DE102004029538A1 - Charging device for internal combustion engines with pulse jet support - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufladeeinrichtung (11) mit einem Verdichterteil (9) und einem Turbinenteil (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (1). Dem Verdichterteil (9) ist eine Zuströmleitung (8.1) und eine Abströmleitung (8.2) zugeordnet. Das Turbinenteil (10) ist über eine Abgasleitung (59) mit der Abgasleitung (59) mit dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine (1) beaufschlagt. Zwischen der verdichterseitigen Abströmleitung (8.2) und der Abgasleitung (59) zur Aufladeeinrichtung (11) ist ein stromauf der Aufladeeinrichtung (11) in die Abgasleitung (59) mündendes Pulse-Jet-Rohr (53) angeordnet.The invention relates to a charging device (11) having a compressor part (9) and a turbine part (10) for an internal combustion engine (1). The compressor part (9) is associated with an inflow line (8.1) and an outflow line (8.2). The turbine part (10) is acted upon via an exhaust pipe (59) with the exhaust pipe (59) with the exhaust gas of the internal combustion engine (1). Between the compressor-side outflow line (8.2) and the exhaust line (59) to the charging device (11) upstream of the charging device (11) in the exhaust pipe (59) opening pulse jet tube (53) is arranged.
Description
Technisches Gebiettechnical area
Zur Verbesserung der Zylinderfüllung mit Verbrennungsluft kommen an Verbrennungskraftmaschinen Aufladeeinrichtungen zum Einsatz. Die Aufladeeinrichtungen können als Abgasturbolader oder mechanisch angetriebene Lader oder auch als Druckwellenlader ausgebildet sein und erhöhen im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine das Druckniveau, um bei geöffneten Einlassventilen der Verbrennungskraftmaschine einen höheren Füllungsgrad der Zylinder zu erreichen. Bei geringeren Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschinen tritt bei Abgasturboladern das so genannte „Turboloch" auf, da aufgrund des niedrigeren Abgasvolumenstroms die vom Turbinenrad an das Verdichterlaufrad des Abgasturboladers abgegebene mechanische Leistung zur Druckerhöhung im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine nicht mehr ausreicht.to Improvement of the cylinder filling with combustion air come on internal combustion engines charging devices for use. The superchargers can be used as exhaust gas turbochargers or mechanically driven loader or be designed as a pressure wave loader and increase in the intake tract of an internal combustion engine the pressure level, at open Inlet valves of the internal combustion engine a higher degree of filling to reach the cylinder. At lower speeds of internal combustion engines occurs in exhaust gas turbochargers on the so-called "turbo lag", since due to the lower exhaust gas flow rate the discharged from the turbine to the compressor impeller of the exhaust gas turbocharger mechanical power for increasing the pressure in the intake tract of the internal combustion engine no longer sufficient.
Bei Abgasturboladern, die an Verbrennungskraftmaschinen, seien es selbstzündende oder fremdgezündete Verbrennungskraftmaschinen, eingesetzt werden, tritt im unteren Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine das oben bereits erwähnte Turboloch auf. In diesem Betriebszustand einer Verbrennungskraftmaschine reicht der Abgasvolumenstrom, der von der Verbrennungskraftmaschine produziert wird, nicht dazu aus, das Verdichterlaufrad des Abgasturboladers mit einer Drehzahl anzutreiben, die zu einer ausreichenden Druckerhöhung im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine führen könnte.at Exhaust gas turbochargers which are used on internal combustion engines, be it self-igniting or spark-ignited internal combustion engines, used, occurs in the lower speed range of the internal combustion engine the above already mentioned Turbo lag on. In this operating state of an internal combustion engine extends the exhaust gas flow, that of the internal combustion engine is produced, not to the compressor impeller of the exhaust gas turbocharger to drive at a speed which leads to a sufficient pressure increase in the Intake tract of the internal combustion engine could lead.
