DE102017217449A1 - Charged internal combustion engine with switchable compressor and method for operating such an internal combustion engine - Google Patents

Charged internal combustion engine with switchable compressor and method for operating such an internal combustion engine Download PDF

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Hans-Günter Grosch
Andreas Kuske
Rainer Lach
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit
- einem Ansaugsystem (1) zum Zuführen von Ladeluft,
- einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas, und
- mindestens einem im Ansaugsystem (1) angeordneten Verdichter (2, 3), der mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse auf einer drehbaren Welle angeordneten Laufrad ausgestattet ist, wobei ein Verdichter (2) als zuschaltbarer Verdichter (2) in einer Bypassleitung (4) angeordnet ist, die unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes (4a) vom Ansaugsystem (1) abzweigt und unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes (4b) wieder in das Ansaugsystem (1) einmündet.
Es soll eine aufgeladene Brennkraftmaschine der vorstehenden Art bereitgestellt werden, mit der insbesondere der Problematik infolge Kondensatbildung entgegengewirkt wird.
Erreicht wird dies durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine der genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der zuschaltbare Verdichter (2) mit einer Ablassöffnung (5) ausgestattet ist, welche unter Verwendung eines Ablassventils (5b) freigebbar und versperrbar ist und dem Ablassen von im Verdichtergehäuse gesammeltem Kondensat dient.

Figure DE102017217449A1_0000
The invention relates to a supercharged internal combustion engine with
an intake system (1) for supplying charge air,
an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas, and
at least one compressor (2, 3) arranged in the intake system (1), which is equipped with at least one impeller arranged on a rotatable shaft in a compressor housing, a compressor (2) being connectable as a compressible compressor (2) in a bypass line (4) is arranged, which branches off to form a first node (4a) from the intake system (1) and opens to form a second node (4b) back into the intake system (1).
It is intended to provide a supercharged internal combustion engine of the above type, with which in particular the problem due to the formation of condensate is counteracted.
This is achieved by a supercharged internal combustion engine of the type mentioned, which is characterized in that the switchable compressor (2) is equipped with a discharge opening (5) which is releasable and lockable using a drain valve (5b) and the discharge of the compressor housing collected condensate is used.
Figure DE102017217449A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit

  • - einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
  • - einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas, und
  • - mindestens einem im Ansaugsystem angeordneten Verdichter, der mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse auf einer drehbaren Welle angeordneten Laufrad ausgestattet ist, wobei ein Verdichter als zuschaltbarer Verdichter in einer Bypassleitung angeordnet ist, die unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes vom Ansaugsystem abzweigt und unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes wieder in das Ansaugsystem einmündet.
The invention relates to a supercharged internal combustion engine with
  • an intake system for supplying charge air,
  • an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas, and
  • - At least one arranged in the intake compressor, which is equipped with at least one arranged in a compressor housing on a rotatable shaft impeller, wherein a compressor is arranged as a switchable compressor in a bypass line, which branches off to form a first node from the intake system and to form a second Junction returns to the intake system.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.Furthermore, the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine.

Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.An internal combustion engine of the type mentioned is used as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes diesel engines and gasoline engines, but also hybrid internal combustion engines that use a hybrid combustion process, as well as hybrid drives, which in addition to the internal combustion engine comprise an electric motor which can be electrically connected to the internal combustion engine, which receives power from the internal combustion engine or as switchable auxiliary drive additionally delivers power.

Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Zudem wird eine Reduzierung der Schadstoffemissionen angestrebt, um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einhalten zu können.In the development of internal combustion engines, efforts are constantly being made to minimize fuel consumption. In addition, the aim is to reduce pollutant emissions in order to be able to comply with future limit values for pollutant emissions.

Brennkraftmaschinen werden daher zunehmend häufig mit einer Aufladung ausgestattet, wobei die Aufladung in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung ist, bei dem die für den motorischen Verbrennungsprozess benötigte Ladeluft verdichtet wird, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Ladeluftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.Internal combustion engines are therefore increasingly equipped with a charge, the charge is primarily a method of increasing performance, in which the charge air required for the engine combustion process is compressed, whereby each cylinder per cycle a larger charge air mass can be supplied. As a result, the fuel mass and thus the medium pressure can be increased.

Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum verringert, lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist.The charge is a suitable means to increase the capacity of an internal combustion engine with unchanged displacement or to reduce the displacement at the same power. In any case, the charging leads to an increase in space performance and a lower power mass. If the displacement is reduced, then the load spectrum can be shifted to higher loads, where the specific fuel consumption is lower.

Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Brennkraftmaschinen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d.h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.Charging thus supports the constant effort in the development of internal combustion engines to minimize fuel consumption, i. to improve the efficiency of the internal combustion engine.

Durch eine geeignete Getriebeauslegung kann zusätzlich ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, wodurch ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt wird. Beim Downspeeding wird der Umstand ausgenutzt, dass der spezifische Kraftstoffverbrauch bei niedrigen Drehzahlen regelmäßig niedriger ist, insbesondere bei höheren Lasten.By means of a suitable transmission design, a so-called downspeeding can additionally be realized, as a result of which a lower specific fuel consumption is likewise achieved. Downspeeding exploits the fact that the specific fuel consumption at low speeds is regularly lower, especially at higher loads.

Häufig wird für die Aufladung ein Abgasturbolader eingesetzt, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung der Zylinder, d.h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt eine Verdichtung durch Kühlung.Frequently, an exhaust gas turbocharger is used for charging, in which a compressor and a turbine are arranged on the same shaft. The hot exhaust stream is supplied to the turbine and relaxes with energy release in the turbine, causing the shaft to rotate. The energy emitted by the exhaust gas flow to the turbine and finally to the shaft is used to drive the compressor, which is also arranged on the shaft. The compressor conveys and compresses the charge air supplied to it, whereby a charging of the cylinder is achieved. Advantageously, a charge air cooler is provided downstream of the compressor in the intake system, with which the compressed charge air is cooled before entering the at least one cylinder. The radiator lowers the temperature and thus increases the density of the charge air, so that the radiator to a better filling of the cylinder, i. contributes to a larger air mass. There is a compaction by cooling.

Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem - mittels Hilfsantrieb antreibbaren - Lader besteht darin, dass ein Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase nutzt, während ein Lader die für seinen Antrieb erforderliche Energie direkt oder indirekt von der Brennkraftmaschine bezieht und damit, zumindest solange die Antriebsenergie nicht aus einer Energierückgewinnung stammt, den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, d.h. mindert.The advantage of an exhaust gas turbocharger in comparison to a - drivable by auxiliary drive - loader is that an exhaust gas turbocharger uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases, while a loader requires the energy required for its drive directly or indirectly from the internal combustion engine and thus, at least as long as the drive power does not come from an energy recovery, adversely affects the efficiency, ie decreases.

Falls es sich nicht um einen mittels Elektromaschine, d.h. elektrisch antreibbaren Lader handelt, ist regelmäßig eine mechanische bzw. kinematische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen dem Lader und der Brennkraftmaschine erforderlich, die auch das Packaging im Motorraum beeinflusst.If it is not an electric machine, i. electrically drivable charger is regularly a mechanical or kinematic connection for power transmission between the charger and the internal combustion engine is required, which also affects the packaging in the engine compartment.

Der Vorteil eines Laders gegenüber einem Abgasturbolader besteht darin, dass der Lader stets den angeforderten Ladedruck generieren und zur Verfügung stellen kann und zwar unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Das gilt insbesondere für einen Lader, der mittels Elektromaschine elektrisch antreibbar und daher unabhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle ist.The advantage of a supercharger over an exhaust gas turbocharger is that the supercharger can always generate and provide the requested boost pressure, regardless of the loader Operating state of the internal combustion engine. This is especially true for a loader that is electrically driven by electric motor and therefore independent of the speed of the crankshaft.

Nach dem Stand der Technik bereitet es nämlich Schwierigkeiten, die Leistung mittels Abgasturboaufladung in allen Drehzahlbereichen zu steigern. Es wird ein stärkerer Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beobachtet. Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis bzw. der Turbinenleistung abhängt. Wird die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis bzw. einer kleineren Turbinenleistung. Folglich nimmt das Ladedruckverhältnis zu niedrigeren Drehzahlen hin ebenfalls ab. Dies ist gleichbedeutend mit einem Drehmomentabfall.In fact, according to the state of the art, it is difficult to increase the power by means of turbocharging in all engine speed ranges. It is observed a greater torque drop when falling below a certain speed. This torque drop becomes understandable if it is taken into account that the boost pressure ratio depends on the turbine pressure ratio or the turbine output. If the engine speed is reduced, this leads to a smaller exhaust gas mass flow and thus to a smaller turbine pressure ratio or a smaller turbine power. Consequently, the boost pressure ratio also decreases toward lower speeds. This is synonymous with a torque drop.

Die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, verfügt zwecks Aufladung über mindestens einen Verdichter, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter den Begriff Verdichter sowohl ein mittels Hilfsantrieb antreibbarer Lader als auch ein Verdichter eines Abgasturboladers subsumiert werden können.The internal combustion engine, which is the subject of the present invention, has at least one compressor for charging, wherein in the context of the present invention the term compressor can be subsumed both by a supercharger drivable by means of an auxiliary drive and by a compressor of an exhaust gas turbocharger.

D.h. die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, verfügt zwecks Aufladung über mindestens einen Abgasturbolader und/oder mindestens einen mittels Hilfsantrieb antreibbaren Lader. Erfindungsgemäß ist ein Verdichter ein zuschaltbarer Verdichter, der bei in Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine nicht dauerhaft betrieben wird, d.h. nicht permanent zugeschaltet ist, sondern nur zeitweise, und der in einer Bypassleitung angeordnet ist, die unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes vom Ansaugsystem abzweigt und unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes wieder in das Ansaugsystem einmündet.That the internal combustion engine, which is the subject of the present invention, has at least one exhaust-gas turbocharger and / or at least one supercharger drivable by means of an auxiliary drive for charging purposes. According to the invention, a compressor is a switchable compressor which is not operated permanently when the internal combustion engine is in operation, i. is not permanently switched on, but only temporarily, and which is arranged in a bypass line, which branches off to form a first node from the intake system and opens to form a second node back into the intake system.

Bei gezielter Auslegung der Aufladung können nicht nur Vorteile beim Kraftstoffverbrauch, d.h. dem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine, sondern auch bei den Abgasemissionen erzielt werden. So können mittels geeigneter Aufladung beispielsweise beim Dieselmotor die Stickoxidemissionen ohne Einbußen beim Wirkungsgrad verringert werden. Gleichzeitig können die Kohlenwasserstoffemissionen günstig beeinflusst werden. Die Emissionen an Kohlendioxid, die direkt mit dem Kraftstoffverbrauch korrelieren, nehmen mit sinkendem Kraftstoffverbrauch ohnehin ab.With targeted design of the charge not only advantages in fuel consumption, i. the efficiency of the internal combustion engine, but also in the exhaust emissions are achieved. Thus, by means of suitable charging, for example in the diesel engine, the nitrogen oxide emissions can be reduced without sacrificing efficiency. At the same time, the hydrocarbon emissions can be favorably influenced. The emissions of carbon dioxide, which correlate directly with fuel consumption, decrease anyway with decreasing fuel consumption.

Um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einhalten zu können, sind neben der Aufladung aber weitere Maßnahmen erforderlich. Im Mittelpunkt der Entwicklungsarbeiten steht dabei unter anderem die Reduzierung der Stickoxidemissionen, die insbesondere bei den Dieselmotoren von hoher Relevanz sind. Da die Bildung der Stickoxide nicht nur einen Luftüberschuss, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Senkung der Stickoxidemissionen darin, Verbrennungsprozesse mit niedrigen Verbrennungstemperaturen zu entwickeln.In order to comply with future limits for pollutant emissions, in addition to the charge but further action is required. Among other things, the development work focuses on reducing nitrogen oxide emissions, which are of particular relevance to diesel engines. Since the formation of nitrogen oxides requires not only an excess of air but also high temperatures, a concept for reducing nitrogen oxide emissions is to develop combustion processes with low combustion temperatures.

Dabei ist die Abgasrückführung (AGR), d.h. die Rückführung von Verbrennungsgasen von der Auslassseite auf die Einlassseite, zielführend, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate xAGR bestimmt sich dabei zu xAGR = mAGR / (MAGR + mLuft), wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mLuft die zugeführte Luft bezeichnet. Der via Abgasrückführung bereitgestellte Sauerstoff ist gegebenenfalls zu berücksichtigen.Here, the exhaust gas recirculation (EGR), ie the return of combustion gases from the exhaust side to the inlet side, expedient in which with increasing exhaust gas recirculation rate, the nitrogen oxide emissions can be significantly reduced. In this case, the exhaust gas recirculation rate x AGR is determined as x AGR = m AGR / (M AGR + m air ), where m AGR designates the mass of recirculated exhaust gas and m air the supplied air. The oxygen provided via exhaust gas recirculation may need to be considered.

Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erzielen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von xAGR ≈ 60% bis 70% und mehr liegen können. Derart hohe Rückführraten erfordern regelmäßig eine Kühlung des rückzuführenden Abgases.In order to achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates are required, which can be on the order of x AGR ≈ 60% to 70% and more. Such high recirculation rates regularly require cooling of the recirculated exhaust gas.

Auch die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann mit einer Abgasrückführung ausgestattet werden, mit der Abgas aus dem Abgasabführsystem in das Ansaugsystem zurückgeführt wird.Also, the internal combustion engine according to the invention can be equipped with an exhaust gas recirculation, is returned to the exhaust gas from the Abgasabführsystem in the intake system.

Im Rahmen der Abgasrückführung kann sich Kondensat bilden. Dabei sind zwei Szenarien von Relevanz.As part of the exhaust gas recirculation can form condensate. Two scenarios are relevant.

Zum einen kann sich Kondensat bilden, wenn rückgeführtes heißes Abgas im Ansaugsystem mit kühler Frischluft zusammentrifft und gemischt wird. Das Abgas kühlt sich ab, wohingegen die Temperatur der Frischluft angehoben wird. Die Temperatur der Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas, d.h. die Ladelufttemperatur, liegt unterhalb der Abgastemperatur des rückgeführten Abgases. Im Rahmen der Abkühlung des Abgases können zuvor noch gasförmig im Abgas enthaltene Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, auskondensieren, wenn die Tautemperatur einer Komponente der gasförmigen Ladeluftströmung unterschritten wird. Es kommt zu einer Kondensatbildung in der freien Ladeluftströmung, wobei häufig Verunreinigungen in der Ladeluft den Ausgangspunkt für die Bildung von Kondensattröpfchen bilden.On the one hand, condensate can form when recirculated hot exhaust gas in the intake system collides with cool fresh air and is mixed. The exhaust gas cools, whereas the temperature of the fresh air is raised. The temperature of the mixture of fresh air and recirculated exhaust gas, i. the charge air temperature is below the exhaust gas temperature of the recirculated exhaust gas. As part of the cooling of the exhaust gas previously contained gaseous substances contained in the exhaust gas, in particular water, condense when the taut temperature of a component of the gaseous charge air flow is exceeded. It comes to a condensation in the free charge air flow, often impurities in the charge air form the starting point for the formation of condensate droplets.

Zum anderen kann sich Kondensat bilden, wenn heißes Abgas bzw. die Ladeluft auf die Innenwandung des Ansaugsystems trifft, da die Wandtemperatur in der Regel unterhalb der Tautemperatur der relevanten gasförmigen Komponenten liegt.On the other hand, condensate may form when hot exhaust gas or the charge air impinges on the inner wall of the intake system, since the wall temperature is usually below the dew temperature of the relevant gaseous components.

Die Problematik der Kondensatbildung verschärft sich mit zunehmender Rückführrate, da mit der Zunahme der rückgeführten Abgasmenge die Anteile der einzelnen Abgaskomponenten in der Ladeluft zwangsläufig zunehmen, insbesondere der Anteil des im Abgas enthaltenen Wassers. The problem of condensate formation is exacerbated with increasing recirculation rate, since with the increase in the amount of recirculated exhaust gas, the proportions of the individual exhaust gas components in the charge air inevitably increase, in particular the proportion of water contained in the exhaust gas.

Auch ohne Abgasrückführung kann sich im Ansaugsystem Kondensat bilden, insbesondere, wenn zur Kühlung der komprimierten Ladeluft ein Ladeluftkühler im Ansaugsystem vorgesehen ist. Zuvor noch gasförmig in der Ladeluft enthaltene Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, können auskondensieren, wenn die Tautemperatur einer Komponente der gasförmigen Ladeluftströmung unterschritten wird.Even without exhaust gas recirculation condensate can form in the intake system, in particular, if a charge air cooler is provided in the intake system for cooling the compressed charge air. Previously still gaseous in the charge air contained liquids, especially water, can condense when the taut temperature of a component of the gaseous charge air flow is exceeded.

Auskondensiertes Wasser kann sich im Ansaugsystem, im Kühler und/oder im Verdichter sammeln und schlagartig freigesetzt und den Zylinder der Brennkraftmaschine zugeführt werden, wodurch nicht nur eine schwere Störung des Betriebs der Brennkraftmaschine, sondern auch irreversible Beschädigungen hervorgerufen werden können.Condensed water can accumulate in the intake system, the radiator and / or compressor and suddenly released and fed to the cylinder of the internal combustion engine, whereby not only a serious failure of the operation of the internal combustion engine, but also irreversible damage can be caused.

Kritisch zu sehen ist die Kondensatbildung besonders stromaufwärts eines Verdichterlaufrades, da es zu Beschädigungen der Schaufeln des Verdichterlaufrades, d.h. des Verdichters, kommen kann. Letzteres ist mit einer Verminderung des Wirkungsgrades des Verdichters verbunden. Kondensat und Kondensattröpfchen führen aber auch zu einer erhöhten Geräuschemission im Ansaugsystem und sind daher grundsätzlich unerwünscht.Critically, the formation of condensate is particularly upstream of a compressor impeller because it damages the blades of the compressor impeller, i. of the compressor, can come. The latter is associated with a reduction in the efficiency of the compressor. However, condensate and condensate droplets also lead to an increased noise emission in the intake system and are therefore generally undesirable.

Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit der sich die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme bewältigen lassen und mit der insbesondere der Problematik infolge Kondensatbildung entgegengewirkt wird.Against the background of the above, it is an object of the present invention to provide a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1, with which the problems known from the prior art can be overcome and with which in particular the problem due to condensation is counteracted.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.A further sub-task of the present invention is to show a method for operating such an internal combustion engine.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit

  • - einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
  • - einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas, und
  • - mindestens einem im Ansaugsystem angeordneten Verdichter, der mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse auf einer drehbaren Welle angeordneten Laufrad ausgestattet ist, wobei ein Verdichter als zuschaltbarer Verdichter in einer Bypassleitung angeordnet ist, die unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes vom Ansaugsystem abzweigt und unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes wieder in das Ansaugsystem einmündet,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass
  • - der zuschaltbare Verdichter mit einer Ablassöffnung ausgestattet ist, welche unter Verwendung eines Ablassventils freigebbar und versperrbar ist und dem Ablassen von im Verdichtergehäuse gesammeltem Kondensat dient.
The first subtask is solved by a supercharged internal combustion engine
  • an intake system for supplying charge air,
  • an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas, and
  • - At least one arranged in the intake compressor, which is equipped with at least one arranged in a compressor housing on a rotatable shaft impeller, wherein a compressor is arranged as a switchable compressor in a bypass line, which branches off to form a first node from the intake system and to form a second Node returns to the intake system,
which is characterized in that
  • - The switchable compressor is equipped with a discharge opening, which is releasable and lockable using a drain valve and serves to drain condensate collected in the compressor housing.

Der zuschaltbare Verdichter der Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, verfügt über eine Ablassöffnung, um im Verdichtergehäuse gesammeltes Kondensat ablassen, d.h. abführen bzw. entsorgen zu können.The shiftable compressor of the internal combustion engine, which is the subject of the present invention, has a drain port for discharging condensate collected in the compressor housing, i. be able to discharge or dispose of.

Bei in Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine wird die Ablassöffnung unter Verwendung des Ablassventils versperrt gehalten und zwar zumindest solange der zuschaltbare Verdichter zugeschaltet ist und zur Generierung eines angeforderten Ladedrucks beiträgt bzw. herangezogen wird. Eine geöffnete Ablassöffnung würde einem Druckaufbau im Verdichter entgegenstehen bzw. diesen Druckaufbau erschweren, weshalb die Ablassöffnung unter Verwendung des Ablassventils nur freigegeben wird, falls der zuschaltbare Verdichter abgeschaltet ist. Dann kann im Verdichtergehäuse gesammeltes Kondensat via die geöffnete Ablassöffnung abgeführt werden. Zur Unterstützung dieses Abführens von Kondensat kann eine Pumpe vorgesehen und eingesetzt werden, die bei geöffneter Ablassöffnung zumindest kurzzeitig aktiviert und betrieben wird.When the internal combustion engine is in operation, the discharge opening is kept locked using the drain valve and that at least as long as the switchable compressor is switched on and contributes to the generation of a requested boost pressure or is used. An open drain opening would preclude or make pressure build-up in the compressor, so the drain opening is only released using the drain valve, if the switchable compressor is turned off. Then, condensate collected in the compressor housing can be discharged via the opened drain opening. To support this discharge of condensate, a pump can be provided and used, which is at least temporarily activated and operated with open drain port.

Das gesammelte Kondensat kann beispielsweise in das Abgasabführsystem eingeleitet und dort zumindest teilweise aufgrund der hohen Temperaturen verdampft werden oder aber via Ansaugsystem den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Das gesammelte Kondensat kann aber auch einer Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine zugeführt werden oder in einem Behältnis zwischengelagert und beispielsweise im Rahmen einer Wartung entsorgt werdenThe collected condensate can be introduced, for example, into the Abgasabführsystem and there are at least partially evaporated due to the high temperatures or fed via the intake system to the cylinders of the internal combustion engine. The collected condensate can also be supplied to a liquid cooling of the internal combustion engine or stored in a container and disposed of, for example, as part of a maintenance

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine löst die erste der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit der sich die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme bewältigen lassen und mit der insbesondere der Problematik infolge Kondensatbildung entgegengewirkt wird.The internal combustion engine according to the invention solves the first object underlying the invention, namely to provide a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1, with which can cope with the problems known from the prior art and with the particular problem of condensation is counteracted.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen in der Bypassleitung stromaufwärts des zuschaltbaren Verdichters ein Ladeluftkühler angeordnet ist. Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which a charge air cooler is arranged in the bypass line upstream of the switchable compressor are advantageous.

Ein Ladeluftkühler kühlt die dem zuschaltbaren Verdichter zugeführte Ladeluft und ist besonders vorteilhaft, falls die Ladeluft stromaufwärts des Ladeluftkühlers und damit stromaufwärts des zuschaltbaren Verdichters bereits im Rahmen einer vorhergehenden Kompression vorverdichtet wird. Dann wird die vorverdichtete Ladeluft im Rahmen einer zweistufigen Verdichtung zwischengekühlt, d.h. zwischen den beiden Verdichtern und vor Eintritt in den zuschaltbaren bzw. zugeschalteten Verdichter herunter gekühlt.A charge air cooler cools the charge air supplied to the switchable compressor and is particularly advantageous if the charge air is already pre-compressed upstream of the charge air cooler and thus upstream of the switchable compressor as part of a preceding compression. Then the precompressed charge air is intermediately cooled in the course of a two-stage compression, i. cooled between the two compressors and before entering the switchable or switched compressor.

Vorteilhaft sind aus den vorstehend genannten Gründen auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen im Ansaugsystem stromaufwärts des ersten Knotenpunktes ein weiterer Verdichter angeordnet ist.Also advantageous for the reasons mentioned above, embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which a further compressor is arranged in the intake upstream of the first node.

Ein weiterer Verdichter könnte als dauerhaft betriebener Verdichter ausgelegt werden. Dann wäre eine einstufige Aufladung der Brennkraftmaschine unter Verwendung dieses weiteren Verdichters möglich, ohne dass der zuschaltbare Verdichter zur Generierung des Ladedrucks herangezogen werden müsste. Oder aber die der Brennkraftmaschine zugeführte Ladeluft würde im Rahmen einer zweistufigen Verdichtung aufgeladen.Another compressor could be designed as a permanently operated compressor. Then a single-stage charging of the internal combustion engine using this additional compressor would be possible without the switchable compressor would have to be used to generate the boost pressure. Or the charge air supplied to the internal combustion engine would be charged as part of a two-stage compression.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen im Ansaugsystem stromabwärts des zweiten Knotenpunktes ein weiterer Ladeluftkühler angeordnet ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which a further charge air cooler is arranged in the intake system downstream of the second node point are advantageous.

Der weitere Ladeluftkühler kühlt die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in die Zylinder der Brennkraftmaschine und zwar aufgrund seiner Anordnung im Ansaugsystem sowohl in den Fällen, in denen die Ladeluft einstufig unter Verwendung des zuschaltbaren bzw. zugeschalteten Verdichters bzw. eines weiteren Verdichters komprimiert wird, als auch in den Fällen, in denen die Ladeluft unter Hinzuziehen des zuschaltbaren bzw. zugeschalteten Verdichters mehrstufig komprimiert wird.The further intercooler cools the compressed charge air before entering the cylinders of the internal combustion engine and because of its arrangement in the intake system both in the cases in which the charge air is compressed in one stage using the switchable or connected compressor or another compressor, as well as in the cases in which the charge air is compressed in several stages with the addition of the switchable or connected compressor.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der zuschaltbare Verdichter ein elektrisch antreibbarer Verdichter ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the switchable compressor is an electrically drivable compressor are advantageous.

Ein mittels Elektromaschine elektrisch antreibbarer Verdichter ist unabhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, weshalb ein angeforderter Ladedruck unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine jederzeit, d.h. bei Bedarf generiert und zur Verfügung gestellt werden kann. Im Übrigen wird Bezug genommen auf die im Zusammenhang mit einem elektrisch antreibbaren Verdichter bereits genannten Vorteile und gemachten Ausführungen.A compressor which can be electrically driven by means of an electric motor is independent of the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine, for which reason a boost pressure requested, irrespective of the operating state of the internal combustion engine, can be generated at any time. can be generated and made available on demand. Incidentally, reference is made to the already mentioned in connection with an electrically driven compressor advantages and statements made.

Den zuschaltbaren Verdichter als elektrisch antreibbaren Verdichter auszuführen, hat darüber hinaus den Vorteil, dass die für den Betrieb des zuschaltbaren Verdichters erforderliche elektrische Leistung problemlos zur Verfügung gestellt werden kann, gegebenenfalls als regenerative Energie, d.h. als aus einer Energierückgewinnung stammende Energie. Letzteres könnte bei einem dauerhaft betriebenen Verdichter nicht ohne Weiteres gewährleistet werden, da dann die für den Betrieb erforderliche Energiemenge wesentlich größer wäre.The switchable compressor to perform as an electrically driven compressor, moreover, has the advantage that the required for the operation of the switchable compressor electrical power can be easily provided, optionally as regenerative energy, i. as energy derived from an energy recovery. The latter could not be readily ensured in a permanently operated compressor, since then the energy required for the operation would be much larger.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der weitere Verdichter ein Verdichter eines Abgasturboladers ist. Ein Abgasturbolader umfasst eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the further compressor is a compressor of an exhaust gas turbocharger are advantageous. An exhaust-gas turbocharger comprises a turbine arranged in the exhaust-gas removal system and a compressor arranged in the intake system.

Hinsichtlich der Vorteile eines Abgasturboladers wird Bezug genommen auf die im Zusammenhang mit der Aufladung bereits gemachten Ausführungen. Um einem Drehmomentabfall bei niedrigen Drehzahlen entgegen zu wirken, können Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen zwei oder mehr Abgasturbolader vorgesehen sind, die beispielsweise in Reihe oder parallelgeschaltet bzw. angeordnet sind.With regard to the advantages of an exhaust gas turbocharger, reference is made to the statements already made in connection with the charging. To counteract a torque drop at low speeds, embodiments may be advantageous in which two or more exhaust gas turbochargers are provided, which are arranged for example in series or in parallel or.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Abgasrückführung vorgesehen ist, die eine Rückführleitung umfasst, welche unter Ausbildung eines dritten Knotenpunktes von dem Abgasabführsystem abzweigt und unter Ausbildung eines vierten Knotenpunktes in das Ansaugsystem mündet.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which an exhaust gas recirculation is provided, which includes a return line, which branches off to form a third node of the Abgasabführsystem and opens into the intake system to form a fourth node.

Wird eine Abgasrückführung vorgesehen, können Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen die Rückführleitung stromabwärts eines vorgesehenen Verdichters in das Ansaugsystem mündet.If an exhaust gas recirculation is provided, embodiments of the supercharged internal combustion engine may be advantageous in which the return line opens downstream of a planned compressor in the intake system.

Bei dieser sogenannten Hochdruck-AGR wird das Abgas stromabwärts des Verdichters bzw. der Verdichter in das Ansaugsystem eingebracht. Um das für eine Rückführung erforderliche Druckgefälle zwischen dem Abgasabführsystem und dem Ansaugsystem bereitzustellen bzw. sicherzustellen, wird das Abgas bei einer Abgasturbolaufladung vorzugsweise und regelmäßig stromaufwärts der zugehörigen Turbine aus dem Abgasabführsystem entnommen. Die Hochdruck-AGR hat den Vorteil, dass das Abgas den Verdichter bzw. die Verdichter nicht passiert und daher vor der Rückführung keiner Abgasnachbehandlung, beispielsweise in einem Partikelfilter, unterzogen werden muss. Ablagerungen im Verdichter, welche die Geometrie des Verdichters, insbesondere die Strömungsquerschnitte, verändern und auf diese Weise den Wirkungsgrad des Verdichters verschlechtern, sind nicht zu befürchten. Eine Kondensatbildung erfolgt - wenn überhaupt - stromabwärts eines Verdichters, der die ihm zugeführte Ladeluft im Rahmen der Kompression erhitzt.In this so-called high-pressure EGR, the exhaust gas is introduced into the intake system downstream of the compressor or compressors. In order to provide or to ensure the pressure gradient between the exhaust-gas removal system and the intake system required for a return, the exhaust gas is preferably taken from the exhaust-gas removal system upstream of the associated turbine during an exhaust-gas turbocharging. The high-pressure EGR has the advantage that the exhaust gas does not pass through the compressor or compressors and therefore none before the recirculation Exhaust after-treatment, for example in a particulate filter, must be subjected. Deposits in the compressor, which change the geometry of the compressor, in particular the flow cross-sections, and thus worsen the efficiency of the compressor, are not to be feared. Condensation takes place, if at all, downstream of a compressor which heats the charge air supplied to it as part of the compression.

Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und gleichzeitiger Verwendung einer Hochdruck-AGR kann sich ein Konflikt ergeben, wenn das rückgeführte Abgas stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem entnommen wird und zum Antrieb der Turbine nicht mehr zur Verfügung steht.When operating an internal combustion engine with turbocharging and simultaneous use of a high-pressure EGR, a conflict may arise when the recirculated exhaust gas is taken from the Abgasabführsystem upstream of the turbine and is no longer available for driving the turbine.

Bei einer Steigerung der Abgasrückführrate nimmt der in die Turbine eingeleitete Abgasstrom gleichzeitig ab. Der verminderte Abgasmassenstrom durch die Turbine bedingt ein kleineres Turbinendruckverhältnis, wodurch das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, was gleichbedeutend ist mit einem kleineren Verdichtermassenstrom. Neben dem abnehmenden Ladedruck können sich zusätzlich Probleme beim Betrieb des Verdichters hinsichtlich der Pumpgrenze einstellen. Nachteile können sich auch bei den Schadstoffemissionen ergeben, beispielsweise hinsichtlich der Rußbildung bei Dieselmotoren während einer Beschleunigung.With an increase in the exhaust gas recirculation rate, the exhaust gas flow introduced into the turbine simultaneously decreases. The reduced exhaust gas mass flow through the turbine causes a smaller turbine pressure ratio, whereby the charge pressure ratio also decreases, which is equivalent to a smaller compressor mass flow. In addition to the decreasing boost pressure, additional problems with the operation of the compressor with regard to the surge limit can occur. Disadvantages can also arise in the pollutant emissions, for example, with regard to the formation of soot in diesel engines during acceleration.

Es sind Konzepte erforderlich, die ausreichend hohe Ladedrücke bei gleichzeitig hohen Abgasrückführraten sicherstellen.Concepts are required that ensure sufficiently high boost pressures with high exhaust gas recirculation rates.

Vorteilhaft können daher auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen eine Abgasrückführung vorgesehen ist, die eine Rückführleitung umfasst, welche stromaufwärts eines vorgesehenen Verdichters in das Ansaugsystem mündet. Bei einer Abgasturbolaufladung zweigt diese Rückführleitung vorzugsweise stromabwärts der Turbine vom Abgasabführsystem ab.Therefore, embodiments of the supercharged internal combustion engine may also be advantageous, in which exhaust gas recirculation is provided, which comprises a return line, which opens into the intake system upstream of a designated compressor. In an exhaust gas turbocharging, this return line preferably branches off the exhaust gas removal system downstream of the turbine.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Ablassöffnung in der Einbauposition des zuschaltbaren Verdichters an der geodätisch tiefst gelegenen Stelle des Verdichtergehäuses angeordnet ist. Von Relevanz ist dabei das Innere des Verdichtergehäuses, denn im Inneren sammelt sich das Kondensat und zwar regelmäßig auf einem äußeren Umfang um das mindestens eine Laufrad.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the discharge opening is arranged in the installed position of the switchable compressor at the geodetically lowest point of the compressor housing. Of relevance is the interior of the compressor housing, because inside the condensate collects and regularly on an outer circumference around the at least one impeller.

Dann grenzt die Ablassöffnung im Inneren des Verdichters, wo sich Kondensat sammelt, an benachbarte Bereiche, die geodätisch höher liegen als die Ablassöffnung.Then, the discharge opening in the interior of the compressor, where condensate collects, adjoins adjacent areas that are higher in geodesic terms than the discharge opening.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Bereiche der Bypassleitung, die stromaufwärts und stromabwärts des Verdichterinneren bzw. der Ablassöffnung liegen, geodätisch höher gelegen sind.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the areas of the bypass line, which lie upstream and downstream of the compressor interior or of the exhaust opening, are geodetically higher are advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen sich an die Ablassöffnung eine Ablassleitung anschließt.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which a discharge line adjoins the discharge opening are advantageous.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen in der Ablassleitung eine Pumpe vorgesehen ist.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which a pump is provided in the discharge line are advantageous.

Zur Unterstützung des Abführens von Kondensat kann eine Pumpe vorteilhaft sein, die bei geöffneter Ablassöffnung zumindest kurzzeitig aktiviert und betrieben wird.To support the discharge of condensate, a pump may be advantageous, which is at least temporarily activated and operated with open drain opening.

Die zweite der Erfindung zugrundeliegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ablassöffnung unter Verwendung des Ablassventils versperrt gehalten wird, solange der zuschaltbare Verdichter zugeschaltet ist und betrieben wird, um einen Ladedruck zu generieren.The second sub-task underlying the invention, namely to disclose a method for operating an internal combustion engine of a type described above, is achieved by a method which is characterized in that the discharge opening is kept locked using the discharge valve, as long as the switchable compressor is switched on and operated is to generate a boost pressure.

Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren. Unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine können entsprechend unterschiedliche Verfahrensvarianten erfordern, wozu auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird.What has already been said for the internal combustion engine according to the invention also applies to the method according to the invention. Different embodiments of the internal combustion engine according to the invention may accordingly require different process variants, for which reference is made to the corresponding explanations.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die Ablassöffnung unter Verwendung des Ablassventils freigegeben wird, falls der zuschaltbare Verdichter abgeschaltet ist, um im Verdichtergehäuse gesammeltes Kondensat ablassen zu können.Advantageous are process variants in which the drain opening is released using the drain valve, if the switchable compressor is turned off in order to drain condensate collected in the compressor housing can.

Zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei der sich an die Ablassöffnung eine Ablassleitung anschließt, in der eine Pumpe vorgesehen ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Pumpe zur Unterstützung des Ablassens von Kondensat aktiviert und betrieben wird.For operating a supercharged internal combustion engine, in which the discharge opening adjoins a discharge line in which a pump is provided, process variants are advantageous, which are characterized in that the pump is activated and operated to support the discharge of condensate.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten, bei denen die Pumpe zur Unterstützung des Ablassens von Kondensat aktiviert wird, sobald eine erste vorgebbare Zeitspanne Δt1 nach dem Freigeben der Ablassöffnung bzw. dem Abschalten des zuschaltbaren Verdichters vergangen ist. Die Zeitspanne Δt1 dient dem Sammeln von Kondensat nach Abschalten des zuschaltbaren Verdichters. Es soll dem Kondensat genügend Zeit eingeräumt werden, sich im Verdichtergehäuse des abgeschalteten Verdichters zu sammeln.Advantageous in this context are process variants in which the pump is activated to assist in the discharge of condensate as soon as a first predefinable time interval Δt 1 has elapsed after the release of the discharge opening or the switch-off of the switchable compressor. The period Δt 1 is used to collect Condensate after switching off the switchable compressor. The condensate should be given enough time to collect in the compressor housing of the shut-off compressor.

