Die Erfindung betrifft einen Krümmer für eine Abgasanlage eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a manifold for an exhaust system of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
Ein solcher Krümmer für eine Abgasanlage eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, ist beispielsweise bereits der DE 103 57 125 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Krümmer umfasst dabei wenigstens ein äußeres Krümmerelement sowie wenigstens ein inneres Krümmerelement, welches unter Ausbildung wenigstens eines Luftspalts zwischen dem äußeren und dem inneren Krümmerelement zumindest teilweise von dem inneren Krümmerelement beabstandet angeordnet ist. Der Krümmer ist somit als sogenannter luftspaltisolierter Krümmer (LSI) ausgebildet, wobei der Luftspalt beziehungsweise im Luftspalt aufgenommene Luft zur Isolation, insbesondere Wärmeisolation, dient. Dadurch kann ein Wärmeverlust von den Krümmer durchströmendem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens besonders gering gehalten werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, nach einem Start der Verbrennungskraftmaschine einen in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasanlage stromab des Krümmers angeordneten Katalysator und/oder eine andere Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders schnell aufzuwärmen und somit auf eine vorteilhafte Betriebstemperatur zu bringen, bei welcher der Katalysator das Abgas besonders effizient und effektiv nachbehandeln kann. Insbesondere nach einem Kaltstart und während einer Kaltstartphase ist es wünschenswert, im Abgas enthaltene Wärme möglichst verlustfrei zum Katalysator zu führen, um somit den Katalysator besonders schnell erwärmen zu können.Such a manifold for an exhaust system of a motor vehicle, in particular a passenger car, for example, is already the DE 103 57 125 A1 to be known as known. The manifold in this case comprises at least one outer manifold element and at least one inner manifold element, which is at least partially spaced from the inner manifold element to form at least one air gap between the outer and the inner manifold element. The manifold is thus designed as a so-called air-gap-insulated manifold (LSI), wherein the air gap or air taken in the air gap for insulation, in particular heat insulation, is used. As a result, heat loss from the exhaust gas flowing through the exhaust of an internal combustion engine of the motor vehicle can be kept particularly low. This makes it possible, for example after a start of the internal combustion engine in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust system downstream of the manifold disposed catalyst and / or another exhaust aftertreatment device to warm up very quickly and thus bring to an advantageous operating temperature, wherein the catalyst, the exhaust particularly efficient and can effectively treat. Especially after a cold start and during a cold start phase, it is desirable to conduct the heat contained in the exhaust gas as lossless as possible to the catalyst, so as to be able to heat the catalyst very quickly.
Diesem Wunsch, die Wärmeverluste des Abgases besonders gering zu halten, steht jedoch der Wunsch entgegen, ein Überangebot von Abgaswärme, das heißt eine übermäßig hohe Temperatur des Abgases in Hochlastphasen der Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden, um dadurch eine Überhitzung und eine daraus resultierende Schädigung des Katalysators zu vermeiden. Insofern besteht also ein Zielkonflikt, zwischen dem Ziel, nach einem Start der Verbrennungskraftmaschine möglichst hohe Abgastemperaturen am Katalysator zu realisieren, und dem Ziel, bei Hochlastphasen übermäßig hohe Temperaturen des Abgases am Katalysator zu vermeiden.This desire to keep the heat loss of the exhaust particularly low, but is contrary to the desire to avoid an oversupply of exhaust heat, that is, an excessively high temperature of the exhaust gas in high load phases of the internal combustion engine, thereby overheating and consequent damage to the catalyst avoid. In this respect, therefore, there is a conflict of goals, between the goal to realize as high as possible exhaust gas temperatures at the catalyst after a start of the internal combustion engine, and the goal to avoid at high load phases excessively high temperatures of the exhaust gas at the catalyst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Krümmer der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem dieser Zielkonflikt gelöst werden kann.Object of the present invention is therefore to provide a manifold of the type mentioned, by means of which this conflict of objectives can be solved.
Diese Aufgabe wird durch einen Krümmer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a manifold having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um einen Krümmer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem der eingangs genannte Zielkonflikt gelöst werden kann, ist erfindungsgemäß wenigstens ein Ventilelement vorgesehen, welches zwischen wenigstens einer eine Strömung von Gas, insbesondere Luft, durch den Luftspalt ermöglichenden Offenstellung und einer die Strömung des Gases durch den Luftspalt verhindernden Schließstellung bewegbar ist. Mit anderen Worten kann das Gas, insbesondere Luft, in der Offenstellung des Ventilelements durch den Luftspalt strömen, wodurch der Krümmer und somit den Krümmer durchströmendes Abgas einer Verbrennungskraftmaschine infolge eines Wärmeübergangs von dem Abgas über das innere Krümmerelement an die Luft gekühlt werden. Dadurch können beispielsweise übermäßige Temperaturen des Abgases bei hohen Lasten, das heißt während einer Hochlastphase der Verbrennungskraftmaschine, vermieden werden, sodass beispielsweise die Gefahr einer aus übermäßig hohen Temperaturen des Abgases resultierenden Schädigung einer in der Abgasanlage stromab des Krümmers angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines Katalysators, besonders gering gehalten werden kann. Dies bedeutet, dass das Ventilelement beispielsweise bei hohen Lasten der Verbrennungskraftmaschine in die Offenstellung gestellt wird.In order to provide a manifold of the type specified in the preamble of claim 1, by means of which the above-mentioned conflict of objectives can be achieved, according to the invention at least one valve element is provided which between at least one gas flow, in particular air, through the air gap enabling open position and a the flow of the gas through the air gap preventing closing position is movable. In other words, in the open position of the valve element, the gas, in particular air, can flow through the air gap, as a result of which the exhaust gas and thus the manifold flowing through the exhaust gas of an internal combustion engine are cooled as a result of heat transfer from the exhaust gas via the inner manifold element to the air. As a result, for example, excessive temperatures of the exhaust gas at high loads, that is, during a high load phase of the internal combustion engine can be avoided, so that, for example, the risk of resulting from excessively high temperatures of the exhaust gas damage in the exhaust system downstream of the manifold arranged exhaust gas treatment device, in particular a catalyst, especially can be kept low. This means that the valve element is placed in the open position, for example, at high loads of the internal combustion engine.