Eine Lösungsmöglichkeit, dem oben beschriebenen Betriebscharakteristikum von Abgasturboladern Herr zu werden, liegt darin, am Abgasturbolader, z.B. elektrisch antreibbare Zusatzag gregate vorzusehen, die beispielsweise über eine Freilaufkupplung ab Erreichen eines bestimmten unteren Drehzahlwertes der Verbrennungskraftmaschine zuschaltbar sind und nach Überschreiten einer bestimmten, das Turboloch vermeidenden Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine wieder abgeworfen werden können, was beispielsweise über eine Freilaufkupplung oder eine Überholkupplung oder dergleichen erfolgen kann.A Possible solution, the above-described Betriebscharakteristikum exhaust gas turbochargers To be master, lies in the exhaust gas turbocharger, e.g. electrical To provide drivable Zusatzag gregate, for example, via a One-way clutch from reaching a certain lower speed value the internal combustion engine are switchable and after crossing a certain, the turbo lag avoiding speed of the internal combustion engine can be thrown off again, what about, for example an overrunning clutch or an overrunning clutch or the like can take place.
Derart ausgebildete Zusatzantriebe an Abgasturboladern erhöhen einerseits die Kosten des Abgasturboladers und nehmen andererseits einen relativ großen Bauraum in Anspruch, der an Verbrennungskraftmaschinen in immer begrenzterem Maße zur Verfügung steht.so trained auxiliary drives on exhaust gas turbochargers increase on the one hand the cost of the exhaust gas turbocharger and on the other hand take a relative huge Space in use, the internal combustion engines in always to a more limited extent disposal stands.
Die oben dargestellte Abhilfemöglichkeit stellt daher einen nicht unerheblichen Aufwand hinsichtlich der einzusetzenden Komponenten und hinsichtlich der Beanspruchung zusätzlichen Bauraums im Motorraum einer Verbrennungskraftmaschine dar.The presented above remedial option therefore a considerable effort in terms of the used Components and in terms of stress additional Space in the engine compartment of an internal combustion engine.
Aus der Antriebstechnik sind Pulse-Jet-Rohre bekannt. Pulse-Jet-Rohre sind extrem einfach und kostengünstig aufgebaut. Im einfachsten Falle ist ein Rohrstück von einer definierten Länge mit einer Brennkammer an einem Ende ausreichend. Die Brennkammer kann durch ein Ventil, so z.B. ein Rückschlagventil von einer der Brennkammer vorgeschalteten Gemischaufbereitungseinrichtung getrennt sein. In der Brennkammer ist eine Zündeinrichtung vorgesehen, welche im Startfall eine Gemischwolke entzündet, so dass eine Druckwelle in Richtung auf das Rohrende induziert wird, welche einen entsprechenden Schubeffekt zur Folge hat. Nach Expansionsende der Druckwelle innerhalb des Pulse-Jet-Rohres zieht durch den in der Brennkammer induzierten Unterdruck über das erwähnte Ventil von der Gemischaufbereitungseinrichtung Frischgemisch in die Brennkammer, während die Druckwelle gleichzeitig in die Brennkammer zurückläuft, dort nachfolgend das Frischgemisch verdichtet, so dass im Anschluss daran eine erneute Zündung des Frischgemischs an der heißen zurücklaufenden Abgasfront erfolgen kann. Je nach Auslegung hinsichtlich von Rohrlänge des Pulse-Jet-Rohres und freiem Strömungsquerschnitt, erfolgt dieser Vorgang mit einer Frequenz von bis zu 300 Hz.Out the drive technology Pulse-Jet tubes are known. Pulse-Jet pipes are extremely easy and inexpensive built up. In the simplest case, a piece of pipe of a defined length with a combustion chamber at one end is sufficient. The combustion chamber can through a valve, e.g. a check valve from a mixture preparation device upstream of the combustion chamber be separated. In the combustion chamber, an ignition device is provided, which ignited at startup a mixture cloud, so that a pressure wave is induced in the direction of the pipe end, which is a corresponding Thrusting