DE102007021934A1 - Supercharger unit for internal combustion engine, has compressor wheel, which has multiple blades for combustion air intake, which are arranged on hub of the compressor wheel - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Ladervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Verdichter, welcher ein Verdichterrad aufweist, dass zur Verbrennungsluftansaugung eine Mehrzahl von ersten Schaufeln aufweist, welche auf einer Nabe des Verdichterrads angeordnet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Ladervorrichtung.The The invention relates to a charger device for an internal combustion engine with a compressor having a compressor wheel, that for Combustion air intake has a plurality of first blades, which are arranged on a hub of the compressor wheel. Furthermore the invention relates to an internal combustion engine with such Loader device.
Aus
der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Ansprechverhalten einer Ladervorrichtung für eine Brennkraftmaschine zu verbessern. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die ein verbessertes Betriebsverhalten insbesondere bei Lastaufschaltung aufweist.It Object of the present invention, the response of a Charger device for an internal combustion engine to improve. The invention is further based on the object, an internal combustion engine provide improved performance in particular having load connection.
Diese Aufgabe wird durch eine Ladervorrichtung, welche die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist, und eine Brennkraftmaschine, welche die Merkmale nach Anspruch 15 aufweist, gelöst.These The object is achieved by a charger device which features Claim 1, and an internal combustion engine having the features according to claim 15, solved.
Eine erfindungsgemäße Ladervorrichtung für eine Brennkraftmaschine umfasst einen Verdichter, welcher ein Verdichterrad aufweist. Das Verdichterrad umfasst zur Verbrennungsluftansaugung eine Mehrzahl von ersten Schaufeln, welche auf einer Nabe des Verdichterrads angeordnet sind. Zur Expansion oder Kompression von Verbrennungsluft weist die Ladervorrichtung einen durchströmbaren Ringkanal im Bereich der Mehrzahl der ersten Schaufeln des Verdichters auf, welcher Ringkanal eine erste Eintrittsöffnung und eine erste Austrittsöffnung aufweist, wobei die erste Eintrittsöffnung zwischen jeweils wenigstens zwei der ersten Schaufeln und die erste Austrittsöffnung an einem Radrücken des Verdichterrads angeordnet ist. Zur Strömungsumlenkung ist im Ringkanal eine Mehrzahl von zwei Schaufeln angeordnet. Durch diese Ausgestaltung kann für unterschiedlichste Konzepte der Aufladung von Brennkraftmaschinen das Ansprechverhalten verbessert werden.A Charger device according to the invention for a Internal combustion engine comprises a compressor, which is a compressor wheel having. The compressor wheel comprises for combustion air intake a plurality of first blades disposed on a hub of the compressor wheel are arranged. For expansion or compression of combustion air points the charger device a flow-through annular channel in Area of the majority of the first blades of the compressor, which Ring channel a first inlet opening and a first outlet opening has, wherein the first inlet opening between each at least two of the first blades and the first outlet opening is arranged on a Radrücken the compressor wheel. to Flow deflection is in the annular channel a plurality of two blades arranged. By this configuration can for a variety of Concepts of charging internal combustion engines improves the response become.
Bevorzugt ist der durch den Ringkanal strömende Teilgasstrom mittels einer den Strömungsquerschnitt veränderbaren Vorrichtung einstellbar. Die strömungsquerschnittvariable Vorrichtung kann beispielsweise ein Ventil, eine Klappe oder ein Variodiffusor sein. Der Strömungsquerschnitt kann von einer maximalen Öffnung bis hin zu einer vollständigen Abschließung des Ringkanals verändert werden.Prefers is the flowing through the annular channel partial gas flow means a flow cross-section variable device adjustable. The flow area variable device For example, a valve, a flap or a Variodiffusor be. The flow area may be from a maximum opening to a complete closure of the Ring channels are changed.
Neben einer Hauptbeschaufelung des Verdichters ist über den Ringkanal eine zweite Beschaufelung im Radrücken angeordnet. Abhängig vom Konzept des Laders kann neben einer dadurch möglichen Turbinenbeschaufelung auch eine angepasste Verdichterbeschaufelungen durchgeführt werden. Diese sind insbesondere für einen zu komprimierenden Teilgasstrom vorteilhaft nutzbar. Es wird dann ein Verdichter mit zwei Verdichterbeschaufelungen bereitgestellt, wobei die Hauptbeschaufelung für die Luftversorgung des Motors bzw. der Brennkraftmaschine ausgelegt ist und die zweite Verdichterbeschaufelung über den Ringkanal vorgesehen ist, welche insbesondere für das Durchsetzen eines kleineren Massenstroms Verwendung findet und zur Erfüllung eines bestimmten Betriebsverhaltens des Aufladesystems dient.Next a main blading of the compressor is via the annular channel arranged a second blading in Radrücken. Dependent from the concept of the supercharger, besides one possible thereby Turbine blading also a customized compressor blading be performed. These are especially for a partial gas stream to be compressed advantageously usable. It will then a compressor with two compressor blades provided, the main blading for the air supply of the Engine and the internal combustion engine is designed and the second Compressor blading is provided via the annular channel, which in particular for the enforcement of a smaller Mass flow is used and to fulfill a specific operating behavior of the charging system is used.