Befindet sich das Ventilelement jedoch in seiner Schließstellung, so kann der Luftspalt nicht von Gas beziehungsweise Luft durchströmt werden, sodass im Luftspalt das Gas beziehungsweise die Luft steht. Dann fungiert der erfindungsgemäße Krümmer als luftspaltisolierter Krümmer (LSI), bei welchem das innere Krümmerelement und das das innere Krümmerelement durchströmende Abgas durch das im Luftspalt stehende Gas wärmeisoliert werden. Somit kann eine Wärmemenge, die das Abgas beim Durchströmen des inneren Krümmerelements über den Krümmer verliert, besonders gering gehalten werden, sodass das Abgas am Katalysator eine besonders hohe Temperatur aufweist. Dadurch kann der Katalysator beispielsweise nach einem Start, insbesondere nach einem Kaltstart, und während einer Warmlaufphase beziehungsweise Kaltstartphase besonders schnell erwärmt und auf seine vorteilhafte Betriebstemperatur gebracht werden. Dies bedeutet, dass das Ventilelement beispielsweise nach einem Start und während einer Warmlaufphase in die Schließstellung bewegt und dort gehalten wird.However, the valve element is in its closed position, so the air gap can not be traversed by gas or air, so that the gas or the air is in the air gap. Then, the manifold of the invention functions as an air gap isolated manifold (LSI) in which the inner manifold member and the exhaust gas flowing through the inner manifold member are heat-insulated by the gas in the air gap. Thus, an amount of heat that loses the exhaust gas when flowing through the inner manifold element via the manifold can be kept particularly low, so that the exhaust gas at the catalyst has a particularly high temperature. As a result, the catalyst, for example, after a start, in particular after a cold start, and during a warm-up phase or cold start phase can be heated particularly quickly and brought to its advantageous operating temperature. This means that the valve element is moved, for example, after a start and during a warm-up phase in the closed position and held there.
Durch das Ventilelement kann somit eine zuschaltbare und abschaltbare Gaskühlung, insbesondere Luftkühlung, realisiert werden, mittels welcher eine effiziente Wärmeabfuhr insbesondere während Hochlastphasen der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist. Hierzu wird die Gaskühlung zugeschaltet, indem das Ventilelement in seine Offenstellung bewegt wird. Durch Abschalten der Gaskühlung, das heißt durch Schließen des Ventilelements, kann der Krümmer zur schnellen Erwärmung des Katalysators genutzt werden beziehungsweise beitragen, sodass sich ein besonders effizienter und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.By the valve element thus a switchable and disconnectable gas cooling, in particular air cooling, can be realized, by means of which an efficient heat dissipation in particular while high load phases of the internal combustion engine can be realized. For this purpose, the gas cooling is switched on by the valve element is moved to its open position. By switching off the gas cooling, that is by closing the valve element, the manifold can be used or contribute to the rapid heating of the catalyst, so that a particularly efficient and low-emission operation of the internal combustion engine can be realized.
Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes Anspringverhalten des Katalysators insbesondere während der Kaltstartphase realisiert werden, sodass Emissionen gering gehalten werden können. Ferner kann in einem Motorraum des Kraftwagens ein vorteilhaftes Thermomanagement realisiert werden, da auf zusätzliche Isolationselemente verzichtet werden kann. Außerdem lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Krümmers ein Komponentenschutz darstellen, da der Katalysator insbesondere bei hohen Lasten der Verbrennungskraftmaschine, bei welchen es zu sehr hohen Temperaturen des Abgases kommt, vor temperaturbedingten Beschädigungen geschützt werden kann. Auch stromab des Krümmers in der Abgasanlage angeordnete Komponenten wie beispielsweise eine Turbine eines Abgasturboladers können vor temperaturbedingten Beschädigungen geschützt werden, indem das Ventilelement in die Offenstellung gestellt wird, sodass das Abgas mittels des den Luftspalt durchströmenden Gases gekühlt wird. Ferner ist es dadurch beispielsweise möglich, eine Gemischanfettung oder Kraftstoffeinspritzung zum Bauteilschutz in Hochlastphasen zu vermeiden, wodurch auch der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden kann.Thereby, a particularly advantageous light-off behavior of the catalyst can be realized, in particular during the cold start phase, so that emissions can be kept low. Furthermore, an advantageous thermal management can be realized in an engine compartment of the motor vehicle, since additional insulation elements can be dispensed with. In addition, a component protection can be represented by means of the manifold according to the invention, since the catalyst can be protected against temperature-induced damage, especially at high loads of the internal combustion engine, in which it comes to very high temperatures of the exhaust gas. Also arranged downstream of the manifold in the exhaust system components such as a turbine of an exhaust gas turbocharger can be protected from temperature damage by the valve element is placed in the open position, so that the exhaust gas is cooled by means of the gas flowing through the air gap. Furthermore, this makes it possible, for example, to avoid a mixture enrichment or fuel injection for component protection in high-load phases, whereby the fuel consumption of the internal combustion engine can be kept low.
Zur Erfindung gehört auch eine Abgasanlage mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Krümmer. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Abgasanlage sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Krümmers anzusehen und umgekehrt.The invention also includes an exhaust system with at least one manifold according to the invention. Advantageous embodiments of the exhaust system according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the manifold according to the invention and vice versa.
Ferner gehört zur Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Krümmers und/oder einer erfindungsgemäßen Abgasanlage, wobei im Rahmen des Verfahrens das Ventilelement zwischen der Offenstellung und der Schließstellung verstellt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Krümmers und der erfindungsgemäßen Abgasanlage sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.Furthermore, the invention relates to a method for operating a manifold according to the invention and / or an exhaust system according to the invention, wherein in the context of the method, the valve element between the open position and the closed position is adjusted. Advantageous embodiments of the manifold according to the invention and the exhaust system according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. 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 drawing. 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 Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
1 ausschnittsweise eine schematische, perspektivische und geschnittene Rückansicht eines Krümmers für eine Abgasanlage, welcher als luftspaltisolierter Krümmer ausgebildet ist; 1 a fragmentary schematic, perspective and sectional rear view of a manifold for an exhaust system, which is designed as an air gap-insulated manifold;
2 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einer Abgasanlage mit dem Krümmer gemäß 1, wobei ein Ventilelement vorgesehen ist, welches zwischen wenigstens einer eine Strömung von Gas durch einen Luftspalt des Krümmers ermöglichenden Offenstellung und einer die Strömung des Gases durch den Luftspalt verhindernden Schließstellung verstellbar ist, und 2 a schematic representation of an internal combustion engine of a motor vehicle, with an exhaust system with the manifold according to 1 in which a valve element is provided which is adjustable between at least one open position enabling a flow of gas through an air gap of the bend and a closed position preventing the flow of the gas through the air gap, and
