DE102009047355A1 - Combustion engine has compressor with compressor outlet opening and cylinder with cylinder inlet opening, where compressor outlet opening is connected with cylinder inlet opening in aerodynamic manner - Google Patents

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Abstract

The combustion engine has a compressor (1) with a compressor outlet opening and a cylinder (4) with a cylinder inlet opening, where the compressor outlet opening is connected with the cylinder inlet opening in an aerodynamic manner. A gas storage chamber is arranged with a variable volume between the compressor outlet opening and the cylinder inlet opening. An independent claim is also included for a method for operating a combustion engine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsmaschine und ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine.The present invention relates to an internal combustion engine and a method of operating an internal combustion engine.

Eine wesentliche Beschränkung bei der Umsetzung von zurzeit verwendeten Turbolader-Beschleunigungskonzepten für Verbrennungsmaschinen, beispielsweise Motoren, stellt das Druckverhältnis im Kompressor dar. Dieses Druckverhältnis im Kompressor darf einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass bei hohen Abgastemperaturen ein Teil der Wärme des Abgases ungenutzt bleibt. Zum Beispiel wird ein Teil des heißen Abgases über einen Bypaßkanal an der Turbine vorbeigeleitet oder im Falle einer variablen Turbinengeometrie werden die Leitschaufeln der Turbine geöffnet. Der Nachteil dabei besteht in einem Verlust an thermischer Energie des Abgases. Die thermische Energie hätte ansonsten in mechanische Energie umgewandelt werden können, beispielsweise mit Hilfe eines Turboladers, und auf diese Weise zu einer Senkung des Treibstoffverbrauches beigetragen.A major limitation in the implementation of currently used turbocharger acceleration concepts for internal combustion engines, such as engines, represents the pressure ratio in the compressor. This pressure ratio in the compressor must not exceed a certain limit. For this reason, it is necessary that at high exhaust gas temperatures, a part of the heat of the exhaust gas remains unused. For example, a portion of the hot exhaust gas bypasses the turbine via a bypass passage, or in the case of a variable turbine geometry, the turbine blades are opened. The disadvantage of this is a loss of thermal energy of the exhaust gas. The thermal energy could otherwise have been converted to mechanical energy, for example with the aid of a turbocharger, thereby contributing to a reduction in fuel consumption.

Es besteht daher ein Bedarf an einer Lösung, die unabhängig ist von einer Beschränkung durch das Druckverhältnis im Kompressor und die eine maximale Umwandlung der thermischen Energie des Abgases in mechanische Energie ermöglicht.There is therefore a need for a solution which is independent of a restriction by the pressure ratio in the compressor and which allows maximum conversion of the thermal energy of the exhaust gas into mechanical energy.

In WO 2004/025097 A1 wird eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, beschrieben. Die Brennkraftmaschine umfaßt einen Kompressor, einen Abgasturbolader, einen den Kompressor überbrückenden Luftkanal und eine Verdichtungsdrosselklappe. Sobald der Massenstrom, den der Abgasturbolader aufgrund eines Abgasmassenstromes zu Fördern vermag, das Fördervolumen des Kompressors übersteigt, wird ein Teil des Massenstromes durch den den Kompressor überbrückenden Luftkanal am Kompressor vorbeigeleitet.In WO 2004/025097 A1 An internal combustion engine, in particular a motor vehicle, is described. The internal combustion engine includes a compressor, an exhaust gas turbocharger, a compressor bridging the air passage and a compression throttle. As soon as the mass flow, which the exhaust gas turbocharger is able to convey due to an exhaust gas mass flow, exceeds the delivery volume of the compressor, part of the mass flow is conducted past the compressor through the air passage bridging the compressor.

In DE 101 58 874 A1 wird ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine offenbart, der eine dem Verdichterbereich zugeordnete Zusatzluft-Einspeisungseinrichtung mit einem Zusatzluftkanal im Verdichtergehäuse für die Zuführung von Zusatzluft umfallt. Insbesondere ist ein Ringraum vorgesehen, der als Sammelraum für die in das Verdichtergehäuse eingeleitete Zusatzluft dient. Der Ringraum wirkt druckstoßkompensierend, wodurch eine Einspeisung der Zusatzluft mit gleichmäßigem Druck gewährleistet ist. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, unterhalb des Ladedrehzahl-Schwellenwertes Zusatzluft unmittelbar in den Ansaugtrakt stromab des Verdichters (Kompressors) einzuspeisen, um auf diese Weise für einen erhöhten Ladedruck zu sorgen. Dabei geht es insbesondere darum, eine im unteren Drehzahlbereich mehr oder weniger ausgeprägte Drehmomentschwäche bei Verbrennungsmotoren mit Abgasturboladern auszugleichen.In DE 101 58 874 A1 an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine is disclosed, which includes a the compressor region associated additional air supply device with an additional air duct in the compressor housing for the supply of additional air. In particular, an annular space is provided which serves as a collecting space for the introduced into the compressor housing additional air. The annulus acts pressure surge compensating, whereby an additional supply of additional air is ensured with uniform pressure. For example, it may be appropriate to feed additional air downstream of the supercharging speed threshold directly into the intake tract downstream of the compressor (compressor) in order in this way to ensure increased charge pressure. In particular, it is a matter of balancing a more or less pronounced torque weakness in internal combustion engines with exhaust gas turbochargers in the lower engine speed range.

