DE102005041450A1

DE102005041450A1 - Drive unit for motor vehicle, has piston engine and piston compressor aligned on top of one another, such that compressor produces compression pressure stroke within preset speed range of engine for each filling cycle of engine cylinders

Info

Publication number: DE102005041450A1
Application number: DE200510041450
Authority: DE
Inventors: Oliver Fritz; Achim Voges; Rafael Dr. Weisz
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2007-03-01

Abstract

The unit has a piston engine (2) e.g. diesel engine, comprising engine cylinders (4), and a piston compressor provided with a compressor cylinder. The compressor is arranged in a fresh gas arrangement (8) for turbo charging of the engine, where the arrangement supplies the engine with fresh gas. The engine and the compressor are aligned on top of one another, such that the compressor produces a compression pressure stroke within a predetermined speed range of the engine for each filling cycle of the cylinders (4) during the operation of the drive unit. An independent claim is also included for a method for operating a drive unit of a motor vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug sowie ein zugehöriges Betriebsverfahren.The The present invention relates to a power plant for a motor vehicle and an associated Operating procedures.

Antriebsaggregate für Kraftfahrzeuge umfassen üblicherweise einen Kolbenmotor, der mehrere Motorzylinder aufweist, in denen jeweils ein Motorkolben hubverstellbar angeordnet. Zur Leistungssteigerung kann das Antriebsaggregat außerdem mit einer Ladeeinrichtung zur Aufladung des Kolbenmotors ausgestattet sein. Die jeweilige Ladeeinrichtung wird hierzu in einer Frischgasanlage angeordnet, die den Kolbenmotor mit Frischgas versorgt. Für derartige Ladeeinrichtungen gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Ausführungsformen. Bekannt sind beispielsweise Abgasturbolader und Rootsgebläse. Darüber hinaus ist es grundsätzlich möglich, einen Kolbenverdichter, der zumindest einen Verdichterzylinder aufweist, in dem wenigstens ein Verdichterkolben hubverstellbar angeordnet ist, als Ladeeinrichtung zu verwenden.power units for motor vehicles usually include a piston engine having a plurality of engine cylinders in which each one engine piston arranged adjustable stroke. To improve performance can the drive unit as well equipped with a charging device for charging the piston engine be. The respective charging device is for this purpose in a fresh gas system arranged, which supplies the piston engine with fresh gas. For such Charging devices there are a variety of different embodiments. For example, exhaust gas turbochargers and Roots blowers are known. Furthermore it is basically possible, a reciprocating compressor having at least one compressor cylinder, arranged in the at least one compressor piston adjustable in height is to use as a charging device.

Aus der US 4,486,157 ist beispielsweise ein Kolbenverdichter bekannt, in dessen Verdichterzylinder zwei Verdichterkolben in Form eines Doppelkolbens hubverstellbar angeordnet sind.From the US 4,486,157 For example, a reciprocating compressor is known, in the compressor cylinder two compressor pistons in the form of a double piston are arranged adjustable in stroke.

Dieser Doppelkolben ist dabei über einen Exzenter einer Antriebswelle oszillierend angetrieben.This Double piston is over an eccentric driven drive shaft oscillating.

