DE102010021926A1 - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (25) mit wenigstens einer Abgasrückführleitung (16), mittels welcher Abgas der Verbrennungskraftmaschine (25) von einer Abgasseite (52) auf eine Luftseite (54) der Verbrennungskraftmaschine (25) rückführbar ist, und mit einem eine Turbine (58) aufweisenden Abgasturbolader (56), welcher ein Turbinengehäuse (10) umfasst, in welchem ein Turbinenrad (18) der Turbine (58) aufgenommen ist, und welches zumindest einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (25) durchströmbaren Spiralkanal (12, 14) aufweist, über welchen dem Turbinenrad (18) das Abgas zuführbar ist, wobei eine Verstelleinrichtung (20) der Turbine (58) vorgesehen ist, mittels welcher zumindest ein Düsenquerschnitt (AR) des Spiralkanals (12, 14) einstellbar ist, wobei mittels der Verstelleinrichtung (20) der Düsenquerschnitt (AR) des Spiralkanals (12, 14) und ein Durchströmquerschnitt (AAGR) der Rückführleitung (16) gemeinsam einstellbar sind.The invention relates to an internal combustion engine (25) with at least one exhaust gas recirculation line (16), by means of which exhaust gas from the internal combustion engine (25) can be returned from an exhaust gas side (52) to an air side (54) of the internal combustion engine (25), and with a turbine ( 58) having exhaust gas turbocharger (56), which comprises a turbine housing (10) in which a turbine wheel (18) of the turbine (58) is accommodated, and which has at least one spiral duct (12, 14) through which exhaust gas from the internal combustion engine (25) can flow , via which the exhaust gas can be fed to the turbine wheel (18), an adjusting device (20) of the turbine (58) being provided, by means of which at least one nozzle cross-section (AR) of the spiral channel (12, 14) can be adjusted, whereby by means of the adjusting device ( 20) the nozzle cross section (AR) of the spiral channel (12, 14) and a flow cross section (AAGR) of the return line (16) can be set together.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to an internal combustion engine specified in the preamble of claim 1. Art.
Aus der
Diese Brennkraftmaschine weist weiteres Potential auf, ihren Kraftstoffverbrauch weiter zu reduzieren.This internal combustion engine has further potential to further reduce its fuel consumption.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass sie einen reduzierten Kraftstoffverbrauch aufweist.It is therefore an object of the present invention to develop such an internal combustion engine of the type mentioned that it has a reduced fuel consumption.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an internal combustion engine having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens eine Abgasrückführleitung, mittels welcher Abgas der Verbrennungskraftmaschine von einer Abgasseite auf eine Luftseite der Verbrennungskraftmaschine rückführbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst weiterhin einen eine Turbine aufweisenden Abgasturbolader, welcher ein Turbinengehäuse umfasst, in welchem ein Turbinenrad der Turbine aufgenommen ist, und welches zumindest einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Spiralkanal aufweist, über welchen dem Turbinenrad das Abgas zuführbar ist. Dabei ist eine Verstelleinrichtung der Turbine vorgesehen, mittels welcher zumindest ein Düsenquerschnitt des Spiralkanals einstellbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind nun mittels der Verstelleinrichtung der Düsenquerschnitt des Spiralkanals und ein Durchströmquerschnitt der Rückführleitung gemeinsam einstellbar. Dadurch kann mittels der Verstelleinrichtung der Durchströmquerschnitt der Rückführleitung und damit ein Durchsatz von die Rückführleitung durchströmendem Abgas parallel zum Düsenquerschnitt und damit zu einem gewünschten und notwendigen Aufstau von Abgas durch den Spiralkanal eingestellt und an diesen Aufstau angepasst werden. Dies ermöglicht eine positive Beeinflussung eines Ladungswechsels der Verbrennungskraftmaschine infolge der Möglichkeit, einen Abgasgegendruck beim Ausschieben von Abgas aus einem Arbeitsraum der Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht an einen aktuell vorliegenden Betriebspunkt anpassen zu können, was mit einem sehr