3 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einer Abgasanlage mit dem Krümmer gemäß 1 in einer alternativen Ausführung eines Ansaugtrakts der Verbrennungskraftmaschine zu 2, wobei auch hier ein Ventilelement vorgesehen ist, welches zwischen wenigstens einer eine Strömung von Gas durch einen Luftspalt des Krümmers ermöglichenden Offenstellung und einer die Strömung des Gases durch den Luftspalt verhindernden Schließstellung verstellbar ist. 3 a schematic representation of an internal combustion engine of a motor vehicle, with an exhaust system with the manifold according to 1 in an alternative embodiment of an intake tract of the internal combustion engine 2 , wherein here too a valve element is provided which is adjustable between at least one open position enabling a flow of gas through an air gap of the manifold and a closed position preventing the flow of the gas through the air gap.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
1 zeigt in einer schematischen, perspektivischen und geschnittenen Rückansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Krümmer für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Der Krümmer 10 ist als luftspaltisolierter Krümmer ausgebildet, welcher auch als LSI-Krümmer bezeichnet wird. Hierbei umfasst der Krümmer 10 ein äußeres Krümmerelement 12, welches beispielsweise als Gussbauteil ausgebildet ist. Ferner umfasst der Krümmer 10 ein inneres Krümmerelement 14, welches innerhalb des äußeren Krümmerelements 12 angeordnet und beispielsweise als Blechbauteil ausgebildet ist. Aus 1 ist erkennbar, dass das innere Krümmerelement 14 unter Ausbildung wenigstens eines Luftspalts 16 zwischen dem äußeren Krümmerelement 12 und dem inneren Krümmerelement 14 zumindest teilweise von dem äußeren Krümmerelement 12 beabstandet angeordnet ist. 1 shows in a schematic, perspective and sectional rear view of a whole 10 designated manifold for an exhaust system of an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular a passenger car. The manifold 10 is designed as an air gap insulated manifold, which is also referred to as LSI manifold. This includes the manifold 10 an outer manifold element 12 , which is designed for example as a cast component. Furthermore, the manifold includes 10 an inner manifold element 14 which is inside the outer manifold element 12 arranged and formed, for example, as a sheet metal component. Out 1 it can be seen that the inner manifold element 14 forming at least one air gap 16 between the outer manifold element 12 and the inner manifold element 14 at least partially from the outer manifold element 12 spaced apart.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung die in 2 im Ganzen mit 18 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine, welche als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildet ist und ein Zylindergehäuse 20 aufweist, durch welches vier Brennräume in Form von Zylindern 22 gebildet sind. Im Rahmen eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 18 werden den Zylindern 22 Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, und Luft zugeführt, sodass im jeweiligen Zylinder 22 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrennt, woraus Abgas resultiert. 2 shows in a schematic representation of in 2 in the whole with 18 designated internal combustion engine, which is designed as a reciprocating internal combustion engine and a cylinder housing 20 through which four combustion chambers in the form of cylinders 22 are formed. As part of a fired operation of the internal combustion engine 18 be the cylinders 22 Fuel, especially liquid fuel, and air supplied, so in the respective cylinder 22 a fuel-air mixture is formed. This fuel-air mixture burns, resulting in exhaust gas.
Die Verbrennungskraftmaschine 18 umfasst dabei einen im Ganzen mit 24 bezeichneten Abgastrakt, in welchem eine Abgasanlage 25 angeordnet ist, die den Krümmer 10 umfasst. Der Abgastrakt 24 und insbesondere die Abgasanlage 25 dienen dazu, das Abgas aus den Zylindern 22 abzuführen, wobei die Abgasanlage 25 von dem Abgas durchströmbar ist.The internal combustion engine 18 includes one as a whole with 24 designated exhaust tract, in which an exhaust system 25 is arranged, which the elbow 10 includes. The exhaust tract 24 and in particular the exhaust system 25 serve to exhaust the exhaust from the cylinders 22 dissipate, with the exhaust system 25 can be flowed through by the exhaust gas.
Die Verbrennungskraftmaschine 18 umfasst ferner einen Ansaugtrakt 26, welcher von der Luft, die den Zylindern 22 zugeführt wird, durchströmbar ist. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine 18 einen Abgasturbolader 28, mit einer im Abgastrakt 24 angeordneten und von dem den Abgastrakt 24 durchströmenden Abgas antreibbaren Turbine 30. Ferner umfasst der Abgasturbolader 28 einen im Ansaugtrakt 26 angeordneten Verdichter 32, mittels welchem die den Zylindern 22 zuzuführende Luft verdichtet wird. Infolge der durch den Verdichter 32 bewirkten Verdichtung der Luft wird diese erwärmt. Zur Realisierung eines besonders hohen Aufladegrades ist im Ansaugtrakt 26 stromab des Verdichters 32 eine Kühleinrichtung in Form eines Ladeluftkühlers 34 angeordnet, mittels welchem die verdichtete Luft stromab des Verdichters 32 und stromauf der Zylinder 22 gekühlt wird.The internal combustion engine 18 further comprises an intake tract 26 , which from the air, the cylinders 22 is supplied, can flow. Furthermore, the internal combustion engine comprises 18 an exhaust gas turbocharger 28 , with one in the exhaust tract 24 arranged and from the exhaust tract 24 flowing exhaust gas driven turbine 30 , Furthermore, the exhaust gas turbocharger comprises 28 one in the intake tract 26 arranged compressor 32 , by means of which the cylinders 22 compressed air is compressed. As a result of the compressor 32 caused compression of the air, this is heated. To achieve a particularly high degree of supercharging is in the intake 26 downstream of the compressor 32 a cooling device in the form of a charge air cooler 34 arranged, by means of which the compressed air downstream of the compressor 32 and upstream of the cylinder 22 is cooled.
Die Abgasanlage 25 umfasst eine Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegend in Form eines Katalysators 36, mittels welchem das Abgas nachbehandelt wird. Dabei durchströmt das Abgas den Katalysator 36. Bei einem Start, insbesondere Kaltstart, der Verbrennungskraftmaschine 18 und während ihres Warmlaufs beziehungsweise ihrer Kaltstartphase ist es wünschenswert, dass das Abgas auf seinem Weg von den Zylindern 22 durch den Krümmer 10 zum Katalysator 36 eine möglichst geringe Wärmemenge verliert, sodass das Abgas am Katalysator 36 noch eine besonders hohe Temperatur aufweist, um dadurch den Katalysator 36 besonders schnell zu erwärmen und somit auf eine vorteilhafte Temperatur zu bringen. Dadurch kann der Katalysator 36 nämlich das Abgas besonders effizient und effektiv nachbehandeln, sodass die beispielsweise als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 18 besonders emissionsarm betrieben werden kann.The exhaust system 25 includes an exhaust aftertreatment device in the present case in the form of a catalyst 36 , by means of which the exhaust gas is treated. The exhaust gas flows through the catalyst 36 , At a start, especially cold start, the internal combustion engine 18 and during its warm-up or cold-start phase, it is desirable that the exhaust gas on its way from the cylinders 22 through the manifold 10 to the catalyst 36 loses as little heat as possible, so that the exhaust gas on the catalyst 36 still has a particularly high temperature, thereby the catalyst 36 To heat particularly quickly and thus bring to an advantageous temperature. This can be the catalyst 36 namely after-treatment of the exhaust gas in a particularly efficient and effective manner, so that the internal combustion engine designed, for example, as a gasoline engine 18 can be operated with particularly low emissions.