Das dadurch erzeugte Zweistromrad, welches auch als Euler-Rad bezeichnet wird, ist bei dieser Ausgestaltung dann ein Verdichter-Zweistromrad, das für die Kompression oder die Expansion eines Teilgasstroms eines Aufladesystems ausgelegt ist.The thus generated Zweistromrad, which also referred to as Euler wheel is, in this embodiment, then a compressor Zweistromrad, that for the compression or expansion of a partial gas flow a charging system is designed.
Bevorzugt mündet an die erste Austrittsöffnung an dem Radrücken ein erster Strömungskanal, in dem die Vorrichtung zur Veränderung des Strömungsquerschnitts angeordnet ist.Prefers leads to the first outlet opening at the Radrücken a first flow channel in which the device for changing the flow cross-section is arranged.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Veränderung des Strömungsquerschnitts unmittelbar an der ersten Austrittsöffnung am Radrücken angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist kein zusätzlicher Zufuhrkanal von der ersten Austrittsöffnung hin zu dieser Vorrichtung erforderlich und dieser Zufuhrkanal ist dann unmittelbar in den Verdichter integriert. Je kürzer der Abstand zwischen der ersten Austrittsöffnung am Radrücken und der Vorrichtung zur Veränderung des Strömungsquerschnitts ist, umso vorteilhafter ist dies für das Betriebsverhalten.It may also be provided that the device for change the flow cross-section directly at the first outlet opening is arranged on Radrücken. In this embodiment no additional feed channel from the first exit port towards this device is required and this supply channel then integrated directly into the compressor. The shorter the distance between the first outlet opening at Radrücken and the device for changing the flow cross-section is, the more advantageous it is for the performance.
Bevorzugt ist in dem Ringkanal der Teilgasstrom auf ein Druckniveau komprimierbar, welches zwischen einem Verdichtereintrittsniveau und einem Verdichteraustrittsniveau des Gasstroms liegt. Dieses Zweistromrad mit dem als Ringkanal ausgebildeten Zusatzkanal ist dann insbesondere bei Kompression eines Teilgasstroms vorteilhaft und wird innerhalb des Aufladesystems somit bevorzugt dann eingesetzt, wenn der Teilgasstrom auf ein Druckniveau gefördert werden soll, das sich über dem Verdichtereintrittsniveau und unterhalb dem Verdichteraustrittsniveau befindet.Preferably, in the annular channel of the partial gas stream is compressible to a pressure level which is between a compressor inlet level and a compressor outlet level of the gas stream. The This dual-flow impeller with the additional channel designed as an annular channel is then particularly advantageous in compression of a partial gas flow and is thus preferably used within the supercharging system when the partial gas flow is to be conveyed to a pressure level which is above the compressor inlet level and below the compressor outlet level.
Hierdurch bietet der Verdichter mit dem Zweistromrad und dem Ringkanal im Radrücken ein Zwischendruckniveau, das wirkungsgradgünstig ohne größere Drosselverluste bedient werden kann.hereby offers the compressor with the twin impeller and the annular channel in Radrücken an intermediate pressure level, the efficiency low without larger throttle losses can be served.
Vorzugsweise kann die Ladervorrichtung als mechanischer Lader, insbesondere Kompressor, ausgebildet sein. Ist somit keine Turboladerturbine vorhanden und soll analog zu den Kompressormotoren nur ein mechanischer oder gegebenenfalls elektrischer Radialverdichterantrieb für die Luftversorgung vorgesehen sein, kann auch hier die Verwendung dieses Zweistromrads mit dem Hauptkanal und dem Ringkanal eine Verbesserung des Ansprechverhaltens des Aufladesystems ermöglichen.Preferably For example, the charger device can be designed as a mechanical supercharger, in particular a compressor be. Is thus no turbocharger turbine available and should be analog to the compressor motors only a mechanical or possibly electric centrifugal compressor drive for the air supply can be provided here, too, the use of this Zweistromrads with the main channel and the ring channel an improvement of the response allow the charging system.