geringen Kraftstoffverbrauch und damit CO2-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine einhergeht.An internal combustion engine according to the invention comprises at least one exhaust gas recirculation line, by means of which exhaust gas of the internal combustion engine is traceable from an exhaust gas side to an air side of the internal combustion engine. The internal combustion engine further comprises a turbocharger having an exhaust gas turbocharger, which comprises a turbine housing, in which a turbine wheel of the turbine is accommodated, and which has at least one of exhaust gas of the internal combustion engine through-flowable spiral channel, via which the exhaust gas is supplied to the turbine wheel. In this case, an adjustment of the turbine is provided, by means of which at least one nozzle cross-section of the spiral channel is adjustable. In the internal combustion engine according to the invention, the nozzle cross section of the spiral channel and a flow cross section of the return line are now jointly adjustable by means of the adjusting device. As a result, by means of the adjustment device, the throughflow cross section of the return line and thus a throughput of exhaust gas flowing through the return line can be adjusted parallel to the nozzle cross section and thus to a desired and necessary backlog of exhaust gas through the spiral channel and adapted to this backlog. This allows a positive influence on a charge cycle of the internal combustion engine due to the possibility of an exhaust backpressure upon expulsion of exhaust gas from a working space of the internal combustion engine as needed to adapt to a present operating point, which is associated with a very low fuel consumption and thus CO 2 emissions of the internal combustion engine.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Turbinengehäuse zumindest einen weiteren Spiralkanal auf, über welchen dem Turbinenrad Abgas der Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Turbinenrads zuführbar ist. Dabei ist der erste Spiralkanal beispielsweise als Teilspiralkanal, insbesondere mit einem Umschlingungswinkel in einem Bereich von einschließlich 350° bis einschließlich 30°, ausgebildet, während der weitere Spiralkanal als Vollspiralkanal, insbesondere mit einem Umschlingungswinkel von mehr als 350°, ausgebildet ist. Dabei fungiert der Vollspiralkanal beispielsweise als so genannter λ-Spiralkanal, mittels welchem das Verbrennungsluftverhältnis der Verbrennungskraftmaschine zur Darstellung eines gewünschten Drehmoments sowie einer gewünschten Leistung einstellbar ist. Der Teilspiralkanal fungiert als so genannter AGR-Spiralkanal (AGR-Abgasrückführung), mittels welchem besonders effizient Abgas der Verbrennungskraftmaschine von der Abgasseite auf die Luftseite rückführbar ist, auf welcher das Abgas einer von der Verbrennungskraftmaschine angesaugten Luft zugeführt wird. Durch diese Abgasrückführung lassen sich die Emissionen, insbesondere Stickoxid-Emissionen, der Verbrennungskraftmaschine absenken.In an advantageous embodiment of the invention, the turbine housing has at least one further spiral channel, via which exhaust gas of the internal combustion engine for driving the turbine wheel can be fed to the turbine wheel. In this case, the first spiral channel, for example, as a partial spiral channel, in particular with a wrap angle in a range of 350 ° to 30 ° inclusive, formed while the other spiral channel as a full spiral channel, in particular with a wrap angle of more than 350 °, is formed. In this case, the full spiral channel functions, for example, as a so-called λ-spiral channel, by means of which the combustion air ratio of the internal combustion engine for displaying a desired torque and a desired power is adjustable. The partial spiral channel functions as a so-called EGR spiral channel (EGR exhaust gas recirculation), by means of which exhaust gas of the internal combustion engine can be traced from the exhaust side to the air side, where the exhaust gas is supplied to an air sucked by the internal combustion engine. By means of this exhaust gas recirculation, the emissions, in particular nitrogen oxide emissions, of the internal combustion engine can be lowered.