Eine ähnliche Vorrichtung ist in DE 103 61 913 A1 beschrieben. Dabei wird ebenfalls die auf unzureichender Aufladung der Motoren im unteren Drehzahlbereich beruhende Drehmomentschwäche durch Aufladung mit Luft aus einem Speicher kompensiert.A similar device is in DE 103 61 913 A1 described. In the process, the torque weakness due to insufficient charging of the motors in the lower speed range is also compensated by charging with air from a reservoir.

Weiterhin sind in DE 199 44 946 A1 und in DE 10 2007 059 145 A1 Verbrennungsmaschinen mit einem Druckluftspeicher beziehungsweise Druckbehälter zur zusätzlichen Versorgung der jeweiligen turboaufgeladenen Verbrennungsmaschine mit komprimierter Luft offenbart. Die zusätzliche Versorgung mit komprimierter Luft aus dem Druckbehälter beziehungsweise dem Druckluftspeicher dient zum Ausgleich des Ladedrucks bei aufgeladenen Verbrennungsmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren.Furthermore, in DE 199 44 946 A1 and in DE 10 2007 059 145 A1 Internal combustion engines with a compressed air reservoir or pressure vessel for additional supply of the respective turbo-charged internal combustion engine with compressed air disclosed. The additional supply of compressed air from the pressure vessel or the compressed air reservoir serves to equalize the charge pressure in supercharged internal combustion engines, in particular internal combustion engines.

In EP 0 754 843 B1 wird eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader und ein Verfahren zur Beschleunigung des Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine beschrieben. Dabei wird ein Teil des Gasstroms aus dem Brennraum in einen Druckspeicher überführt und später dem Turbinenrad des Abgasturboladers zugeführt.In EP 0 754 843 B1 An internal combustion engine with turbocharger and a method for accelerating the exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine will be described. In this case, part of the gas stream is transferred from the combustion chamber into a pressure accumulator and later fed to the turbine wheel of the exhaust gas turbocharger.

In EP 1 489 289 A3 wird ein Verfahren zum partikelarmen Betrieb eines Dieselmotors und ein partikelarmer Dieselmotor beschrieben, wobei mit dem Einleiten eines Beschleunigungsvorgangs zusätzlich Ladeluft eingebracht wird.In EP 1 489 289 A3 a method for low-particle operation of a diesel engine and a low-particle diesel engine is described, with the introduction of an acceleration process additional charge air is introduced.

In WO 03/0044348 A1 wird ein Verfahren zum Ladungswechsel bei einem Verbrennungsmotor der Kolbenbauart und zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Ladungswechselsystem beschrieben. Dabei wird dem Brennraum wahlweise Ladeluft über einen Verdichterzweig zugeführt oder über einen Saugluftzweig, der als Bypaß den Verdichter umgeht, zugeführt.In WO 03/0044348 A1 A method is described for changing the charge in a piston-type internal combustion engine and for carrying out the method-suitable charge exchange system. In this case, the combustion chamber is optionally supplied with charge air via a compressor branch or via a suction air branch, which bypasses the compressor bypass supplied.

In dem zitierten Stand der Technik ist die Beschleunigungskontrolle durch die zum Schutz des Kompressors erforderliche Beschränkung des Druckverhältnisses im Kompressor beschränkt. Dies gilt insbesondere bei hohen Temperaturen des Abgases.In the cited prior art, the acceleration control is limited by the restriction of the pressure ratio in the compressor required to protect the compressor. This is especially true at high temperatures of the exhaust gas.

Vor diesem Hintergrund ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine vorteilhafte Verbrennungsmaschine zur Verfügung zu stellen. Eine zweite Aufgabe besteht darin, ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine zur Verfügung zu stellen.Against this background, it is a first object of the present invention to provide an advantageous combustion engine. A second object is to provide an advantageous method for operating an internal combustion engine.

Die erste Aufgabe wird durch eine Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Die zweite Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine nach Anspruch 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. The first object is achieved by an internal combustion engine according to claim 1. The second object is achieved by a method for operating an internal combustion engine according to claim 7. The dependent claims contain further, advantageous embodiments of the invention.

Die erfindungsgemäße Verbrennungsmaschine umfaßt einen Kompressor mit einer Kompressorauslaßöffnung und mindestens einem Zylinder mit einer Zylindereinlaßöffnung. Dabei ist die Kompressorauslaßöffnung strömungstechnisch mit der Zylindereinlaßöffnung verbunden. Die Verbrennungsmaschine umfaßt zudem mindestens einen Gasspeicherraum mit einem variablen Volumen, der zwischen der Kompressorauslaßöffnung und der Zylindereinlaßöffnung angeordnet ist.The internal combustion engine according to the invention comprises a compressor with a compressor outlet opening and at least one cylinder with a cylinder inlet opening. The Kompressorauslaßöffnung is fluidically connected to the cylinder inlet opening. The internal combustion engine further includes at least one variable volume gas storage space disposed between the compressor discharge port and the cylinder intake port.

Typischerweise kann die erfindungsgemäße Verbrennungsmaschine mehrere Zylinder, insbesondere 4, 6, 8 oder 12 Zylinder, umfassen. Es kann aber auch eine ungerade Anzahl an Zylindern vorhanden sein, zum Beispiel kann die erfindungsgemäße Verbrennungsmaschine 5 Zylinder umfassen. Vorteilhafterweise ist dem Zylinder beziehungsweise den Zylindern eine Ansaugkammer (plenum chamber) vorgeschaltet. Die Ansaugkammer kann beispielsweise als Gasspeicherraum mit einem variablen Volumen ausgestaltet sein. Die Ansaugkammer kann insbesondere mit dem oben beschriebenen Gasspeicherraum mit einem variablen Volumen identisch sein.Typically, the internal combustion engine according to the invention may comprise a plurality of cylinders, in particular 4, 6, 8 or 12 cylinders. However, an odd number of cylinders may also be present, for example the internal combustion engine according to the invention may comprise 5 cylinders. Advantageously, a suction chamber (plenum chamber) is connected upstream of the cylinder or cylinders. The suction chamber may be configured, for example, as a gas storage space with a variable volume. In particular, the suction chamber may be identical to the gas storage space having a variable volume described above.

