DE102006044558A1

DE102006044558A1 - Aufgeladene Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006044558A1
Application number: DE102006044558A
Authority: DE
Inventors: Peter Lauer
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2006-09-02
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: DE102006044558B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung (13, 14) zur Verdichtung bzw. Aufladung eines Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluftstroms, mit einem Ladeluftkühler (16), der den verdichteten Verbrennungsluftstrom kühlt, und mit einer Einrichtung (18) zur Verdichtung eines Kurbelgehäuseentlüftungsgases. Erfindungsgemäß ist das verdichtete Kurbelgehäuseentlüftungsgas in Richtung auf die Brennkraftmaschine derart rückführbar, dass dasselbe stromabwärts des Ladeluftkühlers (16) in den verdichteten und gekühlten Verbrennungsluftstrom bzw. Ladeluftstrom (17) eingeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 031 281 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader bekannt, wobei der Abgasturbolader eine Turbine und einen Verdichter aufweist. In der Turbine des Abgasturboladers wird ein Abgasstrom der Brennkraftmaschine entspannt, wobei die Turbine des Abgasturboladers den Verdichter des Abgasturboladers antreibt, um so einen der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluftstrom zu verdichten. Der verdichtete Verbrennungsluftstrom wird vor Zuführung in die Zylinder der Brennkraftmaschine in einem Ladeluftkühler gekühlt. Den verdichteten und gekühlten Verbrennungsluftstrom bezeichnet man auch als Ladeluftstrom.
Die Brennkraftmaschine gemäß DE 10 2004 031 281 A1 verfügt des Weiteren über eine als Gaspumpe ausgebildete Einrichtung zur Verdichtung eines Kurbelgehäuseentlüftungsgases, wobei das verdichtete Kurbelgehäuseentlüftungsgas der Brennkraftmaschine rückführbar ist, und zwar derart, dass das verdichtete Kurbelgehäuseentlüftungsgas stromaufwärts des Ladeluftkühlers dem verdichteten, ungekühlten Verbrennungsluftstrom beigemischt wird. Hierdurch besteht die Gefahr einer Verschmutzung des Ladeluftkühlers.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige, aufgeladene Brennkraftmaschine zu schaffen. Dieses Problem wird durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist das verdichtete Kurbelgehäuseentlüftungsgas in Richtung auf die Brennkraftmaschine derart rückführbar, dass dasselbe stromabwärts des Ladeluftkühlers in den verdichteten und gekühlten Verbrennungsluftstrom eingleitet wird.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist das verdichtete Kurbelgehäuseentlüftungsgas stromabwärts des Ladeluftkühlers in Richtung auf die Brennkraftmaschine rückführbar, woraus folgt, dass bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine das verdichtete Kurbelgehäuseentlüftungsgas mit dem verdichteten und bereits gekühlten Verbrennungsluftstrom gemischt wird. Hierdurch wird erzielt, dass keine Verschmutzungsgefahr für den Ladeluftkühler besteht. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist darin zu sehen, dass gegebenenfalls im Kurbelgehäuseentlüftungsgas enthaltenes Öl zur Schmierung von den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Ladeluft-Einlassventilen verwendet werden kann.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Einrichtung zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases ein Antrieb mit einer Regeleinrichtung zugeordnet, wobei die Regeleinrichtung den Antrieb derart regelt, dass ein lastabhängiger Kurbelgehäusedruck insbesondere in etwa konstant und insbesondere kleiner als ein Umgebungsdruck ist.
Nach einer zweiten, alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Einrichtung zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases zum Antrieb derselben eine Turbine zugeordnet, wobei in der Turbine ein Teilstrom eines Abgasstroms der Brennkraftmaschine oder ein Teilstrom des verdichteten und ungekühlten Verbrennungsluftstroms oder ein Teilstrom des verdichteten und gekühlten Ladeluftstroms entspannt wird. Über ein regelbares Ventil ist die Größe des in der Turbine entspannten Teilstroms derart bestimmbar, dass ein lastabhängiger Kurbelgehäusedruck insbesondere in etwa konstant und insbesondere kleiner als ein Umgebungsdruck ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen, aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2: eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen, aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3: eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen, aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4: eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen, aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
5: eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen, aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 5 am Beispiel von einfach abgasturboaufgeladenen Brennkraftmaschinen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf solche einfach abgasturboaufgeladenen Brennkraftmaschinen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung auch bei mehrfach abgasturboaufgeladenen Brennkraftmaschinen, bei kompressoraufgeladenen Brennkraftmaschinen oder bei auf sonstige Art und Weise aufgeladenen Brennkraftmaschinen zum Einsatz kommen.