Aus der US 5,219,273 ist ein weiterer Kolbenverdichter mit Doppelkolben bekannt, bei welchem der Doppelkolben über eine Taumelscheibe oszillierend angetrieben ist, die drehfest mit einer Antriebswelle verbunden ist.From the US 5,219,273 Another piston compressor is known with double piston, in which the double piston is driven to oscillate via a swash plate, which is rotatably connected to a drive shaft.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Antriebsaggregat der eingangsgenannten Art einen vorteilhaften Weg aufzuzeigen, der sich insbesondere durch einen erhöhten Wirkungsgrad auszeichnet.The present invention employs dealing with the problem, for a drive unit of the type mentioned above an advantageous Way to show, in particular by increased efficiency distinguished.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention this Problem with the objects the independent one claims solved. Advantageous embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Kolbenverdichter zusätzlich zur Impulsaufladung des Kolbenmotors zu nutzen. Hierbei soll durch eine entsprechende Synchronisation zwischen Kolbenverdichter und Kolbenmotor neben der „normalen" Aufladung des Kolbenverdichters durch den bereitgestellten Ladedruck zusätzlich noch eine Impulsaufladung erzielt werden, die auf der Ausnutzung strömungsdynamischer Effekte beruht. Hierdurch kann die Aufladung des Kolbenmotors verbessert werden, ohne dass dazu grundsätzlich aufwändige Veränderungen des Kolbenverdichters erforderlich sind. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass jeder Kolbenverdichter im Betrieb aufgrund der oszillierenden Kol benbewegung zwangsläufig einen pulsierenden Gasstrom erzeugt. D.h., bei jedem Druckhub oder Ausstoßhub des jeweiligen Verdichterkolbens wird ein Überdruckimpuls erzeugt. Die Erfindung nutzt nun diese strömungsdynamische Eigenschaft des Kolbenverdichters, indem die erzeugten Überdruckimpulse zur Impulsaufladung des Kolbenmotors verwendet werden. Erreicht wird dies bei der Erfindung dadurch, dass der Kolbenverdichter für jeden Befüllungstakt jedes Motorzylinders jeweils genau einen Druckhub erzeugt. Vorzugsweise erfolgt nun die Abstimmung von Kolbenmotor und Kolbenverdichter aufeinander so, dass der durch den jeweiligen Druckhub erzeugte Druckimpuls zur Impulsaufladung des jeweils zu befüllenden Motorzylinders nutzbar ist. Durch die Nutzung der Impulsaufladung kann die Ladeleistung des Kolbenverdichters verbessert werden. Gleichzeitig lässt sich dadurch die Leistung des Kolbenmotors steigern.The Invention is based on the general idea, the reciprocating compressor additionally to use for impulse charging of the piston engine. This should be through a corresponding synchronization between reciprocating compressor and Piston engine in addition to the "normal" charge of the reciprocating compressor by the provided boost pressure additionally a pulse charging be achieved, which is based on the use of fluid dynamic effects. This can be the charging of the piston engine can be improved without that in principle complex changes of the reciprocating compressor are required. The invention uses this the realization that every reciprocating compressor in operation due the oscillating Kol benbewegung inevitably a pulsating gas flow generated. That is, at every pressure stroke or discharge stroke of the respective compressor piston becomes an overpressure pulse generated. The invention now uses this fluid dynamic property of the reciprocating compressor by the generated overpressure pulses for pulse charging the piston engine can be used. This is achieved in the invention in that the reciprocating compressor for each filling stroke of each engine cylinder each generates exactly one pressure stroke. Preferably now takes place Coordination of piston engine and reciprocating compressor to each other so, that the pressure pulse generated by the respective pressure stroke for Pulse charging of each motor cylinder to be filled used is. By using the pulse charging can the charging power the reciprocating compressor can be improved. At the same time can be thereby increase the performance of the piston engine.

Zur Verbesserung der Impulsaufladung des Kolbenmotors kann der Kolbenverdichter gezielt auch so betrieben werden, dass der bei jedem Druckhub erzeugte Überdruckimpuls besonders deutlich ausgeprägt ist. Beispielsweise kann zu diesem Zweck ein Öffnungszeitpunkt eines Verdichterauslassventils in Richtung Spät verschoben werden.to Improvement of the pulse charging of the piston engine, the piston compressor can also be selectively operated so that the pressure pulse generated at each pressure stroke particularly pronounced is. For example, for this purpose, an opening timing of a compressor discharge valve in the direction of late be moved.

Darüber hinaus ist es zusätzlich möglich, den Kolbenverdichter gezielt so zu betreiben, dass die Befüllung des jeweiligen Arbeitsraums seines Verdichterzylinders während eines Saughubs ebenfalls durch Impulsaufladung verbessert wird. Hierdurch lässt sich am Kolbenverdichter bereits saugseitig eine Druckerhöhung erzielen, die zu einer entsprechenden Druckerhöhung an der Druckseite des Kolbenverdichters führt. Vorzugsweise lässt sich die Impulsaufladung des Kolbenverdichters dadurch erreichen, dass der Öffnungszeitpunkt eines Verdichtereinlassventils während des jeweiligen Saughubs in Richtung Spät verschoben wird.Furthermore is it additional possible, to operate the piston compressor in a targeted manner so that the filling of the respective working space of its compressor cylinder during a Suction stroke is also improved by impulse charging. This is possible already achieve a pressure increase at the piston compressor on the suction side, to a corresponding pressure increase at the pressure side of the Piston compressor leads. Preferably leaves the impulse charging of the reciprocating compressor thereby achieve that the opening time a compressor inlet valve during the respective suction stroke is moved towards late.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.preferred embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described in the following Description closer explained.

Die einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Antriebsaggregats.The only 1 shows a much simplified schematic diagram of a drive unit.

