DE102016200891A1

DE102016200891A1 - Aufgeladene Brennkraftmaschine mit Verdichter und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016200891A1
Application number: DE102016200891.9A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kindl; Andreas Kuske; Jörg Kemmerling; Vanco Smiljanovski; Franz Arnd Sommerhoff; Michael Forsting; Hanno Friederichs
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-23
Also published as: DE102016200891B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit – einem Ansaugsystem (2) zum Zuführen von Ladeluft, – einem Abgasabführsystem zum Abführen des Abgases, und – mindestens einem Verdichter (1), der im Ansaugsystem (2) angeordnet ist und der mindestens ein in einem Verdichtergehäuse (1b) auf einer drehbaren Welle (1a) angeordnetes und mit Laufschaufeln (1d) ausgestattetes Laufrad (1c) umfasst, wobei stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (1c) ein Eintrittsbereich (1e) vorgesehen ist, der koaxial zur Welle (1a) des Verdichters (1) verläuft und ausgebildet ist. Es soll eine aufgeladene Brennkraftmaschine der oben genannten Art bereitgestellt werden, deren Aufladeverhalten bei kleinen Ladeluftmengen verbessert ist. Erreicht wird dies durch eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass – sich das Ansaugsystem (2) stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (1c) unter Ausbildung eines trichterförmigen Abschnitts (4) zu dem mindestens einen Laufrad (1c) hin erweitert, und – ein hülsenförmiges Leitelement (3) vorgesehen ist, das unter Ausbildung eines schmalen Spaltes in dem trichterförmigen Abschnitt (4) und koaxial zur Welle (1a) des mindestens einen Verdichters (1) translatorisch verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit

– einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
– einem Abgasabführsystem zum Abführen des Abgases, und
– mindestens einem Verdichter, der im Ansaugsystem angeordnet ist und der mindestens ein in einem Verdichtergehäuse auf einer drehbaren Welle angeordnetes und mit Laufschaufeln ausgestattetes Laufrad umfasst, wobei stromaufwärts des mindestens einen Laufrades ein Eintrittsbereich vorgesehen ist, der koaxial zur Welle des Verdichters verläuft und ausgebildet ist.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren.
Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch insbesondere bei Ottomotoren, d. h. bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors, bei dem die Einstellung der angeforderten Last bzw. Leistung durch Veränderung der Füllung des Brennraumes erfolgt, d. h. mittels einer Quantitätsregelung. Durch Verstellen einer im Ansaugsystem vorgesehenen Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d. h. die Quantität eingestellt werden. Die Quantitätsregelung mittels Drosselklappe hat aber aufgrund der Drosselverluste im Teillastbereich thermodynamische Nachteile.
Einen Lösungsansatz zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens bietet die Direkteinspritzung des Kraftstoffes. Die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum des Zylinders wird als eine geeignete Maßnahme angesehen, den Kraftstoffverbrauch auch bei Ottomotoren spürbar zu reduzieren. Die Entdrosselung der Brennkraftmaschine wird dadurch realisiert, dass in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung zum Einsatz kommt. So lässt sich mittels Direkteinspritzung eine geschichtete Brennraumladung realisieren, die wesentlich zur Entdrosselung des ottomotorisches Arbeitsverfahren beitragen kann, da die Brennkraftmaschine mit Hilfe des Schichtladebetriebs sehr weit abgemagert werden kann, was insbesondere im Teillastbetrieb, d. h. im unteren und mittleren Lastbereich, wenn nur geringe Kraftstoffmengen einzuspritzen sind, thermodynamische Vorteile bietet.
Die Verwendung eines zumindest teilweise variablen Ventiltriebs bietet ebenfalls die Möglichkeit der Entdrosselung. Ein weiterer Lösungsansatz zur Entdrosselung eines Ottomotors bietet die Zylinderabschaltung, d. h. die Abschaltung einzelner Zylinder in bestimmten Lastbereichen. Der Wirkungsgrad im Teillastbetrieb kann durch eine Teilabschaltung verbessert, d. h. erhöht werden, denn die Abschaltung eines Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine erhöht bei konstanter Motorleistung die Belastung der übrigen noch in Betrieb befindlichen Zylinder, so dass die Drosselklappe zum Einbringen einer größeren Luftmasse in diese Zylinder weiter geöffnet werden kann bzw. muss, wodurch insgesamt eine Entdrosselung der Brennkraftmaschine erreicht wird. Die ständig in Betrieb befindlichen Zylinder arbeiten während der Teilabschaltung zudem im Bereich höherer Lasten, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Das Lastkollektiv wird zu höheren Lasten hin verschoben.
Eine weitere Maßnahme, den Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine zu verbessern bzw. den Kraftstoffverbrauch zu mindern, besteht in der Aufladung der Brennkraftmaschine, wobei die Aufladung in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung ist, bei dem die für den motorischen Verbrennungsprozess benötigte Luft verdichtet wird, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.
Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum verringert, lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Durch Aufladung in Kombination mit einer geeigneten Getriebeauslegung kann auch ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, bei dem ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann.
Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Brennkraftmaschinen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Häufig wird für die Aufladung ein Abgasturbolader eingesetzt, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung der Zylinder, d. h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt eine Verdichtung durch Kühlung.
Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass ein Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase nutzt, während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb erforderliche Energie direkt oder indirekt von der Brennkraftmaschine bezieht. In der Regel ist eine mechanische bzw. kinematische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen dem Lader und der Brennkraftmaschine erforderlich.