Besonders bevorzugt erweist es sich, wenn die Ladervorrichtung als Abgasturbolader ausgebildet ist. Insbesondere ist dann vorgesehen, dass die Ladervorrichtung ein Laufzeug und ein Gehäuse umfasst, welches einen Luftführungsabschnitt, einen Abgasführungsabschnitt und einen Lagerabschnitt umfasst, wobei der Luftführungsabschnitt und der Abgasführungsabschnitt durchströmbar ausgebildet sind und das Laufzeug ein Verdichterrad, ein Turbinenrad und eine das Verdichterrad mit dem Turbinenrad drehfest verbindende Welle umfasst. Das Verdichterrad ist im Luftführungsabschnitt, das Turbinenrad im Abgasführungsabschnitt und die Welle im Lagerabschnitt drehbar gelagert, wobei das Turbinenrad von Abgas beaufschlagbar ausgestaltet ist und eine infolge der Beaufschlagung initiierte Drehbewegung mithilfe der Welle auf das Verdichterrad übertragbar ist, wobei das Verdichterrad zur Verbrennungsluftansaugung eine Mehrzahl der ersten Schaufeln aufweist, welche auf der Nabe des Verdichterrads angeordnet sind.Especially It proves to be preferable, if the charger device as exhaust gas turbocharger is trained. In particular, it is then provided that the charger device a running tool and a housing comprising an air guide section, comprises an exhaust gas guide section and a bearing section, wherein the air guide portion and the exhaust gas guide portion are designed to flow through and the running gear a compressor wheel, a turbine wheel and a compressor wheel with the turbine wheel rotationally fixed connecting shaft includes. The compressor wheel is in the air guide section, the turbine wheel in the exhaust guide section and the shaft rotatably mounted in the bearing portion, wherein the turbine of exhaust gas acted upon is designed and a result of the admission initiated rotary motion using the shaft to the compressor wheel transferable is, wherein the compressor wheel for combustion air intake a Comprises a plurality of the first blades, which on the hub of the Compressor are arranged.
Ist die Ladervorrichtung spezifisch als Abgasturbolader ausgebildet, so kann auch hier in der Beschaufelung über den Ringkanal eine Expansion oder eine Kompression von Verbrennungsluft vorgesehen sein.is the charger device is designed specifically as an exhaust gas turbocharger, so also here in the blading via the annular channel provided an expansion or compression of combustion air be.
Besonders bevorzugt erweist es sich, wenn zur Kompression von Verbrennungsluft der durchströmbare Ringkanal im Bereich der Mehrzahl der ersten Schaufeln angeordnet ist, welcher Ringkanal die erste Eintrittsöffnung und die erste Austrittsöffnung aufweist, wobei die erste Eintrittsöffnung zwischen jeweils wenigstens zwei der ersten Schaufeln und die erste Austrittsöffnung an dem Radrücken des Verdichterrads angeordnet ist, und zur Strömungsumlenkung im Ringkanal die Mehrzahl von zweiten Schaufeln angeordnet ist.Especially it proves to be preferable if for the compression of combustion air the flow-through annular channel in the region of the majority of the first Shovels is arranged, which annular channel is the first inlet opening and the first exit opening, wherein the first Inlet opening between in each case at least two of the first Buckets and the first outlet at the Radrücken the compressor wheel is arranged, and for flow deflection in the annular channel, the plurality of second blades is arranged.
Im Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei niedrigen Lasten und Drehzahlen, ist es somit mithilfe des Ringkanals möglich, die Energie der Verbrennungsluft abhängig von der konzeptionellen Auslegung der Ladervorrichtung zu komprimieren oder zu expandieren und dadurch das Ansprechverhalten des Aufladesystems verbessern zu können.in the Operation of an internal combustion engine, especially at low loads and speeds, it is thus possible using the ring channel, the energy of the combustion air depends on the conceptual Design of the charger to compress or expand and thereby improve the responsiveness of the charging system to be able to.
Bevorzugt ist ein zweiter Strömungskanal mit der Vorrichtung zur Veränderung des Strömungsquerschnitts verbunden und mündet stromab vor einer Abgasnachbehandlungseinrichtung in einen Abgastrakt.Prefers is a second flow channel with the device for Change in the flow cross-section connected and flows downstream of an exhaust aftertreatment device in an exhaust tract.
Wird beispielsweise in der Kaltstartphase von Ottomotoren unverbrannte Zusatzluft für die Abgasnachbehandlungseinrichtung benötigt, so ermöglicht der Ringkanal mit dem über die Schaufelgestaltung der zweiten Schaufeln abgestimmten Druckverhältnis das Einblasen von Zusatzluft in den Abgastrakt vor den Katalysator bzw. die Abgasnachbehandlungseinrichtung, bei dem gegenüber der Umgebung erhöhten Druckniveau.Becomes For example, in the cold start phase of gasoline engines unburned Additional air required for the exhaust aftertreatment device, so allows the annular channel with the on the blade design the second blades tuned pressure ratio the Blowing additional air into the exhaust gas upstream of the catalytic converter or the exhaust aftertreatment device, in which opposite the environment increased pressure level.