Entsprechend 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Antriebsaggregat 1 einen Kolbenmotor 2 und einen Kolbenverdichter 3. Das Antriebsaggregat 1 ist vorzugsweise ein Bestandteil eines im übrigen nicht gezeigten Kraftfahrzeugs. Der Kolbenmotor 2, der als Dieselmotor oder als Ottomotor ausgestaltet sein kann, besitzt mehrere Motorzylinder 4, in denen jeweils ein Motorkolben 5 hubverstellbar angeordnet ist. Üblicherweise handelt es sich beim Kolbenmotor 2 um einen Vier-Takt-Motor, so dass jeder einzelne Motorzylinder 4 mit dem zugehörigen Motorkolben 5 einen Befüllungstakt, einen Kompressionstakt, einen Expansionstakt und einen Entleerungstakt aufweist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kolbenmotor 2 als Vier-Zylinder-Motor ausgestaltet; ebenso ist auch eine andere Zylinderzahl möglich. Der Kolbenmotor 2 kann als Reihenmotor, als V-Motor, als Boxermotor oder als W-Motor ausgestaltet sein.Corresponding 1 comprises a drive unit according to the invention 1 a piston engine 2 and a reciprocating compressor 3 , The drive unit 1 is preferably a component of a motor vehicle, not otherwise shown. The piston engine 2 , which may be configured as a diesel engine or as a gasoline engine, has a plurality of engine cylinders 4 , in each of which a motor piston 5 is arranged adjustable in stroke. Usually it is the piston engine 2 around a four-stroke engine, so every single engine cylinder 4 with the associated engine piston 5 a Beffeungstakt, a compression stroke, an expansion stroke and an evacuation cycle. In the embodiment shown, the piston engine 2 designed as a four-cylinder engine; as well as another number of cylinders is possible. The piston engine 2 can be designed as a series engine, as a V-engine, as a boxer engine or as a W-motor.

Jeder Motorzylinder 4 weist für seinen Arbeitsraum 19 wenigstens ein Motoreinlassventil 6 und wenigstens ein Motorauslassventil 7 auf. Über die Motoreinlassventile 6 sind die Motorzylinder 4 an eine Frischgasanlage 8 des Antriebsaggregats 1 angeschlossen. Die Frischgasanlage 8 dient zur Versorgung des Kolbenmotors 2 mit Frischgas. Im Unterschied dazu sind die Motorauslassventile 7 an eine Abgasanlage 9 des Antriebsaggregats 1 angeschlossen, welche die Abgase des Kolbenmotors 2 von diesem abführt.Every engine cylinder 4 points for his workspace 19 at least one engine inlet valve 6 and at least one engine exhaust valve 7 on. About the engine intake valves 6 are the engine cylinders 4 to a fresh gas system 8th of the drive unit 1 connected. The fresh gas system 8th serves to supply the piston engine 2 with fresh gas. In contrast, the engine exhaust valves 7 to an exhaust system 9 of the drive unit 1 connected to the exhaust gases of the piston engine 2 dissipates from this.

Der Kolbenmotor 2 weist eine Motorantriebswelle 10 auf, die hier nur durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist und die von den Motorkolben 5 über entsprechende, nicht gezeigte Wirkverbindungen angetrieben ist.The piston engine 2 has a motor drive shaft 10 on, which is indicated here only by a broken line and the engine pistons 5 is driven via corresponding, not shown active compounds.

Der Kolbenverdichter 3 umfasst zumindest einen Verdichterzylinder 11, in dem wenigstens ein Verdichterkolben 12 hubver stellbar angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Verdichterzylinder 11 vorgesehen. Desweiteren enthält jeder Verdichterzylinder 11 im bevorzugten Beispiel zwei Verdichterkolben 12, die an einem gemeinsamen Kolbenkörper oder Doppelkolben 13 ausgebildet sind. Dementsprechend enthält jeder Verdichterzylinder 11 hier jeweils zwei Arbeitsräume 20. Jeder Verdichterkolben 12 kann einen Druckhub und einen Saughub durchführen. Bei jedem Hub des Doppelkolbens 13 führt somit der eine Verdichterkolben 12 einen Druckhub durch, während der gegenüberliegende andere Verdichterkolben 12 gleichzeitig einen Saughub durchführt.The piston compressor 3 includes at least one compressor cylinder 11 in which at least one compressor piston 12 Hubver is arranged adjustable. In the embodiment shown are two compressor cylinders 11 intended. Furthermore, each compressor cylinder contains 11 in the preferred example, two compressor pistons 12 attached to a common piston body or double piston 13 are formed. Accordingly, each compressor cylinder contains 11 here two workrooms each 20 , Each compressor piston 12 can perform a pressure stroke and a suction stroke. At every stroke of the double piston 13 thus leads the one compressor piston 12 a compression stroke through, while the opposite other compressor piston 12 simultaneously performs a suction stroke.

