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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen ist beispielsweise bereits der
US 2013/0283781 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt auf, mittels welchem die den Ansaugtrakt durchströmende Luft der Verbrennungskraftmaschine zugeführt und insbesondere in wenigstens einen Brennraum insbesondere in Form eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine geführt wird.
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Dem Brennraum wird auch Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine zugeführt, sodass in dem Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine resultiert. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt sowie einen Abgasturbolader auf, welcher eine in dem Abgastrakt angeordnete erste Turbine umfasst. Die erste Turbine ist dabei von dem den Abgastrakt durchströmenden Abgas antreibbar. Der Abgasturbolader umfasst ferner einen in dem Ansaugtrakt angeordneten Verdichter, mittels welchem die den Ansaugtrakt durchströmende Luft zu verdichten ist. Der Verdichter ist dabei von der Turbine antreibbar, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann.
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Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner wenigstens eine in dem Ansaugtrakt stromab des Verdichters angeordnete zweite Turbine zum Entspannen der verdichteten Luft. Mit anderen Worten wird die Luft zunächst mittels des Verdichters verdichtet, woraufhin die verdichtete Luft mittels der zweiten Turbine entspannt und somit hinsichtlich ihres Drucks reduziert wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein verbesserter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein verbesserter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt, ist erfindungsgemäß eine von der ersten Turbine antreibbare elektrische Maschine vorgesehen, mittels welcher der Verdichter und die erste Turbine antreibbar sind. Mit anderen Worten ist die elektrische Maschine nicht nur von der ersten Turbine antreibbar, sondern der Verdichter und die erste Turbine sind von der elektrischen Maschine antreibbar. Somit ist die elektrische Maschine beispielsweise in einem Generatorbetrieb betreibbar, in welchem die elektrische Maschine von der ersten Turbine angetrieben wird. Die erste Turbine stellt beispielsweise, insbesondere über eine Welle, mechanische Energie bereit, mittels welcher die elektrische Maschine in ihrem Generatorbetrieb angetrieben wird. In dem Generatorbetrieb wird zumindest ein Teil der mechanischen Energie mittels der elektrischen Maschine in elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom umgewandelt, welche beziehungsweise welcher dann zur Nutzung zur Verfügung steht. Beispielsweise ist es möglich, wenigstens einen elektrischen Verbraucher mit der elektrischen Energie zu versorgen. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, die elektrische Energie in einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, zu speichern.
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Ferner ist die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. In dem Motorbetrieb wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie, welche beispielsweise in dem zuvor genannten Energiespeicher gespeichert ist, versorgt, sodass die elektrische Maschine mechanische Energie, beispielsweise über die zuvor genannte Welle, bereitstellt. Mittels dieser von der elektrischen Maschine im Motorbetrieb bereitgestellten mechanischen Energie können der Verdichter und die erste Turbine angetrieben werden. Hierdurch können der Verdichter und die erste Turbine auch dann besonders vorteilhaft betrieben beziehungsweise angetrieben werden, wenn ein nur geringer oder kein Massenstrom des Abgases zur Verfügung steht. Mit anderen Worten ist es möglich, die Luft mittels des Verdichters beispielsweise auch dann vorteilhaft zu verdichten, wenn eine nur geringe Abgasmenge den Abgastrakt durchströmt und somit zum Antreiben der ersten Turbine zur Verfügung steht.
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Ferner liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass bei konventionellen Ladeluftkühlsystemen die Temperatur der verdichteten Luft, welche auch als Ladeluft bezeichnet wird, nicht unter die Umgebungstemperatur abgesenkt werden kann, was insbesondere bei hohen Außentemperaturen für den Kraftstoffverbrauch und die Leistung der Verbrennungskraftmaschine negativ ist. Ein solches Ladeluftkühlsystem umfasst wenigstens eine in dem Ansaugtrakt stromab des Verdichters angeordnete Kühleinrichtung, welche auch als Ladeluftkühler bezeichnet wird. Mittels des Ladeluftkühlers wird die verdichtete Luft gekühlt. Als Kühlmedium zum Kühlen der Ladeluft über den Ladeluftkühler wird üblicherweise Luft, insbesondere Umgebungsluft, verwendet.