Zur Einsparung des bei Ottomotoren bisher erforderlichen Rezirkulationsventils am Verdichteraustritt für die Pumpvermeidung in den Schaltphasen wird nunmehr der Ringkanal des Verdichters mit der stromab liegenden Vorrichtung zur Veränderung des Strömungsquerschnitts genutzt. Da die Pumpvermeidung durch die Öffnung dieser Vorrichtung zur Strömungsquerschnittsveränderung aufgrund der Gestaltung des Ringkanals über ein deutlich geringeres Druckverhältnis erfolgt, werden sich energetisch merklich günstigere Bedingungen einstellen. Die vorteilhafte energetische Wirkung wird sich in einem langsameren Abfallen der Turboladerdrehzahl während der jetzt vorhandenen Umblasephase zeigen.to Saving the previously required for gasoline engines recirculation valve at the compressor outlet for Pumpvermeidung in the switching phases is now the annular channel of the compressor with the downstream Device for changing the flow cross section used. Since the Pumpvermeidung through the opening of this Device for flow cross section change due to the design of the ring channel over a clear lower pressure ratio, become energetically noticeable set more favorable conditions. The advantageous energetic Effect will be in a slower drop in turbocharger speed during the now existing Umblasephase show.
Neben der vorteilhaften Nutzung des Zweistromrads des Verdichters der erfindungsgemäßen Ladervorrichtung bei den instationären Schaltvorgängen ist der Ringkanal auch als Antipumpmaßnahme bei den hohen, quasi stationären Motorlasten einstellbar, insbesondere regel- oder gegebenenfalls in einfacherer Weise steuerbar. Durch dosiertes Öffnen der Vorrichtung zur Strömungsquerschnittsveränderung ist die erforderliche Durchsatzerhöhung an der ersten Eintrittsöffnung des Ringkanals so bewerkstelligbar, dass ein Verdichterpumpen vermieden werden kann. Das erfindungsgemäße Zweistromrad kann auch mit den bei Nutzfahrzeugen eingesetzten Verdichtern standardmäßigen eintrittsseitigen Rezirkulationsöffnungen über der Radaußenkontur oder anderen Antipumpmaßnahmen kombiniert werden, falls diese Kombination eine Verbesserung hinsichtlich der Verlustkleinhaltung mit sich bringt.In addition to the advantageous use of the Zweistromrads the compressor of the charger device according to the invention in the transient switching operations of the annular channel is also adjustable as Antipumpmaßnahme at the high quasi stationary engine loads, in particular rule or possibly controllable in a simpler manner. By dosed opening the device for flow cross-section change the required throughput increase at the first inlet opening of the annular channel is so bewerkstelligbar that a compressor pumps can be avoided. The two-flow impeller according to the invention can also be combined with the compressors used in commercial vehicles standard inlet-side recirculation openings on the Radaußenkontur or other antipumping measures, if this combination brings an improvement in terms of loss small maintenance.
Bei einer Ausgestaltung als Abgasturbolader ist bevorzugt vorgesehen, dass auf der Turbinenseite eine strömungsquerschnittsvariable Geometrie, beispielsweise auch eine Abblaseeinrichtung zur Leistungs- und Laufregelung des Motors, einsetzbar ist.at a configuration as exhaust gas turbocharger is preferably provided that on the turbine side a flow cross section variable Geometry, for example also a blow-off device for performance and running control of the engine, can be used.
Die unterschiedlichen Verstelleinheiten bis hin zur Vorrichtung zur Veränderung des Strömungsquerschnitts, mittels welcher der Teilgasstrom durch den Ringkanal einstellbar ist, werden mit einer zentralen Steuer- und Regelungsvorrichtung für die Brennkraftmaschine hinsichtlich dem stationären und dem instationären Verhalten eingestellt.The different adjustment units up to the device for Change of the flow cross-section, by means of which the partial gas flow through the annular channel is adjustable, be with a central control and regulation device for the internal combustion engine with respect to the stationary and discontinued behavior.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Verdichterrad und/oder die Welle, auf der das Verdichterrad und die Turbine des Abgasturboladers sitzen, durch einen Hilfsantrieb antreibbar sind. Falls die variable Turbinenseite den Bedürfnissen der Luftversorgungsanforderungen somit nicht vollständig genügen kann, kann ein zusätzlicher Antrieb über diesen Hilfsantrieb ermöglicht werden.Prefers it can be provided that the compressor wheel and / or the shaft, on which the compressor wheel and the turbine of the turbocharger are located, can be driven by an auxiliary drive. If the variable turbine side the needs of the air supply requirements thus can not fully satisfy an additional Drive can be enabled via this auxiliary drive.