Der Vorteil eines mechanischen Laders, d. h. eines Kompressors, gegenüber einem Abgasturbolader besteht darin, dass der mechanische Lader stets den angeforderten Ladedruck generiert und zur Verfügung stellt und zwar unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere unabhängig von der momentan vorliegenden Drehzahl der Kurbelwelle. Das gilt insbesondere für einen mechanischen Lader, der mittels Elektromaschine antreibbar ist.
Nach dem Stand der Technik bereitet es nämlich Schwierigkeiten, die Leistung mittels Abgasturboaufladung in allen Drehzahlbereichen zu steigern. Es wird ein stärkerer Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beobachtet. Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis abhängt. Wird die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis. Folglich nimmt das Ladedruckverhältnis zu niedrigeren Drehzahlen hin ebenfalls ab. Dies ist gleichbedeutend mit einem Drehmomentabfall.
Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine wird nach dem Stand der Technik durch unterschiedliche Maßnahmen zu verbessern versucht.
Beispielsweise durch eine kleine Auslegung des Turbinenquerschnittes und gleichzeitiger Abgasabblasung. Eine derartige Turbine wird auch als Waste-Gate-Turbine bezeichnet. Überschreitet der Abgasmassenstrom eine kritische Größe wird ein Teil des Abgasstromes im Rahmen der sogenannten Abgasabblasung mittels einer Bypassleitung an der Turbine vorbei geführt. Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, dass das Aufladeverhalten bei höheren Drehzahlen bzw. größeren Abgasmengen unzureichend ist.
Die Drehmomentcharakteristik kann auch durch mehrere parallel angeordnete Turbolader, d. h. durch mehrere parallel angeordnete Turbinen mit kleinerem Turbinenquerschnitt verbessert werden, wobei mit steigender Abgasmenge Turbinen sukzessive zugeschaltet werden.
Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann des Weiteren mittels mehrerer in Reihe geschalteter Abgasturbolader vorteilhaft beeinflusst werden. Durch das in Reihe Schalten von zwei Abgasturboladern, von denen ein Abgasturbolader als Hochdruckstufe und ein Abgasturbolader als Niederdruckstufe dient, kann das Verdichterkennfeld in vorteilhafter Weise aufgeweitet werden und zwar sowohl hin zu kleineren Verdichterströmen als auch hin zu größeren Verdichterströmen.
Insbesondere ist bei dem als Hochdruckstufe dienenden Abgasturbolader ein Verschieben der Pumpgrenze hin zu kleineren Verdichterströmen möglich, wodurch auch bei kleinen Verdichterströmen hohe Ladedruckverhältnisse erzielt werden können, was im unteren Drehzahlbereich die Drehmomentcharakteristik deutlich verbessert. Erreicht wird dies durch eine Auslegung der Hochdruckturbine auf kleine Abgasmassenströme und Vorsehen einer Bypassleitung, mit der bei zunehmendem Abgasmassenstrom zunehmend Abgas an der Hochdruckturbine vorbeigeführt wird.
Das Verschieben der Pumpgrenze hin zu kleineren Verdichterströmen ist bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen von grundsätzlicher Bedeutung, da auch bei kleinen Ladeluftmengen ausreichend hohe Ladedrücke bereitgestellt werden sollen, um auf diese Weise eine befriedigende Drehmomentcharakteristik der Brennkraftmaschine auch bei niedrigen Drehzahlen zu realisieren.
Die Pumpgrenze des Verdichters weiter bzw. so weit wie möglich hin zu kleinen Verdichterströmen zu verschieben, ist noch aus anderen Gründen vorteilhaft.
Bei kleinen Verdichterströmen nimmt die Geschwindigkeit der Ladeluftströmung relativ zum Ansaugsystem in einem solchen Umfang ab, dass die Anströmung der rotierenden Laufradschaufeln in einem zu großen Winkel erfolgt und sich die Ladeluftströmung von den tragflächenähnlichen Schaufeln ablöst. Die dadurch hervorgerufenen Druckschwankungen an den Schaufeln führen zu einer erhöhten Geräuschemission und gegebenenfalls zur Beschädigung der Schaufeln. Weitere negative Effekte, die auftreten können, sind Massenstromschwankungen sowie ein starker Wirkungsgradverlust.
Mit einer variablen Verdichtergeometrie kann diesem Effekt entgegen gewirkt werden. Durch Verstellen der Schaufeln eines stromaufwärts vorgesehenen Leitrades kann auf die Anströmung der rotierenden Laufradschaufeln, d. h. auf den Anströmwinkel, in begrenztem Umfang Einfluss genommen werden, wodurch die Pumpgrenze des Verdichters im Verdichterkennfeld hin zu kleinen Verdichterströmen verschoben werden kann.
Die Ausstattung eines Verdichters mit einer variablen Verdichtergeometrie ist aber kostenintensiv. Darüber hinaus sind der Einflussnahme mittels variabler Verdichtergeometrie auch Grenzen gesetzt, da ein Verstellen des Leitrades nur in einem gewissen Umfang möglich ist. Zudem erweist sich eine Leiteinrichtung bei größeren Verdichterströmen als Strömungswiderstand und damit als eher hinderlich.
