DE102016211791A1 - Compressor system for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verdichtersystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Das Verdichtersystem weist eine Abgasleitung zur Ableitung von Abgas der Brennkraftmaschine und einen Abgasverdichter auf. Dabei weist die Abgasableitung wenigstens einen zur Einleitung des abzuleitenden Abgases in die Abgasleitung konfigurierten Eingangsabschnitt auf. Der Abgasverdichter ist eingerichtet, Abgas aus der Abgasleitung abzusaugen, um den Druck des abzuleitenden Abgases in dem Eingangsabschnitt zu verringern. Dazu weist der Abgasverdichter einen individuell ansteuerbaren und exklusiv zu seinem eigenen Betrieb eingerichteten Antrieb auf. Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Verdichtersystem beschrieben. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verdichtersystems lassen sich die Leistungsfähigkeit und Effizienz von damit ausgerüsteten Brennkraftmaschinen steigern.The invention relates to a compressor system for an internal combustion engine, in particular for an internal combustion engine for driving a motor vehicle. The compressor system has an exhaust pipe for discharging exhaust gas of the internal combustion engine and an exhaust gas compressor. In this case, the exhaust gas outlet at least one configured to initiate the exhaust gas to be derived in the exhaust pipe input section. The exhaust gas compressor is configured to exhaust exhaust gas from the exhaust pipe to reduce the pressure of the exhaust gas to be discharged in the input section. For this purpose, the exhaust gas compressor on an individually controllable and exclusively set up for his own operation drive. Furthermore, a motor vehicle with such a compressor system will be described. With the help of the compressor system according to the invention, the performance and efficiency of thus equipped internal combustion engines can be increased.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verdichtersystem für eine Brennkraftmaschine sowie ein mit einem solchen Verdichtersystem ausgestattetes Kraftfahrzeug. The present invention relates to a compressor system for an internal combustion engine and to a motor vehicle equipped with such a compressor system.

Die Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, welche meistens als Verbrennungsmotoren bezeichnet werden, sind in aller Regel mit einer Abgasanlage zum Ableiten des beim Verbrennungsprozess in der Brennkraftmaschine entstehenden Abgases verbunden. Typischerweise verfügt die Abgasanlage dabei als Funktionselemente neben einer meist rohrförmigen Abgasleitung, die auch als Kühlstrecke zum Abkühlen des Abgases dient, über einen oder mehrere akustische Schalldämpfer und Abgasnachbehandlungseinrichtungen, insbesondere eine Abgasreinigungsvorrichtung, wie etwa einen Katalysator. Bei Dieselmotoren ist seit einiger Zeit zudem zusätzlich die Verwendung eines Dieselpartikelfilters im Abgasstrom zur Reinigung desselben üblich. Inzwischen geht der Trend dahin, auch für Ottomotoren Partikelfilter in der Abgasanlage vorzusehen. The internal combustion engines of motor vehicles, which are usually referred to as internal combustion engines, are usually connected to an exhaust system for deriving the resulting during the combustion process in the internal combustion engine exhaust gas. Typically, the exhaust system has as functional elements in addition to a mostly tubular exhaust pipe, which also serves as a cooling section for cooling the exhaust gas, via one or more acoustic mufflers and exhaust aftertreatment devices, in particular an exhaust gas purification device, such as a catalyst. For diesel engines, the use of a diesel particulate filter in the exhaust gas stream for cleaning it has also been common for some time now. Meanwhile, the trend is to provide for gasoline engines particulate filter in the exhaust system.

Des Weiteren ist es bekannt, zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit und Effizienz von Brennkraftmaschinen bei Kraftfahrzeugen einen Turbolader vorzusehen. Ein Turbolader weist einen Luftverdichter auf, der typischerweise mit einer Turbine gekoppelt ist, die durch den Restdruck der Abgase in der Abgasanlage angetrieben wird und über die Kopplung wiederum den Luftverdichter antreibt. Der Luftverdichter verdichtet die Ansaugluft der Brennkraftmaschine, erhöht dabei deren Luftdurchsatz und vermindert die Ansaugarbeit von deren Kolben. Daneben sind, insbesondere aus der DE602004010439 , auch elektrisch betriebene Ansaugluftverdichter bekannt, bei denen anstelle der Turbine ein Elektromotor zum Antrieb des Luftverdichters vorgesehen ist. Furthermore, it is known to provide a turbocharger to increase the performance and efficiency of internal combustion engines in motor vehicles. A turbocharger has an air compressor, which is typically coupled to a turbine, which is driven by the residual pressure of the exhaust gases in the exhaust system and in turn drives the air compressor via the coupling. The air compressor compresses the intake air of the internal combustion engine, thereby increasing the air flow rate and reduces the intake work of the piston. In addition are, in particular from the DE602004010439 , Also electrically powered intake air compressor known in which instead of the turbine, an electric motor is provided for driving the air compressor.

Die Funktionselemente der Abgasanlage wirken auf den aus der Brennkraftmaschine austretenden Abgasstrom als Hindernisse bzw. bremsend ein und erzeugen so einen dessen Strömungsrichtung entgegen gerichteten Gegendruck. Dem entsprechend ergibt sich auch am Abgasauslass der Brennkraftmaschine ein Gegendruck, der dem Ausstoß von Abgas in die Abgasanlage entgegenwirkt und damit die erreichbare Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine, insbesondere deren Leistung bei Spitzenlast, absenken kann. The functional elements of the exhaust system act on the emerging from the engine exhaust stream as obstacles or braking and thus create a counter-pressure of its flow direction. Accordingly, there is also at the exhaust outlet of the internal combustion engine, a back pressure, which counteracts the emission of exhaust gas into the exhaust system and thus the achievable performance of the internal combustion engine, in particular their performance at peak load, can lower.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistungsfähigkeit von Brennkraftmaschinen, die mit einer Abgasanlage zur Ableitung des Abgases der Brennkraftmaschine verbunden sind, zu steigern. The invention has for its object to increase the performance of internal combustion engines, which are connected to an exhaust system for discharging the exhaust gas of the internal combustion engine.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht durch ein Verdichtersystem gemäß Anspruch 1 für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Fahrzeug gemäß Anspruch 14 mit einem derartigen Verdichtersystem. A solution to this problem is achieved according to the teaching of the independent claims by a compressor system according to claim 1 for an internal combustion engine, in particular for an internal combustion engine for driving a motor vehicle, and a vehicle according to claim 14 with such a compressor system.

Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Various embodiments and development of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verdichtersystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Das Verdichtersystem weist eine Abgasleitung zur Ableitung von Abgas der Brennkraftmaschine und einen Abgasverdichter auf. Dabei weist die Abgasableitung wenigstens einen zur Einleitung des abzuleitenden Abgases in die Abgasleitung konfigurierten Eingangsabschnitt auf. Der Abgasverdichter ist eingerichtet, Abgas aus der Abgasleitung abzusaugen, um den Druck des abzuleitenden Abgases in dem Eingangsabschnitt zu verringern. Dazu weist der Abgasverdichter einen individuell ansteuerbaren und exklusiv zu seinem eigenen Betrieb eingerichteten Antrieb auf. A first aspect of the invention relates to a compressor system for an internal combustion engine, in particular for an internal combustion engine for driving a motor vehicle. The compressor system has an exhaust pipe for discharging exhaust gas of the internal combustion engine and an exhaust gas compressor. In this case, the exhaust gas outlet at least one configured to initiate the exhaust gas to be derived in the exhaust pipe input section. The exhaust gas compressor is configured to exhaust exhaust gas from the exhaust pipe to reduce the pressure of the exhaust gas to be discharged in the input section. For this purpose, the exhaust gas compressor on an individually controllable and exclusively set up for his own operation drive.

Unter einem „Eingangsabschnitt“ im Sinne der Erfindung ist derjenige Teil der Abgasleitung zu verstehen, durch den das durch die Abgasleitung abzuleitende und von der Brennkraftmaschine kommende Abgas in die Abgasleitung eintritt, bevor es nachfolgend den Abgasverdichter erreicht. An "input section" in the sense of the invention means the part of the exhaust gas line through which the exhaust gas to be discharged through the exhaust gas line and coming from the internal combustion engine enters the exhaust gas line before it subsequently reaches the exhaust gas compressor.

Unter einem “Verdichter“ im Sinne der Erfindung ist eine Fluidenergiemaschine zu verstehen, mittels derer an einer Eingangsseite der Fluidenergiemaschine ein Unterdruck zum Ansaugen von Gas erzeugt wird, das sodann verdichtet, d.h. komprimiert, und an einer Ausgangsseite der Fluidenergiemaschine ausgegeben werden kann. Unter einem „Abgasverdichter“ ist dem entsprechend ein Verdichter zu verstehen, der zum Ansaugen und Verdichten von Abgas einer Brennkraftmaschine geeignet bzw. eingerichtet ist. Ein “Ansaugluftverdichter“ stellt dementsprechend einen Verdichter zum Ansaugen und Verdichten von Luft zur Versorgung einer Ansaugseite einer Brennkraftmaschine mit komprimierter Luft (fachsprachlich auch als "Aufladen" bezeichnet) dar. Die Brennkraftmaschine kann insbesondere ein Dieselmotor oder ein Ottomotor sein. A "compressor" in the sense of the invention is to be understood as meaning a fluid energy machine by means of which a negative pressure for the suction of gas is generated at an input side of the fluid energy machine, which is then compressed, i. compressed, and can be output on an output side of the fluid energy machine. An "exhaust gas compressor" is accordingly to be understood as a compressor which is suitable or designed for sucking and compressing exhaust gas of an internal combustion engine. Accordingly, an "intake air compressor" is a compressor for sucking and compressing air for supplying an intake side of an internal combustion engine with compressed air (also referred to as "charging" in technical language). The internal combustion engine may be, in particular, a diesel engine or a gasoline engine.

Im Sinne der Erfindung weist ein Abgasverdichter einen "individuell ansteuerbaren und exklusiv zu seinem eigenen Betrieb eingerichteten Antrieb" auf, wenn dieser Antrieb allein zum Antreiben des Abgasverdichters zur Verfügung steht und nicht zusätzlich zum Antreiben einer anderen davon ansonsten unabhängigen Last, insbesondere eines Ansaugluftverdichters, eingerichtet bzw. verwendet wird und der Abgasverdichter damit einzeln angesteuert werden kann. For the purposes of the invention, an exhaust gas compressor has an "individually controllable and exclusively for his own operation equipped drive" when this drive is available solely for driving the exhaust gas compressor and not additionally for driving another otherwise independent load, in particular a Ansaugluftverdichters furnished or is used and the exhaust gas compressor can thus be controlled individually.