Bei hohen Lasten der Verbrennungskraftmaschine 18 jedoch, das heißt während einer Hochlastphase der Verbrennungskraftmaschine 18, sind übermäßige Temperaturen des Abgases am Katalysator 36 zu vermeiden, um temperaturbedingte Schädigungen des Katalysators 36 zu vermeiden. Insofern besteht ein Zielkonflikt zwischen dem Wunsch, dass das Abgas nach einem Kaltstart eine besonders hohe Temperatur am Katalysator 36 aufweist und dem Wunsch, bei einer Hochlastphase der Verbrennungskraftmaschine 18 übermäßig hohe Temperaturen des Abgases am Katalysator 36 zu vermeiden.At high loads of the internal combustion engine 18 however, that is during a high load phase of the internal combustion engine 18 , are excessive temperatures of the exhaust gas on the catalyst 36 to avoid temperature-related damage to the catalyst 36 to avoid. In this respect, there is a conflict of objectives between the desire that the exhaust after a cold start a particularly high temperature at the catalyst 36 and wishing, at a high load phase of the internal combustion engine 18 excessively high temperatures of the exhaust gas on the catalyst 36 to avoid.
Um diesen Zielkonflikt nun lösen zu können, ist – wie aus 2 erkennbar ist – ein dem Krümmer 10 zugeordnetes Ventilelement 38 vorgesehen, welches zwischen wenigstens einer eine Strömung von Gas in Form von Luft durch den Luftspalt 16 ermöglichenden Offenstellung und einer die Strömung der Luft durch den Luftspalt 16 verhindernden Schließstellung verstellbar ist. Das Ventilelement 38 ist in einer Leitung 40 angeordnet, welche einerseits an einer Verbindungsstelle 42 mit dem Ansaugtrakt 26 und andererseits an einer Verbindungsstelle 44 mit dem Krümmer 10, insbesondere dem Luftspalt 16, fluidisch verbunden ist. Mit anderen Worten mündet die Leitung 40 in den Luftspalt 16, sodass mittels der Leitung 40 an der Verbindungsstelle 42 mittels des Verdichters 32 verdichtete Luft abgezweigt und in den Luftspalt 16 geführt werden kann, wenn sich das Ventilelement 38 in seiner Offenstellung befindet. Da die Verbindungsstelle 42 in Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt 26 stromab des Verdichters 32 angeordnet ist, ist die Luft, die mittels der Leitung 40 an der Verbindungsstelle 42 aus dem Ansaugtrakt 26 abgezweigt wird, mittels des Verdichters 32 verdichtet. Der Verdichter 32 stellt somit eine Fördereinrichtung dar, mittels welcher die Luft, die den Luftspalt 16 durchströmt, gefördert wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine andere Fördereinrichtung wie beispielsweise ein Gebläse genutzt werden, um Gas insbesondere in Form von Luft durch den Luftspalt 16 zu fördern.To be able to solve this conflict of objectives is - as if from 2 is recognizable - a the manifold 10 associated valve element 38 provided, which between at least one a flow of gas in the form of air through the air gap 16 enabling open position and one the flow of air through the air gap 16 preventable closing position is adjustable. The valve element 38 is in a lead 40 arranged, which on the one hand at a junction 42 with the intake tract 26 and on the other hand at a junction 44 with the manifold 10 , in particular the air gap 16 , is fluidically connected. In other words, the line flows 40 in the air gap 16 , so by means of the line 40 at the junction 42 by means of the compressor 32 compressed air branched off and into the air gap 16 can be performed when the valve element 38 is in its open position. Because the connection point 42 in the flow direction of the air through the intake tract 26 downstream of the compressor 32 is arranged, the air is by means of the pipe 40 at the junction 42 from the intake tract 26 is branched off, by means of the compressor 32 compacted. The compressor 32 thus represents a conveyor, by means of which the air, the air gap 16 flows through, is promoted. Alternatively or additionally, another conveyor such as a fan may be used to supply gas, particularly in the form of air, through the air gap 16 to promote.
Mittels der den Luftspalt 16 durchströmenden Luft werden das innere Krümmerelement 14 und darüber das das innere Krümmerelement 14 durchströmende Abgas gekühlt, sodass übermäßige Temperaturen des Abgases am Katalysator 36 vermieden werden können. In der Folge können temperaturbedingte Beschädigungen des Katalysators 36 und auch der Turbine 30 vermieden werden, da der Krümmer 10 stromauf dieser Komponenten angeordnet ist.By means of the air gap 16 flowing air become the inner manifold element 14 and above that the inner manifold element 14 By flowing exhaust gas cooled, so excessive temperatures of the exhaust gas on the catalyst 36 can be avoided. As a result, temperature-related damage to the catalyst 36 and also the turbine 30 be avoided because of the manifold 10 is arranged upstream of these components.
Aus 2 ist auch eine Kurzschlussleitung 46 erkennbar, mittels welcher die an der Verbindungsstelle 42 mittels der Leitung 40 abgezweigte Luft vom Ventilelement 38 zum Verdichter 32 rückgeführt werden kann, ohne dass diese rückgeführte Luft den Luftspalt 16 durchströmt. Somit handelt es sich bei der Kurzschlussleitung 46 um eine Rezirkulationsleitung.Out 2 is also a short circuit line 46 recognizable by means of which at the junction 42 by means of the line 40 branched air from the valve element 38 to the compressor 32 can be recycled without this recirculated air the air gap 16 flows through. Thus it acts at the short circuit line 46 around a recirculation line.
Das Ventilelement 38 wird somit beispielsweise während Hochlastphasen der Verbrennungskraftmaschine 18 in die Offenstellung bewegt, sodass dann das Abgas gekühlt werden kann. Um die abgezweigte Luft in den Luftspalt 16 zu führen, weist der Krümmer 10 – wie besonders gut aus 1 erkennbar ist – wenigstens eine Einströmöffnung 48 auf, über welche der Luftspalt 16 mit der Leitung 40 fluidisch verbunden ist.The valve element 38 Thus, for example, during high load phases of the internal combustion engine 18 moved into the open position, so then the exhaust gas can be cooled. To the branched air in the air gap 16 to guide, the manifold points 10 - how very good 1 is recognizable - at least one inflow opening 48 on, over which the air gap 16 with the line 40 is fluidically connected.
Um die über die Leitung 40 in den Luftspalt 16 eingeströmte Luft wieder aus dem Luftspalt 16 abführen zu können, weist der Krümmer 10 eine Ausströmöffnung 50 auf, über welche der Luftspalt 16 mit einer Leitung 52 des Abgastrakts 24 fluidisch verbunden ist. Die Luft kann somit über die Ausströmöffnung 50 aus dem Luftspalt 16 aus- und in die Leitung 52 einströmen. Die Leitung 52 ist einerseits mit dem Luftspalt 16 und andererseits an einer Verbindungsstelle 54 mit einer Leitung 56 der Abgasanlage 25 fluidisch verbunden, wobei die Leitung 56 von dem Abgas durchströmbar ist. In der Leitung 56 sind auch die Turbine 30 und der Katalysator 36 angeordnet. Aus 2 ist erkennbar, dass die Verbindungsstelle 54 in Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt 24 beziehungsweise die Abgasanlage 25 und somit durch die Leitung 56 stromab des Katalysators 36 angeordnet ist, sodass die Luft aus dem Luftspalt 16 stromab des Katalysators 36 in die Abgasanlage 25 eingespeist wird.To the over the line 40 in the air gap 16 incoming air back from the air gap 16 to be able to discharge, the manifold points 10 an outflow opening 50 on, over which the air gap 16 with a line 52 the exhaust tract 24 is fluidically connected. The air can thus through the outflow 50 from the air gap 16 off and into the line 52 flow. The administration 52 is on the one hand with the air gap 16 and on the other hand at a junction 54 with a line 56 the exhaust system 25 fluidly connected, wherein the conduit 56 can be flowed through by the exhaust gas. In the line 56 are also the turbine 30 and the catalyst 36 arranged. Out 2 it can be seen that the connection point 54 in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust tract 24 or the exhaust system 25 and thus through the line 56 downstream of the catalyst 36 is arranged so that the air from the air gap 16 downstream of the catalyst 36 in the exhaust system 25 is fed.
