CN103998730A - 用于运行驱动设备的方法和驱动设备 - Google Patents

用于运行驱动设备的方法和驱动设备 Download PDF

Info

Publication number
CN103998730A
CN103998730A CN201280064178.1A CN201280064178A CN103998730A CN 103998730 A CN103998730 A CN 103998730A CN 201280064178 A CN201280064178 A CN 201280064178A CN 103998730 A CN103998730 A CN 103998730A
Authority
CN
China
Prior art keywords
petrol engine
turbine
exhaust
gas
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201280064178.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103998730B (zh
Inventor
H.霍夫迈尔
P.格内格尔
N.林登坎普
J.特奥巴尔德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to CN201711382774.5A priority Critical patent/CN107965394B/zh
Publication of CN103998730A publication Critical patent/CN103998730A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103998730B publication Critical patent/CN103998730B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0269—Controlling the valves to perform a Miller-Atkinson cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/06—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
    • F02D21/08—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air the other gas being the exhaust gas of engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D23/00—Controlling engines characterised by their being supercharged
    • F02D23/02—Controlling engines characterised by their being supercharged the engines being of fuel-injection type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于运行带有汽油机(1)和废气冷却部的驱动设备的方法。在该方法中，利用带有具有可变的涡轮几何结构的涡轮(13)的废气涡轮增压器(12)来压缩通过进入阀被输送给汽油机(1)的缸体(3)的燃烧空气。在活塞在缸体(3)中到达下止点之前，关闭进入阀。被输送给涡轮的废气在排气管的一部分中、尤其在排气歧管中被冷却。