Der Kolbenverdichter 3 weist für jeden Arbeitsraum 20 seiner Verdichterkolben 12 wenigstens ein Verdichtereinlassventil 14 sowie wenigstens ein Verdichterauslassventil 15 auf. Der Kolbenverdichter 3 ist in der Frischgasanlage 8 angeordnet, wodurch die Frischgasanlage 8 in einen Niederdruckteil stromauf des Kolbenverdichters 3 und einen Hochdruckteil stromab des Kolbenverdichters 3 unterteilt ist. Die Verdichtereinlassventile 14 sind an den Niederdruckteil der Frischgasanlage 8 angeschlossen, während die Verdichterauslassventile 15 an den Hochdruckteil der Frischgasanlage 8 angeschlossen sind.The piston compressor 3 points for each working space 20 his compressor pistons 12 at least one compressor inlet valve 14 and at least one compressor outlet valve 15 on. The piston compressor 3 is in the fresh gas system 8th arranged, whereby the fresh gas plant 8th in a low pressure part upstream of the reciprocating compressor 3 and a high pressure part downstream of the reciprocating compressor 3 is divided. The compressor inlet valves 14 are to the low pressure part of the fresh gas system 8th connected while the compressor exhaust valves 15 to the high pressure part of the fresh gas system 8th are connected.

Der Kolbenverdichter 3 weist eine durch eine unterbrochene Linie angedeutete Verdichterantriebswelle 16 auf, welche die beiden Doppelkolben 13 antreibt. Auf die spezielle Wirkverbindung zwischen der Verdichterantriebswelle 16 und den Doppelkolben 13 kommt es dabei nicht an. Der oszillierende An trieb der Doppelkolben 13 kann beispielsweise über Taumelscheiben oder über Exzenter oder über Nockentriebe oder dergleichen erfolgen. Die Verdichterantriebswelle 16 ist mit der Motorantriebswelle 10 antriebsverbunden, was durch einen mit unterbrochener Linie dargestellten Doppelpfeil 17 symbolisiert ist. Dabei kann es sich bei der Antriebsverbindung 17 um eine Zwangskopplung handeln, welche die Drehzahl der Motorantriebswelle 10, also die Motordrehzahl mit einer vorbestimmten, insbesondere einstellbaren, Übersetzung bzw. Untersetzung mit der Drehzahl der Verdichterantriebswelle 16, also mit der Verdichterdrehzahl koppelt. Die Antriebskopplung 17 kann beispielsweise ein Zahnriemen, eine Kette, ein Keilriemen oder ein Zahnradgetriebe sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Kolbenverdichter 3 grundsätzlich auch einen eigenen, vom Kolbenmotor 2 unabhängigen Antrieb aufweisen, beispielsweise einen entsprechend synchronisierten Elektromotor.The piston compressor 3 has a direction indicated by a broken line compressor drive shaft 16 on which the two double pistons 13 drives. On the special operative connection between the compressor drive shaft 16 and the double piston 13 it does not matter. The oscillating drive of the double piston 13 can be done for example via swash plates or over eccentric or cam drives or the like. The compressor drive shaft 16 is with the motor drive shaft 10 Driven connected, what by a double arrow shown with a broken line 17 is symbolized. It may be in the drive connection 17 to act by a forced coupling, which is the speed of the motor drive shaft 10 , That is, the engine speed with a predetermined, in particular adjustable, translation or reduction with the speed of the compressor drive shaft 16 So coupled with the compressor speed. The drive coupling 17 may be, for example, a toothed belt, a chain, a V-belt or a gear transmission. In another embodiment, the reciprocating compressor 3 basically also own, from the piston engine 2 Have independent drive, for example, a correspondingly synchronized electric motor.

Die Antriebskopplung 17 ist erfindungsgemäß nun so gewählt, dass sich für den Kolbenmotor 2 und den Kolbenverdichter 3 eine Abstimmung ergibt, derart, dass im Betrieb des Antriebsaggregats 1 wenigstens innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs des Kolbenmotors 2 vom Kolbenverdichter 3 jeweils genau ein Verdichterdruckhub für jeden Befüllungstakt jedes Motorzylinders 4 bereitgestellt wird. D.h., dass der Kolbenverdichter 3 genau einen Verdichterdruckhub für jeden Befüllungstakt jedes Motorzylinders 4 erzeugt. Ein Verdichterdruckhub ist dabei jeder Druckhub eines der Verdichterkolben 12, der zu einem Ausstoß von Frischgas führt.The drive coupling 17 According to the invention is now chosen so that for the piston engine 2 and the reciprocating compressor 3 a vote results in such a way that during operation of the drive unit 1 at least within a predetermined speed range of the reciprocating engine 2 from the reciprocating compressor 3 exactly one compressor pressure stroke for each filling stroke of each engine cylinder 4 provided. Ie that the piston compressor 3 exactly one compressor pressure stroke for each filling stroke of each engine cylinder 4 generated. A compressor pressure stroke is each pressure stroke of one of the compressor pistons 12 , which leads to a discharge of fresh gas.

