In all cases, the shut-off device or the shut-off devices 14 can be formed by simple check valves as shown, which, as already mentioned, are connected in the connection between the inlet and outlet side in such a way that they only permit flow from the inlet side to the outlet side. In terms of design, it is important to ensure that the flow losses in the shut-off element 14 are kept very low. If a certain exhaust gas circulation proves to be desirable for reasons of exhaust gas quality at a very low load and / or to improve the cold start properties, according to a further development of the invention the or each shut-off element 14 can also be a controllable flap. Such a shut-off device can then be controlled as a function of various engine parameters such as injection pumps, control rod position and / or engine speed, exhaust gas temperature, etc.

15 15

20 20th

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

657 895 PATENT CLAIMS

1. A method for turbocharging an internal combustion engine, using an inlet-side compressor and an outlet-side turbine, and utilizing the gas vibrations by means of an oscillation system, characterized in that the inlet and outlet elements of the machine are connected by a connection (13) to a resonant oscillation system be when the pressure after the compressor (7) is greater than the pressure before the turbine (5).

2. Device for carrying out the method according to claim 1, in a multi-cylinder piston internal combustion engine with exhaust gas turbocharging and with vibratable inlet members, connecting members and outlet members, characterized in that inlet members (11,10,9,8), outlet members (2,3,4) and a connection (13) of the same is tuned to an oscillation system, the charging effective natural frequency of which is close to the excitation frequency, and that a shut-off device (14) is connected in this connection, which connects inlet and outlet components of the oscillation system if the pressure on the inlet side is higher than outlet -side.

3. Device according to claim 2, characterized in that the shut-off element (14) is a check valve.

4. The device according to claim 2, characterized in that the shut-off element is designed as an adjustable flap, the position of which can be regulated depending on the load, power and speed of the internal combustion engine.

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the inlet members comprise a charge air cooler (15).

6. Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the shut-off device (14) is controllable so that a certain amount of exhaust gas is able to recirculate in the partial load area.