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Um nun eine besonders geringe Temperatur der verdichteten Luft zu realisieren und insbesondere die Temperatur der Ladeluft unter die Umgebungstemperatur abzusenken, kommt eine Kaltluftmaschine in Form des Verdichters zum Einsatz. Hierbei wird die Ladeluft mittels des Verdichters über ein zur Verbrennung in wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine erforderliches Maß überverdichtet, dann beispielsweise mittels eines stromab des Verdichters und stromauf der zweiten Turbine angeordneten Ladeluftkühlers, welcher beispielsweise als direkter oder indirekter Ladeluftkühler ausgebildet ist, gekühlt und dabei beispielsweise auf Umgebungstemperatur gekühlt und anschließend mittels der als Expander, insbesondere regelbarer Expander, ausgebildeten zweiten Turbine auf einen Ladedruck beziehungsweise Soll-Ladedruck entspannt, wobei diese Entspannung vorzugsweise zumindest im Wesentlichen polytrop erfolgt. Hierbei kühlt die Ladeluft, insbesondere je nach Regelung, weiter ab und kann insbesondere so stark abgekühlt werden, dass sie eine Temperatur aufweist, welche geringer als die Umgebungstemperatur ist. Die erforderliche Mehrleistung zur zuvor beschriebenen Überverdichtung kann durch Rückgewinnung von Entspannungsenergie durch die zweite Turbine zumindest zum Teil zurückgewonnen werden. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch in Summe gegenüber herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen ohne die zweite Turbine Kraftstoffverbrauchsvorteile erzielt werden können. In der Folge können auch die CO2-Emissionen besonders gering gehalten werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform für einen Kraftwagen, mit einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt, mit wenigstens einem Abgasturbolader, welcher eine in dem Abgastrakt angeordnete und von dem Abgas antreibbare erste Turbine und einen in dem Ansaugtrakt angeordneten und von der Turbine antreibbaren Verdichter zum Verdichten der Luft aufweist, mit wenigstens einer in dem Ansaugtrakt stromab des Verdichters angeordneten zweiten Turbine zum Entspannen der verdichteten Luft, und mit einer von der ersten Turbine antreibbaren elektrischen Maschine, mittels welcher der Verdichter und die erste Turbine antreibbar sind; und
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2 eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform für einen Kraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst einen Zylinderblock 12, welcher eine Mehrzahl und vorliegend vier Brennräume in Form von Zylindern 14 aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst einen Ansaugtrakt 16, welcher von Luft durchströmbar ist. Mittels des Ansaugtrakts 16 wird die den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeführt beziehungsweise zu den und insbesondere in die Zylinder 14 geführt. Den Zylindern 14 wird auch Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeführt, sodass im jeweiligen Zylinder 14 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird gezündet und dadurch verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 resultiert. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist dabei einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt 18 auf, mittels welchem das Abgas von den Zylindern 14 abgeführt wird. Die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt beispielsweise durch Fremdzündung, das heißt mittels wenigstens eines Zündelements insbesondere in Form einer Zündkerze.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst wenigstens einen Abgasturbolader 20, welcher eine in dem Abgastrakt 18 angeordnete und von dem Abgas antreibbare Turbine 22 aufweist. Die Turbine 22 umfasst beispielsweise ein in 1 nicht erkennbares Turbinengehäuse sowie ein in dem Turbinengehäuse angeordnetes Turbinenrad 24, welches um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar und von dem Abgas antreibbar ist.