Vorzugsweise sind die beiden Doppelkolben 13 so synchronisiert, dass sie gleichzeitig ihre Druckhübe und Saughübe durchführen. Somit umfasst der Verdichterdruckhub bei zwei synchronisierten Doppelkolben 13 jeweils die beiden simultanen Druckhübe der Doppelkolben 13 gemeinsam. Das bedeutet nun, dass der Kolbenverdichter 3 für jeden Befüllungshub jedes Motorzylinders 4 genau einen Verdichterdruckhub bereitstellt, der somit zur Befüllung des jeweils zu befüllenden Motorzylinders 4 genutzt werden kann.Preferably, the two double pistons 13 synchronized so that they simultaneously perform their pressure strokes and suction strokes. Thus, the Compressor pressure stroke with two synchronized double pistons 13 in each case the two simultaneous pressure strokes of the double piston 13 together. That means now that the reciprocating compressor 3 for each filling stroke of each engine cylinder 4 provides exactly one Verdichterdruckhub, thus the filling of each motor cylinder to be filled 4 can be used.

Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform, bei welcher der Kolbenmotor 2 vier Vier-Takt-Zylinder aufweist und bei welcher der Kolbenverdichter 3 zwei synchronisierte Doppelkolben 13 besitzt, ist die Antriebskopplung 17 so gewählt, dass die Hubfrequenz jedes Motorkolbens 5 doppelt so groß ist wie die Hubfrequenz jedes Doppelkolbens 3.In the preferred embodiment shown here, in which the piston engine 2 has four four-stroke cylinder and in which the reciprocating compressor 3 two synchronized double pistons 13 owns, is the drive coupling 17 so chosen that the stroke frequency of each engine piston 5 twice the stroke frequency of each double piston 3 ,

Aufgrund der oszillierenden Kolbenbewegung im Kolbenverdichter 3 geht jeder Verdichterdruckhub mit einem Druckimpuls einher. Durch gezielte Abstimmung von Kolbenmotor 2 und Kolbenverdichter 3 aufeinander kann nun eine Impulsaufladung des jeweils aktuell zu befüllenden Motorzylinders 4 erreicht werden. Hierzu wird der vom Verdichterdruckhub erzeugt Druckimpuls, der eine Druckwelle mit überhöhtem Druck repräsentiert, zur Aufladung des jeweiligen Motorzylinders 4 genutzt. Diese Impulsaufladung der Motorzylinder 4 lässt sich z.B. dadurch realisieren, dass das wenigstens eine Motoreinlassventil 6 unmittelbar nach dem Einlaufen des Druckimpul ses bzw. der Druckwelle in den zugehörigen Motorzylinder 4 geschlossen wird.Due to the oscillating piston movement in the reciprocating compressor 3 each compressor pressure stroke is accompanied by a pressure pulse. Through targeted coordination of piston engine 2 and reciprocating compressors 3 successive can now be a pulse charging of each currently to be filled engine cylinder 4 be achieved. For this purpose, the pressure pulse generated by the compressor pressure stroke, which represents a pressure wave with excessive pressure, is used to charge the respective engine cylinder 4 used. This pulse charging the engine cylinder 4 can be realized, for example, that the at least one engine inlet valve 6 immediately after the arrival of the Druckimpul ses or the pressure wave in the associated engine cylinder 4 is closed.

