DE102013212904A1 - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor (10), einem Frischgasstrang, einem in den Frischgasstrang integrierten Ladeluftkühler (22) sowie mit einem in den Frischgasstrang integrierten, elektrisch angetriebenen Verdichter, ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch angetriebene Verdichter direkt neben dem Ladeluftkühler (22) angeordnet ist.An internal combustion engine with an internal combustion engine (10), a fresh gas train, a charge air cooler (22) integrated into the fresh gas train and an electrically driven compressor integrated in the fresh gas train is characterized in that the electrically driven compressor is arranged directly next to the charge air cooler (22) is.
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor, einem Frischgasstrang, einem in den Frischgasstrang integrierten Ladeluftkühler sowie mit einem in den Frischgasstrang integrierten, elektrisch angetriebenen Verdichter. The invention relates to an internal combustion engine having an internal combustion engine, a fresh gas train, a charge air cooler integrated in the fresh gas train, and an electrically driven compressor integrated in the fresh gas train.
Aus der
In der
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Integration eines E-Boosters in eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine anzugeben. Based on this prior art, the present invention seeks to provide an advantageous integration of an e-booster in a generic internal combustion engine.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen davon sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung. This object is solved by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments thereof are the subject of the dependent claims and will become apparent from the following description of the invention.
Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine, die insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein kann und einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Diesel-Verbrennungsmotor, einen Frischgasstrang, einen in den Frischgasstrang integrierten Ladeluftkühler sowie einen in den Frischgasstrang integrierten, elektrisch angetriebenen Verdichter („E-Booster“) umfasst, ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass der E-Booster direkt neben dem Ladeluftkühler angeordnet ist. A generic internal combustion engine, which may be provided in particular for driving a motor vehicle and an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, a fresh gas train, integrated into the fresh gas train intercooler and integrated into the fresh gas train, electrically driven compressor ("e-booster") , According to the invention further developed in that the e-booster is located directly next to the intercooler.
Dabei ist unter „direkt neben“ zu verstehen, dass auf dem direkten Weg zwischen dem Ladeluftkühler und dem E-Booster keine Funktionskomponente der Brennkraftmaschine und vorzugsweise überhaupt kein Bauteil angeordnet ist. In this case, "directly next to" means that no functional component of the internal combustion engine, and preferably no component at all, is arranged on the direct path between the intercooler and the e-booster.
Dadurch kann der E-Booster direkt an dem Ladeluftkühler anliegend oder in nur äußerst geringer Entfernung (z.B. 1 Millimeter bis 50 Millimeter) dazu angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, den E-Booster in ein Gehäuse des Ladeluftkühlers zu integrieren. Thereby, the e-booster may be located directly adjacent to the intercooler or at only a very short distance (e.g., 1 millimeter to 50 millimeters) thereto. It can also be provided to integrate the e-booster in a housing of the intercooler.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des E-Boosters können mehrere Vorteile generiert werden. Einer davon kann darin liegen, dass der E-Booster strömungstechnisch möglichst nah an dem Ladeluftkühler in den Frischgasstrang integriert werden kann, d.h. der Strömungsweg zwischen dem E-Booster und dem Ladeluftkühler kann möglichst kurz ausgebildet sein. Dies kann einen möglichst schnellen Druckaufbau durch den E-Booster und somit ein besonders gutes Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors auf Laständerungen aus niedrigen Drehzahlen und/oder Lasten heraus gewährleisten. The inventive arrangement of the e-booster several advantages can be generated. One of these may be that the e-booster can be integrated into the fresh-gas line as close as possible to the charge air cooler in terms of flow, i. the flow path between the e-booster and the intercooler can be designed as short as possible. This can ensure the fastest possible pressure build-up by the e-booster and thus a particularly good response of the internal combustion engine to load changes from low speeds and / or loads out.