Mithilfe des erfindungsgemäßen Verdichtersystems kann mittels Absaugung von Abgas aus der Abgasleitung der Druck des Abgases in der Abgasleitung, jedenfalls in dessen brennkraftmaschinenseitigem Eingangsabschnitt, reduziert werden. Dadurch kann auch der am Abgasausgang der Brennkraftmaschine vorherrschende Gegendruck im Abgas vermindert und somit die Leistungsfähigkeit und Effizienz der Brennkraftmaschine erhöht werden. Die individuelle Ansteuerbarkeit des Abgasverdichters erlaubt es dabei, die Abgasabsaugung gezielt nur dann und in einem solchen Maße einzusetzen, wenn bzw. wie dies erforderlich oder zweckmäßig ist, um die Leistungs- und/oder Effizienzziele der Brennkraftmaschine zu erreichen. Ein Betrieb des Abgasverdichters kann gemäß einem ersten Fall insbesondere dann erforderlich oder zweckmäßig sein, wenn der Brennkraftmaschine gerade eine Spitzenlast abverlangt wird. In einem anderen Fall kann es zweckmäßig sein, den Abgasverdichter nur temporär oder fortlaufend aber unterhalb seines maximalen Verdichtungsvermögens zu betreiben, um jeweils die Effizienz der Brennkraftmaschine bei gleichzeitiger Beschränkung des zur Verdichtung erforderlichen Energieaufwands zu erhöhen. Auf diese Weise kann unnötiger Energieaufwand zum Betrieb des Abgasverdichters vermieden, bzw. ein energetisch optimierter Betrieb desselben ermöglicht werden. Insbesondere kann so auch ein Gesamteffizienzoptimum eingestellt werden, das sowohl die Effizienz der Brennkraftmaschine als auch die Effizienz des Verdichtersystems berücksichtigt und insgesamt optimiert. With the aid of the compressor system according to the invention, by means of suction of exhaust gas from the exhaust gas line, the pressure of the exhaust gas in the exhaust gas line, at least in its input side of the combustion engine, can be reduced. As a result, the back pressure prevailing in the exhaust gas at the exhaust gas outlet of the internal combustion engine can also be reduced, and thus the efficiency and efficiency of the internal combustion engine can be increased. The individual controllability of the exhaust gas compressor makes it possible to selectively use the exhaust gas extraction only then and to such an extent if or as required or appropriate to achieve the performance and / or efficiency goals of the internal combustion engine. According to a first case, operation of the exhaust gas compressor may be necessary or expedient in particular if the internal combustion engine is currently being required to perform a peak load. In another case, it may be expedient to operate the exhaust gas compressor only temporarily or continuously but below its maximum compression capacity in order to increase the efficiency of the internal combustion engine while at the same time limiting the energy expenditure required for compression. In this way, unnecessary energy expenditure for the operation of the exhaust gas compressor can be avoided, or an energy-optimized operation thereof can be made possible. In particular, an overall efficiency optimum can thus be set that takes into account both the efficiency of the internal combustion engine and the efficiency of the compressor system and optimizes them overall.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Verdichtersystems und deren Weiterbildungen beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder widersprüchlich wäre, beliebig miteinander sowie mit dem im Weiteren beschriebenen zweiten Aspekt der Erfindung kombiniert werden können. In the following, preferred embodiments of the compressor system and their developments will be described, which, unless expressly excluded or contradictory, may be combined as desired with one another as well as with the second aspect of the invention described below.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist das Verdichtersystem des Weiteren eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Antriebs des Abgasverdichters auf. Dabei ist die Steuereinrichtung konfiguriert, den Antrieb in Abhängigkeit von Zustandsdaten, bevorzugt Leistungsdaten, anzusteuern, welche einen aktuellen Zustand, bevorzugt eine aktuelle Leistung, der Brennkraftmaschine charakterisieren. Auf diese Weise kann der Betrieb des Abgasverdichters in Abhängigkeit von einem Zustand, bevorzugt einer aktuellen Leistung der Brennkraftmaschine erfolgen. Dies ermöglicht es insbesondere, im Sinne einer Optimierung der Energieeffizienz den Abgasverdichter nur dann zu betreiben, wenn dadurch der Zustand der Brennkraftmaschine gemäß einem vorbestimmten Maß verbessert, oder deren Effizienz und/oder Leistungsfähigkeit zur Befriedigung einer aktuellen Anforderung erhöht werden müssen. According to a first preferred embodiment, the compressor system further comprises a control device for controlling the drive of the exhaust gas compressor. In this case, the control device is configured to control the drive in dependence on state data, preferably power data, which characterize a current state, preferably a current power, of the internal combustion engine. In this way, the operation of the exhaust gas compressor in dependence on a state, preferably a current performance of the internal combustion engine. This makes it possible, in particular, to operate the exhaust gas compressor in terms of optimizing energy efficiency only if the state of the internal combustion engine thereby improves according to a predetermined measure, or if its efficiency and / or performance must be increased to satisfy a current requirement.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dazu kennzeichnen die Zustandsdaten einen Abgasdruck oder eine Abgastemperatur in der Abgasleitung, insbesondere in deren Eingangsabschnitt, oder eine von wenigstens einer dieser Größen abgeleitete weitere Größe. Eine solche abgeleitete Größe kann insbesondere eine Größe sein, die eine Veränderung einer anderen Größe, insbesondere eines Abgasdrucks oder eine Abgastemperatur, charakterisiert, etwa eine zeitliche Ableitung oder ein Gradient. Auf diese Weise ist es möglich, den Abgasverdichter in Abhängigkeit von einfach zu erfassenden physikalischen Größen anzusteuern, die insbesondere mit der aktuellen Leistung bzw. der mechanischen und/oder thermischen Belastung der Brennkraftmaschine korrelieren. Die Größen sind wiederum durch Absenkung des Abgasgegendrucks mittels des Abgasverdichters zur Erhöhung der Leistung oder Absenkung der Belastung der Brennkraftmaschine beeinflussbar. According to a further preferred embodiment, the state data characterize an exhaust gas pressure or an exhaust gas temperature in the exhaust gas line, in particular in its input section, or a further variable derived from at least one of these variables. Such a derived variable may in particular be a variable that characterizes a change of another variable, in particular an exhaust gas pressure or an exhaust gas temperature, such as a time derivative or a gradient. In this way it is possible to control the exhaust gas compressor as a function of easily detectable physical quantities, which correlate in particular with the actual power or the mechanical and / or thermal loading of the internal combustion engine. The variables can in turn be influenced by lowering the exhaust backpressure by means of the exhaust gas compressor to increase the power or reduce the load on the internal combustion engine.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verdichtersystem demgemäß einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung der Zustandsdaten auf. Dies können insbesondere Druck- oder Temperatursensoren sein. Es ist dabei zweckmäßig, die Sensoren an der Brennkraftmaschine selbst oder jedenfalls an einem der Brennkraftmaschine zugewandten Bereich des Verdichtersystems, bevorzugt in dessen Eingangsabschnitt, anzuordnen, um eine möglichst genaue sensorische Messung des Zustands der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. According to a further preferred embodiment, the compressor system accordingly comprises one or more sensors for detecting the condition data. This can be in particular pressure or temperature sensors. It is expedient to arrange the sensors on the internal combustion engine itself or at least on one of the engine facing region of the compressor system, preferably in the input section, to allow the most accurate sensory measurement of the state of the internal combustion engine.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Antrieb des Abgasverdichters eine elektrische Maschine auf. Der Abgasverdichter weist einen ersten Betriebsmodus auf, in dem er eingerichtet ist, zur Verdichtung von Abgas aus der Abgasleitung durch die elektrische Maschine motorisch angetrieben zu werden. Darüber hinaus weist der Abgasverdichter einen zweiten Betriebsmodus auf, in dem er eingerichtet ist, durch das Abgas in der Abgasleitung angetrieben zu werden und dabei mittels der dann als Generator wirkenden elektrische Maschine kinetische und/oder thermische Energie des Abgases in elektrische Energie umzuwandeln. Die Steuereinheit ist konfiguriert, den Abgasverdichter selektiv mittels einer entsprechenden Ansteuerung in den ersten oder zweiten Betriebsmodus zu versetzen. Auf diese Weise kann der Abgasverdichter nicht nur, gemäß seinem ersten Betriebsmodus, als solcher zur Verdichtung des Abgases eingesetzt werden, sondern, wenn er sich im zweiten Betriebsmodus befindet, auch zur Rückgewinnung von Energie aus dem Abgasstrom verwendet werden. Bevorzugt ist die Steuereinheit konfiguriert, den Abgasverdichter auf Basis der oben genannten Zustandsdaten für die Brennkraftmaschine oder von Zustandsdaten eines Funktionselements der Abgasanlage der Brennkraftmaschine in den ersten bzw. den zweiten Betriebsmodus zu versetzen. According to a further preferred embodiment, the drive of the exhaust gas compressor on an electric machine. The exhaust gas compressor has a first operating mode in which it is set up to be driven by a motor for the compression of exhaust gas from the exhaust gas line by the electric machine. In addition, the exhaust gas compressor has a second operating mode in which it is set up to be driven by the exhaust gas in the exhaust gas line and thereby convert kinetic and / or thermal energy of the exhaust gas into electrical energy by means of the electric machine acting as a generator. The control unit is configured to selectively enable the exhaust gas compressor in the first or second operating mode by means of a corresponding control. In this way, the exhaust gas compressor can not only, according to its first operating mode, be used as such for the compression of the exhaust gas, but, when it is in the second operating mode, can also be used for the recovery of energy from the exhaust gas flow. Preferably, the control unit is configured to Exhaust compressor on the basis of the above-mentioned state data for the internal combustion engine or condition data of a functional element of the exhaust system of the internal combustion engine in the first and the second operating mode to move.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in diesem Zusammenhang ist die Steuereinheit insbesondere konfiguriert, Temperaturdaten zu empfangen, die eine ermittelte Temperatur einer zur Reinigung des abzuleitenden Abgases vorgesehenen Abgasreinigungsvorrichtung kennzeichnen, und den Abgasverdichter mittels einer entsprechenden Ansteuerung im ersten Betriebsmodus oder einem Leerlaufmodus zu betreiben oder zu deaktivieren, wenn diese Temperatur eine vorbestimmte Temperaturschwelle nicht überschreitet. Die Daten können sich dabei unmittelbar auf die Temperatur als Größe oder auf eine oder mehrere davon abhängige Größen beziehen, aus denen sich auf die Temperatur schließen lässt. Die Abgasreinigungsvorrichtung kann insbesondere ein Abgaskatalysator sein. Dies ist insbesondere deshalb zweckmäßig, weil die Funktion eines Katalysators typischerweise eine Temperaturabhängigkeit aufweist bei der die beste Reinigungswirkung oberhalb bestimmter Schwelltemperaturen erreicht wird. So kann der Abgasverdichter vorteilhaft solange deaktiviert oder im ersten Betriebsmodus oder einem Leerlaufmodus betrieben werden, bis die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere eines Katalysators, die vorbestimmte Temperaturschwelle erreicht bzw. überschreitet. Damit wird eine Abkühlung des Abgasstroms, welche durch den generatorischen Betrieb des Abgasverdichters im zweiten Betriebsmodus bewirkt würde, vermieden, um so ein möglichst schnelles Aufheizen der Abgasreinigungsvorrichtung zu bewirken. Hat die Abgasvorrichtung dagegen ihre Betriebstemperatur bei oder oberhalb der Temperaturschwelle erreicht, kann in den zweiten Betriebsmodus übergegangen werden. According to a further preferred embodiment in this context, the control unit is in particular configured to receive temperature data indicative of a determined temperature of an exhaust gas purifying device for purifying the exhaust gas to be discharged, and to operate or deactivate the exhaust gas compressor by means of a corresponding drive in the first operating mode or an idling mode if this temperature does not exceed a predetermined temperature threshold. The data may relate directly to the temperature as a variable or to one or more dependent variables, from which it is possible to deduce the temperature. The exhaust gas purification device may in particular be an exhaust gas catalytic converter. This is particularly useful because the function of a catalyst typically has a temperature dependence in which the best cleaning effect is achieved above certain threshold temperatures. Thus, the exhaust gas compressor can advantageously be deactivated or operated in the first operating mode or an idling mode until the temperature of the exhaust gas purification device, in particular of a catalytic converter, reaches or exceeds the predetermined temperature threshold. Thus, a cooling of the exhaust gas flow, which would be caused by the generator operation of the exhaust gas compressor in the second operating mode, avoided, so as to bring about the fastest possible heating of the exhaust gas purification device. On the other hand, if the exhaust device has reached its operating temperature at or above the temperature threshold, it is possible to move to the second operating mode.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit des Weiteren konfiguriert, den Abgasverdichter mittels einer entsprechenden Ansteuerung in den zweiten Betriebsmodus zu versetzen, wenn die Zustandsdaten eine aktuelle Leistung der Brennkraftmaschine angeben, welche innerhalb eines oberhalb einer Leistungsschwelle definierten Leistungsbereichs liegt, und ihn in den ersten Betriebsmodus oder einen Leerlaufmodus zu versetzen oder ihn zu deaktivieren, wenn die Zustandsdaten eine aktuelle Leistung der Brennkraftmaschine angeben, welche außerhalb des definierten Leistungsbereichs liegt. Der Leistungsbereich ist bevorzugt als ein Bereich im Intervall zwischen 25% und 75% der Spitzenleistung der Brennkraftmaschine bei deaktiviertem Ansaugverdichter definiert. Auf diese Weise wird der Abgasverdichter einerseits nur dann generatorisch betrieben, wenn eine ausreichende Leistung oberhalb der Leistungsschwelle (bzw. Abgasenthalpie oberhalb einer entsprechenden Enthalpieschwelle) zu dessen Antrieb vorliegt. Andererseits wird der zweite Betriebsmodus verlassen, wozu insbesondere wieder in den ersten, motorischen Betriebsmodus gewechselt werden kann, wenn die Leistung so hoch ist, dass sie oberhalb des definierten Bereich liegt und eine generatorische Belastung der Brennkraftmaschine leistungslimitierend bzw. zu belastend und somit unerwünscht wäre. Bevorzugt wird dann in den ersten Betriebsmodus gewechselt, so dass für den Abruf solcher hohen Leistungen bzw. -lasten in der Nähe der Spitzenleistung bzw. -last der Abgasverdichter unter Reduzierung des Abgasgegendrucks an der Brennkraftmaschine deren abrufbare Leistung erhöht werden kann. Insbesondere kann im Falle einer aufgeladenen Brennkraftmaschine die Steuereinheit so konfiguriert sein, dass nur dann der erste Betriebsmodus aktiviert wird, wenn zugleich der Ansaugluftverdichter aktiviert ist, also im Aufladebetrieb. Die Steuerung der Aufladung kann insbesondere so konfiguriert sein, dass der Ansaugluftverdichter nur in einem Lastbereich aktiviert wird, der oberhalb der saugmotorischen Volllast oder einer leicht darunter definierten Lastschwelle liegt, die bevorzugt im Bereich zwischen 90% und 99% der Volllast definiert sein kann. Bevorzugt ist die Steuereinheit konfiguriert, den Abgasverdichter stets dann in den zweiten Betriebsmodus zu versetzen oder zu deaktivieren, wenn weder die Zustandsdaten der Brennkraftmaschine noch die Temperaturdaten für die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem vorbestimmten Kriterium einen Betrieb des Abgasverdichters im ersten Betriebsmodus erfordern. Das vorbestimmte Kriterium kann insbesondere mittels der Temperaturschwelle für die Abgasreinigungsvorrichtung und mittels des vorgenannten definierten Leistungsbereichs der Brennkraftmaschine definiert sein. According to a further preferred embodiment, the control unit is further configured to put the exhaust gas compressor in the second operating mode by means of an appropriate control, if the state data indicate a current power of the internal combustion engine, which lies within a power range defined above a power threshold, and in the first Set mode or an idle mode or disable it when the state data indicate a current performance of the internal combustion engine, which is outside the defined power range. The power range is preferably defined as a range in the interval between 25% and 75% of the peak power of the internal combustion engine with the intake compressor deactivated. In this way, the exhaust gas compressor on the one hand only operated as a generator, if there is sufficient power above the power threshold (or exhaust enthalpy above a corresponding enthalpy threshold) to its drive. On the other hand, the second operating mode is left, for which purpose it is possible, in particular, to switch back to the first, motorized operating mode if the power is so high that it is above the defined range and a regenerative load of the internal combustion engine is power-limiting or too burdensome and thus undesirable. It is then preferred to change to the first operating mode, so that the retrievable power can be increased for the retrieval of such high powers or loads in the vicinity of the peak power or load of the exhaust gas compressor while reducing the exhaust backpressure on the internal combustion engine. In particular, in the case of a supercharged internal combustion engine, the control unit may be configured so that only the first operating mode is activated when at the same time the intake air compressor is activated, ie in the charging mode. In particular, the control of the charge may be configured such that the intake air compressor is activated only in a load range above the full suction motor load or a load threshold slightly below it, which may preferably be defined in the range between 90% and 99% of the full load. The control unit is preferably configured to always set or deactivate the exhaust gas compressor into the second operating mode if neither the engine status data nor the exhaust gas purification temperature data according to a predetermined criterion requires operation of the exhaust gas compressor in the first operating mode. The predetermined criterion can be defined in particular by means of the temperature threshold for the exhaust gas purification device and by means of the abovementioned defined power range of the internal combustion engine.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verdichtersystem des Weiteren einen separat von dem Abgasverdichter elektrisch angetriebenen Ansaugluftverdichter auf, der konfiguriert ist, zumindest teilweise mittels der im zweiten Betriebsmodus des Abgasverdichters erzeugten elektrischer Energie versorgt zu werden. Auf diese Weise kann die im zweiten Betriebsmodus aus dem Abgasstrom in der Abgasleitung rückgewonnene Energie zum Aufladen der Brennkraftmaschine eingesetzt werden uns so deren Effizienz und Leistung gesteigert werden. Dabei sind der Abgasverdichter und der Ansaugluftverdichter vorzugsweise als voneinander separate Einheiten ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Verdichter unabhängig voneinander im Fahrzeug angeordnet werden können, was eine größere Flexibilität beim Design des Fahrzeuginneren und der Anordnung der Verdichter und anderer Fahrzeugkomponenten und damit einhergehend auch eine optimale Raumausnutzung im Fahrzeug ermöglichen kann. Ein weiterer Vorteil ergibt sich gegenüber konventionellen Turboladern. Bei diesen müssen sich Ansaugluftführung und Abgasführung immer an einem Punkt, dem Turbolader treffen. Dies führt zu teilweise ungünstigen Auslegungen und Wegstrecken der Heiß-/Kaltgasführungen und in der Folge zu einem Anstieg der Ladungswechselarbeit und einer Abnahme des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine. Mit der hier vorgeschlagenen Lösung, bei die Abgasseite und die Ansaugluftseite räumlich getrennt ausführbar sind, kann diesen genannten Nachteile begegnet werden. According to a further preferred embodiment, the compressor system further comprises an intake air compressor, which is electrically driven separately from the exhaust gas compressor and which is configured to be supplied at least partially by means of the electrical energy generated in the second operating mode of the exhaust gas compressor. In this way, the energy recovered in the second operating mode from the exhaust gas flow in the exhaust gas line can be used to charge the internal combustion engine so that its efficiency and performance can be increased. In this case, the exhaust gas compressor and the intake air compressor are preferably designed as separate units. This has the advantage that the two compressors can be arranged independently of each other in the vehicle, which can allow greater flexibility in the design of the vehicle interior and the arrangement of the compressor and other vehicle components and, consequently, an optimal use of space in the vehicle. Another advantage results over conventional turbochargers. In these, the intake air duct and exhaust system must always meet at one point, the turbocharger. This leads to partially unfavorable designs and distances of the hot / cold gas ducts and as a result to an increase in the charge exchange work and a decrease in the efficiency of the internal combustion engine. With the solution proposed here, in which the exhaust gas side and the intake air side can be carried out spatially separated, these mentioned disadvantages can be counteracted.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verdichtersystem dazu des Weiteren einen Speicher für elektrische Energie auf, insbesondere eine Sekundärbatterie. Dabei ist der Speicher konfiguriert, sowohl den Abgasverdichter als auch den Ansaugluftverdichter, insbesondere deren jeweiligen Antriebe, mit elektrischer Energie zu versorgen und er ist dabei so dimensioniert, dass seine maximale elektrische Leistungsabgabe größer oder gleich der Summe der maximalen Leistungsaufnahmen des Abgasverdichters und des Ansaugluftverdichters ist. Auf diese Weise kann der gleichzeitige Betrieb des Abgasverdichters und des Ansaugluftverdichters mit elektrischer Energie sichergestellt werden, was den Abruf von hohen Leistungen, insbesondere von Spitzenleistungen der Brennkraftmaschine ermöglicht, für die sowohl ein Aufladen der Brennkraftmaschine mittels verdichteter Ansaugluft als auch eine Reduktion des Gegendrucks an der Abgasseite mittels des Abgasverdichters erforderlich sind. According to a further preferred embodiment, the compressor system further comprises a memory for electrical energy, in particular a secondary battery. The memory is configured to supply both the exhaust gas compressor and the intake air compressor, in particular their respective drives, with electrical energy and it is dimensioned so that its maximum electric power output is greater than or equal to the sum of the maximum power consumption of the exhaust gas compressor and the intake air compressor , In this way, the simultaneous operation of the exhaust gas compressor and the intake air compressor can be ensured with electrical energy, which enables the retrieval of high performance, in particular of excellence of the internal combustion engine, for both a charging of the internal combustion engine by means of compressed intake air and a reduction of the back pressure at the Exhaust gas side are required by means of the exhaust gas compressor.