Description

用于运行驱动设备的方法和驱动设备
技术领域
本发明涉及一种用于运行带有根据权利要求1的前序部分的特征的驱动设备的方法。此外，本发明涉及一种带有根据权利要求10的前序部分的特征的驱动设备。
背景技术
本申请要求2011.12.24的德国专利申请DE10 2011 122 442.8的优先权。该文件的公开内容以此在整个范围中被包含在本申请的公开中。
在车辆、例如乘用车或载重汽车中，通常应用实施为内燃机的驱动设备用于驱动车辆。内燃机通常是汽油机或柴油机。为了减少车辆的运行成本和排放并且提高车辆的工作效率和舒适性，过去对于内燃机建议了大量关于此的改善措施。
文件DE 101 59 801 A1例如涉及一种内燃机，其带有由内燃机的废气流来驱动的至少一个增压器且带有根据米勒方法可调节的凸轮轴。串联或并联于增压器布置有另外的压缩机级，其不由内燃机的废气流来驱动。在内燃机的转速较低时，通过激活该另外的压缩机级来提高增压压力。不由内燃机的废气流来驱动的该另外的缩机级例如可被电驱动。这样电驱动的压缩机级还被称为电气增压机。
米勒方法由文件US 2,670,595已知。也可由在MTZ发动机技术杂质2007年06期第480页至485页中E. Schutting等的文章"Miller- und Atkinson-Zyklus am aufgeladenen Dieselmotor"得悉米勒方法的介绍。根据米勒方法，在排气行程之后打开进入阀，以便给缸体输送空气。在活塞到达进气行程的下止点之前关闭进入阀。
文件EP 2 041 414 B1涉及一种用于运行汽油机的方法，在其中汽油机的至少一个进入阀非常早地或非常晚地被关闭并且在其中利用增压器来压缩被输送给汽油机的燃烧空气流。至少在全负荷时将再循环的废气的部分流作为废气再循环(Abgasrueckfuehrung)输送给燃烧空气并且以大于1:10的几何压缩比来运行汽油机。
文件DE 102 33 256 A1涉及一种用于在带有预燃室和在预燃室中的火花点火的带有燃料直喷的汽油机中点燃燃料-空气混合物的方法。预燃室与较小的活塞凹坑(Kolbenmulde)处于有效连接中。
汽油机在其热力学效率上由于定量负荷控制的必要的节流以及为了避免发动机爆震的减小的压缩比而受限制。用于在部分负荷运行中消除节流且用于可能提高几何压缩比的方式是之前所提及的米勒方法和由现有技术已知的阿特金森方法。在此，通过进入阀的较早的或较晚的关闭来减少空气消耗和有效压缩。空气消耗说明了充量交换品质并且给出了在进气行程期间被输送给缸体的实际的空气量与理论上最大空气量之间的比例。由此使发动机消除节流，以及减小压缩终温度和因此爆震倾向。此外可提高几何压缩。在现有技术中已知的米勒/阿特金森方法然而具有明显的功率损失。
发明内容
本发明的目的因此是提高汽油机的效率，而不减小发动机的功率。
该目的通过一种根据权利要求1的用于运行带有汽油机的驱动设备的方法或通过一种根据权利要求10的带有汽油机的驱动设备来实现。从属权利要求定义本发明的优选的且有利的实施形式和/或改进方案。
根据本发明提供一种用于运行带有汽油机和废气冷却部的驱动设备的方法。汽油机在优选的实施形式中是高压缩的汽油机。该优选的实施形式也可被称为高增压的或高压缩的汽油机。优选地，以大于1:10而小于1:20的几何压缩比来压缩在汽油机的缸体中所输送的燃烧空气。汽油机尤其是直喷式汽油机。换言之，在优选的实施形式中燃料被直接喷入缸体中。
在根据本发明的方法中利用带有具有可变的涡轮几何结构的涡轮的废气涡轮增压器来压缩通过进入阀被输送给汽油机的缸体的燃烧空气。输送给涡轮的废气在排气管(Abgasleitung)的一部分中、尤其在汽油机的排出阀与废气涡轮增压器的涡轮之间根据本发明被冷却。优选地，废气在排气歧管(Abgaskruemmer)中被冷却。其特别有利地集成在汽油机的缸盖中。
在活塞在缸体中到达缸体的下止点之前，进入阀被关闭。废气涡轮增压器优选地包括涡轮和压缩机轮，它们在轴上相互连接。涡轮由汽油机的废气流来驱动。压缩机轮布置在汽油机的燃烧空气供给部(Verbrennungsluftzufuhr)中并且以由通过轴相联结的涡轮驱动的方式压缩被输送给汽油机的缸体的燃烧空气。在涡轮入口中的有效的流动横截面设计成可变的。对此，例如可在废气涡轮增压器的涡轮壳体(涡轮布置在其中)中布置可调节的导叶。通过调整导叶的调节可在废气流相同的情况下改变涡轮的转速，由此，可改变由压缩机轮所产生的压缩、所谓的增压压力。备选地，例如利用滑套(Schiebehuelse)可改变有效的流动横截面。带有可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器优选地具有径向涡轮和径向压缩机。在涡轮入口中可设置有导叶仿形(Leitschaufelmimik)，其通过电气调节器来调节。在此，可通过导叶的旋转在涡轮之前来改变有效的流动横截面。
通过在活塞到达下止点之前较早关闭进入阀，可提高汽油机的压缩比，而不出现发动机爆震。通过在涡轮入口中的流动横截面的可变性可用的涡轮特性场变得更宽。涡轮的操控尤其根据所需的增压压力实现。随着发动机负荷的增加，需要更高的增压压力。为了产生该增压压力，减小在涡轮处的流动横截面，以产生提高的涡轮功率。在此，与柴油发动机的应用相区分，通过最大允许的排气背压来限制最小的涡轮流动横截面。由此，操控还不同于对于带有辅助流调节(Nebenstromregelung)(废气门)的废气涡轮增压器的操控，因为在此由原理引起不需要这样的限制。