Auch dann, wenn die Ladervorrichtung als Abgasturbolader ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass zur Expansion von Verbrennungsluft der durchströmbare Ringkanal im Bereich der Mehrzahl der ersten Schaufeln angeordnet ist, welcher Ringkanal die erste Eintrittsöffnung und die erste Austrittsöffnung aufweist, wobei die erste Eintrittsöffnung zwischen jeweils wenigstens zwei der ersten Schaufeln und die erste Austrittsöffnung an dem Radrücken des Verdichterrads angeordnet ist, und zur Strömungsumlenkung im Ringkanal die Mehrzahl von zweiten Schaufeln angeordnet ist.Also when the charger device is designed as an exhaust gas turbocharger is, can be provided that for the expansion of combustion air the flow-through annular channel in the region of the majority of first blades is arranged, which annular channel, the first inlet opening and the first exit opening, wherein the first Inlet opening between in each case at least two of the first Buckets and the first outlet at the Radrücken the compressor wheel is arranged, and for flow deflection in the annular channel, the plurality of second blades is arranged.
Bevorzugt ist ein zweiter Strömungskanal mit der Vorrichtung zur Veränderung des Strömungsquerschnitts verbunden und mündet am anderen Ende in die Umgebung oder in einen Verdichtereintritt. Soll somit durch die Nebenstrombeschaufelung über den Ringkanal keine Druckerhöhung durchgeführt werden, sondern nur eine Expansion, so kann hierdurch eine Rezirkulation zum Verdichtereintritt oder eventuell ein direktes Ausströmen in die Umgebung erfolgen. Insbesondere ist dies im Hinblick auf eine Antipumpmaßnahme bei den hohen, quasi stationären Motorlasten vorteilhaft. Die Realisierung einer Turbinenbeschaufelung im Verdichterrad-Nabenkörper führt bei der Expansion zu einem Energierückgewinn, der im Gesamtsystem gegenüber der Standardmaßnahme als positiver Effekt hinsichtlich einer Verbrauchsreduktion einhergeht.Prefers is a second flow channel with the device for Change in the flow cross-section connected and flows into the environment or into one at the other end Compressor inlet. Thus, by the secondary flow shoveling over the annular channel no pressure increase carried out but only an expansion, this can cause a recirculation to the compressor inlet or possibly a direct outflow into the environment. In particular, this is with regard to a Antipump measure in the high, quasi-stationary Motor loads advantageous. The realization of a turbine blading in the compressor wheel hub body performs during expansion to an energy recovery that is in the overall system the standard measure as a positive effect regarding associated with a reduction in consumption.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Ladervorrichtung als zweistufiges Aufladesystem ausgebildet ist. Bei einer derartigen zweistufigen Aufladung ist ein zweiter Strömungskanal mit der Vorrichtung zur Veränderung des Strömungsquerschnitts verbunden und stromab einer Hochdruckturbine eines ersten Verdichter-Turbine-Systems in einen Verbindungstrakt mündend, wobei der Verbindungstrakt zwischen der Hochdruckturbine des ersten Verdichter-Turbine-Systems und einer Niederdruckturbine eines zweiten Verdichter-Turbine-Systems angeordnet ist.Prefers can be provided that the charger device as a two-stage Charging system is formed. In such a two-stage Charging is a second flow channel with the device connected to change the flow cross-section and downstream of a high pressure turbine of a first compressor turbine system opening into a connecting tract, wherein the connecting tract between the high pressure turbine of the first compressor turbine system and a low pressure turbine of a second compressor turbine system is arranged.
Das Zweistromrad kann daher auch bei einem zweistufigen Aufladesystem eingesetzt werden. Auf dem hohen Druckniveau der zweiten Stufe des Abgasturboladers kann in bestimmten Phasen bzw. in Motorbetriebsbereichen ein Umblasen nach stromab der Hochdruckturbine in den Verbindungstrakt vor die Niederdruckturbine mittels der Expansion in der Turbinenbeschaufelung im Ringkanal vorteilhaft sein. Diese Vorteile betreffen vor allem das Verbrauchsverhalten im Teillastgebiet als auch die Fähigkeit der Antipumpmaßnahme in den hohen Lastpunkten durch die Regelung des Öffnungsquerschnitts durch die Vorrichtung zur Strömungsquerschnittsveränderung.The Zweistromrad can therefore also in a two-stage charging system be used. At the high pressure level of the second stage of the exhaust gas turbocharger can blow over at certain stages or in engine operating ranges downstream of the high-pressure turbine in the connecting tract before the Low-pressure turbine by means of expansion in turbine blading be advantageous in the annular channel. These benefits mainly apply the consumption behavior in the partial load area as well as the ability the anti-dumping measure in the high load points by the Regulation of the opening cross section through the device to the flow cross section change.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Ladervorrichtung oder einer vorteilhaften Ausgestaltung davon.One Another aspect of the invention relates to an internal combustion engine with a charger device according to the invention or an advantageous embodiment thereof.