In der Leitung 52 ist ein Wärmetauscher 58 angeordnet, welcher von der Luft aus dem Luftspalt 16 und von einem weiteren Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, durchströmbar ist. Der Wärmetauscher 58 wird zum Wärmeaustausch zwischen der Luft aus dem Luftspalt 16 und der Flüssigkeit genutzt. Durch das Kühlen des inneren Krümmerelements 14 und somit des das innere Krümmerelement 14 durchströmenden Abgases wird die den Luftspalt 16 durchströmende Luft erwärmt. Über den Wärmetauscher 58 kann somit ein Wärmeübergang von der den Wärmetauscher 58 durchströmenden Luft aus dem Luftspalt 16 an die den Wärmetauscher 58 durchströmende Flüssigkeit erfolgen, sodass die Flüssigkeit mittels der Luft aus dem Luftspalt 16 erwärmt wird. Die Flüssigkeit kann dann beispielsweise für ein Thermomanagement genutzt werden. Dadurch ist es möglich, im Abgas enthaltene Wärme über die den Luftspalt 16 durchströmende Luft, den Wärmetauscher 58 und die Flüssigkeit zu nutzen, sodass eine sogenannte Abgaswärmenutzung darstellbar ist. Durch diese Abgaswärmenutzung kann der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 18 besonders gering gehalten werden. Ferner lässt sich ein besonders hoher Komfort für Insassen des Kraftwagens realisieren, da beispielsweise der Innenraum des Kraftwagens durch diese Abgaswärmenutzung besonders kurze Zeit nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine beheizt werden kann. Eine solche Abgaswärmenutzung wird auch als EHR-System (EHR – Exhaust Heat Recovery) bezeichnet.In the line 52 is a heat exchanger 58 arranged, which of the air from the air gap 16 and by another fluid, in particular a liquid, is flowed through. The heat exchanger 58 is used to heat exchange between the air from the air gap 16 and the liquid used. By cooling the inner manifold element 14 and thus of the inner manifold element 14 flowing through the exhaust gas is the air gap 16 heated air warms. About the heat exchanger 58 Thus, a heat transfer from the heat exchanger 58 flowing air from the air gap 16 to the heat exchanger 58 flowing liquid, so that the liquid by means of the air from the air gap 16 is heated. The liquid can then be used, for example, for thermal management. This makes it possible, heat contained in the exhaust gas through the air gap 16 air flowing through, the heat exchanger 58 and to use the liquid, so that a so-called exhaust heat utilization can be displayed. By this exhaust heat utilization of the fuel consumption of the internal combustion engine 18 be kept particularly low. Furthermore, a particularly high level of comfort for occupants of the motor vehicle can be realized, since, for example, the interior of the motor vehicle can be heated by this exhaust heat utilization for a particularly short time after the start of the internal combustion engine. Such exhaust heat utilization is also referred to as EHR (Exhaust Heat Recovery) system.
Aus 2 ist ferner erkennbar, dass eine Umgehungsleitung 60 vorgesehen ist, welche an einer in Strömungsrichtung durch die Leitung 52 stromauf des Wärmetauschers 58 angeordneten Verbindungsstelle 62 sowie an einer stromab des Wärmetauschers 58 angeordnete Verbindungsstelle 64 mit der Leitung 52 fluidisch verbunden ist. Dadurch kann mittels der Umgehungsleitung 60 an der Verbindungsstelle 62 Luft aus der Leitung 52 abgezweigt und zur Verbindungsstelle 64 geführt werden, da die Umgehungsleitung 60 von der Luft durchströmbar ist. Die Umgehungsleitung 60 dient dazu, zumindest einen Teil der Luft am Wärmetauscher 58 vorbeizuführen beziehungsweise um diesen herumzuführen, da die die Umgehungsleitung 60 durchströmende Luft den Wärmetauscher 58 umgeht und somit nicht durchströmt. Dies bedeutet ferner, dass die die Umgehungsleitung 60 durchströmende Luft die Flüssigkeit nicht erwärmt.Out 2 It can also be seen that a bypass line 60 is provided, which at one in the flow direction through the conduit 52 upstream of the heat exchanger 58 arranged connection point 62 and at a downstream of the heat exchanger 58 arranged junction 64 with the line 52 is fluidically connected. As a result, by means of the bypass line 60 at the junction 62 Air from the pipe 52 branched off and to the connection point 64 be guided as the bypass line 60 can be flowed through by the air. The bypass line 60 serves to at least part of the air at the heat exchanger 58 to pass or to lead around this, as the bypass line 60 air flowing through the heat exchanger 58 bypasses and thus does not flow through. This also means that the the bypass line 60 flowing air does not heat the liquid.
An der Verbindungsstelle 62 ist ein Ventilelement 66 angeordnet, mittels welchem die Luft aus dem Luftspalt 16 auf die Umgehungsleitung 60 und den Wärmetauscher 58 aufteilbar ist. Mit anderen Worten kann mittels des Ventilelements 66 ein jeweiliger, den Wärmetauscher 58 und die Umgehungsleitung 60 durchströmender Massenstrom der Luft aus dem Luftspalt 16 bedarfsgerecht eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, die Luft, nachdem sie den Luftspalt 16 durchströmt hat, an die Umgebung abzulassen.At the junction 62 is a valve element 66 arranged, by means of which the air from the air gap 16 on the bypass 60 and the heat exchanger 58 is divisible. In other words, by means of the valve element 66 a respective, the heat exchanger 58 and the bypass 60 flowing mass flow of air from the air gap 16 be adjusted as needed. Alternatively or additionally, it is conceivable that the air, after having the air gap 16 has flowed through, to drain to the environment.
Um den Katalysator 36 während der Kaltstartphase besonders schnell aufzuheizen, wird das Ventilelement 38 in seine Schließstellung gestellt, sodass der Luftspalt 16 nicht von der Luft durchströmt werden kann. In diesem Zustand steht die Luft im Luftspalt 16 und isoliert das innere Krümmerelement 14 und somit das das innere Krümmerelement 14 durchströmende Abgas, sodass das Abgas am Katalysator 36 eine besonders hohe Temperatur aufweist, um den Katalysator 36 aufzuwärmen.To the catalyst 36 During the cold start phase, it heats up very quickly, turning the valve element 38 placed in its closed position, so that the air gap 16 can not be traversed by the air. In this state, the air is in the air gap 16 and insulates the inner manifold element 14 and thus the inner manifold element 14 flowing exhaust gas, so that the exhaust gas on the catalyst 36 has a particularly high temperature to the catalyst 36 warm.