Ein anderer Vorteil, der durch die erfindungsgemäße Anordnung des E-Boosters erzielt werden kann, liegt in einer kompakten Ausgestaltung der Brennkraftmaschine. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Abschnitt des Frischgasstrangs, der in den Ladeluftkühler mündet, wie regelmäßig in einem relativ großen Bogen verläuft, wodurch Strömungsverluste in dem Rohrbogen, die u.a. von der Stärke der Krümmung abhängen, minimiert werden können. Eine solche Ausbildung des in den Ladeluftkühler mündenden Abschnitts des Frischgasstrangs kann sich insbesondere dann ergeben, wenn, wie bevorzugt vorgesehen, der Ladeluftkühler in ein Saugrohr des Frischgasstrangs integriert ist. Dabei stellt das Saugrohr den direkt am Verbrennungsmotor gelegenen Abschnitt des Frischgasstrangs dar, der zudem dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser eine Aufweitung des Strömungsquerschnitts im Vergleich zu dem davor liegenden Abschnitt des Frischgasstrangs aufweist, wodurch ein Sammelraum ausgebildet wird, von dem aus einzelne Einlasskanäle zu den einzelnen Zylindern des (Hubkolben-)Verbrennungsmotors abgehen. Another advantage that can be achieved by the inventive arrangement of the e-booster, lies in a compact design of the internal combustion engine. This is particularly true when the portion of the fresh gas train that opens into the intercooler, as regularly runs in a relatively large arc, whereby flow losses in the pipe bend, the u.a. Depending on the strength of the curvature can be minimized. Such a design of the opening into the intercooler section of the fresh gas line may in particular arise if, as is preferably provided, the intercooler is integrated into a suction pipe of the fresh gas line. In this case, the suction pipe is the section of the fresh gas line located directly on the internal combustion engine, which is additionally characterized in that it has a widening of the flow cross section compared to the section of the fresh gas line lying in front of it, whereby a collecting space is formed, from which individual inlet channels to the off individual cylinders of the (reciprocating) internal combustion engine.
Der zwischen dem Rohrbogen und dem Ladeluftkühler ausgebildete Raum kann vorzugsweise für die Anordnung des E-Boosters genutzt werden, so dass sich die Gesamtabmessungen der Brennkraftmaschine durch die Integration des E-Boosters nicht oder nicht wesentlich erhöhen. The space formed between the pipe bend and the intercooler can preferably be used for the arrangement of the e-booster, so that the overall dimensions of the internal combustion engine by the integration of the e-booster not or not significantly increase.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist dementsprechend vorgesehen, dass ein Rohrbogen des Frischgasstrangs, insbesondere der in den Ladeluftkühler mündende Abschnitt des Frischgasstrangs, um zumindest einen Abschnitt des E-Boosters herumgeführt ist. Dabei kann eine Ebene, die durch die gekrümmte Längsachse des Rohrbogens definiert wird, insbesondere senkrecht zur Rotationsachse des (Elektromotors und/oder Laufrads des) E-Boosters angeordnet sein, wobei Abweichungen von der Senkrechten von bis zu 20° regelmäßig unproblematisch sein können. In a preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention is accordingly provided that a pipe bend of the fresh gas line, in particular the opening into the intercooler section of the fresh gas line, is guided around at least a portion of the e-booster. In this case, a plane which is defined by the curved longitudinal axis of the pipe bend, in particular perpendicular to the axis of rotation of the (electric motor and / or impeller) of the e-Booster be arranged, with deviations from the vertical of up to 20 ° can be regularly unproblematic.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass der E-Booster in einen Bypass zu einem Hauptströmungsabschnitt des Frischgasstrangs und insbesondere des Rohrbogens integriert ist, wozu eine von dem Hauptströmungsabschnitt bzw. dem Rohrbogen abgehende Zuführleitung und eine in den Hauptströmungsabschnitt bzw. den Rohrbogen mündende Abführleitung vorgesehen ist, die zu dem E-Booster bzw. von diesem weg führen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Frischgasströmung bei Nichtnutzung des E-Boosters nicht durch diesen hindurch geführt werden muss, sondern über den Hauptströmungsabschnitt geführt werden kann. Ein Druckabfall infolge einer Durchströmung des E-Boosters kann dadurch vermieden werden. In a further preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention can be provided that the e-booster is integrated into a bypass to a main flow section of the fresh gas line and in particular of the pipe bend, including a outgoing from the main flow section and the pipe bend supply line and into the main flow section or the discharge pipe is opened which leads to the electric booster or away from it. It can thereby be achieved that the fresh gas flow does not have to be guided through it when the e-booster is not in use, but can be guided over the main flow section. A pressure drop due to a flow through the e-booster can be avoided.
Eine solche Ausgestaltung kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn – wie grundsätzlich bevorzugt vorgesehen – der E-Booster als Unterstützung für einen Abgasturbolader der Brennkraftmaschine dient. Ein solcher Abgasturbolader umfasst eine in einen Abgasstrang integrierte Turbine und einen in den Frischgasstrang integrierten Verdichter, die über eine Welle verbunden sind. Der E-Booster kann dann immer ausgeschaltet und umgangen werden, wenn der Abgasstrom in dem Abgasstrang ausreichend groß ist, dass eine ausreichende Verdichtungsleistung für das Frischgas von dem Abgasturbolader bereit gestellt werden kann. Such an embodiment may be particularly advantageous if - as basically preferred provided - the e-booster serves as a support for an exhaust gas turbocharger of the internal combustion engine. Such an exhaust gas turbocharger comprises a turbine integrated into an exhaust gas line and a compressor integrated into the fresh gas train, which are connected via a shaft. The e-booster can then always be switched off and bypassed if the exhaust gas flow in the exhaust gas line is sufficiently large that sufficient compression power for the fresh gas can be provided by the exhaust gas turbocharger.