Folglich sind Maßnahmen erforderlich, mit denen das Betriebsverhalten eines Verdichters einer aufgeladenen Brennkraftmaschine bei kleinen Verdichterströmen verbessert wird.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und deren Aufladeverhalten bei kleinen Ladeluftmengen verbessert ist.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit

– einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
– einem Abgasabführsystem zum Abführen des Abgases, und
– mindestens einem Verdichter, der im Ansaugsystem angeordnet ist und der mindestens ein in einem Verdichtergehäuse auf einer drehbaren Welle angeordnetes und mit Laufschaufeln ausgestattetes Laufrad umfasst, wobei stromaufwärts des mindestens einen Laufrades ein Eintrittsbereich vorgesehen ist, der koaxial zur Welle des Verdichters verläuft und ausgebildet ist,

– sich das Ansaugsystem stromaufwärts des mindestens einen Laufrades unter Ausbildung eines trichterförmigen Abschnitts zu dem mindestens einen Laufrad hin erweitert, und
– ein hülsenförmiges Leitelement vorgesehen ist, das unter Ausbildung eines schmalen Spaltes in dem trichterförmigen Abschnitt und koaxial zur Welle des mindestens einen Verdichters translatorisch verschiebbar ist.

Der mindestens eine Verdichter der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann ein mechanischer Lader sein, d. h. ein Kompressor, oder aber der Verdichter eines Abgasturboladers.
Erfindungsgemäß ist stromaufwärts des mindestens einen Laufrades ein Eintrittsbereich vorgesehen, der koaxial zur Welle des Verdichters verläuft und ausgebildet ist, so dass die Zuführung der Ladeluft zum Verdichter im Wesentlichen axial erfolgt. Die Ladeluft muss dann beim Durchströmen des Eintrittsbereichs nicht umgelenkt werden, um dem Verdichter axial zugeführt zu werden. Da eine Umlenkung bzw. Richtungsänderung der Ladeluftströmung im Eintrittsbereich unterbleibt, werden unnötige Druckverluste in der Ladeluftströmung infolge Strömungsumlenkung vermieden. Der Wirkungsgrad und das Ladedruckverhältnis können gesteigert werden.
Darüber hinaus werden die konstruktiven Voraussetzungen dafür geschaffen, ein hülsenförmiges translatorisch verschiebbares Leitelement vorzusehen. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist mit einem derartigen Leitelement ausgestattet, welches mit einem dazugehörigen trichterförmigen Abschnitt zusammenwirkt, welcher stromaufwärts des mindestens einen Laufrades im Ansaugsystem angeordnet ist und sich zum Laufrad hin erweitert. Das hülsenförmige Leitelement ist koaxial zur Welle des mindestens einen Verdichters verschiebbar.
Die beiden Konstruktionselemente, nämlich das hülsenförmige Leitelement sowie der trichterförmige sich erweiternde Abschnitt, dienen dazu, das Aufladeverhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere bei kleinen Ladeluftmengen, zu verbessern.
Wird das hülsenförmige Leitelement gemäß einer ersten Arbeitsposition benachbart, aber unter Ausbildung eines Spaltes beabstandet zu dem mindestens einen Laufrad positioniert, verkleinert sich der der Ladeluft im Ansaugsystem zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnitt, wodurch die Absolutgeschwindigkeit der Ladeluftanströmung im Ansaugsystem vergrößert wird. Die größere Absolutgeschwindigkeit verändert die Anströmgeschwindigkeit der Ladeluft relativ zu den rotierenden Laufschaufeln in der Art, dass die Anströmung des mindestens einen rotierenden Laufrades verbessert wird, insbesondere bei kleinen Ladeluftmengen.
Zudem wird bei einem in der ersten Arbeitsposition befindlichen Leitelement nur ein begrenztes innenliegendes Segment des mindestens einen rotierenden Laufrades mit Ladeluft beaufschlagt und damit ein Segment von kleinem bzw. verkleinertem Durchmesser. Dadurch wiederum wird das Durchmesserverhältnis von Austrittsquerschnitt aus dem Laufrad zu Eintrittsquerschnitt in das Laufrad vergrößert. Dieses Durchmesserverhältnis ist mitentscheidend für die Menge an Energie, die mittels Verdichter bzw. mittels Verdichtung in die Ladeluft eingebracht werden kann. Je größer dieses Durchmesserverhältnis ist, desto größer ist die Zunahme der Umfangsgeschwindigkeit des mindestens einen rotierenden Laufrades und desto mehr Energie lässt sich in die Ladeluft eintragen, d. h. je größer ist das Verdichterdruckverhältnis bzw. der Verdichteraustrittsdruck.
Folglich ist es insbesondere bei kleinen Ladeluftmengen vorteilhaft, das hülsenförmige Leitelement in die erste Arbeitsposition zu überführen bzw. zu verschieben, um die Drehmomentcharakteristik der Brennkraftmaschine bei kleinen Ladeluftmengen bzw. niedrigen Drehzahlen zu verbessern.
Nimmt die Ladeluftmenge zu, lässt sich das hülsenförmige Leitelement ausgehend von der ersten Arbeitsposition durch translatorisches Verschieben in eine stromaufwärts gelegene Ruheposition überführen, in der das Leitelement stromaufwärts des trichterförmigen Abschnitts angeordnet ist oder in den trichterförmigen Abschnitt hineinragt.