Beispielsweise ist es möglich, die an die den Luftspalt 16 durchströmende Luft übergegangene Wärme des Abgases über den Wärmetauscher 58 an einen Kühl- und/oder Wärmekreis abzugeben, um dadurch die Wärme aus dem Abgas an geeigneter Stelle wenigstens einer Komponente des Kraftwagens zuführen und nutzen zu können. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, die Wärme aus dem Abgas zu nutzen, um die Komponente zu temperieren beziehungsweise zu erwärmen und hierdurch auf eine vorteilhafte Betriebstemperatur zu bringen. Alternativ oder zusätzlich kann die Wärme einem System zur Abgaswärmenutzung zugeführt werden. Hierbei ist es beispielsweise möglich, die Wärme einem Rankine-System zuzuführen, welches die Wärme mittels eines Rankine-Zyklus nutzt.For example, it is possible to connect to the air gap 16 passing through the heat of the exhaust gas passed through the heat exchanger 58 to deliver to a cooling and / or heating circuit, thereby supplying the heat from the exhaust gas at a suitable location at least one component of the motor vehicle and use. This makes it possible, for example, to use the heat from the exhaust gas to temper the component or to heat and thereby bring it to an advantageous operating temperature. Alternatively or additionally, the heat may be supplied to a system for exhaust heat utilization. In this case, it is possible, for example, to supply the heat to a Rankine system, which uses the heat by means of a Rankine cycle.
Beispielsweise sind wenigstens drei Betriebszustände darstellbar. In einem ersten der Betriebszustände ist das Ventilelement 38 in seine Schließstellung gestellt, sodass die Luft im Luftspalt 16 steht. Die im Luftspalt 16 stehende Luft isoliert das innere Krümmerelement 14 vom äußeren Krümmerelement 12, wodurch der Katalysator 36 besonders schnell aufgewärmt werden kann. Dies kann auch der Fall sein, wenn das Abgas nicht gekühlt werden muss beziehungsweise wenn eine Kühlung des Abgases nicht erwünscht ist, um dadurch den Katalysator 36 auf seiner Betriebstemperatur zu halten. Dieser erste Betriebszustand wird beispielsweise nach einem Kaltstart beziehungsweise während der Warmlaufphase oder bei geringer Last eingestellt.For example, at least three operating states can be represented. In a first of the operating states is the valve element 38 placed in its closed position, so that the air in the air gap 16 stands. The in the air gap 16 standing air isolates the inner manifold element 14 from the outer manifold element 12 , causing the catalyst 36 can be warmed up very quickly. This may also be the case if the exhaust gas does not have to be cooled or if cooling of the exhaust gas is not desired, thereby the catalyst 36 to maintain its operating temperature. This first operating state is set, for example, after a cold start or during the warm-up phase or at low load.
In einem zweiten der Betriebszustände befindet sich das Ventilelement 38 in seiner Offenstellung. Hierbei wird die verdichtete und auch als Ladeluft bezeichnete Luft über das Ventilelement 38 in den Luftspalt 16 mittels des Verdichters 32 gefördert beziehungsweise gepumpt, um das innere Krümmerelement 14 und somit das Abgas zu kühlen. Dadurch wird die Luft beispielsweise an die Umgebung oder in die Abgasanlage 25 eingeleitet. Der zweite Betriebszustand wird beispielsweise bei Teillast oder Volllast eingestellt, wobei bei Volllast eine solch hohe Wärmemenge durch die Kühlung des Krümmers 10 abgegeben wird, dass kein Eintrag in das Thermomanagement des Kraftwagens erforderlich oder sinnvoll sein wird.In a second of the operating states, the valve element is located 38 in its open position. Here, the compressed and also referred to as charge air via the air valve element 38 in the air gap 16 by means of the compressor 32 conveyed or pumped to the inner manifold element 14 and thus to cool the exhaust gas. As a result, the air, for example, to the environment or in the exhaust system 25 initiated. The second operating state is set, for example, at partial load or full load, at full load such a large amount of heat by the cooling of the manifold 10 it is submitted that no entry into the thermal management of the motor vehicle will be necessary or meaningful.
In einem dritten der Betriebszustände befindet sich das Ventilelement 38 ebenfalls in seiner Offenstellung, wobei die Luft aus dem Luftspalt 16 zur Wärmerückgewinnung sowie zur Kühlung des Abgases genutzt wird. Die im Krümmer 10 erwärmte Luft wird über das Ventilelement 66 zumindest zum Teil durch den Wärmetauscher 58 geleitet, um dort die Wärme aus dem Abgas dem Thermomanagement zuzuführen und in dieses einzuspeisen, sodass die Wärme rückgewonnen werden kann. Hierbei kann das Thermomanagement einer Vorwärmung oder Temperierung von Komponenten dienen und/oder die Wärme einem EHR-System wie zum Beispiel einem Rankine-Kreis zugeführt werden.In a third of the operating states, the valve element is located 38 also in its open position, with the air from the air gap 16 is used for heat recovery and for cooling the exhaust gas. The in the manifold 10 heated air is transferred via the valve element 66 at least in part through the heat exchanger 58 where the heat from the exhaust gas is fed into the thermal management system and fed into it so that the heat can be recovered. Here, the thermal management of a preheating or temperature control of components and / or the heat can be fed to an EHR system such as a Rankine cycle.
Ob eine Kühlung des Krümmers 10 sinnvoll, notwendig oder möglich ist, hängt von dessen Temperatur und der Temperatur des Abgases ab, da ein Betrieb des Katalysators 36 zu gewährleisten ist. Hierzu muss eine Mindesttemperatur des Abgases im Abgastrakt 24 gewährleistet sein. Ebenso hängt die Rückführung der Wärme in das Thermomanagement von einem Wärmebedarf dort ab. Ist kein EHR-System vorhanden oder dieses zurzeit inaktiv und ist es nicht erforderlich, Komponenten zu erwärmen oder auf Temperatur zu halten, so ist auch eine Wärmerückführung nicht erforderlich. Dann kann zumindest ein Teil der Luft aus dem Luftspalt 16 oder die gesamte Luft aus dem Luftspalt 16 der Umgehungsleitung 60 zugeführt werden, sodass keine Wärmerückgewinnung erfolgt.Whether a cooling of the manifold 10 sensible, necessary or possible, depends on its temperature and the temperature of the exhaust gas, since an operation of the catalyst 36 is to ensure. For this purpose, a minimum temperature of the exhaust gas in the exhaust system 24 to be guaranteed. Similarly, the return of heat in the thermal management depends on a heat demand there. If there is no EHR system or it is currently inactive and there is no need to heat or maintain components, then heat recovery is not required. Then at least a part of the air from the air gap 16 or all the air from the air gap 16 the bypass 60 be fed so that no heat recovery takes place.