Bei den Brennkraftmaschinen kann es sich um Dieselmotoren, Ottomotoren, HCCI-Motoren oder um andere Verbrennungsmotoren handeln.
1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei ein die Brennkraftmaschine 10 verlassender Abgasstrom 11 einer Turbine 12 eines Abgasturboladers 13 zugeführt und in derselben entspannt wird. Die Turbine 12 des Abgasturboladers 13 treibt einen Verdichter 14 desselben an, wobei im Verdichter 14 des Abgasturboladers 13 ein der Brennkraftmaschine 10 zuzuführender Verbrennungsluftstrom 15 verdichtet wird. Der im Verdichter 14 des Abgasturboladers 13 verdichtete Verbrennungsluftstrom 15 wird einem Ladeluftkühler 16 zugeführt, der den verdichteten Verbrennungsluftstrom kühlt, so dass stromabwärts des Ladeluftkühlers 16 ein verdichteter und gekühlter Verbrennungsluftstrom vorliegt, der auch als Ladeluftstrom 17 bezeichnet wird.
Gemäß 1 verfügt die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 10 über einen weiteren Verdichter 18, der von einem Antrieb 19 angetrieben wird und der Verdichtung eines einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 10 entnommenen Kurbelgehäuseentlüftungsgases 20 dient. Das vom Verdichter 18 verdichtete Kurbelgehäuseentlüftungsgas 20 ist im Sinne der hier vorliegenden Erfindung derart in Richtung auf die Brennkraftmaschine 10 zurückführbar, dass dasselbe stromabwärts des Ladeluftkühlers 16 in Richtung auf die Brennkraftmaschine zurückgeführt wird und demnach in den verdichteten und gekühlten Verbrennungsluftstrom, also in den Ladeluftstrom 17, eingeleitet wird.
Gemäß 1 ist dem Antrieb 19 eine Regeleinrichtung 21 zugeordnet. Die Regeleinrichtung 21 regelt den Antrieb 19 und damit den Verdichter 18 zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases 20 derart, dass ein lastabhängiger Kurbelgehäusedruck vorzugsweise in etwa konstant und vorzugsweise um einen definierten Betrag kleiner ist als ein Umgebungsdruck der Brennkraftmaschine.
Hierzu wird der Kurbelgehäusedruck gemessen und ein entsprechendes Messsignal 22 der Regeleinrichtung 21 zugeführt, die aus diesem Messsignal des Kurbelgehäusedrucks, welches einem Istwert desselben entspricht, und auf Basis eines hinterlegten Sollwerts für den Kurbelgehäusedruck ein Stellsignal 23 zur Ansteuerung des Antriebs 19 des Verdichters 18 generiert. Vorzugsweise wird der Verdichter 18 zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases 20 derart vom Antrieb 19 betrieben, dass der Kurbelgehäusedruck in etwa 1 mbar unterhalb des Umgebungsdrucks der Brennkraftmaschine 10 legt.
Der lastabhängige Kurbelgehäusedruck kann auch größer als der Umgebungsdruck der Brennkraftmaschine sein. Weiterhin muss der lastabhängige Kurbelgehäusedruck nicht konstant sein. Vielmehr kann derselbe veränderlich sein und z.B. nach einer Sollkurve geregelt werden.