Die erfindungsgemäße Verbrennungsmaschine kann weiterhin einen Turbolader umfassen. In diesem Fall kann es sich bei dem Kompressor um einen Turboladerkompressor handeln.The internal combustion engine according to the invention may further comprise a turbocharger. In this case, the compressor may be a turbocharger compressor.

Durch den Gasspeicherraum mit variablem Volumen lassen sich die oben genannten Beschränkungen zum Schutz des Kompressors umgehen beziehungsweise machen diese für den Betrieb der Verbrennungsmaschine unerheblich. Insbesondere kann das Volumen des Gasspeicherraumes so variiert werden, dass das Druckverhältnis im Kompressor einen bestimmten, vorgegebenen Wert nicht übersteigt beziehungsweise im Rahmen eines bestimmten Bereiches konstant gehalten wird.By the gas storage room with variable volume, the above-mentioned restrictions for the protection of the compressor can be avoided or make them irrelevant for the operation of the internal combustion engine. In particular, the volume of the gas storage space can be varied so that the pressure ratio in the compressor does not exceed a certain, predetermined value or is kept constant within a certain range.

Weiterhin können zwischen der Kompressorauslaßöffnung und der Zylindereinlaßöffnung ein Drosselventil und/oder ein Kühler angeordnet sein. Bei dem Kühler kann es sich beispielsweise um einen Ladeluftkühler handeln. Der Gasspeicherraum kann zwischen der Kompressorauslaßöffnung und dem Kühler oder zwischen dem Kühler und der Zylindereinlaßöffnung angeordnet sein. Alternativ dazu kann der Kühler den Gasspeicherraum umfassen. Das bedeutet, dass der Gasspeicherraum in den Kühler integriert sein kann.Furthermore, a throttle valve and / or a radiator may be arranged between the compressor outlet opening and the cylinder inlet opening. The cooler may be, for example, a charge air cooler. The gas storage space may be disposed between the compressor discharge port and the radiator or between the radiator and the cylinder intake port. Alternatively, the radiator may include the gas storage space. This means that the gas storage room can be integrated into the cooler.

Zudem kann die Verbrennungsmaschine ein Abgasrückführungssystem und/oder eine Turbine umfassen. Bei der Turbine kann es sich beispielsweise um eine Turboladerturbine handeln. Das Abgasrückführungssystem kann insbesondere einen Kühler zum Kühlen des zurückzuführenden Abgases umfassen.In addition, the internal combustion engine may include an exhaust gas recirculation system and / or a turbine. The turbine may be, for example, a turbocharger turbine. The exhaust gas recirculation system may in particular comprise a cooler for cooling the exhaust gas to be recirculated.

Darüber hinaus kann die Verbrennungsmaschine eine Turbine, insbesondere eine Turboladerturbine, und einen Bypaß-Strömungskanal umfassen. Dabei kann der Bypaß-Strömungskanal den Gasspeicherraum mit einem stromabwärts der Turbine angeordneten Strömungskanal strömungstechnisch verbinden. Auf diese Weise kann nicht benötigtes Gas aus dem Gasspeicherraum dem von der Turbine ausgestoßenen Abgas beigemischt werden. Das nicht benötigte Gas kann so am Zylinder und der Turbine vorbeigeleitet werden. Bei dem Gas kann es sich um Luft oder um ein Gemisch aus Luft und Abgas handeln.In addition, the internal combustion engine may include a turbine, in particular a turbocharger turbine, and a bypass flow channel. In this case, the bypass flow channel can connect the gas storage space with a fluid flow channel arranged downstream of the turbine. In this way, unneeded gas from the gas storage space can be admixed with the exhaust gas emitted by the turbine. The gas that is not needed can be routed past the cylinder and the turbine. The gas may be air or a mixture of air and exhaust gas.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verbrennungsmaschine läßt sich der Kompressor wirksam vor Überlastung schützen. Gleichzeitig kann die thermische Energie des Abgases effektiv ausgenutzt werden.With the help of the internal combustion engine according to the invention, the compressor can effectively protect against overload. At the same time, the thermal energy of the exhaust gas can be effectively utilized.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine bezieht sich auf eine Verbrennungsmaschine, die einen Kompressor und mindestens einen Zylinder umfaßt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Volumen eines strömungstechnisch zwischen dem Kompressor und dem Zylinder angeordneten Gasspeicherraumes in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Verbrennungsmaschine variiert. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verbrennungsmaschine durchgeführt werden.The method of operating an internal combustion engine according to the invention relates to an internal combustion engine comprising a compressor and at least one cylinder. In the context of the method according to the invention, the volume of a gas storage space arranged between the compressor and the cylinder in terms of flow is varied as a function of the operating state of the internal combustion engine. The inventive method can be carried out in particular with the aid of the internal combustion engine according to the invention.

Die Verbrennungsmaschine kann beispielsweise einen Turbolader umfassen. In diesem Fall kann es sich bei dem Kompressor um einen Turboladerkompressor handeln.For example, the internal combustion engine may include a turbocharger. In this case, the compressor may be a turbocharger compressor.