Die Brennkraftmaschine kann einen Frischluftstrang und einen Abgastrakt aufweisen, wobei zur Verbesserung des Beschleunigungsverhaltens die Brennkraftmaschine eine als Abgasturbolader ausgebildete Ladervorrichtung umfasst, wobei der Luftführungsabschnitt im Frischluftstrang und der Abgasführungsabschnitt im Abgastrakt angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, insbesondere bei Lastaufschaltung das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine zu verbessern.The Internal combustion engine may include a fresh air line and an exhaust tract wherein, to improve the acceleration behavior the internal combustion engine designed as an exhaust gas turbocharger charger device comprising, wherein the air guide section in the fresh air line and the exhaust gas guide portion disposed in the exhaust tract are. This makes it possible, especially when load is applied to improve the operating behavior of the internal combustion engine.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention will be described in more detail below with reference to schematic drawings explained. Show it:
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In The figures are the same or functionally identical elements with the provided the same reference numerals.
Eine Brennkraftmaschine weist einen Frischluftstrang und einen Abgastrakt auf. Die Brennkraftmaschine umfasst ein Maschinengehäuse mit einem Zylinderkopf und einem Kurbelgehäuse. Im Kurbelgehäuse sind Zylinder angeordnet, wobei jeder Zylinder einen axial bewegbaren Kolben aufweist. Des Weiteren ist im Kurbelgehäuse eine Kurbelwelle drehbar gelagert. Jeder Kolben ist mithilfe eines Pleuels mit der Kurbelwelle verbunden, so dass relevante Kolbenkräfte auf die Kurbelwelle übertragbar sind und in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt werden können.A Internal combustion engine has a fresh air line and an exhaust tract on. The internal combustion engine comprises a machine housing with a cylinder head and a crankcase. In the crankcase Cylinders are arranged, each cylinder an axially movable Piston has. Furthermore, in the crankcase a Crankshaft rotatably mounted. Each piston is using a connecting rod connected to the crankshaft so that relevant piston forces are transferable to the crankshaft and in a rotary motion the crankshaft can be implemented.
In den Zylinder der Brennkraftmaschine sind Brennräume zur Verbrennung eines Kraftstoff-Luftgemischs ausgebildet. Jeder Brennraum ist von einer Innenwandung eines Zylinders, von dem im Zylinder bewegbaren Kolben sowie von einer Wandung des Zylinderkopfes begrenzt, wobei die Wandung des Zylinderkopfes und der jeweilige Kolben in etwa gegenüberliegend angeordnet sind. Die Trennräume sind mithilfe der entsprechenden Kolben in ihren Volumina veränderbar gestaltet, so dass darin ein an sich bekannter Verbrennungsprozess durchgeführt werden kann.In the cylinder of the internal combustion engine are combustion chambers for Combustion of a fuel-air mixture formed. Every combustion chamber is of an inner wall of a cylinder, movable from the cylinder Piston and bounded by a wall of the cylinder head, wherein the wall of the cylinder head and the respective piston in about are arranged opposite one another. The separation spaces are variable in their volumes by means of the corresponding pistons designed so that it is a known combustion process can be carried out.
Der Zylinderkopf umfasst ein Einlasssystem mit Einlasskanälen und Einlassventilen, ein Auslasssystem mit Auslasskanälen und Auslassventilen sowie ein Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den zugehörigen Brennraum, wobei der Kraftstoff mithilfe einer Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstofftank förderbar ist. Jeder Einlasskanal weist in bevorzugter Weise wenigstens ein Einlassventil auf, mithilfe dessen der Einlasskanal zu öffnen bzw. zu schließen ist und das Einlassventil an einem dem Brennraum zugewandten Ende des Einlasskanals angeordnet ist. Über den Einlasskanal ist dem Brennraum bei geöffnetem Einlassventil Verbrennungsluft oder ein Kraftstoff-Verbrennungsluftgemisch zuführbar. Ein dem Brennraum abgewandtes Ende des Einlasskanals ist mit einem Sammelbehälter verbunden, welcher dem Frischluftstrang zugeordnet ist und einer Strömungsberuhigung dient.Of the Cylinder head includes an intake system with intake ports and intake valves, an exhaust system with exhaust ports and exhaust valves and an injection system for injecting Fuel in the associated combustion chamber, the fuel by means of a fuel pump from a fuel tank eligible is. Each inlet channel preferably has at least one Inlet valve on using the inlet port to open or to close and the inlet valve to a combustion chamber facing the end of the inlet channel is arranged. about the inlet channel is the combustion chamber with the inlet valve open Combustion air or a fuel combustion air mixture supplied. A combustion chamber facing away from the end of the inlet channel is with a Sump connected, which the fresh air line is assigned and serves a flow calming.