使用带有可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器因此导致较宽可用的压缩机特性场，使得已在汽油机的中等负荷下可产生充足的增压压力，以平衡可通过进入阀的较早的关闭而产生的充气损失。因此，尤其在这些运行区域中可实现热力学总效率的显著提升。通过进入阀的较早关闭，在缸体中在进气行程中实现燃烧空气通过膨胀的附加冷却。这导致减少的压缩功以及减小的过程温度，其减小爆震倾向和壁热损失。
此外，在根据本发明的设置中可减小废气温度，由此使能够将废气涡轮增压器在热学上设计到对于汽油机较低的例如最大850摄氏度的废气温度上。由此可类似于当今的柴油发动机对用于汽油机的废气涡轮增压器进行材料选择以及缝隙尺寸设计(Spaltma?auslegung)，由此，可减少用于带有可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器的成本。通过减小的缝隙尺寸设计，此外可提高涡轮效率。因此，与根据米勒燃烧方法运行的带有具有固定的涡轮几何结构的废气涡轮增压器的汽油机相比，根据本方法可实现功率中性的(leistungsneutral)效率提升。
根据一实施形式，根据汽油机的负荷来调节废气涡轮增压器的可变的涡轮几何结构。通过进入阀的较早关闭伴随的充量损失可由通过带有可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器的更宽的压缩机特性场调节可变的废气涡轮增压器在汽油机的所有负荷范围中合适地来平衡。此外，尤其在全负荷运行中可减小过程温度和废气温度，由此提高汽油机的效率，并且可在排气系中和在废气涡轮增压器的涡轮中使用更加成本有利的材料。
根据另一实施形式，附加地利用电驱动的压缩机、所谓的电气增压机或者e-增压机来压缩被输送给缸体的燃烧空气。通过在活塞在缸体中到达下止点之前之进入阀的较早关闭，减少空气消耗，这意味着被输送给缸体的实际的空气量与在缸体中理论上最大的空气量的比例被减小。由于减少的空气消耗，尤其对用于提高转速或扭矩的要求的汽油机响应时间可提高。通过利用电气驱动的压缩机来预压缩燃烧空气，借助于电气驱动的压缩机可减小汽油机的响应时间，并且因此使废气涡轮增压器加速。压缩机的电气驱动器例如具有低于1KW的功率消耗并且因此能以通常在车辆中存在的12V网络驱动。此外，由带有可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器和电驱动的压缩机构成的组合使之成为可能，即电驱动的压缩机仅短暂地为了改善汽油机的响应时间来运行且因此不需要用于提高车辆的电气网络的电气功率能力的措施。
通过在实施形式的组中所设置的废气涡轮增压器与经由曲轴机械地驱动的压缩机的组合可实现相当宽的压缩机特性场。由此，可在汽油机的较宽的转速和负荷范围中来平衡由进入阀的较早关闭所引起的充量损失。因此，由可在汽油机的较宽的负荷范围上实现汽油机的功率中性的效率提升。
根据本发明的一改进方案，废气涡轮增压器的旁通阀(Nebenschlussventil)可根据汽油机的负荷来调节。旁通阀导引汽油机的废气的被调节的部分经过废气涡轮增压器的涡轮。这样的旁通阀还被称为废气门或旁路阀。借助于旁通阀尤其在汽油机的转速较高时也可在全负荷范围中来提供较宽的压缩机特性场，由此可合适地来调节充量损失的平衡。
根据另一特别有利的改进方案，汽油机包括废气再循环，其中，通过废气再循环来导引的废气被冷却。废气再循环例如可包括所谓的高压废气再循环和/或所谓的低压废气再循环。高压废气再循环将在汽油机的排出阀和废气涡轮增压器的涡轮之间的废气引导与在压缩机和进入阀之间的燃烧空气供给相联结。低压废气再循环将在废气涡轮增压器的涡轮后面的废气引导与在压缩机前面的燃烧空气供给相联结。通过废气再循环的冷却，可来冷却被输送给汽油机的燃烧空气并且因此减小过程温度。废气再循环例如可借助于发动机冷却剂通过使用例如集成的排气歧管来执行。尤其，对于再循环的废气的废气冷却可以是作用于被输送给废气涡轮增压器的涡轮的废气的废气冷却。
效率优点主要产生于对此提高的发动机功率。在此，当今的汽油机的设计必须通过在缸体中附加的燃料供给来降低过程温度，以保护废气引导的构件免于太高的热负荷。这通常导致燃料的较高的额外消耗。通过使用集成的排气歧管，该措施可被显著减少并且因此对于较高的发动机功率可使发动机的效率提高几个百分点。与使用传统的废气再循环系统相比，借助于集成的排气歧管因此可显著降低废气温度。
此外，进入阀可在进气行程与压缩行程之间在下止点之前汽油机的35°至90°曲轴转角的范围中被关闭。进入阀尤其可在下止点之前汽油机的50°至70°曲轴转角的范围中被关闭。进入阀的关闭在此涉及一毫米阀行程，也就是说进入阀在上述曲轴角度范围中被关闭到使得留下的阀行程小于或等于一毫米。通过进入阀的较早关闭，使直到那时所输送的燃烧气体在进气行程的另一过程中膨胀，由此燃烧空气冷却。这导致在接下来的压缩行程中减少的压缩功以及导致减小的过程温度，由此可减小汽油机的爆震倾向和壁热损失。同时，对于做功行程完全的膨胀比可供使用。
根据另一实施形式，汽油机包括可变的阀控制部。根据汽油机的负荷借助于可变的阀控制部来调节进入阀关闭的角度。通过调节进入阀关闭的角度，可根据负荷来调节空气消耗，使得发动机负荷的无节流的调节(其使功率中性的效率提升成为可能)成为可能。