Gemäß einer weiteren, auf diese Konstellation anwendbaren, bevorzugten Ausführungsform weist das Verdichtersystem des Weiteren einen ersten Umrichter und einen zweiten Umrichter auf. Der erste Umrichter ist eingerichtet, einen von einer Gleichstromversorgung gelieferten ersten Gleichstrom in Wechselstrom oder Drehstrom umzurichten und mit dem ersten umgerichteten Strom den Abgasverdichter zu versorgen. Der zweite Umrichter ist eingerichtet, einen von der Gleichstromversorgung gelieferten zweiten Gleichstrom in Wechselstrom oder Drehstrom umzurichten und mit dem zweiten umgerichteten Strom den Ansaugluftverdichter zu versorgen. Dabei sind der erste und der zweite Umrichter als voneinander separate Einheiten ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Umrichter unabhängig voneinander im Fahrzeug angeordnet werden können, dass eine größere Flexibilität beim Design des Fahrzeuginneren und der Anordnung der Umrichter und anderer Fahrzeugkomponenten und damit einhergehend auch eine optimale Raumausnutzung im Fahrzeug ermöglichen kann. Die Gleichstromversorgung kann insbesondere mittels des vorgenannten Speichers oder eines anderweitig gespeisten Bordnetzes des Kraftfahrzeugs implementiert sein. According to another preferred embodiment applicable to this constellation, the compressor system further comprises a first converter and a second converter. The first inverter is configured to convert a first DC power supplied from a DC power supply to AC or three-phase power and to supply the exhaust gas compressor with the first bypassed current. The second inverter is configured to convert a second DC current supplied from the DC power supply to AC or AC and to supply the intake air compressor with the second bypassed current. In this case, the first and the second converter are designed as separate units. This has the advantage that the two inverters can be arranged independently of one another in the vehicle, which can allow greater flexibility in the design of the vehicle interior and the arrangement of the converter and other vehicle components and, consequently, also optimum space utilization in the vehicle. The DC power supply can be implemented in particular by means of the aforementioned memory or an otherwise powered vehicle electrical system of the motor vehicle.