Jeder Auslasskanal weist bevorzugterweise wenigstens ein Auslassventil auf, mithilfe dessen der Auslasskanal zu öffnen bzw. zu schließen ist, wobei das Auslassventil an einem Ende des Auslasskanals angeordnet ist, welches dem Brennraum zugewandt ist. Bei einer Verbrennung von im Brennraum gebildetem Kraftstoff-Verbrennungsluftgemisch entsteht im Betrieb der Brennkraftmaschine Abgas, welches über den Auslasskanal aus dem Brennraum in den Abgastrakt strömen kann.Everyone Outlet channel preferably has at least one outlet valve to open or close the exhaust duct is close, wherein the exhaust valve at one end of the Outlet channel is arranged, which faces the combustion chamber. In a combustion of fuel combustion air mixture formed in the combustion chamber arises during operation of the internal combustion engine exhaust gas, which over flow the exhaust passage from the combustion chamber into the exhaust tract can.
Der Fritschluftstrang weist eine Ladeluftleitung auf, wobei an einem Ende der Ladeluftleitung, welches der Brennkraftmaschine zugewandt ist, der Sammelbehälter angeordnet ist. Stromauf des Sammelbehälters ist in der Ladeluftleitung ein Ladeluftkühler zur Kühlung der angesaugten Verbrennungsluft positioniert. Ein Verbrennungsluftfilter zum Reinigen der angesaugten Verbrennungsluft ist an dem anderen Ende der Ladeluftleitung angeordnet, welches von der Brennkraftmaschine abgewandt positioniert ist.Of the Fritschluftstrang has a charge air line, wherein on a End of the charge air line, which faces the internal combustion engine is, the collection container is arranged. Upstream of the collection container is in the charge air duct intercooler for cooling positioned the sucked combustion air. A combustion air filter for cleaning the sucked combustion air is at the other End of the charge air duct arranged, which of the internal combustion engine is positioned away from the other.
Der Abgastrakt umfasst einen Abgaskrümmer sowie eine Abgasleitung, wobei der Abgaskrümmer Abgaskanäle und einen die Abgaskanäle zusammenführenden Sammelkanal aufweist. Der Abgaskrümmer ist stromab des Auslasssystems angeordnet, wobei je ein Abgaskanal einem Auslasskanal zugeordnet ist. Die Abgasleitung ist an einer Öffnung des Sammelkanals mit dem Abgaskrümmer verbunden, wobei die Öffnung stromab der Abgaskanäle positioniert ist. An einem der Brennkraftmaschine abgewandten Ende der Abgasleitung ist zur Abgasnachbehandlung ein Abgasnachbehandlungssystem angeordnet, wobei das Abgasnachbehandlungssystem in Form eines Rußfilters und/oder Katalysators ausgebildet ist.Of the Exhaust tract comprises an exhaust manifold and an exhaust pipe, wherein the exhaust manifold exhaust ducts and a the Exhaust gas channels merging collecting channel has. The exhaust manifold is located downstream of the exhaust system, wherein each one exhaust passage is associated with an outlet channel. The exhaust pipe is at an opening of the collecting channel with the exhaust manifold connected, wherein the opening downstream of the exhaust ducts is positioned. At one end of the internal combustion engine the exhaust pipe is for exhaust aftertreatment an exhaust aftertreatment system arranged, wherein the exhaust aftertreatment system in the form of a soot filter and / or catalyst is formed.
Die Brennkraftmaschine weist des Weiteren ein Abgasrückführsystem auf, wobei zwischen dem Abgaskrümmer und dem Sammelbehälter eine Verbindungsleitung in Form einer Abgasrückführleitung angeordnet ist. In der Abgasrückführleitung ist zur Kühlung von rückgeführtem Abgas ein Abgasrückführkühler angeordnet. Eine Einstellung einer rückgeführten Abgasmenge erfolgt mithilfe eines Abgasrückführventils.The Internal combustion engine further includes an exhaust gas recirculation system on, between the exhaust manifold and the reservoir arranged a connecting line in the form of an exhaust gas recirculation line is. In the exhaust gas recirculation line is for cooling of recirculated exhaust gas an exhaust gas recirculation cooler arranged. A setting of a repatriated Exhaust gas quantity takes place with the aid of an exhaust gas recirculation valve.
Zur Regelung und Steuerung vieler Funktionen ist der Brennkraftmaschine ein Regelungs- und Steuerungssystem zugeordnet. Über das Regelungs- und Steuerungssystem sind insbesondere die Kraftstoffzufuhr und das Abgasrückführventil regelbar.to Control and control of many functions is the internal combustion engine associated with a regulatory and control system. About the Control and control system are in particular the fuel supply and the exhaust gas recirculation valve controllable.
Bei dieser Ausführung ist die Brennkraftmaschine als Dieselmotor ausgebildet und umfasst eine als Abgasturbolader ausgebildete Ladervorrichtung. Die Erfindung kann auch auf Ottomotoren angewendet werden. Darüber hinaus ist die Ladervorrichtung nicht auf das Konzept der Abgasturboladung beschränkt, sondern kann auch für mechanische Lader, insbesondere Kompressoren, vorgesehen sein.at This embodiment is the internal combustion engine as a diesel engine formed and includes a trained as exhaust gas turbocharger charger device. The Invention can also be applied to gasoline engines. About that In addition, the charger device is not on the concept of exhaust gas turbocharging limited but can also be used for mechanical Loader, in particular compressors, be provided.