Durch eine entsprechende Ansteuerung der Verdichterauslassventile 15 ist es außerdem möglich, den Druckimpuls stärker auszuprägen. Beispielsweise sind die Verdichterauslassventile 15 nicht während des gesamten Druckhubs geöffnet, vielmehr sind sie zu Beginn des Druckhubs noch geschlossen, um einen Druckaufbau im jeweiligen Verdichterzylinder 11 zu erzeugen. Durch rasches Öffnen des jeweiligen Verdichterauslassventils 15 lässt sich dann ein Druckimpuls generieren. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher das jeweilige Verdichterauslassventil 15 erst in einer Endphase des Druckhubs des zugehörigen Verdichterkolbens 12 geöffnet wird. Hierdurch erhält die so erzeugte Druckwelle eine besonders große Amplitude, was die Impulsaufladung des jeweiligen Motorzylinders 4 verbessert. Die Endphase des Druckhubs umfasst z.B. weniger als 25% oder weniger als 10% des gesamten Druckhubs.By appropriate control of the compressor outlet valves 15 In addition, it is possible to make the pressure pulse more pronounced. For example, the compressor outlet valves 15 not open during the entire pressure stroke, but they are still closed at the beginning of the pressure stroke to a pressure build-up in the respective compressor cylinder 11 to create. By quickly opening the respective compressor outlet valve 15 can then generate a pressure pulse. Particularly advantageous is an embodiment in which the respective compressor outlet valve 15 only in a final phase of the pressure stroke of the associated compressor piston 12 is opened. As a result, the pressure wave thus generated receives a particularly large amplitude, which is the impulse charging of the respective motor cylinder 4 improved. For example, the final phase of the pressure stroke is less than 25% or less than 10% of the total pressure stroke.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann es außerdem vorgesehen sein, den Kolbenverdichter 3 so zu betreiben, dass dessen Verdichterzylinder 11 bzw. dessen Arbeitsräume 20 während der Saughübe ebenfalls mittels Impulsaufladung befüllt werden. Hierdurch herrscht im jeweiligen Arbeitsraum 20 der Verdichterzylinder 11 bereits zu Beginn des Druckhubs ein erhöhtes Druckniveau. Diese Impulsaufladung des Kolbenverdichters 3 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Verdichtereinlassventile 14 zu Beginn des jeweili gen Saughubs noch geschlossen sind, wodurch sich im jeweiligen Verdichterzylinder 11 ein entsprechender Unterdruck aufbaut. Durch verzögertes Öffnen des jeweiligen Verdichtereinlassventils 14 kann dann eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Unterdruckwelle generiert werden, die als Reaktion eine Überdruckwelle erzeugt, die zur Befüllung des jeweiligen Arbeitsraum 20 des Verdichterzylinders 11 nutzbar ist. Um diesen Unterdruckimpuls möglichst deutlich ausprägen zu können, öffnet das jeweilige Verdichtereinlassventil 14 vorzugsweise erst in einer Endphase des jeweiligen Saughubs. Die Endphase des Saughubs umfasst z.B. weniger als 25% oder weniger als 10% des gesamten Saughubs. Außerdem ist dann der Schließzeitpunkt des jeweiligen Verdichtereinlassventils 14 gezielt so gewählt, dass der jeweilige Arbeitsraum 20 des Verdichterzylinders 11 unmittelbar nach Einlaufen der Druckwelle geschlossen ist.In an advantageous development, it may also be provided, the reciprocating compressor 3 operate so that its compressor cylinder 11 or its workspaces 20 during the suction strokes are also filled by means of pulse charging. This prevails in each workspace 20 the compressor cylinder 11 already at the beginning of the pressure stroke an increased pressure level. This impulse charging of the reciprocating compressor 3 can be achieved, for example, that the compressor inlet valves 14 are still closed at the beginning of the respective suction stroke, resulting in the respective compressor cylinder 11 builds up a corresponding negative pressure. By delayed opening of the respective compressor inlet valve 14 Then, a more or less pronounced negative pressure wave can be generated, which generates in response to a pressure wave, which is used to fill the respective working space 20 of the compressor cylinder 11 is usable. In order to be able to express this vacuum pulse as clearly as possible, the respective compressor inlet valve opens 14 preferably only in a final phase of the respective suction stroke. For example, the final phase of the suction stroke is less than 25% or less than 10% of the total suction stroke. In addition, then is the closing time of the respective compressor inlet valve 14 specifically chosen so that the respective working space 20 of the compressor cylinder 11 is closed immediately after entry of the pressure wave.

Grundsätzlich können die Ventiltriebe zur Betätigung der Motorventile 6, 7 sowie zur Betätigung der Verdichterventile 14, 15 rein mechanisch ausgestaltet sein, beispielsweise mittels entsprechender Nockenwellen. Die gewünschte Synchronisation zwischen den Kolbenbewegungen des Kolbenmotors 2 und den Kolbenbewegungen des Kolbenverdichters 3 erfolgt vorzugsweise – wie erwähnt – über die jeweilige Antriebskopplung 17.Basically, the valve trains for operating the engine valves 6 . 7 and to operate the compressor valves 14 . 15 be designed purely mechanical, for example by means of appropriate camshafts. The desired synchronization between the piston movements of the piston engine 2 and the piston movements of the reciprocating compressor 3 is preferably - as mentioned - on the respective drive coupling 17 ,