Vorteilhafterweise kann das Volumen des Gasspeicherraumes in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder dem Drehmoment der Verbrennungsmaschine variiert werden. Weiterhin kann das Volumen des Gasspeicherraumes in Abhängigkeit von anderen Belastungsparametern der Verbrennungsmaschine variiert werden.Advantageously, the volume of the gas storage space can be varied as a function of the rotational speed and / or the torque of the internal combustion engine. Furthermore, the volume of the gas storage space can be varied depending on other load parameters of the internal combustion engine.

Die Verbrennungsmaschine kann zudem mehrere Gasspeicherräume mit variablem Volumen umfassen. Bei der Verbrennungsmaschine kann es sich beispielsweise um einen Motor, insbesondere einen Dieselmotor, handeln.The internal combustion engine may also include a plurality of variable volume gas storage spaces. The internal combustion engine may be, for example, an engine, in particular a diesel engine.

Weiterhin kann ein Gas von dem Kompressor in den Gasspeicherraum eingeleitet und anschließend zum Zylinder weitergeleitet werden, wobei das Gas gekühlt wird. Dabei kann das Gas nach dem Verlassen des Kompressors und vor dem Einleiten in den Gasspeicherraum gekühlt werden. Das Gas kann aber auch nach dem Verlassen des Gasspeicherraumes und vor dem Einleiten in den Zylinder gekühlt werden. Eine weitere Alternative besteht darin, dass das Gas innerhalb eines Kühlers, welcher den Gasspeicherraum mit variablem Volumen umfaßt, gekühlt wird. Furthermore, a gas can be introduced from the compressor into the gas storage space and then forwarded to the cylinder, wherein the gas is cooled. In this case, the gas can be cooled after leaving the compressor and before being introduced into the gas storage space. However, the gas can also be cooled after leaving the gas storage space and before it is introduced into the cylinder. Another alternative is that the gas is cooled within a cooler comprising the variable volume gas storage space.

Vorzugsweise wird das Volumen des Gasspeicherraumes so variiert, dass das Druckverhältnis im Kompressor konstant gehalten wird. Insbesondere kann das Volumen des Gasspeicherraumes bei Erreichen von Beschleunigungswerten der Verbrennungsmaschine oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes vergrößert werden. Vorteilhafterweise kann das Volumen des Gasspeicherraumes so variiert, insbesondere gegebenenfalls vergrößert, werden, dass ein maximaler Kompressorschubwert nicht erreicht wird.Preferably, the volume of the gas storage space is varied so that the pressure ratio in the compressor is kept constant. In particular, the volume of the gas storage space can be increased upon reaching acceleration values of the internal combustion engine above a predetermined limit value. Advantageously, the volume of the gas storage space can be varied, in particular possibly increased, such that a maximum compressor thrust value is not reached.

Weiterhin kann Abgas von einer Auslaßöffnung des Zylinders zu einer Einlaßöffnung des Zylinders und/oder zu einer Einlaßöffnung des Kompressors zurückgeführt werden. Im letzteren Fall wird im Kompressor ein Gemisch aus Luft und Abgas komprimiert.Furthermore, exhaust gas may be recirculated from an outlet port of the cylinder to an inlet port of the cylinder and / or to an inlet port of the compressor. In the latter case, a mixture of air and exhaust gas is compressed in the compressor.

Grundsätzlich kann es sich bei dem in dem Gasspeicherraum gespeicherten beziehungsweise in diesen eingeleiteten Gas um Luft oder ein Gemisch aus Luft und Abgas handeln.In principle, the gas stored in or introduced into the gas storage space can be air or a mixture of air and exhaust gas.

Die Verbrennungsmaschine kann eine Turbine und einen Bypaß-Strömungskanal umfassen. Dabei kann der Bypaß-Strömungskanal den Gasspeicherraum mit einem stromabwärts der Turbine angeordneten Strömungskanal strömungstechnisch verbinden. Das in dem Gasspeicherraum gespeicherte Gas kann in den Zylinder eingeleitet werden. Alternativ dazu kann das in dem Gasspeicherraum gespeicherte Gas durch den Bypaß-Strömungskanal in den stromabwärts der Turbine angeordneten Strömungskanal eingeleitet werden. Im letzteren Fall wird das Gas an dem Zylinder und der Turbine vorbeigeleitet. Bei der Turbine kann es sich insbesondere um eine Turboladerturbine handeln. Das die Turbine verlassende Gas und/oder das an der Turbine über den Bypaß-Strömungskanal vorbeigeleitete Gas kann anschließend weiter zu mindestens einer Abgasnachbehandlungskomponente geleitet werden.The internal combustion engine may include a turbine and a bypass flow channel. In this case, the bypass flow channel can connect the gas storage space with a fluid flow channel arranged downstream of the turbine. The stored gas in the gas storage space can be introduced into the cylinder. Alternatively, the gas stored in the gas storage space may be introduced through the bypass flow channel into the flow channel located downstream of the turbine. In the latter case, the gas is conducted past the cylinder and the turbine. The turbine may in particular be a turbocharger turbine. The gas leaving the turbine and / or the gas bypassing the turbine via the bypass flow channel can then be routed further to at least one exhaust aftertreatment component.

Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugsnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Die beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander vorteilhaft.Further features, features and advantages of the present invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment with reference to the accompanying figures. The features described are advantageous both individually and in combination with each other.

1 zeigt schematisch den Aufbau einer konventionellen Verbrennungsmaschine. 1 schematically shows the structure of a conventional internal combustion engine.

2 zeigt schematisch den Aufbau einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen Verbrennungsmaschine. 2 schematically shows the structure of a first variant of an internal combustion engine according to the invention.