Auf eine komplexe Leiteinrichtung zur Beeinflussung der Anströmung kann verzichtet werden. Mit der Leiteinrichtung entfallen auch die Kosten für die regelmäßig verstellbare Leiteinrichtung sowie deren Steuerung. Die Problematik, dass eine im Ansaugsystem vorgesehene Leiteinrichtung insbesondere bei großen Ladeluftmengen lediglich einen unerwünschten Strömungswiderstand darstellt, entfällt ebenfalls.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, deren Aufladeverhalten bei kleinen Ladeluftmengen verbessert ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der trichterförmige Abschnitt einen Kegelstumpf bildet, der koaxial zur Welle des mindestens einen Verdichters verläuft. Dann ist neben dem hülsenförmigen Leitelement auch der trichterförmige Abschnitt koaxial zur Verdichterwelle ausgerichtet. Der trichterförmige Abschnitt ist vorliegend als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet und korrespondiert so auf vorteilhafte Weise mit dem mindestens einen rotierenden Laufrad.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der trichterförmige Abschnitt beabstandet zu dem mindestens einen Laufrad angeordnet ist. Diese konstruktive Maßnahme sorgt für eine kompakte Bauweise der gesamten Verdichtereinheit und bezüglich des hülsenförmigen Leitelements für kurze Verschiebewege.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der trichterförmige Abschnitt nicht integral mit dem Verdichtergehäuse ausgebildet ist. Diese Ausführungsform konstituiert einen modularen Aufbau der Verdichtereinheit, welcher die Verwendung herkömmlicher Verdichter ermöglicht bzw. eine Nachrüstung bereits verfügbarer Verdichter.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das hülsenförmige Leitelement eine zylinderförmige Grundform aufweist. Das hülsenförmige Leitelement ist vorliegend als im Wesentlichen rotationssymmetrischer Körper ausgebildet und korrespondiert so auf vorteilhafte Weise mit dem mindestens einen rotierenden Laufrad bzw. einem trichterförmige Abschnitt, der rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das hülsenförmige Leitelement in einer ersten Arbeitsposition unter Ausbildung eines Spaltes beabstandet zu dem mindestens einen Laufrad angeordnet ist. Vorliegend ist das hülsenförmige Leitelement benachbart zu dem mindestens einen Laufrad angeordnet, wobei ein Spalt, vorzugsweise ein möglichst schmaler Spalt, eine Berührung mit dem rotierenden Laufrad verhindert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das hülsenförmige Leitelement ausgehend von einer Arbeitsposition durch translatorisches Verschieben in eine stromaufwärts gelegene Ruheposition überführbar ist. Die Ruheposition zeichnet sich dadurch aus, dass das hülsenförmige Leitelement deaktiviert ist, d. h. die ihm zugeordneten Aufgaben momentan nicht übernimmt bzw. erfüllt.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das hülsenförmige Leitelement in der Ruheposition stromaufwärts des trichterförmigen Abschnitts angeordnet ist.
Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen das hülsenförmige Leitelement in der Ruheposition in den trichterförmigen Abschnitt hineinragt.
Das hülsenförmige Leitelement kann in der ersten Arbeitsposition aus dem trichterförmigen Abschnitt stromaufwärts herausragen bzw. mit dem stromaufwärts gelegenen Ende des trichterförmigen Abschnitts abschließen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Verdichter der Verdichter eines Abgasturboladers ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst, wobei die Turbine und der Verdichter auf derselben drehbaren Welle angeordnet sind.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Verdichter ein Radialverdichter ist. Die Abströmung erfolgt im Wesentlichen radial. Anders als bei Turbinen werden Verdichter über ihre Abströmung definiert. Ein Radialverdichter ist ein Verdichter, dessen Abströmung aus den Laufschaufeln im Wesentlichen radial erfolgt. Im Wesentlichen radial bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung größer ist als die axiale Geschwindigkeitskomponente.
Die in Rede stehende Ausführungsform bietet Vorteile hinsichtlich eines dichten Packagings, wenn der mindestens eine Verdichter der Verdichter eines Abgasturboladers ist. Das Verdichtergehäuse kann dann als Spiral- oder Schneckengehäuse ausgeführt werden.
Im erfindungsgemäßen Zusammenhang zeichnet sich ein Radialverdichter insbesondere dadurch aus, dass sich das Durchmesserverhältnis von Austrittsquerschnitt aus dem Laufrad zu Eintrittsquerschnitt in das Laufrad durch Verschieben des hülsenförmigen Leitelements in die erste Arbeitsposition besonders deutlich vergrößern lässt. D. h. bei Verwendung eines Radialverdichters kann das Verdichterdruckverhältnis spürbar erhöht werden.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen der mindestens eine Verdichter ein Axialverdichter ist, bei dem die Abströmung im Wesentlichen axial erfolgt. Im Wesentlichen axial bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung größer ist als die radiale Geschwindigkeitskomponente.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst, wobei die Turbine und der Verdichter auf derselben drehbaren Welle angeordnet sind.
Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen mindestens zwei Abgasturbolader vorgesehen sind. Das Downsizing wird durch eine mehrstufige Aufladung mittels Abgasturboladern weiter fortgeführt. Des Weiteren ist das Ansprechverhalten einer derartig aufgeladenen Brennkraftmaschine deutlich verbessert gegenüber einer vergleichbaren Brennkraftmaschine mit einstufiger Aufladung, da die kleinere Hochdruckstufe weniger träge ist, weil sich das Laufzeug eines kleiner dimensionierten Abgasturboladers schneller beschleunigen lässt.