Die Synchronisation der Ventilbetätigungen des Kolbenmotors 2 mit der Ventilbetätigungen des Kolbenverdichters 3 kann zur Realisierung der gewünschten Impulsaufladung der Motor zylinder 4 und vorzugsweise auch der Verdichterzylinder 11 grundsätzlich ebenfalls durch mechanische Zwangskopplungen der entsprechenden Ventiltriebe realisiert werden. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher zumindest die Ventile 14, 15 des Kolbenverdichters 3 mit Hilfe einer elektronischen Steuerung 18 betätigbar sind, die hier lediglich durch einen mit unterbrochener Linie gezeichneten Rahmen symbolisiert ist. Entsprechende Wirkverbindungen zwischen der Steuerung 18 und den jeweiligen Ventilen 14, 15 sind zur Wahrung der Übersichtlichkeit weggelassen. Beispielsweise lassen sich die Ventile 14, 15 des Kolbenverdichters 3 elektromagnetisch betätigen. Grundsätzlich können auch die Ventile 6, 7 des Kolbenmotors 2 so ausgestaltet sein, dass sie mit Hilfe dieser Steuerung 18 oder mittels einer anderen Steuerung betätigbar sind. Beispielsweise handelt es sich dann ebenfalls um elektromagnetisch betätigbare Ventile 6, 7.The synchronization of the valve actuations of the piston engine 2 with the valve actuations of the reciprocating compressor 3 can to realize the desired pulse charging of the engine cylinder 4 and preferably also the compressor cylinder 11 basically also be realized by mechanical positive couplings of the corresponding valve trains. However, an embodiment is preferred in which at least the valves 14 . 15 of the reciprocating compressor 3 with the help of an electronic control 18 are actuated, which is symbolized here only by a drawn with a broken line frame. Corresponding active connections between the controller 18 and the respective valves 14 . 15 have been omitted for clarity. For example, the valves can be 14 . 15 of the reciprocating compressor 3 operate electromagnetically. Basically, the valves can 6 . 7 the piston engine 2 be designed so that they are using this control 18 or actuated by another controller. For example, it is then also electromagnetically actuated valves 6 . 7 ,

Das erfindungsgemäße Antriebsaggregat 1 zeichnet sich durch einen erhöhten Wirkungsgrad aus, der durch eine gezielte Abstimmung der Hubbewegungen der Motorkolben 5 und der Verdichterkolben 12 sowie der Steuerzeiten der einzelnen Ventile 6, 7 bzw. 14, 15 des Kolbenmotors 2 bzw. des Kolbenverdichters 3 erzielbar ist, ohne dass hierbei besonders aufwändige Änderungsmaßnahmen am Kolbenmotor 2 bzw. am Kolbenverdichter 3 realisiert werden müssen.The drive unit according to the invention 1 characterized by increased efficiency out, by a specific tuning of the strokes of the engine pistons 5 and the compressor piston 12 as well as the timing of the individual valves 6 . 7 respectively. 14 . 15 the piston engine 2 or of the reciprocating compressor 3 can be achieved without this particularly costly change measures on the piston engine 2 or on the piston compressor 3 must be realized.

Die Aufladung des Kolbenmotors 2 mit Hilfe des Kolbenverdichters 3 ist insbesondere in einem unteren Drehzahlbereich von erhöhtem Interesse. Daher ist auch die zusätzliche Impulsaufladung zumindest für diesen unteren Drehzahlbereich vorgesehen. Grundsätzlich kann jedoch die Aufladung des Kolbenmotors 2 durch den Kolbenverdichter 3 im gesamten Drehzahlbereich des Kolbenmotors 2 erfolgen. Ebenso kann auch die zusätzlich Impulsaufladung im gesamten Drehzahlbereich des Kolbenmotors 2 realisiert werden. Sofern der Kolbenmotor 2 mit einem drehzahlabhängig und/oder leistungsabhängig variablen Ventiltrieb ausgestattet ist, sind entsprechende Maßnahmen zur Anpassung der Ansteuerung der Ventile 14, 15 des Kolbenverdichters 3 vorzusehen.The charge of the piston engine 2 with the help of the piston compressor 3 is of particular interest in a lower speed range. Therefore, the additional impulse charging is provided at least for this lower speed range. In principle, however, the charging of the piston engine 2 through the piston compressor 3 in the entire speed range of the piston engine 2 respectively. Likewise, the additional impulse charging in the entire speed range of the piston engine 2 will be realized. If the piston engine 2 is equipped with a speed-dependent and / or power-variable valve train, are appropriate measures for adjusting the control of the valves 14 . 15 of the reciprocating compressor 3 provided.