3 zeigt schematisch den Aufbau einer zweiten Variante einer erfindungsgemäßen Verbrennungsmaschine. 3 schematically shows the structure of a second variant of an internal combustion engine according to the invention.

4 zeigt schematisch den Aufbau einer dritten Variante einer erfindungsgemäßen Verbrennungsmaschine. 4 schematically shows the structure of a third variant of an internal combustion engine according to the invention.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der 1 bis 4 näher erläutert. Die 1 zeigt schematisch den Aufbau einer konventionellen Verbrennungsmaschine. Die Verbrennungsmaschine umfaßt einen Kompressor 1, einen Kühler 2, einen Zylinder 4, eine Turbine 5 und ein automatisches Getriebe 6. Der Kompressor 1 und die Turbine 5 können Komponenten eines Turboladers sein.In the following, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS 1 to 4 explained in more detail. The 1 schematically shows the structure of a conventional internal combustion engine. The internal combustion engine includes a compressor 1 , a cooler 2 , a cylinder 4 , a turbine 5 and an automatic transmission 6 , The compressor 1 and the turbine 5 may be components of a turbocharger.

In Strömungsrichtung 15 der Ansaugluft ist im Anschluß an den Kompressor 1 der Kühler 2 angeordnet. Die Ansaugluft wird in Strömungsrichtung 15 von dem Kühler 2 zum Zylinder 4 weitergeleitet. Zwischen dem Kühler 2 und dem Zylinder 4 ist ein Drosselventil 3 angeordnet, durch welches die Ansaugluft hindurch geleitet wird. Im Zylinder 4 wird die Ansaugluft zusammen mit einem Brennstoff zu heißem Abgas verbrannt. Das heiße Abgas wird in Strömungsrichtung 16 in die Turbine 5 eingeleitet. Die erzeugte mechanische Energie wird auf das automatische Getriebe 6 übertragen.In the flow direction 15 the intake air is connected to the compressor 1 the cooler 2 arranged. The intake air is in the flow direction 15 from the radiator 2 to the cylinder 4 forwarded. Between the radiator 2 and the cylinder 4 is a throttle valve 3 arranged, through which the intake air is passed through. In the cylinder 4 The intake air is burned together with a fuel to hot exhaust gas. The hot exhaust gas is in the flow direction 16 in the turbine 5 initiated. The generated mechanical energy is transferred to the automatic transmission 6 transfer.

Die Verbrennungsmaschine umfaßt weiterhin ein Abgasrückführungssystem, welches eine Abgasrückführungsvorrichtung 8 und einen Kühler 7 umfallt. Ein Teil des den Zylinder 4 verlassenden Abgases wird in Strömungsrichtung 17 zu dem Kühler 7 geleitet und von dort aus der Abgasrückführungsvorrichtung 8 zugeführt. Nach Verlassen der Abgasrückführungsvorrichtung 8 wird das zurückgeführte Abgas erneut in den Zylinder 4 eingeleitet.The internal combustion engine further comprises an exhaust gas recirculation system including an exhaust gas recirculation device 8th and a cooler 7 umfallt. Part of the cylinder 4 leaving exhaust gas is in the flow direction 17 to the radiator 7 directed and from there the exhaust gas recirculation device 8th fed. After leaving the exhaust gas recirculation device 8th the recirculated exhaust gas is returned to the cylinder 4 initiated.

Die 2 zeigt schematisch den Aufbau einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen Verbrennungsmaschine. Dabei umfaßt der Kompressor 1, bei dem es sich um einen Turboladerkompressor handeln kann, eine Kompressorauslaßöffnung 11. Der Zylinder 4 umfaßt eine Zylindereinlaßöffnung 14. Im Unterschied zu dem in der 1 gezeigten Beispiel ist in der 2 zwischen dem Kompressor 1 und dem Kühler 2 ein Gasspeicherraum 9 mit variablem Volumen angeordnet. Das Volumen des Gasspeicherraumes 9 kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem Betriebszustand, insbesondere Drehzahl und Drehmoment, der Verbrennungsmaschine vergrößert oder verkleinert werden.The 2 schematically shows the structure of a first variant of an internal combustion engine according to the invention. This includes the compressor 1 , which may be a turbocharger compressor, is a compressor discharge port 11 , The cylinder 4 includes a cylinder inlet opening 14 , Unlike the one in the 1 example shown is in the 2 between the compressor 1 and the radiator 2 a gas storage room 9 With arranged variable volume. The volume of the gas storage room 9 can be increased or decreased, for example, depending on the operating condition, in particular speed and torque of the internal combustion engine.

Das den Kompressor 1 durch die Kompressorauslaßöffnung 11 verlassende Gas wird zunächst in den Gasspeicherraum 9 eingeleitet. Anschließend wird das den Gasspeicherraum 9 verlassende Gas dem Kühler 2 zugeführt. Die Strömungsrichtung des Gases ist durch Pfeile 15 gekennzeichnet.That's the compressor 1 through the compressor outlet 11 leaving gas is first in the gas storage room 9 initiated. Then this becomes the gas storage room 9 leaving gas to the radiator 2 fed. The flow direction of the gas is indicated by arrows 15 characterized.

Zudem kann die erfindungsgemäße Verbrennungsmaschine einen Bypaß-Strömungskanal 13 umfassen, der strömungstechnisch den Gasspeicherraum 9 mit einem die Turbine 5 verlassenden Strömungskanal 12 verbindet. Bei dem Strömungskanal 12 kann es sich insbesondere um einen Abgasauslaßkanal der Turbine 5 handeln.In addition, the internal combustion engine according to the invention, a bypass flow channel 13 include, the fluidically the gas storage space 9 with a turbine 5 leaving flow channel 12 combines. At the flow channel 12 in particular, it may be an exhaust gas outlet duct of the turbine 5 act.