此外或备选于此，通过冷却汽油机的排气歧管来冷却在汽油机的排气阀与废气涡轮增压器之间的废气。通过在废气涡轮增压器前的废气的冷却，可将废气涡轮增压器在热学上设计到较小的废气温度上，由此使更加成本有利的材料选择以及减小的缝隙尺寸设计成为可能。
根据本发明，此外提供一种带有汽油机的驱动设备。驱动设备包括带有涡轮的废气涡轮增压器和阀控制部，该涡轮具有可变的涡轮几何结构。废气涡轮增压器设计用于压缩通过进入阀输送给汽油机的缸体的燃烧空气。阀控制部设计成在活塞在缸体中尤其在进气行程与压缩行程之间到达下止点之前关闭进入阀。汽油机因此尤其适合于执行之前所说明的带有所说明的特征中的一个或多个的方法并且因此还包括之前所说明的优点。该汽油机尤其使相对于传统汽油机的效率的提高成为可能，其中，汽油机的功率不由于效率提高而被减小。
根据本发明，驱动设备具有与排气管的一部分相关联的废气冷却器，用于冷却在排气管的该部分中被输送给涡轮的废气。在实施形式的组中，排气管的该部分是排气歧管。其优选地以有利的方式部分地或(特别优选地)完全地集成在汽油机的缸盖中。
对于集成的排气歧管，通常单独实施的排气歧管被完全集成到缸盖中并且因此在从缸盖出来之后留有至涡轮的唯一的管连接。为了不使构件温度不允许地高，周围冲刷冷却地(kühlumspült)来实施引导气体的轮廓。在此，该冷却剂套(Kühlmittelmantel)也可由多件式的型芯(Gieskern)来表示。冷却剂尤其可以是水。
根据本发明的驱动设备可具有带有在1:10至1:20、优选地1:12至1:15的范围中、尤其1:13的几何压缩比的汽油机。这样大的压缩比是可能的，因为借助于进入阀的较早关闭来调节<1的空气消耗并且由此可防止汽油机的爆震倾向。空气消耗例如被调节到0.5至0.9的范围上、优选地到0.6至0.8的范围上。
根据本发明，最后提供一种车辆、尤其无轨的陆上车辆，其具有所说明的带有汽油机的驱动设备中的一个。通过汽油机的改善的效率，可减小车辆的油耗和排放、尤其CO2排放。因为如其之前所说明的那样效率提升可功率中性地来执行，对于车辆的使用者在车辆的运行中不产生任何功率损失。
附图说明
接下来参照附图来详细说明本发明的优选的实施形式。其中：
图1显示了根据本发明的一实施形式的带有汽油机的驱动设备的示意性的图示，
图2显示了根据本发明的另一实施形式的带有汽油机的驱动设备的另一示意性的图示，以及
图3示意性地显示了带有本发明的实施形式的根据本发明的车辆。
具体实施方式
在常见的汽油机中，由于定量负荷控制的必要的节流以及为了避免发动机爆震的减小的压缩比热力学效率而受限制。用于在部分负荷运行中消除节流且用于可能提高几何压缩比的方式是所谓的米勒或阿特金森方法。在此，通过进入阀的较早的或较晚的关闭(较早的进气关闭，FES；较晚的进气关闭，SES)来减少空气消耗和有效的压缩。由此使发动机消除节流，以及减小压缩最终温度和因此爆震倾向或提高几何压缩。空气消耗(其说明在进气行程之后实际的空气量与最大理论空气量的比例)可通过米勒方法被从例如0.95减小到0.5-0.9。由于减小的空气消耗，然而可出现功率损失。为了避免该功率损失且尽管如此通过米勒方法实现效率提升，根据本发明的一实施形式提出一种带有高压缩的米勒方法和具有可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器的汽油机。为了实现高压缩的米勒方法，在活塞在相应的缸体中到达下止点之前，关闭进入阀。进入阀例如可在到达下止点之前90°至35°曲轴角度的角度范围中被关闭。优选地，进入阀可在到达下止点之前70°至50°曲轴角度的角度范围中被关闭。
图1显示了带有汽油机1的驱动设备的一实施形式。汽油机1优选地是汽油机。汽油机1包括带有四个示意性表示的缸体3的气缸体2。在进入侧4处通过进入阀(其在附图中未示出)给汽油机1输送燃烧空气。进入阀可包括可变的阀机构，使得能够可变地来调节进入阀关闭的曲轴角度。被输送给进入侧4的汽油空气(Ottoluft)包括新鲜空气5以及燃烧废气6，其通过废气再循环7和8被与新鲜空气5混合。新鲜空气5通过带有可调节的低压废气再循环阀9的低压废气再循环8被与废气6混合。附加地利用冷却器18来冷却通过低压废气再循环7所引导的废气。利用电驱动的压缩机、所谓的e-增压机来压缩该混合物。e-增压机包括压缩机10，其由电动机11来驱动。通过电动机11的(未示出的)操控，能够可变地来调节由压缩机10引起的压缩。
由压缩机10压缩的空气在该实施形式中被输送给带有可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器12。废气涡轮增压器12包括由汽油机1的废气驱动的涡轮13和压缩机14，它们通过共同的轴15相互连接。通过高压废气再循环7可将汽油机1的废气侧16的另外废气输送给由压缩机10和14压缩的燃烧空气。为了调节通过高压废气再循环7的废气再循环，高压废气再循环7包括高压废气再循环阀17。因此被压缩的且与废气混合的燃烧空气通过增压空气冷却器19被输送给进入侧4。从废气侧16，四个缸体3的废气在排气歧管20中被收集并且输送给高压废气再循环7以及带有可变的几何结构的涡轮13。为了冷却废气，排气歧管20可包括废气冷却器21，其例如利用冷却水来冷却。
废气涡轮增压器12此外包括可选的旁通阀22，通过其可将汽油机1的废气的可调节的部分导引经过废气涡轮增压器12的涡轮13。在涡轮13下游，汽油机1包括废气净化系统23、例如三元催化器。汽油机1此外包括汽油喷入设备、优选地汽油直喷，其将燃料直接喷入缸体3中。