Alternativ zu der unmittelbar vorausgehend beschriebenen Ausführungsform, bei der Umrichter und Wechselstrom- bzw. Drehstrommaschinen für den Antrieb der Verdichter verwendet werden, können die elektrischen Antriebe des Ansaugverdichters und/oder des Ansaugluftverdichters auch als Gleichstrommaschinen ausgebildet sein, so dass ein Umrichten der von der Gleichstromversorgung gelieferten Gleichströme nicht erforderlich ist und somit die Umrichter entfallen können. Insbesondere können dazu Gleichstrommaschinen mit Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsregelung und eingebauter Kommutierung (etwa mittels Bürstenläufern) verwendet werden. As an alternative to the embodiment described immediately above, in which converters and AC machines are used for driving the compressors, the electric drives of the intake compressor and / or the intake air compressor can also be designed as DC machines, so that a conversion of the DC power supply supplied DC currents is not required and thus can eliminate the inverter. In particular, DC machines with DC or DC voltage control and built-in commutation (such as with brush rotors) can be used.

Ein solche Lösung kann vorteilhaft insbesondere zu einer Reduktion der Komplexität, des Platzbedarfs und/oder der Kosten für die elektrische Versorgung der Verdichter führen. Such a solution can advantageously lead in particular to a reduction of the complexity, the space requirement and / or the costs for the electrical supply of the compressor.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein zum Erfassen des zu verdichtenden Abgases vorgesehener Abschnitt des Abgasverdichters, insbesondere dessen Eingangsabschnitt, oder eine Gasfördervorrichtung des Abgasverdichters relativ zu der Abgasleitung so beweglich angeordnet, dass mittels einer solchen Bewegung sein bzw. ihr effektiver Wirkungsquerschnitt bezüglich des Abgasstroms in der Abgasleitung veränderbar ist. Insbesondere kann die Gasfördervorrichtung, etwa eine Turbine, dabei so beweglich angeordnet sein, dass sie selektiv zwischen einem ersten Zustand, in dem sie zumindest teilweise in die Abgasleitung eingreift um Abgas zur Verdichtung zu erfassen und einem zweiten Zustand, in dem sie nicht oder nur zu einem geringeren Grad als im ersten Zustand in die Abgasleitung eingreift, bewegbar ist. Diese Ausführungsform ermöglicht es insbesondere, den Abgasverdichter ganz oder zumindest teilweise aus dem Abgasstrom in der Abgasleitung herauszubewegen, wenn der Abgasverdichter gerade deaktiviert ist. Dadurch kann einer unerwünschten Erhöhung des zu einem Gegendruck an der Brennkraftmaschine führenden Abgasdrucks in der Abgasleitung aufgrund des andernfalls als Hindernis wirkenden deaktivierten Abgasverdichters begegnet werden. Der Grad des Eingreifens des Abschnitts bzw. der Gasfördervorrichtung in die Abgasleitung kann insbesondere mittels des eingreifenden Volumens oder eines dadurch abgedeckten Anteils an der Querschnittsfläche der Abgasleitung an der Eingriffsstelle definiert sein. Insbesondere können der Eingangsabschnitt und/oder eine Gasfördervorrichtung des Abgasverdichters im zweiten Zustand in einer Ausbuchtung der Abgasleitung Platz finden, von der heraus beim Wechseln in den ersten Zustand in den Querschnitt der Abgasleitung einbringbar, etwa einfahrbar oder einschwenkbar, sind. According to a further preferred embodiment, at least one intended for detecting the exhaust gas to be compressed section of the exhaust gas compressor, in particular its input section, or a gas conveying device of the exhaust gas compressor relative to the exhaust pipe so movably arranged that by means of such a movement or its effective cross-section with respect to the exhaust gas flow is changeable in the exhaust pipe. In particular, the gas delivery device, such as a turbine, can be arranged so that it selectively between a first state in which it engages at least partially in the exhaust pipe to capture exhaust gas for compression and a second state in which they not or only to a degree smaller than in the first state engages in the exhaust pipe, is movable. This embodiment makes it possible in particular to move the exhaust gas compressor completely or at least partially out of the exhaust gas flow in the exhaust gas line when the exhaust gas compressor is currently deactivated. As a result, an undesirable increase in the exhaust gas pressure leading to a backpressure on the internal combustion engine in the exhaust gas line due to the deactivated exhaust gas compressor which otherwise acts as an obstacle can be counteracted. The degree of engagement of the section or the gas delivery device in the exhaust pipe can be defined in particular by means of the engaging volume or a portion covered thereby on the cross-sectional area of the exhaust pipe at the engagement point. In particular, the input section and / or a gas delivery device of the exhaust gas compressor in the second state can be accommodated in a bulge of the exhaust pipe, from which when changing to the first state in the cross section of the exhaust pipe can be introduced, about retractable or einschwenkbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Abgasleitung zur Ableitung von in den Eingangsabschnitt eingeleitetem Abgas wenigstens einen ersten Abgaskanal und einen zweiten Abgaskanal auf. Der erste Abgaskanal ist dem Abgasverdichter zugeführt, um eine Verdichtung des Abgases in dem ersten Abgaskanal mittels des Abgasverdichters zu ermöglichen. Der zweite Abgaskanal ("Bypass") umgeht den Abgasverdichter, um einen Teilstrom des abzuleitenden Abgases an dem Abgasverdichter vorbei abzuleiten. Auf diese Weise ist es möglich, insbesondere im Zusammenspiel mit wenigstens einem optional vorhandenen Ventil in wenigstens einem der Abgaskanäle, die Druckminderungswirkung bzw. die generatorische Wirkung (vgl. zweiter Betriebsmodus) des Abgasverdichters zu begrenzen bzw. über eine entsprechende Aufteilung des Abgasstroms in die verschiedenen Abgaskanäle zu beeinflussen, insbesondere zu steuern. In accordance with a further preferred embodiment, the exhaust gas line has at least one first exhaust gas channel and one second exhaust gas channel for discharging exhaust gas introduced into the input section. The first exhaust passage is supplied to the exhaust gas compressor to allow compression of the exhaust gas in the first exhaust passage by means of the exhaust gas compressor. The second exhaust passage (bypass) bypasses the exhaust gas compressor to divert a partial flow of the exhaust gas to be discharged past the exhaust gas compressor. In this way it is possible, in particular in conjunction with at least one optionally available valve in at least one of the exhaust ducts, to limit the pressure reduction effect or the regenerative effect (see second operating mode) of the exhaust gas compressor or via a corresponding division of the exhaust gas flow into the various To influence exhaust ducts, in particular to control.

Gemäß einer weiteren, zur vorausgehenden Ausführungsform alternativen, bevorzugten Ausführungsform weist die Abgasleitung zur Ableitung von in den Eingangsabschnitt eingeleitetem Abgas einen oder mehrere Abgaskanäle auf und ist so konfiguriert, dass der bzw. sämtliche dieser Abgaskanäle dem Abgasverdichter zugeführt sind, um ein Verdichtung des Abgases in dem bzw. den Abgaskanälen zu ermöglichen. Die Steuerung der Wirkung des Abgasverdichters erfolgt hier allein über dessen elektrische Ansteuerung und nicht durch eine entsprechende, insbesondere variable Umleitung von Teilströmen des Abgasstroms. Da der generatorische Betrieb des Abgasverdichters gemäß seinem zweiten Betriebsmodus mit einer Abkühlung des ihn antreibenden Abgasstroms einhergeht, kann der zweite Betriebsmodus insbesondere dann genutzt werden, wenn ein Abkühlen des Abgasstroms zweckmäßig oder erforderlich ist. Bevorzugt wird die dabei erzeugte elektrische Energie in dem vorgenannten Speicher zwischengespeichert und nur dann an einen gegebenenfalls vorhandenen Ansaugluftverdichter abgegeben, wenn dieser eine entsprechende elektrische Leistung anfordert bzw. benötigt. Damit ist, anders als bei herkömmlichen Turboladersystemen mit einer starr an den Ladeverdichter gekoppelten Abgasturbine, eine Entkopplung der Abkühlung des Abgasstroms von der Aufladung der Brennkraftmaschine auch ohne Steuerung des Abgasstroms in einer mehrkanaligen Abgasleitung ermöglicht (vgl. Turbolader mit Bypass und Bypassventil bzw. "Wastegate"). According to a further alternative embodiment, which is alternative to the preceding embodiment, the exhaust pipe has one or more exhaust passages for discharging exhaust gas introduced into the input section and is configured such that all or these exhaust passages are supplied to the exhaust gas compressor in order to compress the exhaust gas to enable the or the exhaust ducts. The control of the effect of the exhaust gas compressor takes place here alone via its electrical control and not by a corresponding, in particular variable diversion of partial flows of the exhaust gas flow. Since the generator operation of the exhaust gas compressor according to its second mode of operation is accompanied by a cooling of the exhaust gas flow driving it, the second operating mode can be used in particular when a cooling of the exhaust gas flow is appropriate or necessary. Preferably, the electrical energy generated in this case is temporarily stored in the aforementioned memory and only delivered to an optionally present intake air compressor when it requests or requires a corresponding electrical power. This is, unlike conventional turbocharger systems with a rigidly coupled to the supercharger exhaust gas decoupling of the cooling of the exhaust gas flow from the charging of the engine even without control of the exhaust gas flow in a multi-channel exhaust pipe allows (see ").