In
Das
Verdichterrad
In
einem Luftführungsabschnitt des Gehäuses
Stromab
der ersten Radkammer
Das
Verdichterrad
Abhängig
von der Ausgestaltung der Ladervorrichtung und dem systembedingten
Einsatz kann auch die Ausgestaltung des Ringkanals
Die
zweite Beschaufelung im Radrücken
Neben
einer derartigen Turbinenbeschaufelung kann auch eine angepasste
Verdichterbeschaufelung durchgeführt werden, die insbesondere
für einen zu komprimierenden Teilgasstrom, welcher durch
den Ringkanal
Mit
dem Verdichter
Das
so ausgebildete Zweistromrad des Verdichters
Der
Teilgasstrom, welcher durch den Ringkanal
Die
Vorrichtung
Bei
der in
Ebenso
kann jedoch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung
Das
als Zweistromrad ausgebildete Verdichterrad
Hierdurch
bietet der Zweistromverdichter
Ein
derartiger in
Ebenso
kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Verdichter
Weist
eine Brennkraftmaschine eine als Abgasturbolader ausgebildete Ladervorrichtung
auf, so umfasst dieser ein Laufzeug
Stromab des Eintrittskanals ist im Abgasführungsabschnitt ein zweiter Spiralkanal angeordnet, welcher zur Bereitstellung einer rotationssymmetrischen Strömung dient. Des Weiteren ist der zweite Spiralkanal als Verbindungskanal zwischen dem Eintrittskanal und einem Zuströmkanal des Abgasführungsabschnitts ausgebildet. Stromab des zweiten Spiralkanals ist der Zuströmkanal positioniert, welcher im Allgemeinen zur Konditionierung der Strömung des Abgases ausgebildet ist. Zur einstellbaren, betriebspunktabhängigen Konditionierung des Abgases ist im Zuströmkanal ein Leitapparat positioniert, welcher verstellbar ausgebildet ist.Downstream of the inlet channel is a second in the exhaust gas guide section Spiral channel arranged, which to provide a rotationally symmetric Flow serves. Furthermore, the second spiral channel as a connecting channel between the inlet channel and an inflow channel formed of the exhaust gas guide section. Downstream of the second spiral channel the inflow channel is positioned, which in general designed to condition the flow of the exhaust gas is. For adjustable, operating point-dependent conditioning of the exhaust gas, a distributor is positioned in the inflow channel, which is designed adjustable.
Stromab des Zuströmkanals ist die zweite Radkammer im Abgasführungsabschnitt angeordnet, wobei in der zweiten Radkammer das Turbinenrad positioniert ist. Stromab der zweiten Radkammer ist ein Austrittskanal im Abgasführungsabschnitt angeordnet.Downstream the inflow channel is the second wheel chamber in the exhaust gas guide section arranged, wherein positioned in the second wheel chamber, the turbine wheel is. Downstream of the second wheel chamber is an outlet channel in the exhaust gas guide section arranged.
Im
Betrieb der Brennkraftmaschine wird das Turbinenrad des Abgasturboladers
als Folge einer Beaufschlagung durch das Abgas der Brennkraftmaschine
in eine Rotationsbewegung versetzt, wobei mithilfe der Welle
Um
eine bestimmte Abgasturboladerdrehzahl auch bei niedrigen Lasten
und niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine trotz eines unter
diesen Bedingungen herrschenden geringen Abgasgegendrucks am Turbinenrad
auf einem hohen Drehzahlniveau zu halten, ist bevorzugt eine halbaxiale und/oder
radiale Anströmung des Verdichterrads
Der
Luftführungsabschnitt
In
Das
Regelungs- und Steuerungssystem
Des
Weiteren wird über das Regelungs- und Steuerungssystem
Mit
dem Verdichter
Bei
diesem in
Auf
der Turbinenseite
Das
Regelungs- und Steuerungssystem
In
einer weiteren Ausführung kann vorgesehen sein, dass zusätzlich
ein Hilfsantrieb
In
In
Auf
dem hohen Druckniveau der zweiten Stufe des Aufladesystems A3 kann
in bestimmten Phasen bzw. Betriebszuständen des Motors
bzw. der Brennkraftmaschine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 10252767 A1 [0002, 0069] - DE 10252767 A1 [0002, 0069]
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DE102007021934A DE102007021934A1 (en) | 2007-05-10 | 2007-05-10 | Supercharger unit for internal combustion engine, has compressor wheel, which has multiple blades for combustion air intake, which are arranged on hub of the compressor wheel |
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ID=39868641
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---|---|
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- 2007-05-10 DE DE102007021934A patent/DE102007021934A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20140513 |