Claims

Drive unit for a motor vehicle, - with a piston engine ( 2 ), which has several engine cylinders ( 4 ), in each of which an engine piston ( 5 ) is arranged adjustable in stroke, - with a reciprocating compressor ( 3 ), the at least one compressor cylinder ( 11 ), in which at least one compressor piston ( 12 ) is arranged adjustable in stroke, - wherein the reciprocating compressor ( 3 ) for charging the piston engine ( 2 ) in a piston engine ( 2 ) supplied with fresh gas fresh gas system ( 8th ) is arranged, - wherein the piston engine ( 2 ) and the reciprocating compressor ( 3 ) are coordinated so that the reciprocating compressor ( 3 ) during operation of the drive unit ( 1 ) at least within a predetermined speed range of the reciprocating engine ( 2 ) for each filling stroke of each engine cylinder ( 4 ) generates exactly one compressor pressure stroke in each case.

Drive unit according to claim 1, characterized in that the piston engine ( 2 ) and the reciprocating compressor ( 3 ) are coordinated with each other so that a pressure pulse generated by the respective compressor pressure stroke is a pulse charging of the currently to be filled engine cylinder ( 4 ) causes.

Drive unit according to claim 2, characterized in that the reciprocating compressor ( 3 ) for each compressor cylinder ( 11 ) at least one compressor outlet valve ( 15 ), that during the pressure stroke of the respective compressor piston ( 12 ) is driven to generate a pressure pulse.

Drive unit according to claim 3, characterized in that the at least one compressor outlet valve ( 15 ) is driven to open only in a final phase of the respective pressure stroke.

Drive unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reciprocating compressor ( 3 ) for each compressor cylinder ( 11 ) at least one compressor inlet valve ( 14 ), which during a suction stroke of the respective compressor piston ( 12 ) for generating a pressure pulse for pulse charging of the respective compressor cylinder ( 11 ) is driven.

Drive unit according to claim 5, characterized in that at least one compressor inlet valve ( 14 ) is driven to open only in a final phase of the suction stroke.

Drive unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that in at least one compressor cylinder ( 11 ) two compressor pistons ( 12 ) in the form of a double piston ( 13 ) are arranged adjustable in stroke.

Drive unit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the reciprocating compressor ( 3 ) at least two compressor cylinders ( 11 ), whose compressor pistons ( 12 ) generate their pressure strokes synchronously.

Drive unit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the reciprocating compressor ( 3 ) with the piston engine ( 2 ) is positively coupled positively.

Drive unit according to one of claims 1 to 9, characterized in that - the piston engine ( 2 ) is a four-cylinder engine and a four-stroke engine, - that the reciprocating compressor ( 3 ) in at least one compressor cylinder ( 11 ) a double piston ( 13 ), - that piston engine ( 2 ) and reciprocating compressors ( 3 ) are driven so that the stroke frequency of each engine piston ( 5 ) is twice the stroke frequency of the double piston ( 13 ).

Method for operating a drive unit ( 1 ) for a motor vehicle having a piston engine ( 2 ) with several engine cylinders ( 4 ) with therein stroke-adjustable engine piston ( 5 ) and one in a piston engine ( 2 ) supplied with fresh gas fresh gas system ( 8th ) arranged piston compressor ( 3 ) with at least one compressor cylinder ( 11 ) with at least one stroke piston ( 12 ), in which the reciprocating compressor ( 3 ) for each filling stroke of each engine cylinder ( 4 ) generates exactly one compressor pressure stroke in each case.

Method according to claim 11, characterized in that the reciprocating compressor ( 3 ) generates a pressure pulse with each compressor pressure stroke and with this a pulse charging of the respective motor cylinder to be filled ( 4 ).

Drive unit according to claim 11 or 12, characterized in that - each compressor cylinder ( 11 ) at least one compressor outlet valve ( 15 ), which is opened only in an end phase of the pressure stroke, and / or - that each engine cylinder ( 4 ) at least one engine inlet valve ( 6 ), which immediately after the passage of the pressure pulse into the respective engine cylinder ( 4 ) is closed.

Drive unit according to one of claims 11 to 13, characterized in that the reciprocating compressor ( 3 ) is operated so that its at least one compressor cylinder ( 11 ) is filled at each suction stroke by means of pulse charging.

Drive unit according to one of claims 11 to 14, characterized in that - each compressor cylinder ( 11 ) at least one compressor inlet valve ( 14 ), which is opened only in a final phase of the suction stroke, and / or - that the at least one compressor inlet valve ( 14 ) immediately after the entry of the pressure pulse into the respective compressor cylinder ( 11 ) is closed.