Wie eingangs bereits ausgeführt leidet eine mittels Abgasturboaufladung aufgeladene Brennkraftmaschine unter einem Drehmomentabfall, sobald die Motordrehzahl verringert wird und der Abgasmassenstrom abnimmt.
Die Drehmomentcharakteristik einer mittels Abgasturboaufladung aufgeladenen Brennkraftmaschine kann durch einen zusätzlich vorgesehenen mechanischen Lader, d. h. Kompressor, verbessert werden.
Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen der mindestens eine Verdichter ein Kompressor ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Abgasrückführung vorgesehen ist. Um zukünftige Grenzwerte für Stickoxidemissionen einzuhalten, kann eine Abgasrückführung eingesetzt werden, d. h. eine Rückführung von Abgasen von der Auslassseite auf die Einlassseite, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen, bei denen die Abgasrückführung mit einem Kühler ausgestattet ist, der die Temperatur im heißen Abgasstrom senkt und damit die Dichte der Abgase steigert. Die Temperatur der Zylinderfrischladung, die sich bei der Mischung der Frischluft mit den rückgeführten Abgasen einstellt, wird hierdurch abgesenkt, wodurch auch der Kühler zu einer besseren Füllung des Brennraums beiträgt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Abgasrückführung mit einem Absperrelement ausgestattet ist. Das Absperrelement dient der Steuerung der Abgasrückführrate.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Abgasrückführung vorgesehen ist, die ein Rückführleitungssystem umfasst, welches stromabwärts des mindestens einen Verdichterlaufrades in das Ansaugsystem mündet. Dann wird kein Abgas durch den mindestens einen Verdichter hindurchgeführt, so dass auf eine Abgasnachbehandlung des rückzuführenden Abgases, insbesondere in einem Partikelfilter, verzichtet werden kann. Ablagerungen im Verdichter, welche die Geometrie des Verdichters verändern und auf diese Weise den Wirkungsgrad des Verdichters verschlechtern, sind nicht zu befürchten. Auf die Einlassseite zurückgeführtes Abgas wird stromabwärts des Verdichters mit komprimierter Frischluft gemischt. Die auf diese Weise erzeugte Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas bildet die Ladeluft, die den Zylindern zugeführt wird.
Wird das rückzuführende Abgas hingegen einer Abgasnachbehandlung unterzogen, ist es unschädlich und kann durch den mindestens einen Verdichter hindurchgeführt werden. Vorteile ergeben sich dabei unter anderem dadurch, dass der Druck im Ansaugsystem stromaufwärts des Verdichters niedriger ist als stromabwärts des Verdichters, weshalb das für die Abgasrückführung notwendige treibende Druckgefälle größer ausfällt, wenn das Abgas stromaufwärts des Verdichters in das Ansaugsystem eingeleitet wird.
Vorteilhaft können daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen eine Abgasrückführung vorgesehen ist, die ein Rückführleitungssystem umfasst, welches stromaufwärts des mindestens einen Verdichterlaufrades in das Ansaugsystem mündet.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Rückführleitungssystem im Bereich des trichterförmigen Abschnitts in das Ansaugsystem mündet.
Befindet sich das hülsenförmige Leitelement in der ersten Arbeitsposition werden gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform die Frischluft und das rückgeführte Abgas im Ansaugsystem bis hin zum Verdichterlaufrad voneinander getrennt bzw. getrennt gehalten. Während die Frischluft via hülsenförmigem Leitelement auf das Laufrad geleitet wird, dient der zwischen Leitelement und trichterförmigem Abschnitt ausgebildete Abschnitt des Ansaugsystems der Einleitung des rückgeführten Abgases in das Laufrad. Die Trennung von Abgas und Frischluft bis hin zum Laufrad bietet Vorteile hinsichtlich der Kondensatbildung während bzw. infolge einer Abgasrückführung.
Es kann sich nämlich Kondensat bilden, wenn rückgeführtes heißes Abgas mit kühler Frischluft zusammentrifft und gemischt wird. Das Abgas kühlt sich ab, wohingegen die Temperatur der Frischluft angehoben wird. Die Temperatur der Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas, d. h. die Ladelufttemperatur, liegt unterhalb der Abgastemperatur des rückgeführten Abgases. Im Rahmen der Abkühlung des Abgases können zuvor noch gasförmig im Abgas enthaltene Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, auskondensieren, wenn die Tautemperatur einer Komponente der gasförmigen Ladeluftströmung unterschritten wird.
Kondensat und Kondensattröpfchen sind unerwünscht und führen zu einer erhöhten Geräuschemission im Ansaugsystem, gegebenenfalls zur Beschädigung der Schaufeln des mindestens einen Verdichterlaufrades. Letzteres ist mit einer Verminderung des Wirkungsgrades des Verdichters verbunden.
Werden hingegen das rückgeführte Abgas und die Frischluft mittels dem hülsenförmigen Leitelement bis zum Eintritt in das Laufrad voneinander getrennt gehalten, kann es erst im Laufrad bzw. stromabwärts des Laufrades zu einer Kondensatbildung kommen, d. h. an einer Stelle, an der die Kondensatbildung weniger kritisch zu sehen ist.