Alternativ oder zusätzlich kann das Ventilelement 38 auch dazu genutzt werden, eine Strömung von warmer Gas, das heißt beispielsweise einen Warmluftstrom in den Luftspalt 16 zu führen, um dadurch über das innere Krümmerelement 14 das das innere Krümmerelement 14 durchströmende Abgas sowie in der Folge den Katalysator 36 besonders schnell zu erwärmen. Hierdurch kann eine zuschaltbare Luftstromerwärmung realisiert werden, mittels welcher der Krümmer 10 und somit das Abgas beispielsweise beim Kaltstart erwärmt werden kann. Dabei ist es vorgesehen, dass die den Luftspalt 16 durchströmende Luft wärmer als das innere Krümmerelement 14 und das das innere Krümmerelement 14 durchströmende Abgas ist. Da die Verbindungsstelle 42 zwischen dem Verdichter 32 und dem Ladeluftkühler 34 angeordnet ist, reicht beispielsweise die durch die Verdichtung der Luft bewirkte Erwärmung der Luft aus, um das Abgas im Krümmer 10 zumindest kurzzeitig zu erwärmen. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, einen Wärmespeicher insbesondere in Form eines Latentwärmespeichers zu nutzen, um die dem Luftspalt 16 zuzuführende Luft und über diese das innere Krümmerelement 14 und das das innere Krümmerelement 14 durchströmende Abgas zu erwärmen, sodass in der Folge der Katalysator 36 besonders schnell erwärmt werden kann.Alternatively or additionally, the valve element 38 also be used, a flow of warm gas, that is, for example, a stream of hot air into the air gap 16 lead to thereby over the inner manifold element 14 that the inner manifold element 14 flowing exhaust gas and subsequently the catalyst 36 to heat particularly quickly. In this way, a switchable air flow heating can be realized, by means of which the manifold 10 and thus the exhaust gas can be heated, for example, during cold start. It is envisaged that the air gap 16 air flowing through warmer than the inner manifold element 14 and that the inner manifold element 14 flowing exhaust gas is. Because the connection point 42 between the compressor 32 and the intercooler 34 is arranged, for example, caused by the compression of the air heating of the air to the exhaust gas in the manifold 10 to warm up, at least for a short time. Alternatively or additionally, it is conceivable to use a heat accumulator, in particular in the form of a latent heat accumulator, around the air gap 16 air to be supplied and via this the inner manifold element 14 and that the inner manifold element 14 to heat by flowing exhaust gas, so that subsequently the catalyst 36 can be heated very quickly.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einer Abgasanlage mit dem Krümmer gemäß 1 in einer alternativen Ausführung eines Ansaugtrakts 26 der Verbrennungskraftmaschine 18 zu 2, wobei auch hier ein Ventilelement 68 vorgesehen ist, welches zwischen wenigstens einer eine Strömung von Gas durch einen Luftspalt 16 des Krümmers 10 ermöglichenden Offenstellung und einer die Strömung des Gases durch den Luftspalt 16 verhindernden Schließstellung verstellbar ist. 3 shows a schematic representation of an internal combustion engine of a motor vehicle, with an exhaust system with the manifold according to 1 in an alternative embodiment of an intake tract 26 the internal combustion engine 18 to 2 , whereby also here a valve element 68 is provided, which between at least one a flow of gas through an air gap 16 of the elbow 10 enabling open position and one the flow of the gas through the air gap 16 preventable closing position is adjustable.
In dieser alternativen Ausführung des Ansaugtrakts 26 ist zusätzlich zum Verdichter 32 des Abgasturboladers 28 ein weiterer Verdichter 72 vorgesehen, der durch einen Motor M angetrieben ist. Der Motor M ist vorteilhaft ein Elektromotor der auf einfache und bekannte Weise steuerbar und regelbar ist. Alternative kann der Motor auch mechanisch von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden, was durch einen Riementrieb oder andere mechanische Verbindungen von der Verbrennungskraftmaschine 18 zum Verdichter 72 realisiert sein kann. Ein Elektromotor als Motor M lässt sich aber leichter regeln und steuern, so dass sich hierdurch verschiedene Betriebsmodi realisieren lassen. Der Verdichter 72 entspricht somit bekannten Kompressoren, die unterstützend mit Abgasturboladern 28 moderne Verbrennungskraftmaschinen 18 mit Ladeluft versorgen.In this alternative embodiment of the intake 26 is in addition to the compressor 32 the exhaust gas turbocharger 28 another compressor 72 provided, which is driven by a motor M. The motor M is advantageously an electric motor which can be controlled and regulated in a simple and known manner. Alternatively, the engine may also be driven mechanically by the internal combustion engine, which may be due to a belt drive or other mechanical connection of the engine Internal combustion engine 18 to the compressor 72 can be realized. However, an electric motor as motor M can be regulated and controlled more easily, so that different operating modes can be realized thereby. The compressor 72 thus corresponds to known compressors supporting with exhaust gas turbochargers 28 modern internal combustion engines 18 supply with charge air.
Am Abgasturbolader 28 ist weiterhin ein Ventilelement 38' angeordnet, was in der Ausführung des Ansaugtrakts 26 in 3 die Aufgabe eines Rückflussventils übernimmt und keine Verbindung mehr zum Luftspalt 16 des Krümmers 10 aufweist. In Strömungsrichtung der Ladeluft ist nach dem Abgasturbolader 28 und vor dem Ladeluftkühler 34 der Verdichter 72 angeordnet, der unterstützend die vom Abgasturbolader 28 verdichtete Ladeluft weiter komprimieren kann und somit den Ladedruck weiter erhöhen kann. Der Verdichter 72 ist über einen Bypass 74 umgehbar, so dass bei Betriebsweisen, in denen keine weitere Verdichtung der Ladeluft benötigt wird, die Ladeluft rein vom Abgasturbolader 28 verdichtet ist und widerstandsfrei über den Bypass 74 zum Ladeluftkühler 34 strömen kann.At the exhaust gas turbocharger 28 is still a valve element 38 ' arranged, resulting in the design of the intake 26 in 3 the task of a return valve takes over and no connection to the air gap 16 of the elbow 10 having. In the flow direction of the charge air is after the exhaust gas turbocharger 28 and in front of the intercooler 34 the compressor 72 arranged supporting the exhaust gas turbocharger 28 compressed charge air can continue to compress and thus can further increase the boost pressure. The compressor 72 is over a bypass 74 bypassable, so that in operating modes, in which no further compression of the charge air is needed, the charge air clean from the exhaust gas turbocharger 28 is compressed and resistance-free through the bypass 74 to the intercooler 34 can flow.