effect. After expansion end of the pressure wave within of the pulse-jet tube passes through that induced in the combustion chamber Negative pressure over that mentioned Valve of the mixture preparation device Fresh mixture in the combustion chamber while the pressure wave runs back into the combustion chamber at the same time, there Subsequently, the fresh mixture is compressed, so that afterwards a renewed ignition of the fresh mixture on the hot returning Exhaust front can be done. Depending on the design in terms of tube length of the Pulse-jet tube and free flow cross-section, this process takes place at a frequency of up to 300 Hz.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Aufladeeinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen wie z.B. einem Abgasturbolader ein Pulse-Jet-Rohr zuzuordnen. In vorteilhafter Weise ist das Pulse-Jet-Rohr mit praktisch kaum bewegten Teilen sehr einfach aufgebaut. Im Vergleich zu einem im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten, elektrischen Zusatzantrieb für die Aufladeeinrichtung wird kaum elektrische Leistung benötigt, ferner baut das erfindungsgemäß vorgeschlagene, der Aufladeeinrichtung zuzuordnende Pulse-Jet-Rohr wesentlich leichter.According to the invention, it is proposed a charging device for Internal combustion engines, such as e.g. Assign a pulse-jet tube to an exhaust gas turbocharger. Advantageously, the pulse-jet tube is practically barely Moving parts very simple. Compared to an im Intake tract of an internal combustion engine arranged, electrical Additional drive for the charger is hardly required electric power, furthermore builds the invention proposed, attributable to the charger pulse jet tube much easier.
Das Pulse-Jet-Rohr wird bevorzugt derart an der Aufladeeinrichtung, wie z.B. einem Abgasturbolader integriert, dass die Anströmseite des Pulse-Jet-Rohres mit der Abströmseite des Verdichters, d.h. mit Verdichteraustrittsdruck beaufschlagt wird. Ausströmseitig mündet das Pulse-Jet-Rohr in die Abgasleitung stromauf zum Turbinenteil eines Abgasturboladers einer Verbrennungskraftmaschine. Anstelle eines Abgasturboladers kann auch ein mechanisch angetriebener Lader oder ein Druckwellenlader eingesetzt werden. Das Pulse-Jet-Rohr kann sowohl senkrecht zur Strömungsachse der Abgasleitung, wie auch geneigt zu dieser angeordnet werden. Ist das Pulse-Jet-Rohr derart geneigt zur Abgasleitung aufgenommen, dass die ausströmseitig das Pulse-Jet-Rohr verlassenden Druckwellen mit Impuls in die Strömungsrichtung des in der Abgasleitung strömenden Abgases eingeleitet werden, kann eine nicht unerhebliche Leistungserhöhung am Turbinenteil einer als Abgasturbolader ausgebildeten Aufladeeinrichtung erzielt werden.The pulse-jet tube is preferably integrated on the charging device, such as an exhaust-gas turbocharger, for example, so that the upstream side of the pulse-jet tube is acted upon by the downstream side of the compressor, ie with compressor outlet pressure. On the outflow side, the pulse-jet tube opens into the exhaust pipe upstream to the turbine part of an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine. Instead of an exhaust gas turbocharger, a mechanically driven supercharger or a pressure wave supercharger can also be used. The pulse-jet tube can be arranged both perpendicular to the flow axis of the exhaust pipe, as well as inclined thereto. is the pulse-jet tube is received inclined to the exhaust pipe so that the pressure waves leaving the pulse-jet tube are introduced with pulse in the flow direction of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe, a significant increase in performance can be achieved on the turbine part of a charging device designed as exhaust gas turbocharger become.
Zeichnungdrawing
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.Based In the drawings, the invention will be described below in more detail.