Zur Darstellung voneinander unterschiedlicher Mengen an rückzuführendem Abgas sowie zur Darstellung besonders großer Mengen von rückzuführendem Abgas kann das Aufstauverhalten des AGR-Spiralkanals mittels der Verstelleinrichtung bedarfsgerecht angepasst werden. Durch eine Verengung des Düsenquerschnitts kann eine besonders hohe Menge an Abgas in dem Spiralkanal aufgestaut und rückgeführt werden. Wird der Düsenquerschnitt mittels der Verstelleinrichtung demgegenüber freigegeben, so wird im Vergleich zu einem dazu verengten Düsenquerschnitt weniger Abgas aufgestaut und rückgeführt, wobei dieses Aufstauverhalten des AGR-Spiralkanals zur Reduzierung der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine anpassbar ist.To represent mutually different amounts of exhaust gas to be recirculated and to display particularly large quantities of recirculating exhaust gas, the accumulation behavior of the EGR spiral channel can be adjusted as needed by means of the adjusting device. By narrowing the nozzle cross section, a particularly high amount of exhaust gas can be accumulated and returned in the spiral channel. If the nozzle cross-section is released by means of the adjusting device on the other hand, less exhaust gas is accumulated and returned compared to a nozzle cross-section narrowed for this purpose, with this accumulation behavior of the EGR spiral channel for reducing emissions the internal combustion engine is adaptable to different operating points of the internal combustion engine as needed.
Die Turbine des Abgasturboladers ist beispielsweise als Teilstromturbine mit zwei Fluten ausgebildet, wobei die eine Flut zumindest teilweise durch den ersten Spiralkanal und die andere Flut zumindest teilweise durch den anderen Spiralkanal gebildet ist. Ist der erste Spiralkanal in Umfangsrichtung des Turbinenrads zumindest nahezu über dessen gesamten Umfang ausgebildet, wobei der erste Spiralkanal einen Umschlingungswinkel von zumindest im Wesentlichen wegen einer Zunge 350° aufweist, und ist der weitere Spiralkanal als Teilspiralkanal ausgebildet, welcher in Umfangsrichtung des Turbinenrads über dessen Umfang das Turbinenrad in einem Winkelbereich von wesentlich kleiner als 350° umschlingt, so wird der Winkelbereich, in welchem die Teilspirale das Turbinenrad nicht umschlingt, bevorzugt für die Verstelleinrichtung, insbesondere einen Drehmechanismus, genutzt, welche bedarfsgerecht den Teilspiralkanal bzw. dessen Düsenquerschnitt mittels eines Versperrkörpers, insbesondere einer Zunge, zumindest im Wesentlichen freigeben oder demgegenüber verengen kann zur Einstellung des Aufstauverhaltens dieses Teilspiralkanals. Die Auslegung des Spiralkanals des Turbinengehäuses, welcher zum Aufstauen und Rückführen von Abgas genutzt wird, wird somit deutlich größer ausfallen, was dazu führt, dass eine AGR-Drosselung bei Verringern des Umschlingungswinkels des Spiralkanals minimal ist.The turbocharger of the exhaust-gas turbocharger is designed, for example, as a partial-flow turbine with two passages, wherein one of the passages is at least partially formed by the first spiral passage and the other is at least partially formed by the other spiral passage. If the first spiral channel is formed in the circumferential direction of the turbine wheel at least approximately over its entire circumference, the first spiral channel has a wrap angle of at least substantially 350 ° due to a tongue, and the further spiral channel is designed as a partial spiral channel, which extends in the circumferential direction of the turbine wheel over its circumference wraps around the turbine wheel in an angular range of substantially smaller than 350 °, the angular range in which the sub-spiral does not wrap around the turbine wheel is preferably used for the adjusting device, in particular a rotating mechanism which, as required, uses the sub-spiral channel or its nozzle cross-section by means of a locking body, In particular, a tongue, at least substantially free or contrast can narrow to adjust the Aufstauverhaltens this Teilspiralkanals. The design of the spiral channel of the turbine housing, which is used for accumulation and recirculation of exhaust gas, will thus be significantly larger, which means that an EGR throttling is minimal in reducing the wrap angle of the spiral channel.