Die 3 zeigt eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Verbrennungsmaschine. Im Unterschied zu dem in der 2 gezeigten Beispiel ist in der 3 der Gasspeicherraum 9 zwischen dem Kühler 2 und dem Drosselventil 3 angeordnet. Der Gasspeicherraum 9 ist also in Strömungsrichtung 15 dem Kühler 2 nachgeschaltet.The 3 shows a second variant of an internal combustion engine according to the invention. Unlike the one in the 2 example shown is in the 3 the gas storage room 9 between the radiator 2 and the throttle valve 3 arranged. The gas storage room 9 is thus in the flow direction 15 the radiator 2 downstream.

Eine dritte Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Verbrennungsmaschine ist in der 4 schematisch gezeigt. Die in der 4 gezeigte Verbrennungsmaschine umfaßt einen Kühler 10, in den ein Gasspeicherraum mit variablem Volumen integriert ist. Der Kühler 10 mit dem integrierten Gasspeicherraum mit variablem Volumen ist zwischen dem Kompressor 1, insbesondere der Kompressorauslaßöffnung 11, und dem Zylinder 4, insbesondere der Zylindereinlaßöffnung 14, angeordnet. Das Volumen des Gasspeicherraumes kann beispielsweise in Abhängigkeit von Belastungsparametern, wie Drehzahl und Drehmoment, der Verbrennungsmaschine vergrößert oder verkleinert werden.A third embodiment variant of an internal combustion engine according to the invention is in the 4 shown schematically. The in the 4 The internal combustion engine shown comprises a radiator 10 , in which a gas storage room with variable volume is integrated. The cooler 10 with the integrated gas storage room with variable volume is between the compressor 1 , in particular the Kompressorauslaßöffnung 11 , and the cylinder 4 , in particular the cylinder inlet opening 14 arranged. The volume of the gas storage space can be increased or decreased, for example, as a function of load parameters, such as engine speed and torque, of the internal combustion engine.

An den im Kühler 10 integrierten Gasspeicherraum mit variablem Volumen kann wiederum ein Bypaß-Strömungskanal 13 angeschlossen sein, der wie in den vorangegangenen Ausführungsvarianten beschrieben, in einen die Turbine 5 verlassenden Strömungskanal 12 einmündet. Zudem befindet sich wiederum zwischen dem Kühler 10 mit integriertem Gasspeicherraum und dem Zylinder 4 ein Drosselventil 3.To the in the cooler 10 integrated gas storage room with variable volume can turn a bypass flow channel 13 be connected, as described in the previous embodiments, in a turbine 5 leaving flow channel 12 opens. In addition, is again between the radiator 10 with integrated gas storage room and the cylinder 4 a throttle valve 3 ,

Grundsätzlich kann es sich in allen Ausführungsvarianten bei dem Kompressor 1 und der Turbine 5 um Komponenten eines Turboladers handeln. Weiterhin kann in allen Ausführungsvarianten der Gasspeicherraum 9, beziehungsweise der in den Kühler 10 integrierte Gasspeicherraum so ausgestaltet sein, dass bei niedrigem Kompressordruck das Volumen des Gasspeicherraumes 9 konstant gehalten wird und die Verbrennungsmaschine in herkömmlicher Weise beschleunigt. Im Falle von hoher thermischer Energie des Abgases wird die durch die Abgasturbine 5 erzeugte mechanische Energie hauptsächlich dafür verwendet den Ansaugstutzen des Kompressors 1 zu beschleunigen. Für Beschleunigungen höher als ein vorgegebener Grenzwert kann das Volumen des Gasspeicherraumes vergrößert werden. Auf diese Weise wird das Druckverhältnis im Kompressor 1 konstant gehalten und ein Erreichen des Grenzwertes für den Kompressorschub vermieden.Basically, it can be in all variants of the compressor 1 and the turbine 5 to act components of a turbocharger. Furthermore, in all variants of the gas storage space 9 , or in the cooler 10 integrated gas storage space be designed so that at low compressor pressure, the volume of the gas storage space 9 is kept constant and accelerates the internal combustion engine in a conventional manner. In the case of high thermal energy of the exhaust gas is through the exhaust gas turbine 5 The mechanical energy generated mainly for the intake manifold of the compressor 1 to accelerate. For accelerations higher than a predetermined limit value, the volume of the gas storage space can be increased. In this way, the pressure ratio in the compressor 1 kept constant and avoided reaching the limit for the compressor thrust.

Das beschriebene Vorgehen hat die folgenden Vorteile: Bei niedriger Belastung, wobei eine hohe Abgasrückführung zur Emissionsreduzierung erforderlich ist, kann das Volumen stromaufwärts des Drosselventils 3 erhöht werden. Dabei wird unter diesen Bedingungen das Drosselventil 3 teilweise geschlossen gehalten. Dadurch wird die Frischluftzufuhr stromaufwärts des Ventils verringert. Hierbei ist die Leistung durch die thermische Energie des Abgases limitiert, die bei konventioneller Verbrennung zu niedrig ist, um erhebliche Beschleunigungen zu erzielen. Auf der anderen Seite können hohe Abgastemperaturen effektiv mit Hilfe der vorliegenden Erfindung genutzt werden, insbesondere während der Regeneration des Abgasnachbehandlungssystems, zum Beispiel einer Dieselpartikelfiltererneuerung oder einer Säuberung eines Katalysators. Insbesondere kann, wenn erforderlich, eine Verbesserung der Beschleunigung erzielt werden.The procedure described has the following advantages: At low load, where a high exhaust gas recirculation is required for emission reduction, the volume upstream of the throttle valve 3 increase. In this case, under these conditions, the throttle valve 3 partly kept closed. This reduces the supply of fresh air upstream of the valve. Here, the power is limited by the thermal energy of the exhaust gas, which is too low in conventional combustion to achieve significant accelerations. On the other hand, high exhaust gas temperatures can be effectively utilized by the present invention, particularly during regeneration of the exhaust aftertreatment system, for example diesel particulate filter regeneration or purge of a catalyst. In particular, if necessary, an improvement in acceleration can be achieved.