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Ferner umfasst der Abgasturbolader 20 einen in dem Ansaugtrakt 16 angeordneten Verdichter 26 zum Verdichten der den Ansaugtrakt 16 durchströmenden Luft. Hierzu umfasst der Verdichter 26 ein in 1 nicht erkennbares Verdichtergehäuse sowie ein in dem Verdichtergehäuse aufgenommenes Verdichterrad 28, welches um die zuvor genannte Drehachse relativ zu dem Verdichtergehäuse drehbar ist. Das Turbinenrad 24 und das Verdichterrad 28 sind Bestandteile eines Rotors 30 des Abgasturboladers 20, wobei der Rotor 30 eine Welle 32 umfasst. Die Welle 32 ist um die Drehachse drehbar und drehfest mit dem Turbinenrad 24 und dem Verdichterrad 28 gekoppelt. Dadurch ist das Verdichterrad 28 über die Welle 32 von dem Turbinenrad 24 antreibbar, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt wird. Die Luft, welche mittels des Verdichterrads 28 verdichtet wird, wird auch als Ladeluft bezeichnet, sodass das Versorgen der Zylinder 14 mit verdichteter Luft auch als Aufladen oder Aufladung bezeichnet wird.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst beispielsweise wenigstens einen in 1 nicht erkennbaren und mit dem Zylinderblock 12 verbundenen Zylinderkopf, durch welchen jeweilige Einlasskanäle 34 gebildet sind. Über die Einlasskanäle 34 kann die Luft in die Zylinder 14 einströmen. Stromauf des Verdichters 26 weist die Luft einen ersten Druck P1 auf, welcher dem Umgebungsdruck entspricht. Ferner weist die Luft stromauf des Verdichters 26 eine erste Temperatur T1 auf, welche beispielsweise der Umgebungstemperatur entspricht und beispielsweise 30 Grad Celsius beträgt. Mittels des Verdichters 26 beziehungsweise des Verdichterrads 28 wird die Luft auf einen gegenüber dem ersten Druck P1 höheren Druck P2 verdichtet, wobei die Luft durch das Verdichten erwärmt wird. Somit weist die Luft stromab des Verdichterrads 28 beispielsweise eine Temperatur T2 auf, welche beispielsweise 200 Grad Celsius beträgt.
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Stromab des Verdichterrads 28 ist im Ansaugtrakt 16 eine Kühleinrichtung in Form eines Ladeluftkühlers 36 angeordnet, mittels welchem die mittels des Verdichterrads 28 verdichtete Luft, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen isobar, gekühlt wird. Somit weist die Luft stromab des Ladeluftkühlers 36 eine dritte Temperatur T3 auf, welche geringer als die zweite Temperatur T2 und beispielsweise höher als die erste Temperatur T1 ist und beispielsweise 50 Grad Celsius beträgt.
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Im Ansaugtrakt 16 ist stromab des Verdichters 26 beziehungsweise des Verdichterrads 28 und insbesondere stromab des Ladeluftkühlers 36 eine zweite Turbine 38 mit einem zweiten Turbinenrad 40 angeordnet, mittels welchem die verdichtete und gekühlte Luft stromab des Ladeluftkühlers 36 entspannt wird. Insgesamt ist aus 1 erkennbar, dass die Luft die zweite Temperatur T2 stromab des Verdichterrads 28 und stromauf des Ladeluftkühlers 36, die dritte Temperatur T3 stromab des Ladeluftkühlers 36 und stromauf des zweiten Turbinenrads 40 und eine vierte Temperatur T3' stromab des Turbinenrads 40 und stromauf der Zylinder 14 aufweist, wobei die vierte Temperatur T3' geringer als die dritte Temperatur T3 ist und beispielsweise 20 Grad Celsius beträgt. Ferner weist die Luft den zweiten Druck P2 stromab des Verdichterrads 28 und stromauf des Turbinenrads 40 auf, wobei die Luft mittels der Turbine 38 beziehungsweise des Turbinenrads 40 auf einen dritten Druck P2' entspannt wird. Der dritte Druck P2 ist beispielsweise geringer als der zweite Druck P2, jedoch höher als der erste Druck P1, sodass es sich bei dem dritten Druck P2' um einen Ladedruck handelt, mit dem die Luft in die Zylinder 14 einströmt.
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Mittels des Verdichters 26 wird die Luft somit zunächst über den zur Verbrennung in den Zylindern 14 erforderlichen Ladedruck überverdichtet, daraufhin mittels des Ladeluftkühlers 36 gekühlt und anschließend mittels des Turbinenrads 40 entspannt, wodurch eine Kaltluftmaschine gebildet ist, mittels welcher die verdichtete Luft auf die Temperatur T3' abgekühlt werden kann, welche geringer als die Umgebungstemperatur beziehungsweise die erste Temperatur T1 ist. Mit anderen Worten kann die Temperatur der verdichteten Luft, welche auch als Ladeluft bezeichnet wird, unter die Umgebungstemperatur gesenkt werden.
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Um thermische Schäden der Verbrennungskraftmaschine 10 zu vermeiden, erstreckt sich in dem Zylinderblock 12 ein Kühlmantel, welcher die jeweiligen Zylinder 14 jeweils zumindest teilweise umgibt und von einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmbar ist. Die Kühlflüssigkeit wird auch als Kühlwasser bezeichnet, sodass der Kühlmantel üblicherweise auch als Wassermantel bezeichnet wird. Der Wassermantel ist dabei in einem als Hochtemperatur-Kühlkreislauf ausgebildeten ersten Kühlkreislauf angeordnet, wobei ein von einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmbarer, zweiter Kühlkreislauf in Form eines Niedertemperatur-Kühlkreislaufs vorgesehen ist. Das Kühlmedium des Niedertemperatur-Kühlkreislaufs weist eine geringere Temperatur als das Kühlmedium des Hochtemperatur-Kühlkreislaufs auf, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Ladeluftkühler 36 als Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildet und in dem Niedertemperatur-Kühlkreislauf angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der Ladeluftkühler 36 von dem Kühlmedium des Niedertemperatur-Kühlkreislaufs durchströmbar ist, sodass ein Wärmeübergang von der verdichteten Luft über den Ladeluftkühler 36 an das Kühlmedium des Niedertemperatur-Kühlkreislaufs erfolgen kann. Hierdurch wird die Luft zwischen dem Verdichterrad 28 und dem Turbinenrad 40, das heißt stromab des Verdichterrads 28 und stromauf des Turbinenrads 40, gekühlt.
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In dem Abgastrakt 18 weist das Abgas stromab der Zylinder 14 und stromauf des Turbinenrads 24 einen vierten Druck P3 auf. Mittels des Turbinenrads 24 wird das Abgas entspannt, sodass das Abgas stromab des Turbinenrads 24 einen fünften Druck P4 aufweist. Der fünfte Druck P4 ist geringer als der dritte Druck P3, sodass ein Differenzdruck herrscht, durch welchen das Turbinenrad 24 angetrieben wird. Durch eine vorliegend durch die Welle 32 realisierte mechanische Verbindung zwischen dem Turbinenrad 24 und dem als Pumpenrad fungierenden Verdichterrad 28 wird das Verdichterrad 28 vom Turbinenrad 24 angetrieben.
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Aus 1 ist erkennbar, dass auch zwischen dem Rotor 30 und dem zweiten Turbinenrad 40 eine mechanische Verbindung besteht. Hierbei ist nämlich auch das zweite Turbinenrad 40 drehfest mit der Welle 32 verbunden, sodass die erste Turbine 22 beziehungsweise das Turbinenrad 24 und der Verdichter 26 beziehungsweise das Verdichterrad 28 mit der zweiten Turbine 38 beziehungsweise dem zweiten Turbinenrad 40 gekoppelt sind.
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Durch das Verdichterrad 28 (Pumpenrad) und das Turbinenrad 40 ist eine Kaltluftmaschine geschaffen, mittels welcher die Temperatur der Ladeluft unter die Umgebungstemperatur gesenkt werden kann. Durch die beschriebene mechanische Verbindung treibt das Turbinenrad 24 das Pumpenrad (Verdichterrad 28) und das Turbinenrad 40 der Kaltluftmaschine an.
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Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 zu realisieren, ist eine elektrische Maschine 42 vorgesehen, welche auf der Welle 32 angeordnet beziehungsweise mit der Welle 32 gekoppelt oder koppelbar ist. Somit ist die elektrische Maschine 42 über die Welle 32 vom Turbinenrad 24 sowie gegebenenfalls vom Turbinenrad 40 antreibbar. Ferner sind das Turbinenrad 24, das Verdichterrad 28 und das Turbinenrad 40 über die Welle 32 von der elektrischen Maschine 42 antreibbar.
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Die elektrische Maschine 42 ist beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. Im Motorbetrieb wird der elektrischen Maschine 42 elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom, welche beziehungsweise welcher beispielsweise in einer Speichereinrichtung, insbesondere einer Batterie, gespeichert ist, zugeführt, sodass die Kaltluftmaschine (Verdichterrad 28 und Turbinenrad 40) sowie das Turbinenrad 24 mittels der elektrischen Maschine 42 im Motorbetrieb angetrieben werden. Wird die Kaltluftmaschine mittels der elektrischen Maschine 42 angetrieben und der Druck P2' ist gegenüber dem Druck P1 erhöht, so arbeitet die Kaltluftmaschine wie ein elektrischer Zusatzverdichter.
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Ferner ist es möglich, die elektrische Maschine 42 in einem Generatorbetrieb zu betreiben, in welchem mechanische Energie mittels der elektrischen Maschine 42 in elektrische Energie umgewandelt wird. Mittels dieser elektrischen Energie kann wenigstens ein elektrischer Verbraucher betrieben werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, zumindest ein Teil der elektrischen Energie in der zuvor genannten Speichereinrichtung zu speichern. Vorzugsweise weist die Turbine 38 eine variable Turbinengeometrie auf, welche bedarfsgerecht an unterschiedliche Betriebspunkte und somit insbesondere an unterschiedliche Massenströme der Luft angepasst werden kann.
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Die Luft wird mittels des Pumpenrads beispielsweise isentrop auf ein gegenüber dem ersten Druck P1 und der ersten Temperatur T1 höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht. Anschließend wird die verdichtete Luft mittels des Ladeluftkühlers 36 gekühlt.
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Der Ladeluftkühler 36 kann alternativ als Luft-Luft-Wärmetauscher ausgebildet sein, sodass beispielsweise zum Kühlen der verdichteten Luft Luft, insbesondere Umgebungsluft, genutzt wird. Hierbei erfolgt eine Wärmeübertragung von der verdichteten Luft über den Ladeluftkühler 36 an die Umgebungsluft. Dadurch wird ein niedrigeres Temperaturniveau bei zumindest nahezu demselben Druck erreicht. Im Folgenden wird die gekühlte Luft in dem Turbinenrad 40 möglichst isentrop entspannt. Damit ist eine Temperatur- und Drucksenkung möglich. Um den gewünschten Ladedruck zu erreichen, weist die Turbine 38 die variable Turbinengeometrie auf. Die gekühlte und entspannte Luft wird dann den Zylindern 14 für den jeweiligen Verbrennungsvorgang zugeführt.
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2 zeigt die Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist das Turbinenrad 40 nicht mit der Welle 32 gekoppelt. Bei der zweiten Ausführungsform ist eine zusätzlich zur elektrischen Maschine 42 vorgesehene, zweite elektrische Maschine 44 vorgesehen, welche mit der zweiten Turbine 38 beziehungsweise dem zweiten Turbinenrad 40 gekoppelt oder koppelbar ist. Insbesondere ist die zweite elektrische Maschine 44 mittels des zweiten Turbinenrads 40 antreibbar und dabei beispielsweise in einem Generatorbetrieb betreibbar oder als Generator nutzbar. Das Turbinenrad 40 ist beispielsweise mit einer weiteren Welle 46 drehfest verbunden, sodass die Welle 46 vom Turbinenrad 40 antreibbar ist. Dadurch kann die Turbine 38 über die Welle 46 mechanische Energie bereitstellen, mittels welcher die elektrische Maschine 44 angetrieben werden kann. Mittels der elektrischen Maschine 44 kann dann zumindest ein Teil der über die Welle 46 bereitgestellten mechanischen Energie in elektrische Energie umgewandelt werden.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist die Turbine 38 bei der zweiten Ausführungsform als singulärer Expander ausgebildet, mittels welchem die verdichtete und zwischengekühlte Luft entspannt wird. Da bei der zweiten Ausführungsform die Turbine 38 von dem Rotor 30 entkoppelt und mit der elektrischen Maschine 44 gekoppelt ist, kann mittels der zweiten elektrischen Maschine 44 eine Drehzahlregelung der Turbine 38 beziehungsweise des Turbinenrads 40 und der Welle 46 realisiert werden. Somit kann auf eine variable Turbinengeometrie der Turbine 38 verzichtet werden bei gleichzeitiger Realisierung eines besonders vorteilhaften Betriebs der Turbine 38 und der Verbrennungskraftmaschine 10 insgesamt.
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Die mittels der elektrischen Maschine 44 gewonnene elektrische Energie kann beispielsweise der elektrischen Maschine 42, insbesondere in deren Motorbetrieb, zugeführt werden, um dadurch den Rotor 30 im Motorbetrieb der elektrischen Maschine 42 anzutreiben. Hierdurch ist es möglich, einen zusätzlichen Abgasgegendruck aufgrund der beschriebenen Überverdichtung gering zu halten beziehungsweise zu kompensieren.
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Bei beiden Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 42 als sogenannter Booster oder E-Booster verwendet werden, da der Rotor 30 mittels der elektrischen Maschine 42 angetrieben werden kann. Insbesondere kann der Rotor 30 auch dann angetrieben werden, wenn kein oder nur ein geringer Abgasmassenstrom durch den Abgastrakt 18 vorliegt. Ferner ist es beispielsweise möglich, bei Teillast über eine thermische Abgasrekuperation die elektrische Maschine 42 in ihrem Motorbetrieb zu betreiben und dadurch den Abgasgegendruck zu kompensieren beziehungsweise gering zu halten.
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Durch die Integration einer variablen Turbinengeometrie beziehungsweise von variablen Schaufeln stromab des Verdichters 26 und somit insbesondere in die Turbine 38 lässt sich eine vom Massenstrom unabhängige Einstellung beziehungsweise Regelung des zweiten Drucks P2, welcher auch als Hochdruck bezeichnet wird, realisieren. Dies bedeutet, dass der zweite Druck P2 im Ladeluftkühler 36 hinsichtlich seiner Höhe beziehungsweise seines Werts unabhängig von dem Ladedruck, das heißt von dem dritten Druck P2', eingestellt, insbesondere geregelt, werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Zylinderblock
- 14
- Zylinder
- 16
- Ansaugtrakt
- 18
- Abgastrakt
- 20
- Abgasturbolader
- 22
- erste Turbine
- 24
- erstes Turbinenrad
- 26
- Verdichter
- 28
- Verdichterrad
- 30
- Rotor
- 32
- Welle
- 34
- Einlasskanäle
- 36
- Ladeluftkühler
- 38
- zweite Turbine
- 40
- zweites Turbinenrad
- 42
- elektrische Maschine
- 44
- zweite elektrische Maschine
- 46
- Welle
- P1
- erster Druck
- P2
- zweite Druck
- P2'
- dritter Druck
- P3
- vierter Druck
- P4
- fünfter Druck
- T1
- erste Temperatur
- T2
- zweite Temperatur
- T3
- dritte Temperatur
- T3'
- vierte Temperatur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0283781 A1 [0002]