In Betriebsweisen, in denen der Abgasturbolader 28 Unterstützung benötigt, um zum Beispiel beim Beschleunigen schnell und verzögerungsfrei einen hohen Ladedruck zur Verfügung zu stellen, kann der Verdichter 72 durch den Motor M angetrieben werden und die Ladeluft vom Abgasturbolader 28 zumindest teilweise weiter zu verdichten. Um den Anteil der Ladeluft die durch den Verdichter 72 weiter verdichtet werden soll, einzustellen, ist hinter dem Verdichter 72 ein Ventilelement 68 angeordnet, das mit dem Bypass 74 durch eine Leitung 70 verbunden ist, so dass die durchströmende Ladeluft zum Bypass 74 und in den Ladeluftkühler 34 geregelt und gesteuert sein kann.In operating modes in which the turbocharger 28 Support required, for example, to provide a high boost pressure quickly and without delay when accelerating, the compressor 72 be driven by the engine M and the charge air from the turbocharger 28 at least partially further. To the proportion of charge air through the compressor 72 is to be further compressed, is behind the compressor 72 a valve element 68 arranged with the bypass 74 through a pipe 70 is connected so that the passing charge air to the bypass 74 and in the intercooler 34 can be regulated and controlled.
Das Ventilelement 68 ist ein Drei-Wege-Ventil und verbindet den Verdichter 72, den Bypass 74 und den Luftspalt 16 des Krümmers 10 miteinander. Je nach Ventilstellung des Ventilelements 68 kann dabei verdichtete Luft vom Verdichter 72 direkt oder verdichtete Luft vom Abgasturbolader 28 über den Bypass kommend in den Luftspalt 16 des Krümmers 10 geleitet werden. Auch ist zumindest eine Ventilstellung des Ventilelements 68 gegeben, bei der ein einströmen von Luft in den Luftspalt 16 des Krümmers 10 verhindert ist und das Ventilelement 68 so bezüglich des Krümmers 10 in einer Schließstellung steht. Hierbei kann aber dennoch weiterhin Luft vom Verdichter 72 über das Ventilelement 68 in den Bypass 74 und weiter zum Ladeluftkühler 34 strömen. Alternativ kann auch in einer weiteren zweiten Schließstellung des Ventilelements 68 bezüglich des Krümmers 10 auch die Verbindung zum Bypass geschlossen sein, so dass keine Luft vom Verdichter 72 durch das Ventilelementströmen kann und der Verdichter abgeschaltet sein kann.The valve element 68 is a three-way valve and connects the compressor 72 , the bypass 74 and the air gap 16 of the elbow 10 together. Depending on the valve position of the valve element 68 can compressed air from the compressor 72 direct or compressed air from the turbocharger 28 coming over the bypass into the air gap 16 of the elbow 10 be directed. Also, at least one valve position of the valve element 68 given, in which an inflow of air into the air gap 16 of the elbow 10 is prevented and the valve element 68 so concerning the manifold 10 is in a closed position. This can still be air from the compressor 72 over the valve element 68 in the bypass 74 and on to the intercooler 34 stream. Alternatively, in another second closed position of the valve element 68 concerning the manifold 10 also be closed the connection to the bypass, so no air from the compressor 72 through the valve element can flow and the compressor can be switched off.
Mit einem zum Beispiel durch einen elektrischen Motor M angetriebenen Verdichter 72 sind verschiedene Betriebsmodi möglich, so dass zum einen der Verdichter 72 als e-Booster oder Zusatzverdichter die vom Abgasturbolader 28 vorverdichtete Ladeluft weiter verdichtet und so ein schnelles Ansprechverhalten beim Beschleunigen ermöglicht oder auch einfach zur Leistungssteigerung der Verbrennungskraftmaschine 18 an sich beiträgt. In anderen Betriebsmodi, bei denen der Verbrennungskraftmaschine 18 keine zusätzliche oder die vollständige Ladeluft benötigt, kann entweder über den Bypass 74 und das Ventilelement 68 Luft vom Abgasturbolader 28 in den Luftspalt 16 des Krümmer 10 geleitet werden, wie schon in 2 beschrieben oder auch über den Verdichter 72 dem Ventilelement 68 und dem Luftspalt 16 zugeführt werden.With a compressor driven by an electric motor M, for example 72 Different operating modes are possible, so that on the one hand the compressor 72 as an e-booster or additional compressor from the turbocharger 28 Pre-compressed charge air further compressed and thus allows a quick response during acceleration or simply to increase the performance of the internal combustion engine 18 contributes to itself. In other modes of operation, where the internal combustion engine 18 No extra or full charge air needed, either through the bypass 74 and the valve element 68 Air from the turbocharger 28 in the air gap 16 of the manifold 10 be directed, as in 2 described or over the compressor 72 the valve element 68 and the air gap 16 be supplied.
Somit ist die Zuführung von Ladeluft in den Luftspalt 16 des Krümmers 10 sowohl für Verbrennungskraftmaschinen 18 mit einem Aufladesystem aus einem einzelnen Abgasturbolader 28 über das Ventilelement 38 wie in 2 aufgezeigt möglich, als auch für Verbrennungskraftmaschinen 18 mit einem Aufladesystem aus einem Abgasturbolader 28 und einem zusätzlichen Verdichter 72 über das Ventilelement 68 wie in 3 aufgezeigt möglich.Thus, the supply of charge air into the air gap 16 of the elbow 10 both for internal combustion engines 18 with a supercharging system from a single exhaust gas turbocharger 28 over the valve element 38 as in 2 shown possible, as well as for internal combustion engines 18 with a supercharging system from an exhaust gas turbocharger 28 and an additional compressor 72 over the valve element 68 as in 3 shown possible.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
-
Krümmerelbow
-
1212
-
äußeres Krümmerelementouter manifold element
-
1414
-
inneres Krümmerelementinner manifold element
-
1616
-
Luftspaltair gap
-
1818
-
VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
-
2020
-
Zylindergehäusecylinder housing
-
2222
-
Zylindercylinder
-
2424
-
Abgastraktexhaust tract
-
2525
-
Abgasanlageexhaust system
-
2626
-
Ansaugtraktintake system
-
2828
-
Abgasturboladerturbocharger
-
3030
-
Turbineturbine
-
3232
-
Verdichtercompressor
-
3434
-
LadeluftkühlerIntercooler
-
3636
-
Katalysatorcatalyst
-
38, 38'38, 38 '
-
Ventilelementvalve element
-
4040
-
Leitungmanagement
-
4242
-
Verbindungsstellejunction
-
4444
-
Verbindungsstellejunction
-
4646
-
KurzschlussleitungShort-circuit line
-
4848
-
Einströmöffnunginflow
-
5050
-
Ausströmöffnungoutflow
-
5252
-
Leitungmanagement
-
5454
-
Verbindungsstellejunction
-
5656
-
Leitungmanagement
-
5858
-
Wärmetauscherheat exchangers
-
6060
-
Leitungmanagement
-
62 62
-
Verbindungsstellejunction
-
6464
-
Verbindungsstellejunction
-
6666
-
Ventilelementvalve element
-
6868
-
Ventilelementvalve element
-
7070
-
Leitungmanagement
-
7272
-
Verdichtercompressor
-
7474
-
Bypassbypass
-
MM
-
Motorengine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 10357125 A1 [0002] DE 10357125 A1 [0002]