Die vorstehend beschriebene Problematik verschärft sich mit zunehmender Rückführrate, da die Anteile der einzelnen Abgaskomponenten in der Ladeluft zunehmen, insbesondere der Anteil des im Abgas enthaltenen Wassers. Nach dem Stand der Technik muss die mittels Niederdruck-AGR rückgeführte Abgasmenge daher begrenzt werden, um das Auskondensieren zu unterbinden bzw. zu vermindern. Diese notwendige Begrenzung entfällt bei Verwendung eines hülsenförmigen Leitelements zum Trennen von rückgeführtem Abgas und Frischluft.
Vorteilhaft sind im vorliegenden Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Rückführleitungssystem unter Ausbildung mehrerer Öffnungen in den trichterförmigen Abschnitt mündet.
Die Öffnungen, über welche das Rückführleitungssystem mit dem Ansaugsystem strömungstechnisch in Verbindung steht, sind vorzugsweise regelmäßig zueinander beabstandet und umfänglich auf dem trichterförmigen Abschnitt verteilt angeordnet. Insbesondere letzteres unterstützt die Durchmischung des rückgeführten Abgases mit der Frischluft, d. h. die Homogenisierung der Ladeluft im Ansaugsystem.
Die zu den Öffnungen führenden Kanäle des Rückführleitungssystems können radial zu einer virtuellen Verlängerung der Welle des Verdichters ausgerichtet sein oder in der Art einer Sekante bzw. einer Tangente, so dass das aus den Kanälen austretende Abgas einen Wirbel um die Welle des Verdichters ausbildet.
Die Kanäle des Rückführleitungssystems können auch hin zu dem mindestens einen Verdichterlaufrad ausgerichtet sein und primär dem Einleiten von Abgas in das Ansaugsystem dienen.
Der Geschwindigkeitsvektor der Ladeluftströmung erhält gegebenenfalls durch den Abgaswirbel eine zusätzliche Komponente, so dass der Winkel der Anströmung auf die rotierenden Laufradschaufeln des Verdichters verändert werden kann. Die Pumpgrenze des Verdichters im Verdichterkennfeld lässt sich so weiter hin zu kleineren Verdichterströmen verschieben.
Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Abgasturbolader, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst, können Ausführungsformen vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Rückführleitungssystem stromabwärts der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers vom Abgasabführsystem abzweigt.
Vorliegend ist die aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Niederdruck-AGR ausgestattet. Im Gegensatz zu einer Hochdruck-AGR, die stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem entnommenes Abgas, vorzugsweise stromabwärts des Verdichters, in das Ansaugsystem einleitet, wird bei einer Niederdruck-AGR Abgas auf die Einlassseite zurückgeführt, welches die Turbine bereits durchströmt hat. Hierzu umfasst die Niederdruck-AGR ein Rückführleitungssystem, das stromabwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts des Verdichters bzw. des mindestens einen Verdichterlaufrades in das Ansaugsystem mündet.
Der wesentliche Vorteil der Niederdruck-AGR gegenüber der Hochdruck-AGR ist, dass der in die Turbine eingeleitete Abgasstrom im Falle einer Abgasrückführung nicht um die rückgeführte Abgasmenge vermindert wird. Es steht immer der gesamte Abgasstrom an der Turbine zur Generierung eines ausreichend hohen Ladedrucks zur Verfügung.
Das mittels Niederdruck-AGR auf die Einlassseite zurückgeführte und vorzugsweise gekühlte Abgas wird stromaufwärts des Verdichters mit Frischluft gemischt. Die auf diese Weise erzeugte Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas bildet die Ladeluft, die dem Verdichter zugeführt und komprimiert wird.
Da im Rahmen einer Niederdruck-AGR Abgas durch den mindestens einen Verdichter hindurchgeführt wird, ist vorzugsweise Abgas zu verwenden, welches stromabwärts der Turbine einer Abgasnachbehandlung, insbesondere in einem Partikelfilter, unterzogen wurde.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer vorstehend beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das hülsenförmige Leitelement in dem trichterförmigen Abschnitt translatorisch bis zu dem mindestens einen Laufrad hin verschoben wird und damit in eine erste Arbeitsposition überführt wird, in der das Leitelement unter Ausbildung eines Spaltes beabstandet zu dem mindestens einen Laufrad angeordnet ist, sobald die dem mindestens einen Verdichter zuzuführende Ladeluftmenge eine vorgebbare Ladeluftmenge unterschreitet.
Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich der aufgeladenen Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen. Die verschiedenen Brennkraftmaschinen erfordern teils unterschiedliche Verfahrensvarianten.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das hülsenförmige Leitelement in die erste Arbeitsposition überführt wird, sobald die Drehzahl der Brennkraftmaschine n_mot eine vorgebbare Drehzahl unterschreitet.