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Mündung der Zuführleitung und/oder der Abführleitung auf der Krümmungsinnenseite (d.h. der Seite der Rohrbogenwandung, die im Gegensatz zur gegenüberliegenden Seite den kleineren Krümmungsradius aufweist) des Rohrbogens angeordnet ist. Dadurch können sich zum einen in Kombination mit der bevorzugten Anordnung des E-Boosters zwischen dem Ladeluftkühler und dem Rohrbogen besonders kurze Strömungswege für die Zuführ- und Abführleitung ergeben. Zudem kann dadurch eine Beeinflussung der Frischgasströmung in dem Rohrbogen bei der Nichtnutzung des E-Boosters gering gehalten werden, da sich die Frischgasströmung dann tendenziell auf der Krümmungsaußenseite der Innenseite der Rohrbogenwand anlegt. Dies gilt insbesondere bei den vergleichsweise hohen Strömungsgeschwindigkeiten, die bei einem alleinigen Betrieb des Abgasturboladers herrschen. Befürchtungen, wonach eine solche Anordnung der Mündung von Zuführ- und/oder Abführleitung die Frischgasströmung durch den E-Booster bei dessen Betrieb negativ beeinflussen würde, haben sich nicht bestätigt. Dies ist insbesondere auf die nur geringe Strömungsgeschwindigkeit des Frischgases zurückzuführen, die in den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors herrscht, wenn ein unterstützender Betrieb des E-Boosters vorgesehen ist. Further preferably, it may be provided that the mouth of the supply line and / or the discharge line is arranged on the inside of the bend (i.e., the side of the pipe bend wall which has the smaller radius of curvature in contrast to the opposite side) of the pipe bend. As a result, on the one hand, in combination with the preferred arrangement of the e-booster between the charge air cooler and the pipe bend, particularly short flow paths for the supply and discharge line can result. In addition, an influence of the fresh gas flow in the pipe bend in the non-use of the e-booster can be kept low, since the fresh gas flow then tends to invest on the outside of the curvature of the inside of the pipe bend wall. This is especially true at the comparatively high flow velocities that prevail in a sole operation of the exhaust gas turbocharger. Fears that such an arrangement of the mouth of supply and / or discharge line would negatively affect the flow of fresh gas through the e-booster in its operation have not been confirmed. This is due in particular to the only low flow rate of the fresh gas, which prevails in the operating states of the internal combustion engine, if a supporting operation of the electric booster is provided.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann eine in den Frischgasstrang integrierte Regelklappe vorgesehen sein, die im Bereich der Mündung des Abführkanals angeordnet und derart ausgebildet ist, dass diese in einer ersten Klappenstellung den Strömungsquerschnitt des Rohrbogens stromauf und in einer zweiten Klappenstellung stromab der Mündung der Abführleitung verschließt. In a further preferred refinement of the internal combustion engine according to the invention, a control flap integrated in the fresh gas train may be provided, which is arranged in the region of the mouth of the discharge channel and designed such that in a first flap position the flow cross section of the pipe bend is upstream and in a second flap position downstream of the orifice the discharge line closes.
Eine solche Regelklappe ist bei einer Vielzahl von gattungsgemäßen Brennkraftmaschinen vorgesehen, um die Frischgaszufuhr zu dem Verbrennungsmotor bedarfsweise zu drosseln oder vollständig zu unterbinden. Bei einem Diesel-Verbrennungsmotor kann ein vollständiges Verschließen des Frischgasstrangs insbesondere erfolgen, um ein Nachlaufen des Verbrennungsmotors nach dessen Abschalten zu vermeiden. Such a control flap is provided in a variety of generic internal combustion engines to throttle the supply of fresh gas to the engine, if necessary, or to completely stop. In a diesel internal combustion engine, a complete closing of the fresh gas train can be carried out in particular in order to avoid after-running of the internal combustion engine after it has been switched off.