基于例如带有汽油直喷的增压的汽油机1，在用于发动机负荷的无节流的调节的相位、控制宽度和闭缸方面借助于充气系数(Liefergrad)来调节阀机构可变性。同时，汽油机1的气缸体2具有提高的几何压缩比，例如在大约12-14的范围中。为了降低在较高的部分负荷和全负荷运行中伴随于此的提高的爆震倾向，借助于较早进气关闭(FES)将空气消耗调节到<1，例如在0.5-0.9或者优选0.6-0.8的范围中。此外，在增压压力引导的运行状态中通过低压废气再循环8为了提高废气的比热容使被冷却的且转换的废气再循环。如在图1中所示，借助于低压废气再循环8使废气在催化器23之后被提取、过滤、冷却且再循环到压缩机10和14之前。伴随于此的充量损失通过借助于压缩机10和14提高进气管压力来平衡。原则上，因此代替在缸体中通过压缩机10和14来完成工作气体的压缩的一部分。借助于相应地设计尺寸的增压空气冷却器19，在于缸体3中实现剩余的压缩之前，实现被压缩的工作气体的中间冷却(Rueckkuehlung)。由于FES，在缸体3中在进气或排气行程中通过膨胀实现工作气体的附加的冷却。这导致减少的压缩功以及降低的过程温度，其减小爆震倾向和在气缸体2中的壁热损失。同时，几何压缩比的完全的膨胀比可供做功行程使用。对于增压空气冷却和废气再循环冷却的提高的冷却功率需求通过减少热输入到发动机冷却剂中在很大程度上来补偿。
为了汽油机1的增压，与e-增压机10、11相结合地使用带有可变涡轮几何结构的废气涡轮增压器12。与通常的带有旁通阀22的废气涡轮增压器相比，通过涡轮13的可变的涡轮几何结构和与此相联系的可变的涡轮特性场宽度在中等负荷下已可充足地产生增压压力以平衡之前提及的由方法引起的充量损失。此外，可将废气的整个质量流导引通过涡轮，由此更多涡轮功率在全负荷范围中可供使用。因此，尤其在循环相关的运行范围中引起热力学总效率的显著提升。通过排气歧管20的有利的、优选的冷却部21和减小的过程温度，可将废气涡轮增压器12在热力学上设计到对于汽油燃烧方法较低的例如最大850°的废气温度上。由此，与通常的带有用于汽油机的可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器设计相比，更加成本有利的材料选择和缝隙尺寸设计是可能的。与通常的用于汽油机的废气涡轮增压器相比，通过材料选择可减小废气涡轮增压器的成本而通过减小的缝隙尺寸设计可实现更高的涡轮效率。
总地来说，之前所说明的工作过程由于通过在较早进气关闭(FES)、冷却的废气再循环、提高的几何压缩比的情况下冷却的预压缩、内部的膨胀而减小的过程温度和伴随于此的延长的膨胀导致在排出阀打开时降低的废气温度。由之前所说明的工作方法(高压缩的米勒方法)和带有可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器构成的组合因此对于借助于高压缩的米勒方法的功率中性的效率提升且对于充分小的废气温度是决定性的，其使对于带有可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器的使用在经济上和技术上合理的花费成为可能。
图2显示了汽油机1的另一实施形式，其例如适合于较高的升功率。在图2中的带有汽油机1的驱动设备可代替带有可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器12具有带有固定的涡轮几何结构的废气涡轮增压器212。也就是说，废气涡轮增压器212包括带有固定的涡轮几何结构的涡轮213。附加地，废气涡轮增压器212包括旁通阀222，其也被称为旁路阀或废气门。备选于此地，驱动设备可具有带有可变的涡轮几何结构的废气涡轮增压器212，其通过轴215与压缩机214相联结。与图1中所示的实施形式不同，图2的汽油机1代替e-增压机10、11包括机械驱动的压缩机210，其通过驱动器211与汽油机1的曲轴相联结并且通过曲轴来驱动。这样的由机械驱动的压缩机210和废气涡轮增压器212构成的设计也还被称为双增压设计(Twin-Charger-Konzept)。图2的汽油机1的其余部件相应于图1的汽油机1的部件。在相应的活塞到达下止点之前，汽油机1的进入阀被关闭。图2的汽油机1因此也根据米勒方法工作。
与通常的汽油机相比在空气消耗减少的情况下之前结合图1所说明的废气温度的降低导致减小的废气焓(Abgasenthalpie)，其对于瞬态的运行状态、例如自发的负荷要求可供废气涡轮增压器使用。在当今通常的汽油机设计中，通过点火角和因此燃烧的延后调节而实现废气焓提高，这导致在瞬态发动机运行中的效率损失。为了改善由于减小的空气消耗而产生的汽油机的响应时间的提高，将预压缩机、例如在图1中所示的e-增压机10、11或在图2中所示的机械驱动的压缩机210集成到增压系统中。将预压缩机定位在抽吸路段中的空气滤清器之后在主压缩机14或214之前。通过产生小于1.5hPa的压缩比，使废气涡轮增压器12或212加速并且由此实现期望的响应时间。在较小的发动机中，e-增压机10、11在小于1000瓦的范围中的驱动功率就足够，这意味着电机11可至少短时地以存在的12V车载网络的电能来运行。在较大的发动机中，12V车载网络的电功率常常不够。在这些情况中，机械驱动的预压缩机210是有利的，其由汽油机1的曲轴来机械地驱动。
图3最后显示了根据本发明的一实施形式的车辆300，其包括之前所说明的带有汽油机1的驱动设备。