Die Ladeluftmenge nimmt grundsätzlich mit der Drehzahl n_mot zu. Bei einem traditionellen Ottomotor mit Quantitätsregelung steigt die Ladeluftmenge auch bei konstanter Drehzahl mit zunehmender Last an, wohingegen die Ladeluftmenge bei einem traditionellen Dieselmotor mit Qualitätsregelung in erster Näherung lediglich drehzahlabhängig ist, weil bei Laständerung und konstanter Drehzahl die Gemischzusammensetzung, nicht jedoch die Gemischmenge variiert.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist eine aufgeladene Brennkraftmaschine, so dass zusätzlich der Ladedruck auf der Ansaugseite zu berücksichtigen ist, der sich mit der Last und/oder der Drehzahl ändern kann und Einfluss auf die Ladeluftmenge hat. Die vorstehend dargelegten Zusammenhänge betreffend die Ladeluftmenge und die Last bzw. Drehzahl gelten folglich in dieser allgemeinen Form nur bedingt. Daher kann es vorteilhaft sein, zunächst auf die Ladeluftmenge abzustellen und nicht direkt auf die Drehzahl.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das hülsenförmige Leitelement in die erste Arbeitsposition überführt wird, sobald die Last der Brennkraftmaschine T_mot eine vorgebbare Last unterschreitet. Bei einer Quantitätsregelung steigt die Ladeluftmenge auch bei konstanter Drehzahl mit zunehmender Last an.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den 1a und 1b näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1a schematisch den im Ansaugsystem angeordneten Verdichter einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit in der Ruheposition befindlichem Leitelement, teilweise geschnitten, und
1b schematisch den in 1a dargestellten Verdichter einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit in der ersten Arbeitsposition befindlichem Leitelement, teilweise geschnitten.
1a zeigt schematisch den im Ansaugsystem 2 angeordneten Verdichter 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit in der Ruheposition befindlichem Leitelement 3, teilweise geschnitten.
Zum Zuführen der Ladeluft zu den Zylindern verfügt die Brennkraftmaschine über ein Ansaugsystem 2 und zwecks Aufladung der Zylinder ist ein Abgasturbolader vorgesehen, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine (nicht dargestellt) und einen im Ansaugsystem 2 angeordneten Verdichter 1 umfasst. Der Verdichter 3 ist ein Radialverdichter, der über ein Laufrad 1c verfügt, welches in einem Verdichtergehäuse 1b auf einer drehbaren Welle 1a angeordnet und mit Laufschaufeln 1d ausgestattet ist.
Der Verdichter 1 weist einen Eintrittsbereich 1e auf, der koaxial zur Welle 1a des Verdichters 1 verläuft und ausgebildet ist, so dass die Zuführung der Ladeluft zum Verdichter 1 axial erfolgt und das Ansaugsystem 2 stromaufwärts des Verdichters 1 keine Richtungsänderungen aufweist.
Stromaufwärts des Laufrades 1c erweitert sich das Ansaugsystem 2 unter Ausbildung eines trichterförmigen Abschnitts 4 zum Laufrad 1c hin, d. h. in Richtung des Laufrades 1c, wobei ein hülsenförmiges Leitelement 3 vorgesehen ist, das unter Ausbildung eines schmalen Spaltes in dem trichterförmigen Abschnitt 4 und koaxial zur Welle 1a des Verdichters 1 translatorisch verschiebbar ist.
Die Brennkraftmaschine ist des Weiteren mit einer Abgasrückführung 5 ausgestattet, welche ein Rückführleitungssystem 5a umfasst, das stromabwärts der Turbine vom Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts des Verdichters 1 bzw. des Verdichterlaufrades 1c in das Ansaugsystem 2 mündet und zwar im Bereich des trichterförmigen Abschnitts 4.
Vorliegend ist der trichterförmige Abschnitt 4 als Kegelstumpf 4 ausgebildet, der mehrere Öffnungen 4a aufweist, die regelmäßig zueinander beabstandet auf einem äußeren Umfang des sich erweiternden Abschnitts 4 verteilt angeordnet sind und über welche das rückzuführende Abgas in das Ansaugsystem 2 eingeleitet wird. Hierzu führen Kanäle 5b des Rückführleitungssystems 5a zu den Öffnungen 4a. Ein AGR-Ventil 5c dient der Einstellung der Rückführrate.
1a zeigt das hülsenförmige Leitelement 3 in der Ruheposition, in der es deaktiviert, d. h. abgeschaltet ist. Das hülsenförmige Leitelement 3 ist in der gezeigten Ruheposition stromaufwärts des trichterförmigen Abschnitts 4 angeordnet und schließt an das stromaufwärts gelegene Ende des trichterförmigen Abschnitts 4 an. Die dem Verdichter 1 zuzuführende Frischluft durchströmt das hülsenförmige Leitelement 3, anschließend den trichterförmigen Abschnitt 4 und wird weiter stromabwärts dem Verdichter 1 zugeführt, wobei gegebenenfalls rückgeführtes Abgas über die Öffnungen 4a beigemischt wird. Die gesamte Laufradfläche wird gemäß 1a mit Ladeluft beaufschlagt.
Ausgehend von der Ruheposition kann das hülsenförmige Leitelement 3 durch translatorisches Verschieben in eine stromabwärts gelegene Arbeitsposition überführt werden.
1b zeigt schematisch den in 1a dargestellten Verdichter 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit in der ersten Arbeitsposition befindlichem Leitelement 3, teilweise geschnitten.
In der ersten Arbeitsposition ist das hülsenförmige Leitelement 3 benachbart, aber unter Ausbildung eines Spaltes beabstandet zum Laufrad 1c angeordnet. Dadurch verkleinert sich der der Ladeluft im Ansaugsystem 2 zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt, wodurch die Absolutgeschwindigkeit der Ladeluftanströmung im Ansaugsystem 2 vergrößert wird. Dieser Effekt verbessert die Anströmung des rotierenden Laufrades 1c spürbar, insbesondere bei kleinen Ladeluftmengen. Zudem wird ein begrenztes innenliegendes Segment des Laufrades 1c mit Ladeluft beaufschlagt. Der Durchmesser des Eintrittsquerschnitts wird verkleinert. Der Ladeluft kann mittels Verdichter 1 mehr Energie zugeführt werden, weshalb sich die Drehmomentcharakteristik der Brennkraftmaschine verbessert.