Bei Betriebszuständen mit hoher Belastung kann die thermische Energie des Abgases effektiv genutzt werden, da kein ungenutztes Ausblasen von heißem Abgas infolge von kompressorbedingten Limitierungen, insbesondere Beschränkungen durch Auftreten eines zu hohen Druckverhältnisses, erforderlich sind.In high load operating conditions, the thermal energy of the exhaust gas can be effectively utilized since no unused exhaust of hot exhaust gas is required due to compressor-related limitations, particularly limitations due to the occurrence of too high a pressure ratio.

Weiterhin kann im Rahmen einer Abgasrückführung das Abgas auch stromaufwärts des Kompressors 1 dem Kompressor wieder zugeführt werden. In diesem Fall wird dem Kompressor 1 und anschließend dem Gasspeicherraum 9, beziehungsweise dem den Gasspeicherraum 9 umfassenden Kühler 10 ein Gas zugeführt, welches Luft und Abgas umfaßt. Diese Mischung aus Luft und Abgas steht dann für Betriebszustände mit niedriger Belastung zur Verfügung.Furthermore, in the context of exhaust gas recirculation, the exhaust gas can also be upstream of the compressor 1 be fed back to the compressor. In this case, the compressor is 1 and then the gas storage room 9 , or the gas storage room 9 comprehensive radiator 10 supplied a gas comprising air and exhaust gas. This mixture of air and exhaust gas is then available for low-load operating conditions.