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem damit verbundenen Verdichtersystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, insbesondere gemäß einer oder mehreren der vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen. A second aspect of the invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine and an associated compressor system according to the first aspect of the invention, in particular according to one or more of the embodiments described above.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs ist der Abgasverdichter des Verdichtersystems an einer der folgenden Positionen entlang der Abgasleitung angeordnet: vor, nach parallel zu oder in bzw. an einem Turbolader; zwischen zwei Turboladern; von der Brennkraftmaschine aus gesehen vor einer Abgasreinigungsvorrichtung; von der Brennkraftmaschine aus gesehen hinter einer Abgasreinigungsvorrichtung; zwischen zwei Abgasreinigungsvorrichtungen (etwa zwischen einem Katalysator und einem Partikelfilter oder zwischen zwei separaten Katalysatoren); an einer von der Brennkraftmaschine aus gesehen dieser entlang dem Verlauf der Abgasleitung am nächsten liegenden aller von Funktionselementen des Verdichtersystems eingenommenen Positionen; unmittelbar am Abgasausgang der Brennkraftmaschine. Dabei gilt im allgemeinen, dass die Effizienz des Abgasverdichters umso höher ist, je näher er an der Brennkraftmaschine positioniert ist. According to a preferred embodiment of the motor vehicle, the exhaust gas compressor of the compressor system is arranged at one of the following positions along the exhaust pipe: before, after, parallel to or in or on a turbocharger; between two turbochargers; from the internal combustion engine before an exhaust gas purification device; seen from the internal combustion engine behind an exhaust gas purification device; between two emission control devices (such as between a catalytic converter and a particulate filter or between two separate catalytic converters); on a view of the internal combustion engine from this along the course of the exhaust pipe closest all occupied by functional elements of the compressor system positions; directly on the exhaust outlet of the internal combustion engine. It generally applies that the efficiency of the exhaust gas compressor is the higher the closer it is to the internal combustion engine.

Das vorausgehend jeweils zu dem Verdichtersystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und insbesondere zu dessen vorausgehenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Gesagte trifft gleichermaßen auf ein Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zu. The foregoing, in each case made to the compressor system according to the first aspect of the invention and in particular to the previous described preferred embodiments thereof applies equally to a motor vehicle according to the second aspect of the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Further advantages, features and possible applications of the present invention will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the figures.

Dabei zeigt It shows

1 schematisch ein Verdichtersystem für eine Brennkraftmaschine in Form eines Saugmotors, gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 1 schematically a compressor system for an internal combustion engine in the form of a suction motor, according to a first preferred embodiment of the invention;

2 schematisch ein Verdichtersystem für eine Brennkraftmaschine mit Aufladung, gemäß einer zu der aus 1 alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 2 schematically a compressor system for an internal combustion engine with charging, according to one of the 1 alternative preferred embodiment of the invention;

3 schematisch ein Verdichtersystem für eine Brennkraftmaschine mit Aufladung und einer Abgasleitung ohne Bypass, gemäß einer bevorzugten Variante des Verdichtersystems aus 2; 3 schematically a compressor system for an internal combustion engine with supercharging and an exhaust pipe without bypass, according to a preferred variant of the compressor system 2 ;

4 schematisch ein Verdichtersystem für eine Brennkraftmaschine mit Aufladung und einer Abgasleitung mit Bypass, gemäß einer bevorzugten, zu der aus 3 alternativen Variante des Verdichtersystems aus 2; und 4 schematically a compressor system for a supercharged internal combustion engine and an exhaust pipe with bypass, according to a preferred, to the 3 alternative variant of the compressor system 2 ; and

5 schematisch eine Detailansicht einer Anordnung des Abgasverdichters bezüglich der Abgasleitung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der eine als Gasfördervorrichtung des Abgasverdichters dienende Turbine zwischen einem ersten Zustand, in dem sie den Querschnitt der Abgasleitung im Wesentlichen überdeckt, und einem zweiten Zustand, in dem sie in eine Ausbuchtung der Abgasleitung zurückgezogen ist, beweglich ausgeführt ist. 5 schematically a detailed view of an arrangement of the exhaust gas compressor with respect to the exhaust pipe according to another preferred embodiment of the invention, in which one as Gas delivery device of the exhaust gas compressor turbine between a first state in which it substantially covers the cross section of the exhaust pipe, and a second state in which it is retracted in a recess of the exhaust pipe, is designed to be movable.

In den nachfolgenden Figuren, werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet. In the following figures, the same reference numerals are used for the same or corresponding elements of the invention throughout.

Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Das dort gezeigte Verdichtersystem 1 für einen Saugmotor weist eine Abgasleitung 2 und einen Abgasverdichter 3 auf. Die Abgasleitung 2 weist einen Eingangsabschnitt 2a auf, der dazu vorgesehen ist, von der Brennkraftmaschine kommendes Abgas dem Abgasverdichter 3 zuzuführen, sowie einen Ausgangsabschnitt 2b, der dazu vorgesehen ist, das durch den Abgasverdichter 3 verdichtete Abgas abzuleiten. Die Abgasleitung zwei kann insbesondere Teil einer Abgasanlage sein, die des Weiteren eine oder mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen, etwa einen Katalysator 16, einen Partikelfilter und/oder akustische Schalldämpfer enthält. Diese weiteren Funktionselemente der Abgasanlage sind bevorzugt von der Brennkraftmaschine aus gesehen nach dem Ausgangsabschnitt 2b angeordnet, sodass der Abgasverdichter 3 möglichst nahe an der Brennkraftmaschine positioniert ist und er so bei seinem Betrieb als Verdichter den an der Abgasseite der Brennkraftmaschine auftretenden Abgasdruck möglichst effektiv senken kann. First, it will open 1 Referenced. The compressor system shown there 1 for a naturally aspirated engine has an exhaust pipe 2 and an exhaust gas compressor 3 on. The exhaust pipe 2 has an entrance section 2a on, which is intended to come from the internal combustion engine exhaust gas to the exhaust gas compressor 3 supply, and an output section 2 B which is intended by the exhaust gas compressor 3 to discharge compressed exhaust gas. The exhaust pipe 2 may in particular be part of an exhaust system, which further comprises one or more exhaust gas purification devices, such as a catalyst 16 , a particulate filter and / or acoustic muffler contains. These further functional elements of the exhaust system are preferably viewed from the internal combustion engine after the output section 2 B arranged so that the exhaust gas compressor 3 positioned as close to the engine and so he can reduce the exhaust gas pressure occurring at the exhaust side of the engine as effectively as possible when operating as a compressor.

Der Abgasverdichter 3, der bauartabhängig insbesondere über eine als Gasfördervorrichtung dienende Turbine verfügen kann, ist über eine Achse 11 mit einer als Elektromotor 5 ausgebildeten elektrischen Maschine gekoppelt, der zu seinem Antrieb dient. Jedoch sind auch turbinenlose Abgasverdichter gemäß anderer bekannter Verdichtertypen denkbar. Der Elektromotor 5 wird wiederum von einem Umrichter 6 über entsprechende Drehstromleitungen 10 mit Drehstrom versorgt. Der Umrichter ist dazu über Gleichstromleitungen 9 mit einem als Gleichstromquelle dienenden elektrischen Energiespeicher 7, der insbesondere als Fahrzeugbatterie, etwa als Lithium-Ionenbatterie, ausgeführt sein kann, verbunden. Der Elektromotor 5 und der damit über die Drehstromleitungen 10 verbundene Umrichter 6 bilden den Antrieb des Abgasverdichters 3. Zur Ansteuerung dieses Antriebs ist eine Steuereinheit 8 vorgesehen, die den Umrichter 6 direkt ansteuert und damit indirekt auch den Elektromotor 5 und den mit diesem über die Achse 11 gekoppelten Abgasverdichter 3 steuert oder regelt. Alternativ dazu ist es auch denkbar, dass die Steuereinheit 8 anstelle des Umrichters 6 den Elektromotor 5 direkt ansteuert und dieser entsprechend eingerichtet ist, um mittels einer solchen Ansteuerung direkt gesteuert zu werden. Optional können in der Abgasleitung 2, bevorzugt in dessen Eingangsabschnitt 2a, ein oder mehrere Sensoren 14a angeordnet sein, die dazu dienen, den Zustand des Abgases zu messen und an die Steuereinheit 8 zu melden. Der Zustand des Abgases kann dabei insbesondere mittels Messung der Abgastemperatur und/oder des Abgasdrucks ermittelt werden. Des Weiteren können auch an weiteren Funktionselementen der Abgasanlage, insbesondere an dem Abgaskatalysator 16 ein oder mehrere Sensoren 14b, insbesondere Temperatursensoren, vorgesehen sein, die dazu dienen, den Zustand des Funktionselements, etwa die Temperatur des Katalysators 16 zu messen und an die Steuereinheit 8 zu melden. The exhaust gas compressor 3 , which depending on the type of construction can have, in particular, a turbine serving as a gas delivery device, is arranged over an axis 11 with one as an electric motor 5 coupled electric machine that serves to his drive. However, turbine-less exhaust gas compressors according to other known compressor types are also conceivable. The electric motor 5 will turn from a converter 6 via appropriate three-phase lines 10 supplied with three-phase current. The inverter is via DC cables 9 with an electrical energy storage serving as a DC power source 7 , which can be designed in particular as a vehicle battery, such as lithium-ion battery, connected. The electric motor 5 and the so on the three-phase lines 10 connected converters 6 form the drive of the exhaust gas compressor 3 , To control this drive is a control unit 8th provided that the inverter 6 directly drives and thus indirectly the electric motor 5 and with this over the axis 11 coupled exhaust gas compressor 3 controls or regulates. Alternatively, it is also conceivable that the control unit 8th instead of the inverter 6 the electric motor 5 directly controls and this is set up to be controlled directly by means of such a control. Optionally, in the exhaust pipe 2 , preferably in its input section 2a , one or more sensors 14a be arranged, which serve to measure the state of the exhaust gas and to the control unit 8th Report to. The state of the exhaust gas can be determined in particular by measuring the exhaust gas temperature and / or the exhaust gas pressure. Furthermore, it is also possible for further functional elements of the exhaust system, in particular for the exhaust gas catalytic converter 16 one or more sensors 14b , In particular temperature sensors, be provided, which serve the state of the functional element, such as the temperature of the catalyst 16 to measure and to the control unit 8th Report to.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des Verdichtersystems gemäß 1 beschrieben: In einem ersten Betriebsmodus wird der Antrieb des Abgasverdichters 3 durch die Steuereinheit 8 so angesteuert, dass der Abgasverdichter 3 als Verdichter arbeitet, dabei das von der Brennkraftmaschine über den Eingangsabschnitt 2a zugeführte Abgas verdichtet und im komprimierten Zustand über den Ausgangsabschnitt 2b der Abgasleitung 2 in den nachfolgenden Teil der Abgasanlage ableitet. Die Energie zum Antrieb des Abgasverdichters wird im ersten Betriebsmodus von dem Energiespeicher 7 über die Gleichstromleitungen 9 an den Umrichter 6 geliefert, wo der Gleichstrom in Drehstrom umgerichtet wird. Über die Drehstromleitungen 10 wird der Elektromotor 5 mit dem Drehstrom versorgt, um über die Achse 11 den Abgasverdichter 3, insbesondere dessen Turbine, elektromotorisch anzutreiben. In diesem Betriebsmodus kann aufgrund der im Eingangsabschnitt 2a auftretenden Saugwirkung des Abgasverdichters 3 der an der Abgasseite der Brennkraftmaschine auftretende Gegendruck reduziert und somit deren Leistungsfähigkeit und Effizienz gesteigert werden. In einem zweiten Betriebsmodus, wird der Abgasverdichter dagegen nicht durch den Elektromotor 5, sondern vom Abgasstrom unter Nutzung von dessen Restenergie angetrieben, sodass der Elektromotor 5 als Generator zur Stromerzeugung wirkt. Der dabei erzeugte Drehstrom kann über den Umrichter 6 gleichgerichtet und in den Energiespeicher 7 zurückgespeist werden, um diesen aufzuladen. Hereinafter, the operation of the compressor system according to 1 described: In a first operating mode, the drive of the exhaust gas compressor 3 through the control unit 8th so controlled that the exhaust gas compressor 3 works as a compressor, while that of the internal combustion engine via the input section 2a fed exhaust gas compressed and in the compressed state via the output section 2 B the exhaust pipe 2 in the subsequent part of the exhaust system derived. The energy for driving the exhaust gas compressor is in the first mode of operation of the energy storage 7 over the DC lines 9 to the inverter 6 supplied, where the direct current is converted into three-phase current. About the three-phase lines 10 becomes the electric motor 5 supplied with the three-phase current, about the axis 11 the exhaust gas compressor 3 , in particular its turbine, to drive by electric motor. In this mode of operation may be due to the input section 2a occurring suction effect of the exhaust gas compressor 3 reduces the backpressure occurring at the exhaust side of the internal combustion engine and thus their performance and efficiency can be increased. In a second mode of operation, however, the exhaust gas compressor is not powered by the electric motor 5 but driven by the exhaust gas flow using its residual energy, so that the electric motor 5 acts as a generator for power generation. The three-phase current can be generated via the inverter 6 rectified and in the energy storage 7 be fed back to charge this.