Claims (15)

1. 一种用于运行带有汽油机(1)和废气冷却部的驱动设备的方法，其包括：
- 利用带有涡轮(13)的废气涡轮增压器(12)来压缩通过进入阀被输送给所述汽油机(1)的缸体(3)的燃烧空气，所述涡轮(13)具有可变的涡轮几何结构，以及
- 在活塞在所述缸体(3)中到达下止点之前，关闭所述进入阀，
其特征在于被输送给所述涡轮(13)的废气在排气管的一部分中的冷却。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废气在排气歧管(20)中被冷却。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了冷却所述废气使用排气歧管(20)，其集成在所述汽油机(1)的缸盖中。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述汽油机(1)的负荷调节所述废气涡轮增压器(12)的可变的涡轮几何结构。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，附加地利用电驱动的压缩机(10)来压缩被输送给所述缸体的所述燃烧空气(5)。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述下止点之前所述汽油机(1)的35°至90°曲轴转角的范围中关闭所述进入阀。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述汽油机(1)包括可变的阀控制部，其中，根据所述汽油机(1)的负荷来调节所述进入阀关闭的角度。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，燃料被直接喷入所述缸体(3)中。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述汽油机(1)的缸体(3)中所输送的燃烧空气以大于1:10而小于1:20的几何压缩比被压缩。
10. 一种尤其用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法的驱动设备，其包括：
- 汽油机，
- 用于压缩通过进入阀被输送给所述汽油机(1)的缸体(3)的燃烧空气的带有涡轮(13)的废气涡轮增压器(12)，所述涡轮(13)具有可变的涡轮几何结构，以及
- 阀控制部，其设计成在活塞在所述缸体(3)中到达下止点之前关闭所述进入阀，
其特征在于，
- 废气冷却部(21)，其与排气管的一部分相关联以冷却在所述排气管的该部分中被输送给所述涡轮的废气。
11. 根据权利要求10所述的驱动设备，其特征在于，所述排气管的该部分是排气歧管(20)。
12. 根据权利要求11所述的驱动设备，其特征在于，所述排气歧管(20)集成在所述汽油机的缸盖中。
13. 根据上述权利要求10至12中任一项所述的驱动设备，其特征在于，所述汽油机(1)具有大于1:10而小于1:20的几何压缩比。
14. 根据权利要求13所述的驱动设备，其特征在于，所述汽油机(1)具有大于1:12而小于1:15的几何压缩比。
15. 一种车辆，其带有根据权利要求9至14中任一项所述的驱动设备。
CN201280064178.1A 2011-12-24 2012-12-19 用于运行驱动设备的方法和驱动设备 Active CN103998730B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711382774.5A CN107965394B (zh) 2011-12-24 2012-12-19 用于运行驱动设备的方法和驱动设备