Gemäß 1 ist das vom Verdichter 18 verdichtete Kurbelgehäuseentlüftungsgas 20 über eine als Rückschlagventil ausgebildete Sperreinrichtung 24 in Richtung auf die Brennkraftmaschine 10 rückführbar. Die als Rückschlagventil 24 ausgebildete Sperreinrichtung verhindert ein Überströmen der Ladeluft in Richtung auf den Verdichter 18, ermöglicht jedoch ein Einströmen des verdichteten Kurbelgehäuseentlüftungsgases in die Ladeluft 17.
Der separate Verdichter 18 zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases kann als Schraubenverdichter oder auch als Kolbenverdichter oder als Pumpe ausgeführt sein und ist gegenüber einer Verschmutzung sowie Verkokung deutlich unempfindlicher als der Verdichter 14 des Abgasturboladers 13.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weiterhin einen Ölabscheider, um aus dem Kurbelgehäuseentlüftungsgas Öl oder Ölnebel abzuscheiden.
Dies zeigen 2 und 3, wobei in 2 und 3 zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden wie in 1. Nachfolgend wird bezüglich der 2 und 3 nur auf solche Details eingegangen, durch die sich die Ausführungsbeispiele der 2 und 3 vom Ausführungsbeispiel der 1 unterscheiden. Hinsichtlich aller anderen Details wird auf die Ausführungen zum Ausführungsbeispiel der 1 verwiesen.
So ist im Ausführungsbeispiel der 2 der Brennkraftmaschine 10 ein Ölabscheider 25 zugeordnet, der stromaufwärts des Verdichters 18 zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases 20 angeordnet ist. Gemäß 2 wird das Kurbelgehäuseentlüftungsgas 20 demnach vor der Verdichtung im Verdichter 18 durch den Ölabscheider 25 gefördert, wobei im Ölabscheider 25 abgeschiedenes Öl 26 entweder entsorgt oder in den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist der Ölabscheider 25 stromabwärts des Verdichters 18 zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases 20 positioniert, woraus folgt, dass das Kurbelgehäuseentlüftungsgas 20 erst nach Verdichtung im Verdichter 18 durch den Ölabscheider 25 gefördert wird. Auch im Ausführungsbeispiel der 3 ist im Ölabscheider 25 abgeschiedenes Öl 26 entweder in den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine zurückführbar oder alternativ wird das abgeschiedene Öl 26 entsorgt.
Die Ölabscheider 25 der Ausführungsbeispiele der 2 und 3 können als Fliehkraft- bzw. Trägheitsabscheider oder als Elektroabscheider oder als Diffusionsabscheider ausgeführt sein. Als Fliehkraftabscheider kann z. B. eine Zentrifuge, ein Parallelabscheider, ein Tellerseparator oder ein Zyklon Verwendung finden. Als Diffusionsabscheider kann ein Wickelfilter, Faserfilter, Fließfilter oder Drahtfilter zum Einsatz kommen. Als Elektroabscheider kann ein Elektrofilter zum Einsatz kommen. Ebenso können Ölabscheider verwendet werden, die Fliehkraftabscheidung, Elektroabscheidung und Diffusionsabscheidung miteinander kombinieren.
In den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 wird der Verdichter zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases von dem Antrieb angetrieben, der externe Energie, so z. B. elektrische Energie, zum Antrieb des Verdichters nutzt. Der Verdichter zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases kann auch von einer Turbine aus angetrieben werden, die zum Antrieb des Verdichters intern verfügbare, thermische Energie nutzt. Dies zeigen 4 und 5 an zwei weiteren Ausführungsbeispielen, wobei zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden und nachfolgend nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich die Ausführungsbeispiele der 4 und 5 von den anderen Ausführungsbeispielen unterscheiden.