Die Steuereinheit kann insbesondere eingerichtet sein, in Abhängigkeit der von dem bzw. den Sensoren 14a und 14b gemeldeten Messgrößen den Abgasverdichter 3 in den ersten oder den zweiten Betriebszustand zu versetzen, oder ihn zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Neben dem ersten und dem zweiten Betriebszustand ist auch ein Leerlaufzustand möglich, in dem der Abgasverdichter 3 weder vom Elektromotor 5 angetrieben noch als Generator betrieben wird. Dazu kann die mechanische Verbindung zwischen dem Abgasverdichter 3 und dem Elektromotor 5 über die Achse 11, etwa über eine Kupplung, entkoppelbar ausgebildet sein. The control unit may in particular be set up as a function of the sensor (s) 14a and 14b Reported variables the exhaust gas compressor 3 in the first or the second operating state, or to activate or deactivate it. In addition to the first and the second operating state and an idle state is possible in which the exhaust gas compressor 3 neither from the electric motor 5 driven still operated as a generator. For this purpose, the mechanical connection between the exhaust gas compressor 3 and the electric motor 5 over the axis 11 be about a coupling, decoupled trained.

Das in 2 gezeigte Verdichtersystem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt eine Erweiterung des Verdichtersystems aus 1 dar, bei dem zusätzlich eine Aufladung der Brennkraftmaschine mit komprimierter Ansaugluft ermöglicht wird. Dementsprechend eignet sich das Verdichtersystem gemäß 2 für aufgeladene Brennkraftmaschinen, insbesondere aufgeladene Diesel- oder Ottomotoren von Kraftfahrzeugen. Die Abgasseite des Verdichtersystems 1 aus 2 entspricht der bereits in 1 gezeigten und vorausgehend erläuterten, wobei der Elektromotor nun mit dem Bezugszeichen 5a, der Umrichter mit dem Bezugszeichen 6a, die Steuereinheit mit dem Bezugszeichen 8a, die Gleichstromleitungen mit dem Bezugszeichen 9a, die Drehstromleitungen mit dem Bezugszeichen 10a und die Achse mit dem Bezugszeichen 11a bezeichnet sind. Die im rechten Teil von 2 dargestellte Ladeseite des Verdichtersystems weist einen Ansaugluftverdichter 4 auf, der mittels einer weiteren Achse 11b mit einem weiteren Elektromotor 5b gekoppelt ist, der zu seinem Antrieb dient. Der Elektromotor 5b ist über weitere Drehstromleitungen 10b mit einem weiteren Umrichter 6b elektrisch verbunden, der wiederum über weitere Gleichstromleitungen 9b mit dem Energiespeicher 7 elektrisch verbunden ist. Der Elektromotor 5b und der damit über die Drehstromleitungen 10b verbundene Umrichter 6b bilden den Antrieb des Ansaugluftverdichters 4. Eine weitere Steuereinheit 8b ist mit dem Umrichter 6b verbunden, um diesen direkt anzusteuern und damit indirekt auch den Elektromotor 5b und den über die Achse 11b daran gekoppelten Ansaugluftverdichter 4 zu steuern bzw. zu regeln. Der Antrieb des Abgasverdichters 3 und der Antrieb des Ansaugluftverdichters 4 sind somit jeweils individuell und unabhängig voneinander ansteuerbar, sodass die beiden Verdichter 3 und 4 selektiv und unabhängig voneinander betrieben werden können. This in 2 shown compressor system according to another preferred embodiment of the invention is an extension of the compressor system 1 in which additionally a charging of the internal combustion engine with compressed intake air is made possible. Accordingly, the compressor system according to 2 for supercharged internal combustion engines, in particular supercharged diesel or gasoline engines of motor vehicles. The exhaust side of the compressor system 1 out 2 corresponds to the already in 1 shown and explained in advance, wherein the electric motor now with the reference numeral 5a , the inverter with the reference numeral 6a , the control unit with the reference numeral 8a , the DC lines by the reference numeral 9a , the three-phase lines by the reference numeral 10a and the axis with the reference numeral 11a are designated. The in the right part of 2 shown loading side of the compressor system has an intake air compressor 4 on, by means of another axis 11b with another electric motor 5b coupled, which serves to its drive. The electric motor 5b is about more three-phase lines 10b with another inverter 6b electrically connected, in turn, via other DC cables 9b with the energy storage 7 electrically connected. The electric motor 5b and the so on the three-phase lines 10b connected converters 6b form the drive of the intake air compressor 4 , Another control unit 8b is with the inverter 6b connected to this directly to drive and thus indirectly the electric motor 5b and the over the axis 11b coupled intake air compressor 4 to control or regulate. The drive of the exhaust gas compressor 3 and the drive of the intake air compressor 4 are thus individually and independently controllable, so that the two compressors 3 and 4 can be operated selectively and independently of each other.

Zum Aufladen der Brennkraftmaschine wird der Umrichter 6b durch die Steuereinheit 8b so angesteuert, dass er aus dem Energiespeicher 7 über die Gleichstromleitungen 9b mit Gleichstrom gespeist wird, den er in Drehstrom umrichtet, um damit über die Drehstromleitungen 10b den Elektromotor 5b mit elektrischer Energie zu versorgen und damit den über die Achse 11b an den Elektromotor 5b gekoppelten Ansaugluftverdichter 4 anzutreiben. Der Ansaugluftverdichter 4 saugt Luft aus einem Ansaugabschnitt 12a einer Luftleitung 12 an und führt diese komprimiert über einen Ausgangsabschnitt 12b der Luftleitung 12 der Ansaugseite der Brennkraftmaschine zu, um diese, ähnlich einem Turbolader, aufzuladen. Wenn der Abgasverdichter 3 in seinem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, sodass an dem dann als Generator wirkenden Elektromotor 5a elektrische Energie erzeugt wird, kann diese entweder über eine optionale (nicht gezeigte) direkte elektrische Verbindung zwischen den beiden Elektromotoren 5a und 5b, oder indirekt über die Umrichter 6a und 6b sowie die gezeigten Drehstromleitungen 10a, 10b und die Gleichstromleitungen 9a, 9b durch den Energiespeicher 7 gepuffert dem Elektromotor 5b zugeführt werden. Auf diese Weise kann der Ansaugluftverdichter 4 zum Aufladen der Brennkraftmaschine mit der am Elektromotor 5a generierten elektrischen Energie versorgt werden. To charge the internal combustion engine is the inverter 6b through the control unit 8b so driven that he out of the energy store 7 over the DC lines 9b is fed with direct current, which it converts into three-phase current, so that it over the three-phase lines 10b the electric motor 5b to supply with electrical energy and thus the over the axis 11b to the electric motor 5b coupled intake air compressor 4 drive. The intake air compressor 4 sucks air from a suction section 12a an air line 12 and leads these compressed over an output section 12b the air line 12 the intake side of the engine to charge them, similar to a turbocharger. When the exhaust gas compressor 3 is operated in its second operating mode, so that at the then acting as a generator electric motor 5a electrical energy is generated, this can either via an optional (not shown) direct electrical connection between the two electric motors 5a and 5b , or indirectly via the inverter 6a and 6b as well as the three-phase lines shown 10a . 10b and the DC lines 9a . 9b through the energy storage 7 buffered the electric motor 5b be supplied. In this way, the intake air compressor 4 for charging the internal combustion engine with the on the electric motor 5a generated electrical energy can be supplied.

3 zeigt schematisch eine erste Variante des Verdichtersystems für eine Brennkraftmaschine 13 mit Aufladung aus 2, wobei zur Vereinfachung nicht mehr sämtliche Elemente aus 2 dargestellt sind. Hier ist die Abgasleitung 2 als ein unverzweigter Abgaskanal ausgeführt, sodass sämtliches Abgas, das von der Brennkraftmaschine 13 an der Abgasseite abgegeben wird, über den Eingangsabschnitt 2a der Abgasleitung 2 dem Abgasverdichter 3 zugeführt wird. Da der generatorische Betrieb des Abgasverdichters gemäß seinem zweiten Betriebsmodus mit einer Abkühlung des ihn antreibenden Abgasstroms einhergeht, kann der zweite Betriebsmodus genutzt werden, wenn ein Abkühlen des Abgasstroms zweckmäßig oder erforderlich ist. Damit ist eine Entkopplung der Abkühlung des Abgasstroms von der Aufladung der Brennkraftmaschine auch ohne Steuerung des Abgasstroms in einer mehrkanaligen Abgasleitung ermöglicht. 3 schematically shows a first variant of the compressor system for an internal combustion engine 13 with charge off 2 , where no longer all elements for simplicity 2 are shown. Here is the exhaust pipe 2 designed as an unbranched exhaust passage, so that all the exhaust gas from the internal combustion engine 13 is discharged at the exhaust side, over the entrance section 2a the exhaust pipe 2 the exhaust gas compressor 3 is supplied. Since the generator operation of the exhaust gas compressor according to its second mode of operation is accompanied by a cooling of the exhaust gas flow driving it, the second operating mode can be used when a cooling of the exhaust gas flow is appropriate or necessary. In order for a decoupling of the cooling of the exhaust gas stream from the charging of the internal combustion engine is also possible without controlling the exhaust gas flow in a multi-channel exhaust pipe.

4 zeigt schematisch eine zweite Variante des Verdichtersystems für eine Brennkraftmaschine 13 mit Aufladung aus 2, wobei zur Vereinfachung wiederum nicht mehr sämtliche Elemente aus 2 dargestellt sind. Im Unterschied zur ersten Variante weist bei dieser zweiten Variante die Abgasleitung 2 im Bereich des Abgasverdichters 3 eine Verzweigung in zwei verschiedene, jeweils mit dem Eingangsabschnitt 2a verbundene Abschnitte 2b und 2c auf. Dabei führt nur der durch den Eingangsabschnitt 2a und den Ausgangsabschnitt 2b gebildete Abgaskanal über den Abgasverdichter 3, während der der durch den Eingangsabschnitt 2a und den weiteren Abschnitt 2c gebildete Abgaskanal einen Bypass um den Abgasverdichter 3 darstellt, durch den ein Teilstrom des Abgasstroms im Eingangsabschnitt 2a am Abgasverdichter 3 vorbei abgeleitet werden kann. In dem Abschnitt 2c befindet sich ein Bypassventil 15, mit dem der Anteil des Teilstroms in dem Bypass am gesamten Abgasstrom gesteuert werden kann. Das Bypassventil 15 wird vorzugsweise von der Steuereinheit 8a angesteuert. Diese Variante erlaubt es, sowohl im ersten Betriebsmodus, als auch im zweiten Betriebsmodus, die Menge des Abgases, mit den Abgasverdichter versorgt wird, einzustellen und damit im ersten Betriebsmodus die Reduktion des Abgasdrucks im Eingangsabschnitt 2 und im zweiten Betriebsmodus die erzeugte elektrische Leistung anzupassen. Die Nutzung des Bypasses ist insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn der Abgasverdichter 3 nicht wie etwa bei der in 5 gezeigten Lösung über eine Beweglichkeit verfügt, die es erlaubt, ihn im deaktivierten Zustand aus der Abgasleitung 2 bzw. dem Abgasstrom darin herauszubewegen, um seinen effektiven Wirkungsquerschnitt bezüglich des Abgasstroms zu senken. Zudem kann vorteilhaft der Bypass genutzt werden, den Abgasstrom in der Abgasleitung 2 zumindest im Wesentlichen an dem Abgasverdichter 3 vorbei zu leiten, wenn dieser deaktiviert ist, und somit nur ein unnötiges Hindernis für den Abgasstrom darstellen würde. 4 schematically shows a second variant of the compressor system for an internal combustion engine 13 with charge off 2 , where for simplification again not all elements from 2 are shown. In contrast to the first variant has in this second variant, the exhaust pipe 2 in the area of the exhaust gas compressor 3 a branch in two different, each with the input section 2a connected sections 2 B and 2c on. Only the lead through the input section 2a and the exit section 2 B formed exhaust duct via the exhaust gas compressor 3 while passing through the entrance section 2a and the other section 2c formed exhaust passage bypassing the exhaust gas compressor 3 represents, through which a partial flow of the exhaust gas stream in the input section 2a at the exhaust gas compressor 3 can be derived over. In the section 2c there is a bypass valve 15 with which the proportion of the partial flow in the bypass can be controlled on the entire exhaust gas flow. The bypass valve 15 is preferably from the control unit 8a driven. This variant makes it possible, both in the first operating mode and in the second operating mode, to adjust the amount of exhaust gas with which the exhaust gas compressor is supplied, and thus in the first operating mode to reduce the exhaust gas pressure in the input section 2 and in the second mode of operation the generated electrical power adapt. The use of the bypass is particularly advantageous if the exhaust gas compressor 3 not like in the case of 5 shown solution has a mobility that allows it in the deactivated state from the exhaust pipe 2 or to move out the exhaust gas flow therein in order to lower its effective cross-section with respect to the exhaust gas flow. In addition, advantageously the bypass can be used, the exhaust gas flow in the exhaust pipe 2 at least substantially at the exhaust gas compressor 3 To pass over, if this is deactivated, and thus would only constitute an unnecessary obstacle to the exhaust gas flow.

5 zeigt schematisch eine Detailansicht einer Anordnung des Abgasverdichters bezüglich der Abgasleitung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der Abgasverdichter 3 weist hier eine als Gasfördervorrichtung des Abgasverdichters dienende Turbine 3a auf, die zwischen einem ersten Zustand, in dem sie den Querschnitt der Abgasleitung 2 im Wesentlichen überdeckt (Turbine mit durchgezogener Linie dargestellt), und einem zweiten Zustand, in dem sie in eine Ausbuchtung 17 der Abgasleitung zurückgezogen ist (Turbine mit gestrichelter Linie dargestellt), beweglich ausgeführt ist. Zur Bewegung zwischen den beiden Zuständen kann etwa ein von der Steuereinheit 8 bzw. 8a aus 1 bzw. 2 angesteuerter Stellmotor vorgesehen sein. 5 schematically shows a detailed view of an arrangement of the exhaust gas compressor with respect to the exhaust pipe according to another preferred embodiment of the invention. The exhaust gas compressor 3 here has a turbine serving as a gas delivery device of the exhaust gas compressor 3a on that between a first state in which they cross the exhaust pipe 2 essentially covered (turbine shown with a solid line), and a second state in which it enters a bulge 17 the exhaust pipe is withdrawn (turbine shown with a dashed line), is designed to be movable. To move between the two states can be about one from the control unit 8th respectively. 8a out 1 respectively. 2 be provided controlled servomotor.

Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zu Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird. While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be understood that a large number of variations exist. It should also be understood that the described exemplary embodiments are nonlimiting examples only and are not intended to thereby limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide those skilled in the art with guidance for implementing at least one example embodiment, it being understood that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment may be made without departing from the scope of the appended claims deviated from, and its legal equivalents.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Verdichtersystem compressor system
2 2
Abgasleitung exhaust pipe
2a 2a
Eingangsabschnitt der Abgasleitung Input section of the exhaust pipe
2b 2 B
Ausgangsabschnitt der Abgasleitung Output section of the exhaust pipe
2c 2c
Bypass in der Abgasleitung Bypass in the exhaust pipe
3 3
Abgasverdichter exhaust gas compressors
3a 3a
Gasfördervorrichtung des Abgasverdichters, insbesondere Turbine Gas conveying device of the exhaust gas compressor, in particular turbine
4 4
Ansaugluftverdichter Ansaugluftverdichter
5, 5a 5, 5a
Elektromotor zum Antrieb des Abgasverdichters Electric motor for driving the exhaust gas compressor
5b 5b
Elektromotor zum Antrieb des Ansaugluftverdichters Electric motor for driving the intake air compressor
6, 6a 6, 6a
Umrichter für Abgasverdichter Converter for exhaust gas compressor
6b 6b
Umrichter für Ansaugluftverdichter Inverter for intake air compressor
7 7
elektrische Energiespeicher electrical energy storage
8, 8a 8, 8a
Steuereinheit für Abgasverdichter Control unit for exhaust gas compressor
9, 9a 9, 9a
Gleichstromleitungen für Abgasverdichter DC cables for exhaust gas compressor
9b 9b
Gleichstromleitung für Ansaugluftverdichter DC line for intake air compressor
10, 10a 10, 10a
Drehstromleitungen für Abgasverdichter Three-phase cables for exhaust gas compressor
10b 10b
Drehstromleitungen für Ansaugluftverdichter Three-phase cables for intake air compressor
11, 11a 11, 11a
Achse für Abgasverdichter Axle for exhaust gas compressor
11b 11b
Achse für Ansaugluftverdichter Axis for intake air compressor
12 12
Luftleitung air line
12a 12a
Eingangsabschnitt der Luftleitung Entrance section of the air line
12b 12b
Ausgangsabschnitt der Luftleitung Output section of the air line
13 13
Brennkraftmaschine Internal combustion engine
14a 14a
einer oder mehrere Sensoren zur Zustandsmessung des Abgases one or more sensors for measuring the state of the exhaust gas
14b 14b
einer oder mehrere Sensoren zur Zustandsmessung an der Abgasreinigungsvorrichtungone or more sensors for condition measurement on the exhaust gas purification device
15 15
Bypassventil bypass valve
16 16
Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere Abgaskatalysator Exhaust gas purification device, in particular catalytic converter
17 17
Ausbuchtung in der Abgasleitung Bulge in the exhaust pipe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 602004010439 [0003] DE 602004010439 [0003]

Claims (15)

Verdichtersystem (1) für eine Brennkraftmaschine (13), insbesondere für eine Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend: eine Abgasleitung (2) zur Ableitung von Abgas der Brennkraftmaschine (13), wobei die Abgasableitung (2) wenigstens einen zur Einleitung des abzuleitenden Abgases in die Abgasleitung (2) konfigurierten Eingangsabschnitt (2a) aufweist; und einen Abgasverdichter (3), der eingerichtet ist, Abgas aus der Abgasleitung (2) abzusaugen, um den Druck des abzuleitenden Abgases in dem Eingangsabschnitt (2a) zu verringern; wobei der Abgasverdichter (3) einen individuell ansteuerbaren und exklusiv zu seinem eigenen Betrieb eingerichteten Antrieb (5, 6; 5a, 6a) aufweist. Compressor system ( 1 ) for an internal combustion engine ( 13 ), in particular for an internal combustion engine for driving a motor vehicle, comprising: an exhaust pipe ( 2 ) for discharging exhaust gas of the internal combustion engine ( 13 ), wherein the exhaust gas discharge ( 2 ) at least one for the introduction of the exhaust gas to be derived in the exhaust pipe ( 2 ) configured input section ( 2a ) having; and an exhaust gas compressor ( 3 ), which is arranged, exhaust gas from the exhaust pipe ( 2 ) to reduce the pressure of the exhaust gas to be discharged in the input section ( 2a ) to reduce; the exhaust gas compressor ( 3 ) a drive that can be controlled individually and exclusively set up for its own operation ( 5 . 6 ; 5a . 6a ) having. Verdichtersystem (1) gemäß Anspruch 1, des Weiteren aufweisend: eine Steuereinrichtung (8; 8a) zur Ansteuerung des Antriebs (5, 6; 5a, 6a) des Abgasverdichters (3), wobei die Steuereinrichtung (8; 8a) konfiguriert ist, den Antrieb (5, 6; 5a, 6a) in Abhängigkeit von Zustandsdaten anzusteuern, welche einen aktuellen Zustand der Brennkraftmaschine (13) charakterisieren. Compressor system ( 1 ) according to claim 1, further comprising: a control device ( 8th ; 8a ) for controlling the drive ( 5 . 6 ; 5a . 6a ) of the exhaust gas compressor ( 3 ), wherein the control device ( 8th ; 8a ), the drive ( 5 . 6 ; 5a . 6a ) in response to state data which a current state of the internal combustion engine ( 13 ) characterize. Verdichtersystem (1) gemäß Anspruch 2, wobei die Zustandsdaten einen Abgasdruck oder eine Abgastemperatur in der Abgasleitung (2), insbesondere in deren Eingangsabschnitt (2a), oder eine von wenigstens einer dieser Größen abgeleitete weitere Größe kennzeichnen. Compressor system ( 1 ) according to claim 2, wherein the state data is an exhaust gas pressure or an exhaust gas temperature in the exhaust gas line ( 2 ), in particular in its entry section ( 2a ), or mark another size derived from at least one of these sizes. Verdichtersystem (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, des Weiteren aufweisend: einen oder mehrere Sensoren (14a) zur Erfassung der Zustandsdaten. Compressor system ( 1 ) according to claim 2 or 3, further comprising: one or more sensors ( 14a ) for acquiring the status data. Verdichtersystem (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei: der Antrieb des Abgasverdichters (3) eine elektrische Maschine (5; 5a) aufweist; der Abgasverdichter (3) einen ersten Betriebsmodus aufweist, in dem er eingerichtet ist, zur Verdichtung von Abgas aus der Abgasleitung (2) durch die elektrische Maschine (5; 5a) motorisch angetrieben zu werden; und der Abgasverdichter (3) einen zweiten Betriebsmodus aufweist, in dem er eingerichtet ist, durch das Abgas in der Abgasleitung (2) angetrieben zu werden und dabei mittels der dann als Generator wirkenden elektrische Maschine (5; 5a) kinetische und/oder thermische Energie des Abgases in elektrische Energie umzuwandeln; und die Steuereinheit (8; 8a) konfiguriert ist, den Abgasverdichter (3) selektiv mittels einer entsprechenden Ansteuerung in den ersten oder zweiten Betriebsmodus zu versetzen. Compressor system ( 1 ) according to one of claims 2 to 4, wherein: the drive of the exhaust gas compressor ( 3 ) an electric machine ( 5 ; 5a ) having; the exhaust gas compressor ( 3 ) has a first operating mode in which it is set up, for the compression of exhaust gas from the exhaust gas line ( 2 ) by the electric machine ( 5 ; 5a ) To be driven by a motor; and the exhaust gas compressor ( 3 ) has a second operating mode in which it is arranged by the exhaust gas in the exhaust pipe ( 2 ) to be driven and thereby by means of acting as a generator electric machine ( 5 ; 5a ) converting kinetic and / or thermal energy of the exhaust gas into electrical energy; and the control unit ( 8th ; 8a ) is configured, the exhaust gas compressor ( 3 ) selectively by means of a corresponding control in the first or second operating mode. Verdichtersystem (1) gemäß Anspruch 5, wobei die Steuereinheit (8; 8a) konfiguriert ist, Daten zu empfangen, die eine ermittelte Temperatur einer zur Reinigung des abzuleitenden Abgases vorgesehenen Abgasreinigungsvorrichtung (16) kennzeichnen, und den Abgasverdichter (3) mittels einer entsprechenden Ansteuerung im ersten Betriebsmodus oder einem Leerlaufmodus zu betreiben oder zu deaktivieren, wenn diese ermittelte Temperatur eine vorbestimmte Temperaturschwelle nicht überschreitet. Compressor system ( 1 ) according to claim 5, wherein the control unit ( 8th ; 8a ) is configured to receive data indicative of a detected temperature of an exhaust purification device (11) for purifying the exhaust gas to be discharged ( 16 ), and the exhaust gas compressor ( 3 ) to operate or deactivate by means of a corresponding control in the first operating mode or an idle mode, if this determined temperature does not exceed a predetermined temperature threshold. Verdichtersystem (1) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuereinheit (8; 8a) des Weiteren konfiguriert ist, den Abgasverdichter (3) mittels einer entsprechenden Ansteuerung in den zweiten Betriebsmodus zu versetzen, wenn die Zustandsdaten eine aktuelle Leistung der Brennkraftmaschine (13) angeben, welche innerhalb eines oberhalb einer Leistungsschwelle definierten Leistungsbereichs liegt, und in den ersten Betriebsmodus oder einen Leerlaufmodus zu versetzen oder zu deaktivieren, wenn die Zustandsdaten eine aktuelle Leistung der Brennkraftmaschine (13) angeben, welche außerhalb des definierten Leistungsbereichs liegt. Compressor system ( 1 ) according to claim 5 or 6, wherein the control unit ( 8th ; 8a ) is further configured, the exhaust gas compressor ( 3 ) by means of a corresponding control in the second operating mode, when the state data is a current performance of the internal combustion engine ( 13 ), which is within a power range defined above a power threshold, and to put into the first operating mode or an idle mode or disable when the state data is a current performance of the internal combustion engine ( 13 ), which is outside the defined power range. Verdichtersystem (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, des Weiteren aufweisend: einen separat von dem Abgasverdichter (3) elektrisch angetriebenen Ansaugluftverdichter (4), der konfiguriert ist, zumindest teilweise mittels der im zweiten Betriebsmodus des Abgasverdichters (3) erzeugten elektrischer Energie versorgt zu werden. Compressor system ( 1 ) according to one of claims 5 to 7, further comprising: a separate from the exhaust gas compressor ( 3 ) electrically driven intake air compressor ( 4 ), which is configured, at least partially by means of the in the second operating mode of the exhaust gas compressor ( 3 ) supplied electrical energy. Verdichtersystem (1) gemäß Anspruch 8, des Weiteren aufweisend: einen Speicher (7) für elektrische Energie, wobei der Speicher (7) konfiguriert ist sowohl den Abgasverdichter (3) als auch den Ansaugluftverdichter (4) mit elektrischer Energie zu versorgen und er dabei so dimensioniert ist, dass seine maximale elektrische Leistungsabgabe größer oder gleich der Summe der maximalen Leistungsaufnahmen des Abgasverdichters (3) und des Ansaugluftverdichters (4) ist. Compressor system ( 1 ) according to claim 8, further comprising: a memory ( 7 ) for electrical energy, the memory ( 7 ) is configured both the exhaust gas compressor ( 3 ) as well as the intake air compressor ( 4 ) and it is dimensioned so that its maximum electric power output is greater than or equal to the sum of the maximum power consumption of the exhaust gas compressor ( 3 ) and the intake air compressor ( 4 ). Verdichtersystem (1) gemäß Anspruch 9, des Weiteren aufweisend: einen ersten Umrichter (6; 6a), der eingerichtet ist einen von einer Gleichstromversorgung (7) gelieferten ersten Gleichstrom in Wechselstrom oder Drehstrom umzurichten und mit dem ersten umgerichteten Strom den Antrieb (5; 5a) des Abgasverdichters (3) zu versorgen; und einen zweiten Umrichter (6b), der eingerichtet ist einen von der Gleichstromversorgung (7) gelieferten zweiten Gleichstrom in Wechselstrom oder Drehstrom umzurichten und mit dem zweiten umgerichteten Strom den Antrieb (5b) des Ansaugluftverdichters (4) zu versorgen; wobei der erste und der zweite Umrichter als voneinander separate Einheiten ausgebildet sind. Compressor system ( 1 ) according to claim 9, further comprising: a first inverter ( 6 ; 6a ) which is set up by a DC power supply ( 7 ) converted into alternating current or three-phase current supplied with the first direct current and the drive ( 5 ; 5a ) of the exhaust gas compressor ( 3 ) to supply; and a second inverter ( 6b ), which is set up by the DC power supply ( 7 ) converted second direct current into alternating current or three-phase current and with the second converted current the drive ( 5b ) of the intake air compressor ( 4 ) to supply; wherein the first and the second inverter are formed as separate units. Verdichtersystem (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei zumindest ein zum Erfassen des zu verdichtenden Abgases vorgesehener Abschnitt (2a) des Abgasverdichters oder eine Gasfördervorrichtung (17) des Abgasverdichters (3) relativ zu der Abgasleitung (2) so beweglich angeordnet ist, dass mittels einer solchen Bewegung sein bzw. ihr effektiver Wirkungsquerschnitt bezüglich des Abgasstroms in der Abgasleitung veränderbar ist. Compressor system ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one section (to provide the exhaust gas to be compressed) is provided ( 2a ) of the exhaust gas compressor or a gas delivery device ( 17 ) of the exhaust gas compressor ( 3 ) relative to the exhaust pipe ( 2 ) is arranged to be movable so that by means of such a movement or its effective cross-section with respect to the exhaust gas flow in the exhaust pipe is variable. Verdichtersystem (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei: die Abgasleitung (2) zur Ableitung von in den Eingangsabschnitt (2a) eingeleitetem Abgas wenigstens einen ersten Abgaskanal (2a, 2b) und einen zweiten Abgaskanal (2a, 2c) aufweist; der erste Abgaskanal (2a, 2b) dem Abgasverdichter (3) zugeführt ist, um ein Verdichtung des Abgases in dem ersten Abgaskanal (2a, 2b) mittels des Abgasverdichters (3) zu ermöglichen; und der zweite Abgaskanal (2a, 2c) den Abgasverdichter (3) umgeht, um einen Teilstrom des abzuleitenden Abgases an dem Abgasverdichter (3) vorbei abzuleiten. Compressor system ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein: the exhaust pipe ( 2 ) for the derivation of into the input section ( 2a ) introduced at least a first exhaust gas duct ( 2a . 2 B ) and a second exhaust duct ( 2a . 2c ) having; the first exhaust duct ( 2a . 2 B ) the exhaust gas compressor ( 3 ) is supplied to a compression of the exhaust gas in the first exhaust passage ( 2a . 2 B ) by means of the exhaust gas compressor ( 3 ); and the second exhaust passage ( 2a . 2c ) the exhaust gas compressor ( 3 ) bypasses to a partial flow of the exhaust gas to be derived at the exhaust gas compressor ( 3 ) to deduce past. Verdichtersystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Abgasleitung (2) zur Ableitung von in den Eingangsabschnitt (2a) eingeleitetem Abgas einen oder mehrere Abgaskanäle (2a, 2b) aufweist und so konfiguriert ist, dass der bzw. sämtliche dieser Abgaskanäle (2a, 2b) dem Abgasverdichter (3) zugeführt sind, um ein Verdichtung des Abgases in dem bzw. den Abgaskanälen zu ermöglichen. Compressor system ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, wherein the exhaust pipe ( 2 ) for the derivation of into the input section ( 2a ) introduced exhaust gas one or more exhaust gas channels ( 2a . 2 B ) and is configured so that the or all of these exhaust gas channels ( 2a . 2 B ) the exhaust gas compressor ( 3 ) are provided to allow a compression of the exhaust gas in the or the exhaust ducts. Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (13) und einem damit verbundenen Verdichtersystem (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche. Motor vehicle with an internal combustion engine ( 13 ) and an associated compressor system ( 1 ) according to any one of the preceding claims. Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 14, wobei der Abgasverdichter (13) des Verdichtersystems (1) an einer der folgenden Positionen entlang der Abgasleitung angeordnet ist: – vor, nach parallel zu oder n bzw. an einem Turbolader; – zwischen zwei Turboladern; – von der Brennkraftmaschine (13) aus gesehen vor einer Abgasreinigungsvorrichtung (16); – von der Brennkraftmaschine (13) aus gesehen hinter einer Abgasreinigungsvorrichtung (16); – zwischen zwei Abgasreinigungsvorrichtungen, – an einer von der Brennkraftmaschine (13) aus gesehen dieser entlang dem Verlauf der Abgasleitung (2) am nächsten liegenden aller von Funktionselementen des Verdichtersystems (1) eingenommenen Positionen; – unmittelbar am Abgasausgang der Brennkraftmaschine (13). Motor vehicle according to claim 14, wherein the exhaust gas compressor ( 13 ) of the compressor system ( 1 ) is arranged at one of the following positions along the exhaust pipe: - before, after parallel to or n or to a turbocharger; - between two turbochargers; From the internal combustion engine ( 13 ) seen in front of an exhaust gas purification device ( 16 ); From the internal combustion engine ( 13 ) seen from behind an exhaust gas purification device ( 16 ); Between two exhaust gas purification devices, on one of the internal combustion engine ( 13 ) seen from this along the course of the exhaust pipe ( 2 ) closest to all of the functional elements of the compressor system ( 1 ) taken positions; - directly at the exhaust outlet of the internal combustion engine ( 13 ).
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