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011122442A DE102011122442A1 (de) 2011-12-24 2011-12-24 Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
DE102011122442.8 2011-12-24
PCT/EP2012/005261 WO2013091849A1 (de) 2011-12-24 2012-12-19 Verfahren zum betreiben eines antriebsaggregates und antriebsaggregat

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711382774.5A Division CN107965394B (zh) 2011-12-24 2012-12-19 用于运行驱动设备的方法和驱动设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103998730A true CN103998730A (zh) 2014-08-20
CN103998730B CN103998730B (zh) 2020-05-05

Family

ID=47504821

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711382774.5A Active CN107965394B (zh) 2011-12-24 2012-12-19 用于运行驱动设备的方法和驱动设备
CN201280064178.1A Active CN103998730B (zh) 2011-12-24 2012-12-19 用于运行驱动设备的方法和驱动设备

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711382774.5A Active CN107965394B (zh) 2011-12-24 2012-12-19 用于运行驱动设备的方法和驱动设备

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20140366854A1 (zh)
EP (1) EP2795075B1 (zh)
KR (1) KR101630553B1 (zh)
CN (2) CN107965394B (zh)
DE (1) DE102011122442A1 (zh)
ES (1) ES2581282T3 (zh)
RU (1) RU2586950C2 (zh)
WO (1) WO2013091849A1 (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012018692A1 (de) * 2012-09-21 2014-03-27 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer zumindest ein Einlassventil aufweisenden Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors
DE102012024318A1 (de) * 2012-12-13 2014-06-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
EP2837804A1 (en) * 2013-08-13 2015-02-18 Caterpillar Motoren GmbH & Co. KG Operating internal combustion engines
DE102014211160A1 (de) 2014-06-11 2015-12-17 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Steuereinheit zum Ausführen eines Gaswechsels in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine sowie Verbrennungskraftmaschine mit einer solchen Steuereinheit
WO2016046449A1 (en) * 2014-09-23 2016-03-31 Wärtsilä Finland Oy Method in operating an internal combustion piston engine
DE102015202955A1 (de) * 2015-02-18 2016-01-07 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Verfahren zum Auslegen einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine
DE112015006305B4 (de) * 2015-03-13 2021-06-10 GM Global Technology Operations LLC Brennkraftmaschine mit erhöhtem Kompressionsverhältnis mit mehrstufiger Verstärkung
US20170030257A1 (en) * 2015-07-30 2017-02-02 GM Global Technology Operations LLC Enhancing cylinder deactivation by electrically driven compressor
DE102015219337A1 (de) * 2015-10-07 2017-04-13 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung, Antriebsvorrichtung
KR102166999B1 (ko) * 2015-10-26 2020-10-16 한온시스템 주식회사 배기가스 쿨러
DE102016005877A1 (de) * 2016-05-13 2017-11-16 Man Truck & Bus Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere als Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug
AT520321B1 (de) * 2017-11-03 2019-03-15 Avl List Gmbh Verfahren zum betreiben einer fremdgezündeten brennkraftmaschine
KR101979296B1 (ko) * 2017-11-30 2019-05-17 신라대학교 산학협력단 배기가스 열전발전과 가변 터보챠져 일체형 시스템
DE102019114932A1 (de) * 2019-06-04 2020-12-10 Ihi Charging Systems International Gmbh Verfahren für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader und Abgasturboladersystem, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102021206542A1 (de) 2021-06-24 2022-12-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern
DE102023104885A1 (de) * 2023-02-28 2024-08-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine, Steuereinrichtung, Verbrennungskraftmaschine und Kraftfahrzeug

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1233313A (zh) * 1996-08-23 1999-10-27 卡明斯发动机公司 带最佳燃烧控制的预混合可燃混合气压燃发动机
US20040221820A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-11 Opris Cornelius N. Variable engine cycle engine
US20050126168A1 (en) * 2003-09-23 2005-06-16 Friedrich Gruber Internal combustion engine
CN101050722A (zh) * 2006-04-07 2007-10-10 孙敏超 一种变出口流动截面涡轮喷嘴环
US20090120418A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Internal-Combustion Engine Having a Cooled Exhaust Gas Recirculation System as Well as an Exhaust Gas Manifold
US20090173319A1 (en) * 2006-07-14 2009-07-09 Thomas Koch Method for operating a spark ignition engine
US20100199666A1 (en) * 2008-08-05 2010-08-12 Vandyne Ed Super-turbocharger having a high speed traction drive and a continuously variable transmission