Im Ausführungsbeispiel der 4 ist dem Verdichter 18 zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases eine Turbine 27 zugeordnet, in der ein Teilstrom des in der Turbine 14 verdichteten, jedoch ungekühlten Verbrennungsluftstroms zum Antrieb des Verdichters 18 entspannt wird. Die Größe des der Turbine 27 zugeführten Teilstroms ist über ein Ventil 28 derart einstellbar, insbesondere über eine Regeleinrichtung 29, dass ein lastabhängiger Kurbelgehäusedruck vorzugsweise in etwa konstant und vorzugsweise um einen definierten Betrag kleiner ist als ein Umgebungsdruck der Brennkraftmaschine ist. Verdichter 18 und Turbine 27 bilden einen Turbolader, der deutlich kleiner dimensioniert ist als der Turbolader 13. Im Unterscheid zum Ausführungsbeispiel der 4 ist es auch möglich, der Turbine 27 einen Teilstrom des in der Turbine 14 verdichteten und im Ladeluftkühler 16 gekühlten Verbrennungsluftstroms zuzuführen. Im Ausführungsbeispiel der 5 ist der Turbine 27 ein Teilstrom des Abgasstroms 11 der Brennkraftmaschine 10 zuführbar. Obwohl in 4 und 5 nicht dargestellt, kann auch in diesen Ausführungsbeispielen dem Verdichter 18 ein Ölabscheider gemäß 2 oder 3 zugeordnet sein.

10: Brennkraftmaschine
11: Abgasstrom
12: Turbine
13: Abgasturbolader
14: Verdichter
15: Verbrennungsluftstrom
16: Ladeluftkühler
17: Ladeluftstrom
18: Verdichter
19: Antrieb
20: Kurbelgehäuseentlüftungsgas
21: Regeleinrichtung
22: Messsignal
23: Steuersignal
24: Sperreinrichtung
25: Ölabscheider
26: Öl
27: Turbine
28: Ventil
29: Regeleinrichtung

Claims

Brennkraftmaschine, mit einer Einrichtung zur Verdichtung bzw. Aufladung eines Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluftstroms, mit einem Ladeluftkühler, der den verdichteten Verbrennungsluftstrom kühlt, und mit einer Einrichtung zur Verdichtung eines Kurbelgehäuseentlüftungsgases, dadurch gekennzeichnet, dass das verdichtete Kurbelgehäuseentlüftungsgas in Richtung auf die Brennkraftmaschine derart rückführbar ist, dass dasselbe stromabwärts des Ladeluftkühlers (16) in den verdichteten und gekühlten Verbrennungsluftstrom bzw. Ladeluftstrom (17) eingleitet wird.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung (18) zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases ein Antrieb (19) mit einer Regeleinrichtung (21) zugeordnet ist, wobei die Regeleinrichtung (21) den Antrieb (19) derart ansteuert, dass ein lastabhängiger Kurbelgehäusedruck insbesondere in etwa konstant und insbesondere kleiner als ein Umgebungsdrucks ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung (18) zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases zum Antrieb derselben eine Turbine (27) zugeordnet ist, wobei in der Turbine (27) ein Teilstrom eines Abgasstroms (11) der Brennkraftmaschine oder ein Teilstrom des verdichteten und ungekühlten Verbrennungsluftstroms oder ein Teilstrom des verdichteten und gekühlten Ladeluftstroms (17) entspannt wird.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein steuerbares bzw. regelbares Ventil (28), welches die Größe des in der Turbine (27) entspannten Teilstroms bestimmt.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Sperreinrichtung (24), welche ein Überströmen von Ladeluft (17) in Richtung auf die Einrichtung (18) zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases verhindert, welche jedoch ein Einströmen von verdichtetem Kurbelgehäuseentlüftungsgas in die Ladeluft (17) zulässt.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Einrichtung (18) zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases ein Ölabscheider (25) angeordnet ist, um vor Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases aus demselben Öl abzuscheiden.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Einrichtung (18) zur Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases ein Ölabscheider (25) angeordnet ist, um nach Verdichtung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases aus demselben Öl abzuscheiden.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Verdichtung bzw. Aufladung des den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluftstroms als ein eine Turbine und einen Verdichter aufweisender Abgasturbolader ausgebildet ist, wobei die Turbine des Abgasturboladers einen die Brennkraftmaschine verlassenden Abgasstrom entspannt, und wobei der Verdichter des Abgasturboladers von der Turbine desselben angetrieben ist und den Verbrennungsluftstrom verdichtet.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Verdichtung bzw. Aufladung des den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluftstroms als Kompressor ausgebildet ist.