Ein in der ersten Arbeitsposition befindliches Leitelement 3 trennt die Frischluft und das im Rahmen der Abgasrückführung rückgeführte Abgas bis hin zum Laufrad 1c. Während die Frischluft via hülsenförmigem Leitelement 3 auf das Laufrad 1c geleitet wird, dient der zwischen Leitelement 3 und Kegelstumpf 4 ausgebildete Abschnitt des Ansaugsystems 2 der separaten Einleitung des rückgeführten Abgases in das Laufrad 1c.
Das hülsenförmige Leitelement 3 ragt in der ersten Arbeitsposition stromaufwärts aus dem trichterförmigen Abschnitt 4 heraus.
Bezugszeichenliste

1: Verdichter
1a: Welle des Verdichters, Drehachse
1b: Verdichtergehäuse
1c: Laufrad
1d: Laufschaufeln
1e: Eintrittsbereich
2: Ansaugsystem
3: hülsenförmiges Leitelement
4: trichterförmiger Abschnitt, Kegelstumpf
4a: Öffnung
5: Abgasrückführung
5a: Rückführleitungssystem
5b: Kanal
5c: AGR-Ventil
n_mot: Drehzahl der Brennkraftmaschine
T_mot: Last der Brennkraftmaschine

Claims

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit – einem Ansaugsystem (2) zum Zuführen von Ladeluft, – einem Abgasabführsystem zum Abführen des Abgases, und – mindestens einem Verdichter (1), der im Ansaugsystem (2) angeordnet ist und der mindestens ein in einem Verdichtergehäuse (1b) auf einer drehbaren Welle (1a) angeordnetes und mit Laufschaufeln (1d) ausgestattetes Laufrad (1c) umfasst, wobei stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (1c) ein Eintrittsbereich (1e) vorgesehen ist, der koaxial zur Welle (1a) des Verdichters (1) verläuft und ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – sich das Ansaugsystem (2) stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (1c) unter Ausbildung eines trichterförmigen Abschnitts (4) zu dem mindestens einen Laufrad (1c) hin erweitert, und – ein hülsenförmiges Leitelement (3) vorgesehen ist, das unter Ausbildung eines schmalen Spaltes in dem trichterförmigen Abschnitt (4) und koaxial zur Welle (1a) des mindestens einen Verdichters (1) translatorisch verschiebbar ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der trichterförmige Abschnitt (4) einen Kegelstumpf (4) bildet, der koaxial zur Welle (1a) des mindestens einen Verdichters (1) verläuft.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der trichterförmige Abschnitt (4) beabstandet zu dem mindestens einen Laufrad (1c) angeordnet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der trichterförmige Abschnitt (4) nicht integral mit dem Verdichtergehäuse (1b) ausgebildet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Leitelement (3) eine zylinderförmige Grundform aufweist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Leitelement (3) in einer ersten Arbeitsposition unter Ausbildung eines Spaltes beabstandet zu dem mindestens einen Laufrad (1c) angeordnet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Leitelement (3) ausgehend von einer Arbeitsposition durch translatorisches Verschieben in eine stromaufwärts gelegene Ruheposition überführbar ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Leitelement (3) in der Ruheposition stromaufwärts des trichterförmigen Abschnitts (4) angeordnet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Leitelement (3) in der Ruheposition in den trichterförmigen Abschnitt (4) hineinragt.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verdichter (1) ein Radialverdichter ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verdichter (1) der Verdichter (1) eines Abgasturboladers ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem (2) angeordneten Verdichter umfasst, wobei die Turbine und der Verdichter (1) auf derselben drehbaren Welle (1a) angeordnet sind.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführung (5) vorgesehen ist, die ein Rückführleitungssystem (5a) umfasst, welches stromaufwärts des mindestens einen Verdichterlaufrades (1c) in das Ansaugsystem (2) mündet.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführleitungssystem (5a) im Bereich des trichterförmigen Abschnitts (4) in das Ansaugsystem (2) mündet.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführleitungssystem (5a) unter Ausbildung mehrerer Öffnungen (4a) in den trichterförmigen Abschnitt (4) mündet.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 14 mit mindestens einem Abgasturbolader, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem (2) angeordneten Verdichter (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführleitungssystem (5a) stromabwärts der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers vom Abgasabführsystem abzweigt.
Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Leitelement (3) in dem trichterförmigen Abschnitt (4) translatorisch bis zu dem mindestens einen Laufrad (1c) hin verschoben wird und damit in eine erste Arbeitsposition überführt wird, in der das Leitelement (3) unter Ausbildung eines Spaltes beabstandet zu dem mindestens einen Laufrad (1c) angeordnet ist, sobald die dem mindestens einen Verdichter (1) zuzuführende Ladeluftmenge eine vorgebbare Ladeluftmenge unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Leitelement (3) in die erste Arbeitsposition überführt wird, sobald die Drehzahl der Brennkraftmaschine n_mot eine vorgebbare Drehzahl unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Leitelement (3) in die erste Arbeitsposition überführt wird, sobald die Last der Brennkraftmaschine T_mot eine vorgebbare Last unterschreitet.