Mittels der Verstelleinrichtung ist der Düsenquerschnitt variabel einstellbar, wobei die Verstelleinrichtung bevorzugt kontinuierlich zwischen voneinander unterschiedlichen Stellungen, insbesondere Schwenkstellungen, verstellbar ist und zum Beispiel über eine Abdeckung oder eine Beschaufelung den Umschlingungswinkel und somit eine effektive Fläche am Eintritt des Turbinenrads reduziert, d. h. versperrt, bzw. demgegenüber freigibt.By means of the adjusting device, the nozzle cross-section is variably adjustable, wherein the adjusting device is preferably continuously adjustable between mutually different positions, in particular pivot positions, and for example via a cover or a blading reduces the wrap angle and thus an effective area at the inlet of the turbine wheel, d. H. locked, or on the other hand releases.
Ausgehend von einem vollständig geöffneten Umschlingungswinkel, d. h. einem vollständig freigegebenen Düsenquerschnitt des Spiralkanals, wird mit Betätigung der Verstelleinrichtung der Düsenquerschnitt des Spiralkanals zur Erhöhung der Menge an aufgestautem Abgas reduziert bis hin zu einem minimal erforderlichen bzw. geschlossenen Düsenquerschnitt. Somit ist es möglich, mittels der Verstelleinrichtung das Aufstauverhalten des Spiralkanals und damit der Turbine zu beeinflussen hin zu höheren AGR-Raten, gleichzeitig aber bei Bedarf eine AGR-Rate, das heißt eine Menge an rückzuführendem Abgas, zu reduzieren bzw. eine solche Abgasrückführung gänzlich zu deaktivieren.Starting from a fully opened wrap angle, d. H. a completely released nozzle cross-section of the spiral channel, the nozzle cross-section of the spiral channel is reduced to increase the amount of pent-up exhaust gas with actuation of the adjusting device up to a minimum required or closed nozzle cross-section. Thus, it is possible to influence the Aufstauverhalten of the spiral channel and thus the turbine by means of the adjustment to higher EGR rates, but at the same time if necessary, an EGR rate, that is to reduce an amount of rückzuführendem exhaust, or such exhaust gas recirculation entirely to disable.
Dadurch, dass mittels der Verstelleinrichtung sowohl der Düsenquerschnitt als auch gemeinsam mit diesem der Durchtrittsquerschnitt der Rückführleitung einstellbar ist, weist die Verstelleinrichtung eine hohe Funktionalität bei einer geringen Teileanzahl auf, was den Bauraumbedarf, das Gewicht, die Teileanzahl und damit die Kosten des Abgasturboladers in einem geringen Rahmen hält sowie die Möglichkeit schafft, den Durchströmquerschnitt an den Düsenquerschnitt und damit das Aufstauverhalten anzupassen und weitere Potentiale zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs sowie der CO2-Emissionen zu nutzen.The fact that by means of the adjusting both the nozzle cross section and together with this the passage cross section of the return line is adjustable, the adjustment has a high functionality with a low number of parts, what the space requirements, the weight, the number of parts and thus the cost of the exhaust gas turbocharger in a low frame and provides the opportunity to adjust the flow area to the nozzle cross-section and thus the Aufstauverhalten and to seize further potential to reduce fuel consumption and CO 2 emissions.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnungen zeigen in:The drawings show in:
Die
Die Verbrennungskraftmaschine
In dem Turbinengehäuse
Schon dadurch weist der Teilspiralkanal
Somit wird der Teilspiralkanal
Zur Darstellung unterschiedlicher AGR-Raten (AGR-Abgasrückführung), das heißt zur Darstellung unterschiedlicher Mengen von rückzuführendem Abgas, ist eine Verstelleinrichtung
Durch rotatorisches und/oder translatorisches Bewegen des Verstellrings ist die Zunge
In einer in der
Im Gegensatz dazu weist der Teilspiralkanal
Die
In der
Über die Zunge
Die Verstelleinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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2011
- 2011-04-20 WO PCT/EP2011/002021 patent/WO2011147513A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
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WO2011147513A1 (en) | 2011-12-01 |
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Legal Events
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R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20120811 |