Durch die bevorzugte Anordnung und Ausgestaltung der Regelklappe kann diese neben der bekannten Funktion auch die Steuerung der Menge des über den E-Booster geführten Frischgasstroms übernehmen, so dass auf ein dafür vorgesehenes separates Regelelement verzichtet werden kann. In der ersten Klappenstellung, wenn der Strömungsquerschnitt des Frischgasstrangs stromauf der Mündung des Abführkanals verschlossen ist, bewirkt die Regelklappe somit einen den E-Booster integrierenden Strömungsweg für das Frischgas. In der zweiten Klappenstellung, wenn der Strömungsquerschnitt des Frischgasstrangs stromab der Mündung des Abführkanals verschlossen ist, bewirkt die Regelklappe dann ein vollständiges Verschließen des Frischgasstrangs, das auch den in den Bypass integrierten E-Booster umfasst. Dadurch kann vermieden werden, dass der Verbrennungsmotor infolge einer anhaltenden Strömung des Frischgases durch den Bypass und den E-Booster nachläuft. Due to the preferred arrangement and design of the control valve, this can take over in addition to the known function, the control of the amount of guided via the e-booster fresh gas flow, so that it can be dispensed with a dedicated separate control element. In the first flap position, when the flow cross section of the fresh gas line is closed upstream of the mouth of the discharge channel, the control flap thus effects a flow path for the fresh gas which integrates the E-booster. In the second flap position, when the flow cross-section of the fresh gas line is closed downstream of the mouth of the discharge channel, the control flap then causes a complete closing of the fresh gas line, which also includes the integrated into the bypass e-booster. This can be avoided that the internal combustion engine trailing due to a sustained flow of fresh gas through the bypass and the e-booster.
Insbesondere wenn eine Regelung dahingehend vorgesehen ist, dass eine bestimmte oder verschiedene Teilmengen des Frischgases über den Hauptströmungsabschnitt und den Bypass geführt werden sollen, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Regelklappe in einer oder mehreren Zwischenstufen oder auch stufenlos zwischen der ersten und der zweite Klappenstellung verstellbar ist. In particular, if a provision is made such that a certain or different subsets of the fresh gas are to be passed over the main flow section and the bypass, it can preferably be provided that the control flap can be adjusted in one or more intermediate stages or also steplessly between the first and the second flap position.
Ein weiterer Vorteil, der sich aus der erfindungsgemäßen Anordnung des E-Boosters ergibt, ist die Möglichkeit, auf einfache Weise ein gemeinsames Kühlsystem für den Ladeluftkühler und den E-Booster auszubilden. Demnach kann insbesondere dasselbe Kühlmittel, das zur Wärmeaufnahme und -abfuhr den Ladeluftkühler durchströmt, auch zur Kühlung des E-Boosters genutzt werden. Another advantage that results from the inventive arrangement of the e-booster is the ability to easily form a common cooling system for the intercooler and the e-booster. Accordingly, in particular the same coolant which flows through the charge air cooler for heat absorption and removal can also be used to cool the e-booster.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings. In the drawings shows:
Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine umfasst einen Verbrennungsmotor
In den Abgasstrang ist eine Turbine
Um zu verhindern, dass ein Teil der durch die Verdichtung realisierten Füllungsverbesserung durch die mit der Verdichtung einhergehende Temperaturerhöhung des Frischgases kompensiert wird, ist ein Ladeluftkühler
Die Leistung des Abgasturboladers ist von dem Abgasmassenstrom abhängig. Dies wirkt sich insbesondere dann negativ aus, wenn kurzfristig aus niedrigen Drehzahlen und Lasten heraus eine erhöhte Lastanforderung (Lastsprung) an den Verbrennungsmotor
Der E-Booster
Der E-Booster
Im Bereich der Mündung der Abführleitung
Der Abschnitt des Frischgasstrangs, in dem die Regelklappe
Der Ladeluftkühler
Der Abgasstrang umfasst noch einen Abgaskrümmer
Der Frischgasstrang umfasst noch einen stromauf des Verdichters
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- 12 12
- Zylinder cylinder
- 14 14
- Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem High-pressure fuel supply system
- 16 16
- Turbine turbine
- 18 18
- Welle wave
- 20 20
- Verdichter compressor
- 22 22
- Ladeluftkühler Intercooler
- 24 24
- Saugrohr suction tube
- 26 26
- E-Booster E-Booster
- 28 28
- Rohrbogen Elbows
- 30 30
- Zuführleitung feed
- 32 32
- Abführleitung discharge
- 34 34
- Regelklappe control flap
- 36 36
- Kühlsystem cooling system
- 38 38
- Abgaskrümmer exhaust manifold
- 40 40
- Abgasnachbehandlungseinrichtung exhaust treatment device
- 42 42
- Luftfilter air filter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1995427 A1 [0002, 0003] EP 1995427 A1 [0002, 0003]
Claims (8)
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