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE512943C2 (sv) * 1998-10-05 2000-06-12 Saab Automobile Förbränningsmotor
US2670595A (en) 1949-10-19 1954-03-02 Miller Ralph High-pressure supercharging system
US4010613A (en) * 1973-12-06 1977-03-08 The Garrett Corporation Turbocharged engine after cooling system and method
US4214443A (en) * 1978-09-01 1980-07-29 Perkins Engines Limited Marine engine manifold
JPH0526253Y2 (zh) * 1987-03-27 1993-07-02
US6029452A (en) * 1995-11-15 2000-02-29 Turbodyne Systems, Inc. Charge air systems for four-cycle internal combustion engines
EP1688601B1 (en) * 1996-08-23 2011-03-09 Cummins Inc. Premixed charge compression ignition engine with optimal combustion control
RU2189468C2 (ru) * 1996-10-25 2002-09-20 Клайд К. БРАЙАНТ Усовершенствованный двигатель внутреннего сгорания и его рабочий цикл
JP2996971B1 (ja) * 1999-01-28 2000-01-11 大阪瓦斯株式会社 ミラ―サイクルエンジン
DE10159801A1 (de) 2001-12-05 2003-04-10 Audi Ag Verbrennungsmotor und Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
DE10233256A1 (de) 2002-07-23 2004-02-05 Kuhnert, Dieter, Dr.-Ing. Verfahren und Vorrichtung zur Zündung des Gesmischs bei einem Ottomotor mit Kraftstoff-Direkteinspritzung
US6981370B2 (en) * 2002-12-03 2006-01-03 Caterpillar Inc Method and apparatus for PM filter regeneration
DE10321572A1 (de) * 2003-05-14 2004-12-02 Daimlerchrysler Ag Ladeluftverdichter für eine Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Verfahren hierzu
US7484498B2 (en) * 2006-03-31 2009-02-03 Mazda Motor Corporation Spark-ignition gasoline engine
US20070261406A1 (en) * 2006-05-12 2007-11-15 General Electric Company Systems and methods of reducing NOx emissions in internal combustion engines
KR100986061B1 (ko) * 2008-04-01 2010-10-07 현대자동차주식회사 배기 매니폴드와 실린더 헤드가 일체형으로 형성된 엔진
DE102008051041B4 (de) * 2008-10-09 2014-03-13 Continental Mechanical Components Germany Gmbh Turbolader mit Befestigungselementen zum Befestigen von Schaufellagerringen einer variablen Turbinengeometrie VTG
CN201443420U (zh) * 2009-07-03 2010-04-28 寿光市康跃增压器有限公司 一种涡轮增压器双层流道变截面涡轮机
DE102009046701A1 (de) * 2009-11-13 2011-05-19 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung und Regelung einer Abgasrückführungsrate eines Verbrennungsmotors
CN201794658U (zh) * 2010-09-07 2011-04-13 康跃科技股份有限公司 一种可变流道涡轮机装置
CN102192000B (zh) * 2011-04-01 2013-04-17 康跃科技股份有限公司 可变流量的涡轮装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1233313A (zh) * 1996-08-23 1999-10-27 卡明斯发动机公司 带最佳燃烧控制的预混合可燃混合气压燃发动机
US20040221820A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-11 Opris Cornelius N. Variable engine cycle engine
US20050126168A1 (en) * 2003-09-23 2005-06-16 Friedrich Gruber Internal combustion engine
CN101050722A (zh) * 2006-04-07 2007-10-10 孙敏超 一种变出口流动截面涡轮喷嘴环
US20090173319A1 (en) * 2006-07-14 2009-07-09 Thomas Koch Method for operating a spark ignition engine
US20090120418A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Internal-Combustion Engine Having a Cooled Exhaust Gas Recirculation System as Well as an Exhaust Gas Manifold
US20100199666A1 (en) * 2008-08-05 2010-08-12 Vandyne Ed Super-turbocharger having a high speed traction drive and a continuously variable transmission

Also Published As

Publication number Publication date
CN103998730B (zh) 2020-05-05
ES2581282T3 (es) 2016-09-05
DE102011122442A1 (de) 2013-06-27
EP2795075A1 (de) 2014-10-29
WO2013091849A1 (de) 2013-06-27
RU2014130599A (ru) 2016-02-20
CN107965394B (zh) 2021-05-14
CN107965394A (zh) 2018-04-27
KR20140113697A (ko) 2014-09-24
US20140366854A1 (en) 2014-12-18
RU2586950C2 (ru) 2016-06-10
KR101630553B1 (ko) 2016-06-14
EP2795075B1 (de) 2016-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103998730A (zh) 用于运行驱动设备的方法和驱动设备
EP1957766B1 (en) Turbocharged engine system and method of operation
CN100545429C (zh) 复合六行程自冷式内燃引擎
US9316150B2 (en) Variable compression ratio diesel engine
EP2041414B1 (de) Verfahren zum betrieb eines otto-motors
US20070271919A1 (en) Alternative (reciprocating) engine with recirculation of exhaust gases intended for the propulsion of automobiles and method turbocharging these motors
WO2006051299A1 (en) A pressure-charged gasoline internal combustion engine
CN102562273A (zh) 具有可变几何增压涡轮的涡轮复合装置及其发动机系统
CN102877931A (zh) 涡轮增压发动机
Kim et al. A numerical study on turbocharging system for PFI-SI type hydrogen combustion engine
CN202100325U (zh) 一种内燃机辅助增压系统
Ross et al. New approach to turbochargers for four-cylinder gasoline engines
US20050235971A1 (en) Method of heating the interior of a vehicle
WO2023110104A1 (en) A combustion engine arrangement and method
CN205936822U (zh) 发动机组件及具有该发动机组件的车辆
US20200284227A1 (en) Engine with electric compressor boost and dedicated exhaust gas recirculation system
CN103993952A (zh) 排放气体燃烧系统
Mears AUTOMoTIVE EnGINEs FOR TIlE 1990's
Hiereth et al. Examples of supercharged production engines
Dolenc Influencing Factors for Market Acceptance of Vehicle Engines With Low Fuel Consumption
Ogawa New Technologies for Diesel Engines
Boretti et al. SMALL, HIGH POWER DENSITY, DIRECTLY INJECTED, TURBOCHARGED ENGINES
Hiereth et al. Introduction and short history of supercharging

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant