Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
Eine solche Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist beispielsweise aus der WO 2011/015336 A1 bekannt. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Brennraum, insbesondere in Form eines Zylinders, sowie einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt auf, mittels welchem die den Ansaugtrakt durchströmende Luft zu dem beziehungsweise in den Brennraum geführt wird. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner wenigstens einen in dem Ansaugtrakt angeordneten Verdichter, mittels welchem die den Ansaugtrakt durchströmende Luft verdichtet werden kann. Darüber hinaus umfasst die Verbrennungskraftmaschine einen zusätzlich zu dem Ansaugtrakt vorgesehenen, das heißt vom Ansaugtrakt unterschiedlichen und von Luft durchströmbaren Luftpfad, in welchem ein vom Verdichter unterschiedlicher und zusätzlich zum Verdichter vorgesehener, mechanisch antreibbarer Kompressor angeordnet ist. Mittels des Kompressors ist die den Luftpfad durchströmende Luft zu verdichten.Such an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, is for example from the WO 2011/015336 A1 known. The internal combustion engine has at least one combustion chamber, in particular in the form of a cylinder, as well as an intake tract through which air can flow, by means of which the air flowing through the intake tract is guided to or into the combustion chamber. The internal combustion engine further comprises at least one compressor arranged in the intake tract, by means of which the air flowing through the intake tract can be compressed. In addition, the internal combustion engine comprises an addition to the intake tract provided, that is different from the intake manifold and air permeable air path, in which a different from the compressor and in addition to the compressor provided, mechanically driven compressor is arranged. By means of the compressor, the air flowing through the air path is to be compressed.
Darüber hinaus ist in dem zusätzlich zu dem Ansaugtrakt vorgesehenen Luftpfad wenigstens ein vom Brennraum unterschiedlicher Drucklufttank angeordnet, in welchem die mittels des Kompressors verdichtete Luft gespeichert wird. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner wenigstens ein Ventilelement, über welches die im Drucklufttank gespeicherte Luft direkt in den Brennraum einbringbar ist. Mit anderen Worten ist es möglich, die im Drucklufttank gespeicherte Luft dem Brennraum direkt zuzuführen beziehungsweise direkt in den Brennraum einzuführen. Dabei dient das Ventilelement dem Steuern des Einbringens der im Drucklufttank gespeicherten Luft in den Brennraum. Da die den Luftpfad durchströmende Luft mittels des Kompressors verdichtet und in dem Drucklufttank unter hohem Druck gespeichert wird, ist die im Drucklufttank gespeicherte Luft Druckluft, welche über das Ventilelement dem Brennraum bedarfsgerecht direkt zugeführt werden kann.In addition, in the air path provided in addition to the intake tract, at least one compressed air tank different from the combustion chamber is arranged, in which the air compressed by means of the compressor is stored. The internal combustion engine further comprises at least one valve element, via which the air stored in the compressed air tank can be introduced directly into the combustion chamber. In other words, it is possible to supply the air stored in the compressed air tank directly to the combustion chamber or to introduce it directly into the combustion chamber. The valve element serves to control the introduction of the air stored in the compressed air tank into the combustion chamber. Since the air flowing through the air path is compressed by means of the compressor and stored in the compressed air tank under high pressure, the air stored in the compressed air tank is compressed air, which can be fed directly to the combustion chamber via the valve element as needed.
Darüber hinaus offenbart die GB 2 456 842 A eine Verbrennungskraftmaschine mit einem von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt, mit einem Abgastrakt und mit einem zusätzlich zum Ansaugtrakt vorgesehenen Luftpfad, mittels welchem den Abgastrakt durchströmendes Abgas abzweigbar und in den Ansaugtrakt führbar ist.In addition, the reveals GB 2 456 842 A an internal combustion engine with an air-flow through the intake tract, with an exhaust tract and with an addition to the intake air path provided, by means of which the exhaust gas flowing through the exhaust branchable and can be guided in the intake.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist.Object of the present invention is to further develop an internal combustion engine of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous operation of the internal combustion engine can be realized.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by an internal combustion engine with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Luftpfad mit dem Ansaugtrakt an wenigstens einer Abzweigstelle fluidisch verbunden ist, an welcher zumindest ein Teil der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft aus dem Ansaugtrakt abzweigbar und dem Luftpfad zuführbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine können besonders hohe Drehmomente und Leistungen realisiert werden, speziell bei hohen Verdichtungsverhältnissen. Darüber hinaus kann der Kraftstoffverbrauch der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine durch die hohe Verdichtung besonders gering gehalten werden.In order to develop an internal combustion engine specified in the preamble of claim 1 species such that a particularly advantageous operation of the internal combustion engine can be realized, it is inventively provided that the air path is fluidly connected to the intake at least one branch point, at which at least a portion of the Intake tract flowing air from the intake manifold can be branched off and the air path can be fed. In the internal combustion engine according to the invention, particularly high torques and power can be realized, especially at high compression ratios. In addition, the fuel consumption of the internal combustion engine according to the invention can be kept particularly low due to the high compression.
Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise als Dieselmotor oder aber als Ottomotor ausgebildet sein. Insbesondere bei der Ausgestaltung als Ottomotor ist es möglich, das Klopfverhalten des Ottomotors positiv zu beeinflussen. Bei der Ausgestaltung als Dieselmotor lassen sich die Gemischbildung, die Verbrennung und die Emissionen verbessern. Eine spezielle Ausführungsform des Ventilelements ermöglicht im Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine die direkte Rekuperation von Druckluft der Verbrennungskraftmaschine in den Drucklufttank.The internal combustion engine according to the invention can be designed for example as a diesel engine or as a gasoline engine. In particular, in the configuration as a gasoline engine, it is possible to positively influence the knocking behavior of the gasoline engine. In the design as a diesel engine, mixture formation, combustion and emissions can be improved. A special embodiment of the valve element allows in overrun operation of the internal combustion engine, the direct recuperation of compressed air of the internal combustion engine in the compressed air tank.
Zur Realisierung eines besonders vorteilhaften Betriebs der Verbrennungskraftmaschine ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Abzweigstelle in Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt stromab des Verdichters angeordnet ist. Somit ist es möglich, mittels des im Ansaugtrakt angeordneten Verdichters verdichtete Luft mittels des Kompressors erneut beziehungsweise auf einer zweiten Stufe zu verdichten und im Drucklufttank zu speichern, insbesondere zwischenzuspeichern beziehungsweise zu Puffern. Dadurch sind besonders hohe Drehmomente und Leistungen der Verbrennungskraftmaschine darstellbar. Mittels des Kompressors ist eine bezogen auf den Ansaugtrakt und den Brennraum externe Verdichtung der Luft realisierbar, sodass sich insbesondere durch die hohe Turbulenz nach der Einblasung in den Brennraum die Klopfgrenze eines Ottomotors positiv beeinflussen lässt.To realize a particularly advantageous operation of the internal combustion engine, it is provided in one embodiment of the invention that the branch point is arranged in the flow direction of the air through the intake tract downstream of the compressor. Thus, it is possible by means of the compressor arranged in the compressor compressed air by means of the compressor again or to compress a second stage and store in the compressed air tank, in particular buffer or buffers. As a result, particularly high torques and power of the internal combustion engine can be displayed. By means of the compressor, an external compression of the air relative to the intake tract and the combustion chamber can be realized, so that the knocking limit of a gasoline engine can be positively influenced in particular by the high turbulence after the injection into the combustion chamber.
Zur Realisierung besonders hoher Aufladegrade ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass in dem Ansaugtrakt ein Ladeluftkühler zum Kühlen der mittels des Verdichters verdichteten Luft angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Ladekühler bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt stromab des Verdichters angeordnet. In order to realize particularly high charging levels, it is provided in a further embodiment of the invention that a charge air cooler for cooling the compressed air by means of the compressor is arranged in the intake tract. In other words, the charging radiator is arranged downstream of the compressor in relation to the direction of flow of the air through the intake tract.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Abzweigstelle in Strömungsrichtung der durch den Ansaugtrakt strömenden Luft stromab des Ladeluftkühlers angeordnet ist. Dadurch ist die mittels des Verdichters verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt, wenn sie in den Luftpfad einströmt. Mit anderen Worten weist die in den Luftpfad einströmende Luft eine vorteilhafte, geringe Temperatur auf.It has been found to be particularly advantageous if the branch point is arranged in the flow direction of the air flowing through the intake air downstream of the charge air cooler. As a result, the compressed by the compressor and thus heated air is cooled when it flows into the air path. In other words, the air flowing into the air path has an advantageous, low temperature.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Luftpfad eine Kühleinrichtung zum Kühlen der mittels des Kompressors verdichteten Luft angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Kühleinrichtung in Strömungsrichtung der Luft durch den Luftpfad stromab des Kompressors angeordnet. Dadurch kann ein besonders hoher Druck der in dem Drucklufttank zu speichernden Luft realisiert und die Klopfneigung positiv beeinflusst werden.A further embodiment is characterized in that a cooling device for cooling the compressed air by means of the compressor is arranged in the air path. In other words, the cooling device is arranged in the flow direction of the air through the air path downstream of the compressor. As a result, a particularly high pressure of the air to be stored in the compressed air tank can be realized and the tendency to knock can be positively influenced.
Besonders hohe Aufladegrade und somit ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine sind realisierbar, wenn die in dem Luftpfad angeordnete Kühleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Luft möglichst nahe an die Umgebungstemperatur zu kühlen. Vorzugsweise ist die Kühleinrichtung dazu ausgebildet, die Luft zumindest im Wesentlichen auf Umgebungstemperatur zu kühlen.Particularly high charging levels and thus a particularly advantageous operation of the internal combustion engine can be realized if the cooling device arranged in the air path is designed to cool the air as close as possible to the ambient temperature. Preferably, the cooling device is designed to cool the air at least substantially to ambient temperature.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn eine Stelleinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher ein Hub und/oder Öffnungs- und Schließzeiten des Ventilelements variabel einstellbar sind. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte rekuperative Drucklufterzeugung realisiert werden, wodurch der Energieaufwand für den mechanisch antreibbare Kompressor reduziert und damit eine Kraftstoffverbrauchseinsparung erreicht wird. Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen.Finally, it has proved to be particularly advantageous if an adjusting device is provided by means of which a stroke and / or opening and closing times of the valve element are variably adjustable. In this way, a particularly advantageous recuperative compressed air generation can be realized, whereby the energy consumption for the mechanically driven compressor is reduced and thus a fuel economy saving is achieved. The invention also includes a motor vehicle with an internal combustion engine according to the invention. Advantages and advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the motor vehicle according to the invention and vice versa. Further details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with the accompanying drawings.
Dabei zeigen:Showing:
1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ansaugtrakt und mit einem zusätzlich dazu vorgesehenen Luftpfad, über welche jeweils verdichtete Luft wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuführbar ist, wobei der Luftpfad mit dem Ansaugtrakt an wenigstens einer Abzweigstelle fluidisch verbunden ist, an welcher zumindest ein Teil der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft aus dem Ansaugtrakt abzweigbar und dem Luftpfad zuführbar ist; 1 a schematic representation of an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, with an intake tract and with an additionally provided air path through which compressed air at least a combustion chamber of the internal combustion engine can be supplied, wherein the air path is fluidly connected to the intake at at least one branch point, at which at least part of the air flowing through the intake tract can be branched off from the intake tract and fed to the air path;
2 ein T-V-Diagramm zur Veranschaulichung des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine; und 2 a TV diagram illustrating the operation of the internal combustion engine; and
3 ein p-V-Diagramm zur Veranschaulichung des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine. 3 a pV diagram illustrating the operation of the internal combustion engine.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei die Verbrennungskraftmaschine 1 vorliegend als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst ein Zylindergehäuse 2, welches als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet sein kann. Durch das Zylindergehäuse 2 sind vorliegend drei Brennräume in Form von Zylindern 3 gebildet. Aus 1 ist erkennbar, dass die Zylinder 3 in Reihe hintereinander angeordnet sind, sodass die Verbrennungskraftmaschine 1 vorliegend als Drei-Zylinder-Reihenmotor ausgebildet ist. Ferner ist die Verbrennungskraftmaschine 1 als Ottomotor ausgebildet. Die vorigen und folgenden Ausführungen können jedoch auf andere Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, übertragen werden. 1 shows in a schematic representation of a whole 1 designated internal combustion engine for a motor vehicle, wherein the internal combustion engine 1 in the present case is designed as a reciprocating internal combustion engine. The internal combustion engine 1 includes a cylinder housing 2 which may be formed as a cylinder crankcase. Through the cylinder housing 2 are present three combustion chambers in the form of cylinders 3 educated. Out 1 it can be seen that the cylinders 3 are arranged in series one behind the other, so that the internal combustion engine 1 in the present case is designed as a three-cylinder in-line engine. Further, the internal combustion engine 1 designed as a gasoline engine. The foregoing and following embodiments, however, can be applied to other internal combustion engines, especially diesel engines.
In dem jeweiligen Zylinder 3 ist ein in 1 nicht erkennbarer Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle, welche an einem in 1 nicht erkennbaren Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine 1 um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Das Kurbelgehäuse kann dabei einstückig mit dem Zylindergehäuse 2 ausgebildet sein. Alternativ ist denkbar, dass das Kurbelgehäuse und das Zylindergehäuse 2 als separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Bauteile ausgebildet sind. Die jeweiligen Kolben sind über jeweilige Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden, sodass die jeweiligen translatorischen Bewegungen der Kolben in den Zylindern 3 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt werden.In the respective cylinder 3 is an in 1 unrecognizable piston recorded translationally movable. Furthermore, the internal combustion engine comprises 1 an output shaft in the form of a crankshaft, which at an in 1 unrecognizable crankcase of the internal combustion engine 1 is rotatably mounted about an axis of rotation relative to the crankcase. The crankcase can be integral with the cylinder housing 2 be educated. Alternatively, it is conceivable that the crankcase and the cylinder housing 2 are formed as separately formed and interconnected components. The respective pistons are pivotally connected via respective connecting rods with the crankshaft, so that the respective translational movements of the pistons in the cylinders 3 be converted into a rotational movement of the crankshaft about its axis of rotation.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt 4, mittels welchem die den Ansaugtrakt 4 durchströmende Luft zu den und insbesondere in die Zylinder 3 geführt wird. In dem Ansaugtrakt 4 ist ein Verdichter 5 angeordnet, mittels welchem die den Ansaugtrakt 4 durchströmende und den Zylindern 3 zuzuführende Luft verdichtet wird. Der Verdichter 5 ist vorliegend ein Verdichter eines Abgasturboladers 6 der Verbrennungskraftmaschine 1. Der Abgasturbolader 6 umfasst dabei eine Turbine 7, welche in einem Abgastrakt 8 der Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet ist. Den Zylindern 3 werden die Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zugeführt, sodass in dem jeweiligen Zylinder 3 je Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine 1 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 resultiert. Mittels des Abgastrakts 8 wird das jeweilige Abgas aus dem jeweiligen Zylinder 3 abgeführt, sodass der Abgastrakt 8 von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 durchströmbar ist. Da die Turbine 7 in dem von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt 8 angeordnet ist, ist die Turbine 7 von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 antreibbar.The internal combustion engine 1 includes an air-flowable intake tract 4 , by means of which the intake tract 4 flowing air to the and in particular into the cylinder 3 to be led. In the intake tract 4 is a compressor 5 arranged, by means of which the intake tract 4 flowing through and the cylinders 3 compressed air is compressed. The compressor 5 is in this case a compressor of an exhaust gas turbocharger 6 the internal combustion engine 1 , The turbocharger 6 includes a turbine 7 , which in an exhaust tract 8th the internal combustion engine 1 is arranged. The cylinders 3 the air and fuel, in particular liquid fuel, are supplied, so that in the respective cylinder 3 per working cycle of the internal combustion engine 1 a fuel-air mixture is created. This fuel-air mixture is burned, resulting in exhaust gas of the internal combustion engine 1 results. By means of the exhaust tract 8th is the respective exhaust gas from the respective cylinder 3 dissipated, so that the exhaust tract 8th from the exhaust gas of the internal combustion engine 1 can be flowed through. Because the turbine 7 in the exhaust tract through which the exhaust gas can flow 8th is arranged, is the turbine 7 from the exhaust gas of the internal combustion engine 1 drivable.
Aus 1 ist erkennbar, dass der Verdichter 5 ein Verdichterrad 9 zum Verdichten der den Ansaugtrakt 4 durchströmenden Luft aufweist. Ferner umfasst die Turbine 7 ein Turbinenrad 10, welches von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 antreibbar ist. Das Verdichterrad 9 und das Turbinenrad 10 sind Bestandteile eines Rotors des Abgasturboladers 6, wobei der Rotor auch eine Welle 11 umfasst. Das Verdichterrad 9 und das Turbinenrad 10 sind drehfest mit der Welle 11 verbunden, sodass das Verdichterrad 9 über die Welle 11 und das Turbinenrad 10 antreibbar ist. Durch dieses Antreiben wird mittels des Verdichterrads 9 die den Ansaugtrakt 4 durchströmende Luft verdichtet, sodass – da das Turbinenrad 10 von dem Abgas angetrieben wird – im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann. Im Ansaugtrakt 4 ist darüber hinaus ein Luftfilter 12 angeordnet, mittels welchem die den Ansaugtrakt 4 durchströmende Luft gefiltert wird. Bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt 4 ist der Luftfilter 12 stromauf des Verdichters 6 angeordnet.Out 1 it can be seen that the compressor 5 a compressor wheel 9 for compacting the intake tract 4 having flowing air. Furthermore, the turbine includes 7 a turbine wheel 10 , which of the exhaust gas of the internal combustion engine 1 is drivable. The compressor wheel 9 and the turbine wheel 10 are components of a rotor of the exhaust gas turbocharger 6 , where the rotor is also a shaft 11 includes. The compressor wheel 9 and the turbine wheel 10 are rotatable with the shaft 11 connected so that the compressor wheel 9 over the wave 11 and the turbine wheel 10 is drivable. By this driving is by means of the compressor wheel 9 the intake tract 4 compressed air, so that - because the turbine wheel 10 driven by the exhaust gas - energy contained in the exhaust gas can be used to compress the air. In the intake tract 4 is also an air filter 12 arranged, by means of which the intake tract 4 air flowing through is filtered. Based on the flow direction of the air through the intake tract 4 is the air filter 12 upstream of the compressor 6 arranged.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist vorliegend eine Kraftstoffdirekteinspritzung auf. Im Rahmen der Kraftstoffdirekteinspritzung wird der Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, direkt in die Zylinder 3 eingespritzt. Hierzu umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 eine Einspritzanlage 13, wobei dem jeweiligen Zylinder 3 ein Injektor 14 der Einspritzanlage 13 zugeordnet ist. Die Injektoren 14 sind mit einer Kraftstoffleitung 15 fluidisch gekoppelt, sodass den Injektoren 14 der Kraftstoff über die Kraftstoffleitung 15 zugeführt werden kann. Mittels des jeweiligen Injektors 14 wird dann der Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder 3 direkt eingespritzt. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist somit eine innere Gemischbildung auf.The internal combustion engine 1 has in this case a direct fuel injection. In the context of direct fuel injection, the fuel, in particular liquid fuel, directly into the cylinder 3 injected. This includes the internal combustion engine 1 an injection system 13 , wherein the respective cylinder 3 an injector 14 the injection system 13 assigned. The injectors 14 are with a fuel line 15 fluidly coupled to the injectors 14 the fuel over the fuel line 15 can be supplied. By means of the respective injector 14 then the fuel is in the respective cylinder 3 directly injected. The internal combustion engine 1 thus has an internal mixture formation.
Das jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemisch wird vorliegend mittels einer Zündeinrichtung in Form einer Zündkerze 16 gezündet. Mit anderen Worten wird das jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemisch durch Fremdzündung gezündet. Hierzu ist jedem Zylinder 3 eine Zündkerze 16 zugeordnet. Infolge der Zündung des jeweiligen Kraftstoff-Luft-Gemisches wird dessen Verbrennung bewirkt.The respective fuel-air mixture is present by means of an ignition device in the form of a spark plug 16 ignited. In other words, the respective fuel-air mixture is ignited by spark ignition. This is every cylinder 3 a spark plug 16 assigned. As a result of the ignition of the respective fuel-air mixture whose combustion is effected.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist darüber hinaus einen vom Ansaugtrakt 4 unterschiedlichen und zusätzlich dazu vorgesehenen sowie von Luft durchströmbaren Luftpfad 17 auf. In dem Luftpfad 17 ist ein mechanisch antreibbarer Kompressor 18 zum Verdichten der den Luftpfad 17 durchströmenden Luft angeordnet. Unter der mechanischen Antreibbarkeit des Kompressors 18 ist zu verstehen, dass der Kompressor 18 von einer um eine Drehachse drehbare Welle antreibbar ist. Bei dieser Welle handelt es sich beispielsweise um die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1. Alternativ dazu ist es denkbar, dass es sich bei der Welle um eine Welle eines in 1 nicht erkennbaren Getriebes des Kraftfahrzeugs handelt. Dabei ist beispielsweise eine Kupplung vorgesehen, über welche der Kompressor 18 von der genannten Welle antreibbar ist. Die Kupplung ist beispielsweise zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand verstellbar. In dem geschlossenen Zustand der Kupplung ist der Kompressor 18 über die Kupplung mit der Welle gekoppelt, sodass der Kompressor 18 über die geschlossene Kupplung von der Welle antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird. Durch dieses Antreiben wird mittels des Kompressors 18 die den Luftpfad 17 durchströmende Luft verdichtet. Im geöffneten Zustand der Kupplung ist der Kompressor 18 von der Welle entkoppelt, sodass der Kompressor 18 nicht von der Welle antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird, auch dann nicht, wenn sich die Welle dreht.The internal combustion engine 1 also has one from the intake system 4 different and additionally provided and permeable by air air path 17 on. In the air path 17 is a mechanically drivable compressor 18 for compacting the air path 17 arranged through flowing air. Under the mechanical driveability of the compressor 18 is to understand that the compressor 18 is driven by a shaft rotatable about a rotation axis. This shaft is, for example, the crankshaft of the internal combustion engine 1 , Alternatively, it is conceivable that the shaft is a shaft of an in 1 unrecognizable transmission of the motor vehicle is. In this case, for example, a clutch is provided, via which the compressor 18 can be driven by said shaft. The clutch is adjustable, for example between an open and a closed state. In the closed state of the clutch is the compressor 18 Coupled with the shaft via the clutch, allowing the compressor 18 is driven or driven by the shaft via the closed clutch. By this driving is by means of the compressor 18 the the air path 17 compressed air flowing through. In the opened state of the clutch is the compressor 18 decoupled from the shaft, so the compressor 18 is not driven by the shaft or is driven, not even when the shaft rotates.
In dem zusätzlich im Ansaugtrakt 4 vorgesehenen Luftpfad 17 ist darüber hinaus ein Drucklufttank 19 angeordnet, mittels welchem die mittels des Kompressors 18 verdichtete Luft gespeichert wird. Hierzu ist der Drucklufttank 19 in Strömungsrichtung der Luft durch den Luftpfad 17 stromab des Kompressors 18 angeordnet, sodass die den Ansaugtrakt 4 durchströmende Luft mittels des Kompressors 18 in den Drucklufttank 19 gefördert und im Drucklufttank 19 unter Druck gespeichert wird. Daher wird die im Drucklufttank 19 gespeicherte Luft auch als Druckluft bezeichnet.In addition in the intake tract 4 provided air path 17 is also a compressed air tank 19 arranged, by means of which the means of the compressor 18 compressed air is stored. For this purpose, the compressed air tank 19 in the flow direction of the air through the air path 17 downstream of the compressor 18 arranged so that the the intake tract 4 air flowing through the compressor 18 in the compressed air tank 19 promoted and in the compressed air tank 19 is stored under pressure. Therefore, in the compressed air tank 19 stored air also referred to as compressed air.
Der Luftpfad 17 umfasst je Zylinder 3 eine Leitung 20, welche auch als Druckluftleitung bezeichnet wird. Die jeweilige Leitung 20 ist einerseits fluidisch mit dem Drucklufttank 19 verbunden und mündet andererseits in jeweils einen der Zylinder 3. In der jeweiligen Leitung 20 ist ein Ventilelement 21 angeordnet, über welches die im Drucklufttank 19 gespeicherte Luft direkt in den jeweiligen Zylinder 3 einbringbar ist. Durch die fluidische Verbindung der Leitung 20 mit dem Drucklufttank 19 kann die im Drucklufttank 19 gespeicherte Luft aus dem Drucklufttank 19 aus- und in die jeweilige Leitung 20 einströmen. Die in die jeweilige Leitung 20 eingeströmte Luft kann die jeweilige Leitung 20 durchströmen und aus der jeweiligen Leitung 20 aus- und in den jeweiligen Zylinder 3 einströmen. Mittels des jeweiligen Ventilelements 21 ist die jeweilige Leitung 20 fluidisch versperrbar und freigebbar. Wird die Leitung 20 mittels des zugehörigen Ventilelements 21 fluidisch versperrt, so kann keine Luft aus dem Drucklufttank 19 durch die jeweilige Leitung 20 strömen. Gibt das Ventilelement 21 die jeweils zugehörige Leitung 20 frei, so kann Luft aus dem Drucklufttank 19 die jeweilige Leitung 20 durchströmen und in den jeweiligen Zylinder 3 einströmen. Dadurch kann das Einbringen der Luft aus dem Drucklufttank 19 in den jeweiligen Zylinder 3 mittels des jeweiligen Ventilelements 21 eingestellt, das heißt geregelt oder gesteuert werden. Mit anderen Worten ist es möglich, mittels des jeweiligen Ventilelements 21 eine die jeweils zugehörige Leitung 20 durchströmende und in den Brennraum 3 einströmende Menge der Luft aus dem Drucklufttank 19 einzustellen.The air path 17 includes per cylinder 3 a line 20 , which is also referred to as a compressed air line. The respective line 20 on the one hand is fluidic with the compressed air tank 19 connected on the other hand, in each case one of the cylinder 3 , In the respective line 20 is a valve element 21 arranged over which the in the compressed air tank 19 stored air directly into the respective cylinder 3 can be introduced. Through the fluidic connection of the line 20 with the compressed air tank 19 can be in the compressed air tank 19 stored air from the compressed air tank 19 out and into the respective line 20 flow. The in the respective line 20 inflowing air can the respective line 20 flow through and out of the respective line 20 out and into the respective cylinder 3 flow. By means of the respective valve element 21 is the respective line 20 fluidic lockable and releasable. Will the line 20 by means of the associated valve element 21 fluidly obstructed, so no air from the compressed air tank 19 through the respective line 20 stream. Gives the valve element 21 the respective associated line 20 free, so can air from the compressed air tank 19 the respective line 20 flow through and into the respective cylinder 3 flow. This allows the introduction of air from the compressed air tank 19 in the respective cylinder 3 by means of the respective valve element 21 set, that is regulated or controlled. In other words, it is possible by means of the respective valve element 21 one the respective associated line 20 flowing through and into the combustion chamber 3 inflowing amount of air from the compressed air tank 19 adjust.
Dem jeweiligen Zylinder 3 sind Einlasskanäle zugeordnet, über welche die den Ansaugtrakt 4 durchströmende Luft in den jeweiligen Zylinder 3 einströmen kann. Dem jeweiligen Einlasskanal ist ein Gaswechselventil in Form eines Einlassventils 22 zugeordnet. Das jeweilige Einlassventil 22 ist zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar. In der Schließstellung wird der jeweilige Einlasskanal mittels des jeweiligen Einlassventils 22 fluidisch versperrt, sodass der Einlasskanal nicht von Luft durchströmt werden kann. In der jeweiligen Offenstellung gibt das jeweilige Einlassventil 22 den jeweiligen Einlasskanal frei, sodass die Luft aus dem Ansaugtrakt 4 über den freigegebenen Einlasskanal in den Brennraum 3 einströmen kann.The respective cylinder 3 Inlet channels are assigned, via which the intake tract 4 flowing air into the respective cylinder 3 can flow in. The respective inlet channel is a gas exchange valve in the form of an inlet valve 22 assigned. The respective inlet valve 22 is movable between a closed position and at least one open position. In the closed position, the respective inlet channel by means of the respective inlet valve 22 fluidly obstructed, so that the inlet channel can not be traversed by air. In the respective open position, the respective inlet valve 22 the respective inlet channel free, so that the air from the intake 4 over the released inlet channel into the combustion chamber 3 can flow in.
Darüber hinaus sind dem jeweiligen Zylinder 3 zwei Auslasskanäle zugeordnet. Über die Auslasskanäle kann das Abgas aus den Zylindern 3 ab- und in den Abgastrakt 8 eingeführt werden. Dem jeweiligen Auslasskanal ist dabei ein weiteres Gaswechselventil in Form eines Auslassventils 23 zugeordnet. Auch das jeweilige Auslassventil 23 ist zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung verstellbar. In der Schließstellung des Auslassventils ist der zugehörige Auslasskanal fluidisch versperrt, sodass der jeweilige Auslasskanal nicht von Abgas durchströmt werden kann. In der Offenstellung gibt das Auslassventil 23 den zugehörigen Auslasskanal frei, sodass das Abgas durch den freigegebenen Auslasskanal hindurchströmen und somit aus dem jeweiligen Zylinder 3 ausströmen kann. Zum Betätigen der Gaswechselventile sind jeweilige Nockenwellen vorgesehen, mittels welchen die Gaswechselventile jeweils aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegbar sind. Die Ventilelemente 21 sind dabei zusätzlich zu den Gaswechselventilen vorgesehene Ventilelemente. Ferner sind die Leitungen 20 zusätzlich zu den Einlasskanälen vorgesehene und davon unterschiedliche Leitungen beziehungsweise Kanäle, über welche die Luft aus dem Drucklufttank 19 direkt in den Zylinder 3 eingebracht werden kann.In addition, the respective cylinder 3 two outlet channels assigned. Through the exhaust ports, the exhaust gas from the cylinders 3 off and into the exhaust tract 8th be introduced. The respective outlet channel is another gas exchange valve in the form of an exhaust valve 23 assigned. Also the respective exhaust valve 23 is adjustable between a closed position and at least one open position. In the closed position of the outlet valve, the associated outlet channel is fluidly blocked, so that the respective outlet channel can not be traversed by exhaust gas. In the open position gives the exhaust valve 23 the associated exhaust passage freely, so that the exhaust gas flow through the released exhaust passage and thus from the respective cylinder 3 can flow out. For actuating the gas exchange valves, respective camshafts are provided, by means of which the gas exchange valves can each be moved from the closed position into the open position. The valve elements 21 are in addition to the gas exchange valves provided valve elements. Furthermore, the lines 20 in addition to the inlet channels provided and different lines or channels, via which the air from the compressed air tank 19 directly into the cylinder 3 can be introduced.
Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 realisieren zu können, ist der Luftpfad 17 mit dem Ansaugtrakt 4 an wenigstens einer Abzweigstelle A fluidisch verbunden, an welcher zumindest ein Teil der den Ansaugtrakt 4 durchströmenden Luft aus dem Ansaugtrakt 4 abzweigbar und dem Luftpfad 17 zuführbar beziehungsweise in den Luftpfad 17 einleitbar ist. Dies bedeutet, dass an der Abzweigstelle A zumindest ein Teil der den Ansaugtrakt 4 durchströmenden Luft abgezweigt wird beziehungsweise werden kann. Die abgezweigte Luft strömt aus dem Ansaugtrakt 4 und in den Luftpfad 17. Daran anschließend wird die abgezweigte und den Luftpfad 17 durchströmende Luft mittels des Kompressors 18 verdichtet. Mittels des Kompressors 18 kann somit eine bezogen auf die Zylinder 3 und bezogen auf den Ansaugtrakt 4 externe Verdichtung der Luft bewirkt werden.Now to a particularly advantageous operation of the internal combustion engine 1 Being able to realize is the air path 17 with the intake tract 4 fluidly connected to at least one branch point A, at which at least a part of the intake tract 4 flowing air from the intake 4 branchable and the air path 17 fed or in the air path 17 can be introduced. This means that at the branch point A at least a part of the intake tract 4 is diverted by flowing air or can be. The branched air flows out of the intake tract 4 and in the air path 17 , Then the branched off and the air path 17 air flowing through the compressor 18 compacted. By means of the compressor 18 can thus be related to the cylinder 3 and related to the intake tract 4 external compression of the air can be effected.
Um einen energetisch besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 zu realisieren, ist die Abzweigstelle A bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt 4 stromab des Verdichters 5 angeordnet. Die an der Abzweigstelle A abgezweigte Luft ist somit mittels des Verdichters 5 bereits verdichtet, sodass die den Luftpfad 17 durchströmende Luft mittels des Kompressors 18 erneuert beziehungsweise auf einer zweiten Stufe verdichtet werden kann. Dadurch können besonders hohe Leistungen und Drehmomente der Verbrennungskraftmaschine 1 realisiert werden.To an energetically particularly advantageous operation of the internal combustion engine 1 to realize, is the branch point A based on the flow direction of the air through the intake 4 downstream of the compressor 5 arranged. The branched off at the branch point A air is thus by means of the compressor 5 already compressed, so that the air path 17 air flowing through the compressor 18 renewed or condensed on a second level. As a result, particularly high power and torque of the internal combustion engine 1 will be realized.
Im Ansaugtrakt 4 ist ein Ladeluftkühler 24 zum Kühlen der mittels des Verdichters 5 verdichteten Luft angeordnet. Der Ladeluftkühler 24 ist somit stromab des Verdichters 5 angeordnet. Ferner ist es vorgesehen, dass die Abzweigstelle A stromab des Ladeluftkühlers 24 angeordnet ist. Dadurch ist die abgezweigte und in den Luftpfad 17 einströmende Luft mittels des Ladeluftkühlers 24 bereits gekühlt, sodass besonders hohe Aufladegrade realisierbar sind. Stromab des Verdichters 5 und stromauf des Ladeluftkühlers 24 ist im Ansaugtrakt 4 ein Ventilelement in Form einer Drosselklappe 30 angeordnet, mittels welcher beispielsweise eine Menge der den Ansaugtrakt 4 durchströmenden Luft eingestellt werden kann.In the intake tract 4 is a charge air cooler 24 for cooling by means of the compressor 5 arranged compressed air. The intercooler 24 is thus downstream of the compressor 5 arranged. Furthermore, it is provided that the branch point A downstream of the intercooler 24 is arranged. This is the branched off and in the air path 17 incoming air by means of the intercooler 24 already cooled, so that particularly high charging levels can be realized. Downstream of the compressor 5 and upstream of the intercooler 24 is in the intake tract 4 a valve element in the form of a throttle valve 30 arranged by means of which, for example, a lot of the intake tract 4 can be adjusted by flowing air.
Darüber hinaus ist in dem Luftpfad 17 eine Kühleinrichtung in Form eines weiteren Ladeluftkühlers 25 angeordnet, wobei der weitere Ladeluftkühler 25 bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch den Luftpfad 17 stromauf des Drucklufttanks 19 und stromab des Kompressors 18 angeordnet ist. Dadurch kann mittels des Ladeluftkühlers 25 die mittels des Kompressors 18 verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt werden, bevor sie in den Drucklufttank 19 einströmt.In addition, in the air path 17 a cooling device in the form of another intercooler 25 arranged, with the further intercooler 25 related to the direction of flow of the air through the air path 17 upstream of the compressed air tank 19 and downstream of the compressor 18 is arranged. Thereby, by means of the intercooler 25 the means of the compressor 18 compressed and thereby heated air to be cooled before entering the compressed air tank 19 flows.
Mittels des Verdichters 5 und somit mittels des Abgasturboladers 6 wird die Luft auf einen Ladedruck verdichtet. Dabei umfasst die Turbine 7 eine Umgehungseinrichtung 26. Mittels der Umgehungseinrichtung 26 ist die Leistung der Turbine 7 einstellbar, sodass dadurch der Ladedruck eingestellt werden kann. Hierzu umfasst die Umgehungseinrichtung 26 einen Umgehungskanal 27, über welchen zumindest ein Teil des den Abgastrakt 8 durchströmenden Abgases die Turbine 7 beziehungsweise das Turbinenrad 10 umgehen kann. Das den Umgehungskanal 27 durchströmende Abgas umgeht nämlich das Turbinenrad 10 und treibt somit das Turbinenrad 10 nicht an. Die Umgehungseinrichtung 26 umfasst ferner ein in dem Umgehungskanal 27 angeordnetes Ventilelement 28, mittels welchem eine Menge des den Umgehungskanal 27 durchströmenden Abgases einstellbar ist.By means of the compressor 5 and thus by means of the exhaust gas turbocharger 6 the air is compressed to a boost pressure. This includes the turbine 7 a bypass device 26 , By means of the bypass device 26 is the power of the turbine 7 adjustable, so that the charge pressure can be adjusted. For this purpose, the bypass device comprises 26 a bypass channel 27 over which at least part of the exhaust tract 8th flowing through the turbine exhaust 7 or the turbine wheel 10 can handle. That the bypass channel 27 flowing exhaust gas namely bypasses the turbine wheel 10 and thus drives the turbine wheel 10 not on. The bypass device 26 further includes a in the bypass channel 27 arranged valve element 28 by means of which a quantity of the bypass channel 27 flowing exhaust gas is adjustable.
Darüber hinaus ist im Abgastrakt 8 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 29 angeordnet. Bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt 8 ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 29 stromab der Turbine 7 angeordnet, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung 29 von dem Abgas durchströmbar ist.In addition, in the exhaust tract 8th an exhaust aftertreatment device 29 arranged. Based on the flow direction of the exhaust gas through the exhaust tract 8th is the exhaust aftertreatment device 29 downstream of the turbine 7 arranged, wherein the exhaust aftertreatment device 29 can be flowed through by the exhaust gas.
Bei einer in den Fig. nicht gezeigten Ausführungsform ist es denkbar, dass der Verdichter 5 nicht etwa ein Verdichter eines Abgasturboladers, sondern ein mechanisch antreibbarer Verdichter beziehungsweise Kompressor ist, welcher beispielsweise von einer Welle mechanisch antreibbar ist.In an embodiment not shown in the figures, it is conceivable that the compressor 5 not a compressor of an exhaust gas turbocharger, but a mechanically drivable compressor or compressor, which is mechanically driven, for example by a shaft.
Vorteilhaft bei der Verbrennungskraftmaschine 1 ist, dass die den Zylindern 3 zuzuführende Luft, welche auch als Frischluft oder Ladeluft bezeichnet wird, in einen Hauptstrom und einen Nebenstrom aufgeteilt werden kann beziehungsweise aufgeteilt wird. Der Hauptstrom durchströmt den Ansaugtrakt 4 und wird mittels des Ansaugtrakts 4 in die Zylinder 3 geführt. Der Nebenstrom durchströmt den Luftpfad 17 und wird nach dem Verdichter 5 und nach dem Ladeluftkühler 24 mittels des Kompressors 18 verdichtet und mittels des Ladeluftkühlers 25 zwischengekühlt sowie in dem Drucklufttank 19 zwischengespeichert und somit gepuffert. Der Hauptstrom wird über die Einlassventile den Zylindern 3 zugeführt, wie es bei einer konventionellen Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist.Advantageous in the internal combustion engine 1 is that the cylinders 3 supplied air, which is also referred to as fresh air or charge air, can be divided into a main stream and a secondary stream or is divided. The main stream flows through the intake tract 4 and is by means of the intake tract 4 in the cylinders 3 guided. The side stream flows through the air path 17 and will after the compressor 5 and after the intercooler 24 by means of the compressor 18 compressed and by means of the intercooler 25 cooled and in the compressed air tank 19 cached and thus buffered. The main flow is via the intake valves to the cylinders 3 fed, as provided in a conventional internal combustion engine.
Der Nebenstrom wird aus dem Ansaugtrakt 4 abgezweigt, bevor er die Zylinder 3 erreicht, mittels des Kompressors 18 verdichtet und mittels des Ladeluftkühlers 25 vorzugsweise möglichst nahe auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Die mittels des Kompressors 18 verdichtete Luft (Nebenstrom) wird in dem Drucklufttank 19 gepuffert, dessen Größe beziehungsweise Volumen zum Aufnehmen der Luft wählbar ist. Die über den Luftpfad 17 verdichtete Luft wird über das jeweilige, separate Ventilelement 21 bei hohem Druck der im jeweiligen Zylinder 3 vorverdichteten und als Hauptluft fungierenden Luft zugemischt. Durch das bedarfsgerechte Zuführen von Druckluft aus dem Drucklufttank 19 in die Zylinder 3 ist ein sogenannter Boost-Betrieb oder ein Luft-Boost-Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 darstellbar. Die Vorteile dieses Boost-Betriebs im Vergleich zu einer konventionellen Verbrennungskraftmaschine ohne einen solchen Boost-Betrieb können besonders gut aus 2 und 3 erkannt werden. 2 zeigt ein T-V-Diagramm der Verbrennungskraftmaschine 1.The secondary flow is from the intake tract 4 branched off before the cylinder 3 achieved by means of the compressor 18 compressed and by means of the intercooler 25 preferably cooled as close to ambient temperature. The means of the compressor 18 compressed air (bypass) is in the compressed air tank 19 buffered, whose size or volume is selectable for receiving the air. The over the air path 17 compressed air is via the respective separate valve element 21 at high pressure in the respective cylinder 3 pre-compressed and acting as the main air air. By supplying compressed air from the compressed air tank as needed 19 in the cylinders 3 is a so-called boost operation or an air boost operation of the internal combustion engine 1 represented. The advantages of this boost mode compared to a conventional internal combustion engine without such a boost operation can be particularly good 2 and 3 be recognized. 2 shows a TV diagram of the internal combustion engine 1 ,
Ein in das T-V-Diagramm eingetragener Verlauf 31 veranschaulicht die Vorgänge in den Zylindern 3, wobei ein Teilbereich 32 die Vorgänge und insbesondere die Verdichtung bei einer konventionellen Verbrennungskraftmaschine, und ein Teilbereich 33 des Verlaufs 31 die Vorgänge und insbesondere die Verdichtung bei der Verbrennungskraftmaschine 1 veranschaulicht. Ein Teilbereich 34 veranschaulicht dabei die Verdichtung des Hauptstroms, wobei ein Teilbereich 35 das Boosten, das heißt das Zuführen des verdichteten und zwischengekühlten Nebenstroms in den jeweiligen Zylinder 3 veranschaulicht. Ferner ist in 2 der obere Zündtotpunkt ZOT einer konventionellen Verbrennungskraftmaschine mit 36 bezeichnet, wobei der obere Zündtotpunkt ZOT der Verbrennungskraftmaschine 1 mit dem Luft-Boost-Betrieb mit 37 bezeichnet ist.A history entered in the TV diagram 31 illustrates the processes in the cylinders 3 , where a subarea 32 the operations and in particular the compression in a conventional internal combustion engine, and a sub-area 33 of the course 31 the processes and in particular the compression in the internal combustion engine 1 illustrated. A subarea 34 illustrates the compression of the main stream, with a partial area 35 Boosting, that is, supplying the compressed and intercooled sidestream into the respective cylinder 3 illustrated. Furthermore, in 2 the top Zündtotpunkt ZOT a conventional internal combustion engine with 36 designated, wherein the upper Zündtotpunkt ZOT the internal combustion engine 1 with the air boost operation with 37 is designated.
In das p-V-Diagramm gemäß 3 ist ein Verlauf 38 eingetragen, welcher die Vorgänge bei der Verbrennungskraftmaschine 1 und insbesondere die Verdichtung in den Zylindern 3 veranschaulicht, wobei ein Teilbereich 39 die Vorgänge bei einer konventionellen Verbrennungskraftmaschine und ein Teilbereich 40 des Verlaufs 38 die Vorgänge bei der Verbrennungskraftmaschine 1 mit dem Luft-Boost-Betrieb veranschaulicht. Dabei veranschaulicht ein Teilbereich 41 die Vorgänge und insbesondere die Verdichtung des Hauptstroms, wobei ein Teilbereich 42 das Boosten, das heißt das Zuführen des verdichteten und zwischengekühlten Nebenstroms in die Zylinder 3 veranschaulicht. Aus 2 und 3 ist nun erkennbar, dass bei der Verbrennungskraftmaschine 1 mit dem Luft-Boost-Betrieb der Hauptstrom in den Zylindern 3 verdichtet wird, bis der verdichtete und zwischengekühlte Nebenstrom über das jeweilige separate Ventilelement 21 zugeführt wird. Dadurch ist die Temperatur des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches im oberen Zündtotpunkt (ZOT) niedriger als bei konventioneller Prozessführung im jeweiligen Zylinder 3. Darüber hinaus wird die Turbulenz des Gemisches durch die Einblasung des Nebenstroms erhöht. Diese beiden Effekte tragen dazu bei, dass die Klopfgrenze der insbesondere als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine 1 positiv beeinflusst wird.In the pV diagram according to 3 is a course 38 registered, which the processes in the internal combustion engine 1 and in particular the compression in the cylinders 3 illustrates where a subarea 39 the processes in a conventional internal combustion engine and a subarea 40 of the course 38 the processes in the internal combustion engine 1 illustrated with the air boost operation. A partial area illustrates this 41 the operations and in particular the compression of the main flow, with a sub-area 42 Boosting, that is, feeding the compressed and intercooled sidestream into the cylinders 3 illustrated. Out 2 and 3 is now recognizable that in the internal combustion engine 1 with the air boost operation the main flow in the cylinders 3 is compressed until the compressed and intercooled bypass flow through the respective separate valve element 21 is supplied. As a result, the temperature of the compressed fuel-air mixture in the upper Zündtotpunkt (ZOT) is lower than in conventional process control in each cylinder 3 , In addition, the turbulence of the mixture is increased by the injection of the secondary flow. These two effects contribute to the knock limit of the internal combustion engine designed in particular as a gasoline engine 1 positively influenced.
Durch die positive Beeinflussung der Klopfgrenze und somit des Klopfens können bei gleichem Verdichtungsverhältnis höhere Mitteldrücke und somit höhere Drehmomente erreicht werden. Dies kann dazu genutzt werden, das geometrische Verdichtungsverhältnis zu erhöhen und damit den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und das spezifische Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 zu erhöhen. Durch die positive Beeinflussung der Klopfgrenze wird auch die Abgastemperatur reduziert, wodurch der Anfettungsbedarf im hohen Leistungsbereich verringert beziehungsweise vermieden werden kann. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch besonders gering gehalten werden.Due to the positive influence on the knock limit and thus the knocking, higher center pressures and thus higher torques can be achieved with the same compression ratio. This can be used to increase the geometric compression ratio and thus reduce fuel consumption and the specific torque of the internal combustion engine 1 to increase. By positively influencing the knock limit and the exhaust gas temperature is reduced, whereby the Anfettungsbedarf can be reduced or avoided in the high power range. As a result, the fuel consumption can be kept very low.
Der Kompressor 18 wird vorliegend mechanisch angetrieben und kann in Abhängigkeit von seinem Druckverhältnis zur rekuperativen Drucklufterzeugung im Fahrzeugschubbetrieb genutzt werden. Mit anderen Worten ist vorzugsweise vorgesehen, den Kompressor 18 im Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 mit der Welle zu koppeln, indem beispielsweise die Kupplung geschlossen wird, sodass der Kompressor 18 im Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 angetrieben wird. Dadurch kann mittels des Kompressors 18 im Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 Luft verdichtet werden. Vorzugsweise ist der Kompressor 18 nur in Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeschaltet, in welchen ein kontinuierlicher Boost-Betrieb benötigt wird. Bei diesen Betriebsbereichen handelt es sich vorzugsweise um den Volllastbereich.The compressor 18 is mechanically driven in the present case and can be used depending on its pressure ratio for recuperative compressed air generation in vehicle thrust operation. In other words, the compressor is preferably provided 18 in overrun operation of the internal combustion engine 1 to couple with the shaft, for example by the clutch is closed, so that the compressor 18 in overrun operation of the internal combustion engine 1 is driven. This can be done by means of the compressor 18 in overrun operation of the internal combustion engine 1 Compressed air. Preferably, the compressor is 18 only in operating areas of the internal combustion engine 1 switched on, in which a continuous boost operation is needed. These operating ranges are preferably the full load range.
Eine Variante der rekuperativen Drucklufterzeugung bis zum Kompressionsdruck der Verbrennungskraftmaschine 1 ist der Einsatz eines variablen Ventiltriebs für die zusätzlich zu den Gaswechselventilen vorgesehenen Ventilelemente 21, Die Ventilelemente 21 sind beispielsweise translatorisch zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar. In der Schließstellung ist die jeweilige Leitung 20 mittels des jeweils zugehörigen Ventilelements 21 fluidisch versperrt. In der Offenstellung gibt das jeweilige Ventilelement 21 die jeweils zugehörige Leitung 20 frei. Bei ihrer Bewegung aus der jeweiligen Schließstellung in die jeweilige Offenstellung führen die jeweiligen Ventilelemente 21 beispielsweise einen Hub aus. Dabei ist vorzugsweise ein variabler Ventiltrieb der Ventilelemente 21 vorgesehen. Mittels dieses variablen Ventiltriebs, welcher eine Stelleinrichtung ist, ist der jeweilige Hub des jeweiligen Ventilelements 21 beispielsweise variabel einstellbar. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass jeweilige Öffnungs- und Schließzeiten der Ventilelemente 21 mittels des variablen Ventiltriebs variabel einstellbar sind. Unter den Öffnungszeiten der Ventilelemente 21 sind Zeitpunkte beziehungsweise Drehstellungen der Kurbelwelle zu verstehen, zu denen die jeweiligen Ventilelemente 21 geöffnet werden. Unter den Schließzeiten der jeweiligen Ventilelemente 21 sind Zeitpunkte beziehungsweise Drehstellungen der Kurbelwelle zu verstehen, zu denen die jeweiligen Ventilelemente 21 geschlossen werden.A variant of the recuperative compressed air generation up to the compression pressure of the internal combustion engine 1 is the use of a variable valve train for the valve elements provided in addition to the gas exchange valves 21 , The valve elements 21 For example, are translationally movable between a closed position and at least one open position. In the closed position is the respective line 20 by means of the respectively associated valve element 21 fluidly blocked. In the open position, the respective valve element 21 the respective associated line 20 free. During their movement from the respective closed position into the respective open position, the respective valve elements lead 21 for example, a hub. In this case, preferably, a variable valve train of the valve elements 21 intended. By means of this variable valve train, which is an adjusting device, is the respective stroke of the respective valve element 21 for example, variably adjustable. Alternatively or additionally, it may be provided that the respective opening and closing times of the valve elements 21 are variably adjustable by means of the variable valve train. Under the opening times of the valve elements 21 are times or rotational positions of the crankshaft to understand, to which the respective valve elements 21 be opened. Below the closing times of the respective valve elements 21 are times or rotational positions of the crankshaft to understand, to which the respective valve elements 21 getting closed.
Um die für den Antrieb des Kompressors 18 erforderliche Leistung zu minimieren, ist es sinnvoll, den Nebenstrom erst nach dem Verdichter 5 abzuzweigen, das heißt die Abzweigstelle A stromab des Verdichters 5 anzuordnen, sodass sich ein energetisch besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 realisieren lässt.In order to drive the compressor 18 To minimize the required power, it makes sense to the secondary flow only after the compressor 5 branch off, that is, the branch point A downstream of the compressor 5 to arrange, so that an energetically particularly advantageous operation of the internal combustion engine 1 can be realized.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
11
-
VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
-
22
-
Zylindergehäusecylinder housing
-
33
-
Zylindercylinder
-
44
-
Ansaugtraktintake system
-
55
-
Verdichtercompressor
-
66
-
Abgasturboladerturbocharger
-
77
-
Turbineturbine
-
88th
-
Abgastraktexhaust tract
-
99
-
Verdichterradcompressor
-
1010
-
Turbinenradturbine
-
1111
-
Wellewave
-
1212
-
Luftfilterair filter
-
1313
-
Einspritzanlageinjection
-
1414
-
Injektorinjector
-
1515
-
KraftstoffleitungFuel line
-
1616
-
ZündkerneZündkerne
-
1717
-
Luftpfadair path
-
1818
-
Kompressorcompressor
-
1919
-
DrucklufttankCompressed air tank
-
2020
-
Leitungmanagement
-
2121
-
Ventilelementvalve element
-
2222
-
Einlassventilintake valve
-
2323
-
Auslassventiloutlet valve
-
2424
-
LadeluftkühlerIntercooler
-
2525
-
weiterer Ladeluftkühlerfurther intercooler
-
2626
-
Umgehungseinrichtungbypass means
-
2727
-
Umgehungsleitungbypass line
-
2828
-
Ventilelementvalve element
-
2929
-
Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust treatment device
-
30 30
-
Drosselklappethrottle
-
3131
-
Verlaufcourse
-
3232
-
Teilbereichsubregion
-
3333
-
Teilbereichsubregion
-
3434
-
Teilbereichsubregion
-
3535
-
Teilbereichsubregion
-
3636
-
oberer Zündtotpunktupper ignition dead center
-
3737
-
oberer Zündtotpunktupper ignition dead center
-
3838
-
Verlaufcourse
-
3939
-
Teilbereichsubregion
-
4040
-
Teilbereichsubregion
-
4141
-
Teilbereichsubregion
-
4242
-
Teilbereichsubregion
-
AA
-
Abzweigstellebranching point
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
WO 2011/015336 A1 [0002] WO 2011/015336 A1 [0002]
-
GB 2456842 A [0004] GB 2456842 A [0004]