Im Falle des Betriebes bei ausgedehntem Volumen, wenn also das variable Volumen des Gasspeicherraumes 9 vergrößert wurde, kann das gespeicherte Gas entweder direkt zum Zylinder 4 geleitet werden oder durch den Bypaß-Strömungskanal 13 einem Strömungskanal 12, der sich stromabwärts an die Turbine 5 anschließt, eingeleitet werden. Insbesondere kann der sich an die Turbine 5 stromabwärts anschließende Strömungskanal 12 stromaufwärts von Abgasnachbehandlungskomponenten angeordnet sein. Die Menge des über den Bypaß-Strömungskanal 13 abgeleiteten Gases kann von dem Ausmaß der Abgasrückführung abhängig gemacht werden.In the case of extended volume operation, that is, the variable volume of the gas storage space 9 increased, the stored gas can either directly to the cylinder 4 be passed or through the bypass flow channel 13 a flow channel 12 that is downstream to the turbine 5 followed, initiated. In particular, it can be connected to the turbine 5 downstream flow channel 12 be arranged upstream of exhaust aftertreatment components. The amount of over the bypass flow channel 13 derived gas can be made dependent on the extent of exhaust gas recirculation.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kompressorcompressor
22
Kühlercooler
33
Drosselventilthrottle valve
44
Zylindercylinder
55
Turbineturbine
66
automatisches Getriebeautomatic drive
77
Kühlercooler
88th
AbgasrückführungsvorrichtungExhaust gas recirculation device
99
Gasspeicherraum mit variablem VolumenGas storage room with variable volume
1010
Kühler mit integriertem Gasspeicherraum mit variablem VolumenCooler with integrated gas storage room with variable volume
1111
KompressorauslaßöffnungKompressorauslaßöffnung
1212
Strömungskanalflow channel
1313
Bypaß-StrömungskanalBypass flow channel
1414
ZylindereinlaßöffnungCylinder inlet port
1515
Strömungsrichtungflow direction
1616
Strömungsrichtungflow direction
1717
Strömungsrichtungflow direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Verbrennungsmaschine, die einen Kompressor (1) mit einer Kompressorauslaßöffnung (11) und mindestens einem Zylinder (4) mit einer Zylindereinlaßöffnung (14) umfaßt, wobei die Kompressorauslaßöffnung (11) strömungstechnisch mit der Zylindereinlaßöffnung (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einen Gasspeicherraum (9) mit einem variablen Volumen zwischen der Kompressorauslaßöffnung (11) und der Zylindereinlaßöffnung (14) angeordnet ist.Internal combustion engine, which is a compressor ( 1 ) with a compressor outlet ( 11 ) and at least one cylinder ( 4 ) with a cylinder inlet opening ( 14 ), wherein the compressor outlet opening ( 11 ) fluidically with the cylinder inlet opening ( 14 ), characterized in that at least one gas storage space ( 9 ) with a variable volume between the compressor outlet ( 11 ) and the cylinder inlet opening ( 14 ) is arranged. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kompressorauslaßöffnung (11) und der Zylindereinlaßöffnung (14) ein Drosselventil (3) und/oder ein Kühler (2) angeordnet ist.Combustion engine according to claim 1, characterized in that between the compressor outlet ( 11 ) and the cylinder inlet opening ( 14 ) a throttle valve ( 3 ) and / or a cooler ( 2 ) is arranged. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasspeicherraum (9) zwischen der Kompressorauslaßöffnung (11) und dem Kühler (2) oder zwischen dem Kühler (2) und der Zylindereinlaßöffnung (14) angeordnet ist.Combustion engine according to claim 2, characterized in that the gas storage space ( 9 ) between the compressor outlet ( 11 ) and the radiator ( 2 ) or between the radiator ( 2 ) and the cylinder inlet opening ( 14 ) is arranged. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühler (2, 10) den Gasspeicherraum (9) umfaßt.Combustion engine according to claim 2, characterized in that the radiator ( 2 . 10 ) the gas storage space ( 9 ). Verbrennungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsmaschine ein Abgasrückführungssystem und/oder eine Turbine (5) umfaßt.Combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the internal combustion engine an exhaust gas recirculation system and / or a turbine ( 5 ). Verbrennungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsmaschine eine Turbine (5) und einen Bypaß-Strömungskanal (13) umfaßt, wobei der Bypaß-Strömungskanal (13) den Gasspeicherraum (9) mit einem stromabwärts der Turbine (5) angeordneten Strömungskanal (12) strömungstechnisch verbindet.Combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the internal combustion engine is a turbine ( 5 ) and a bypass flow channel ( 13 ), wherein the bypass flow channel ( 13 ) the gas storage space ( 9 ) with a downstream of the turbine ( 5 ) arranged flow channel ( 12 ) fluidically connects. Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine, die einen Kompressor (1) und mindestens einen Zylinder (4) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen eines strömungstechnisch zwischen dem Kompressor (1) und dem Zylinder (4) angeordneten Gasspeicherraumes (9) in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Verbrennungsmaschine variiert wird.Method for operating an internal combustion engine, comprising a compressor ( 1 ) and at least one cylinder ( 4 ), characterized in that the volume of a fluidically between the compressor ( 1 ) and the cylinder ( 4 ) arranged gas storage space ( 9 ) is varied depending on the operating state of the internal combustion engine. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Gasspeicherraumes (9) in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder dem Drehmoment der Verbrennungsmaschine variiert wird.Method according to claim 7, characterized in that the volume of the gas storage space ( 9 ) is varied depending on the speed and / or the torque of the internal combustion engine. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas von dem Kompressor (1) in den Gasspeicherraum (9) eingeleitet und anschließend zum Zylinder (4) weitergeleitet wird, wobei das Gas gekühlt wird.A method according to claim 7 or 8, characterized in that a gas from the compressor ( 1 ) into the gas storage room ( 9 ) and then to the cylinder ( 4 ) is passed, wherein the gas is cooled. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas nach dem Verlassen des Kompressors (1) und vor dem Einleiten in den Gasspeicherraum (9) gekühlt wird und/oder nach dem Verlassen des Gasspeicherraumes (9) und vor dem Einleiten in den Zylinder (4) gekühlt wird und/oder innerhalb eines Kühlers (10), welcher den Gasspeicherraum mit variablem Volumen umfaßt, gekühlt wird.A method according to claim 9, characterized in that the gas after leaving the compressor ( 1 ) and before entering the gas storage space ( 9 ) is cooled and / or after leaving the gas storage room ( 9 ) and before entering the cylinder ( 4 ) is cooled and / or inside a cooler ( 10 ), which includes the gas storage room of variable volume, is cooled. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Gasspeicherraumes (9) so variiert wird, dass das Druckverhältnis im Kompressor (1) konstant gehalten wird.Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that the volume of the gas storage space ( 9 ) is varied so that the pressure ratio in the compressor ( 1 ) is kept constant. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Gasspeicherraumes (9) bei Erreichen von Beschleunigungswerten der Verbrennungsmaschine oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes vergrößert wird.Method according to one of claims 7 to 11, characterized in that the volume of the gas storage space ( 9 ) is increased when reaching acceleration values of the internal combustion engine above a predetermined limit value. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Gasspeicherraumes (9) so variiert wird, dass ein maximaler Kompressorschubwert nicht erreicht wird.Method according to one of claims 7 to 12, characterized in that the volume of the gas storage space ( 9 ) is varied so that a maximum compressor thrust value is not reached. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas von einer Auslaßöffnung des Zylinders (4) zu einer Einlaßöffnung (14) des Zylinders (4) und/oder zu einer Einlaßöffnung des Kompressors (1) zurückgeführt wird.Method according to one of claims 7 to 13, characterized in that the exhaust gas from an outlet opening of the cylinder ( 4 ) to an inlet opening ( 14 ) of the cylinder ( 4 ) and / or to an inlet opening of the compressor ( 1 ) is returned. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsmaschine eine Turbine (5) und einen Bypaß-Strömungskanal (13), welcher den Gasspeicherraum (9) mit einem stromabwärts der Turbine (5) angeordneten Strömungskanal (12) strömungstechnisch verbindet, umfaßt und das in dem Gasspeicherraum (9) gespeicherte Gas in den Zylinder (4) eingeleitet wird oder durch den Bypaß-Strömungskanal (13) in den stromabwärts der Turbine (5) angeordneten Strömungskanal (12) eingeleitet wird.Method according to one of claims 7 to 14, characterized in that the internal combustion engine is a turbine ( 5 ) and a bypass flow channel ( 13 ), which stores the gas storage space ( 9 ) with a downstream of the turbine ( 5 ) arranged flow channel ( 12 ) fluidically connects, and in the gas storage space ( 9 ) stored gas in the cylinder ( 4 ) or through the bypass flow channel ( 13 ) in the downstream of the turbine ( 5 ) arranged flow channel ( 12 ) is initiated.
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