Es zeigt:It shows:
Ausführungsvariantenvariants
Die
Verbrennungskraftmaschine
Die
Verbrennungskraftmaschine
Die
in
Abströmseitig
strömt
die durch das Verdichter-Laufrad
Im
Zylinderkopfbereich der Verbrennungskraftmaschine
In
der Darstellung gemäß
Abströmseitig
ist der Aufladeeinrichtung
Die
Drosseleinrichtung
Der
Darstellung gemäß
Aus
der Darstellung gemäß
Die
Zündeinrichtung
Hinter
dem ersten Ventil
Die
Funktionsweise des in
Die
das zweite Ventil
Über die
Steuereinrichtung
Die
in dem Rohrabschnitt des Pulse-Jet-Rohres
Der
Druckaufbau innerhalb des Pulse-Jet-Rohres
- 11
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 22
- Kurbelgehäusecrankcase
- 33
- MotorsteuergerätEngine control unit
- 44
- Ansaugtraktintake system
- 55
- LuftmassenmesserAir flow sensor
- 66
- Ansaugöffnungsuction
- 8.18.1
- Leitung zur Aufladeeinrichtungmanagement to the charging device
- 8.28.2
- Leitung von Aufladeeinrichtungmanagement of charging device
- 99
- Verdichter-Laufrad (Verdichter)Compressor impeller (Compressor)
- 1010
- Turbinen-Laufrad (Turbine)A turbine rotor (Turbine)
- 1111
- Aufladeeinrichtungcharging
- 1212
- Wellewave
- 1313
- Schaltventilswitching valve
- 1414
- Gaspedal Verbrennungskraftmaschineaccelerator Internal combustion engine
- 1515
- Abgasrohrexhaust pipe
- 1616
- erste λ-Sondefirst λ probe
- 1717
- erster Katalysatorfirst catalyst
- 1818
- Hauptkatalysatormain catalyst
- 1919
- Temperatursensortemperature sensor
- 2020
- zweite λ-Sondesecond λ probe
- 2121
- Waste-Gate mit AktuatorWastegate with actuator
- 2323
- Temperatursensortemperature sensor
- 2424
- Kraftstoffinjektorfuel injector
- 2525
- Nockenwelle (NKW)camshaft (Trucks)
- 2626
- Phasensensorphase sensor
- 2727
- Kurbelwellensensorcrankshaft sensor
- 2828
- Zündspuleignition coil
- 2929
- Einlassventilintake valve
- 3030
- Auslassventiloutlet valve
- 3131
- Kolbenpiston
- 3232
- Brennraumcombustion chamber
- 3333
- KraftstoffverteilerFuel distributor
- 3434
- Klopfsensorknock sensor
- 3535
- Druckmesser (Fuel-Rail)pressure gauge (Fuel-Rail)
- 3636
- Hochdruckpumpehigh pressure pump
- 3737
- Drosseleinrichtungthrottling device
- 3838
- Tank mit Elektrokraftstoffpumpetank with electric fuel pump
- 3939
- Zwischenkühlerintercooler
- 4040
- AbgasrückführventilExhaust gas recirculation valve
- 4141
- LadeluftsensorCharge air sensor
- 5151
- Eintrittentry
- 5252
- Austrittexit
- 5353
- Pulse-Jet-RohrPulse jet pipe
- 5454
- Abzweig Verdichteraustrittjunction CDP
- 5555
- 1. Ventil1. Valve
- 5656
- 2. VentilSecond Valve
- 5757
- StrömungsquerschnittFlow area
- (Resonanzrohrabschnitt)(Resonance tube portion)
- 5858
- Zündquelleignition source
- 5959
- Abgasleitungexhaust pipe
- 6060
- KraftstoffeinspritzungFuel injection
- 6161
- AbgasrückführleitungExhaust gas recirculation line
- 6262
- Sensorsensor
- 6363
- Steuereinrichtung für 1. und 2. Ventilcontrol device for 1. and 2nd valve
- PV,E P V, E
- VerdichtereintrittsdruckCompressor inlet pressure
- PV,A P V, A
- VerdichteraustrittsdruckCDP
- PT,E P T, E
- TurbineneintrittsdruckTurbine inlet pressure
- PT,A P T, A
- TurbinenaustrittsdruckTurbine outlet pressure
- PPJ,EIN P PJ, ON
- Eintrittsdruck Pulse-Jet-Rohrinlet pressure Pulse jet pipe
- PPJ,AUS P PJ, AUS
- Austrittsdruck Pulse-Jet-RohrCDP Pulse jet pipe
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