Vorteilhaft sind dabei Verfahrensvarianten, bei denen die Pumpe zur Unterstützung des Ablassens von Kondensat nur für eine zweite vorgebbare Zeitspanne Δt2 betrieben wird. Der Betrieb der Pumpe wird zeitlich begrenzt bzw. reglementiert, um die Antriebsleistung der Pumpe zu minimieren und die Reibleistung der Brennkraftmaschine zu mindern.Process variants in which the pump is operated to support the discharge of condensate only for a second predefinable time interval Δt 2 are advantageous. The operation of the pump is limited in time or regulated in order to minimize the drive power of the pump and to reduce the friction loss of the internal combustion engine.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen gesammeltes Kondensat entsorgt wird.Advantageous are process variants in which collected condensate is disposed of.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten, bei denen gesammeltes Kondensat mit rückzuführendem Abgas in das Ansaugsystem eingeleitet und damit entsorgt wird.In this context, process variants in which collected condensate is introduced into the intake system and disposed of with exhaust gas to be recirculated are advantageous.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang ebenfalls Verfahrensvarianten, bei denen gesammeltes Kondensat in das Abgasabführsystem eingeleitet und damit entsorgt wird.Also advantageous in this context are process variants in which collected condensate is introduced into the exhaust gas removal system and thus disposed of.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen in der Warmlaufphase bzw. nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine kein gesammeltes Kondensat entsorgt wird.Process variants are advantageous in which no collected condensate is disposed of in the warm-up phase or after a cold start of the internal combustion engine.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:

  • 1 schematisch ein Fragment des Ansaugsystems einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
In the following the invention is based on an embodiment according to 1 described in more detail. Hereby shows:
  • 1 schematically a fragment of the intake system of a first embodiment of the internal combustion engine.

1 zeigt schematisch ein Fragment des Ansaugsystems 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine verfügt über ein Ansaugsystem 1 zum Zuführen von Ladeluft und über ein Abgasabführsystem zum Abführen der Abgase (nicht darge stellt). 1 schematically shows a fragment of the intake system 1 a first embodiment of the internal combustion engine. The internal combustion engine has an intake system 1 for supplying charge air and via a Abgasabführsystem for discharging the exhaust gases (not illustrated sets).

Die Brennkraftmaschine ist zwecks Aufladung mit einem Abgasturbolader ausgestattet, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem 1 angeordneten Verdichter 3, 3a umfasst.The internal combustion engine is equipped for the purpose of charging with an exhaust gas turbocharger, which is arranged in the Abgasabführsystem turbine and in the intake system 1 arranged compressor 3 . 3a includes.

Zusätzlich ist stromabwärts dieses Verdichters 3, 3a ein zuschaltbarer Verdichter 2 vorgesehen und zwar in einer Bypassleitung 4, die unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes vom Ansaugsystem 1 stromabwärts des Verdichters 3, 3a des Abgasturboladers abzweigt und unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes 4b wieder in das Ansaugsystem 1 mündet.In addition, downstream of this compressor 3 . 3a a switchable compressor 2 provided and indeed in a bypass line 4 , forming a first node of the intake system 1 downstream of the compressor 3 . 3a the exhaust gas turbocharger branches off and forming a second node 4b back into the intake system 1 empties.

Der zuschaltbare Verdichter 2 ist ein elektrisch antreibbarer Verdichter 2a, der im Bedarfsfall, d.h. jederzeit aktiviert werden kann, um einen angeforderten Ladedruck zur Verfügung zu stellen bzw. zu generieren.The switchable compressor 2 is an electrically driven compressor 2a which can be activated at any time, if necessary, in order to provide or generate a requested charge pressure.

In der Bypassleitung 4 ist ein Ladeluftkühler 6 stromaufwärts des zuschaltbaren Verdichters 2 angeordnet, um die im Verdichter 3, 3a des Abgasturboladers vorverdichtete Ladeluft vor Eintritt in den zugeschalteten Verdichter 2 zu kühlen. Stromabwärts des zuschaltbaren Verdichters 2 und zwar im Ansaugsystem 1 stromabwärts des zweiten Knotenpunktes 4b ist ein weiterer Ladeluftkühler 7 angeordnet, welcher dem Kühlen der im zugeschalteten Verdichter 2 komprimierten Ladeluft dient bzw. bei Umgehung des zuschaltbaren Verdichters 2 der Kühlung der im Verdichter 3, 3a des Abgasturboladers komprimierten Ladeluft.In the bypass line 4 is a charge air cooler 6 upstream of the switchable compressor 2 arranged to be in the compressor 3 . 3a the turbocharger pre-compressed charge air before entering the switched compressor 2 to cool. Downstream of the switchable compressor 2 in the intake system 1 downstream of the second node 4b is another intercooler 7 arranged, which the cooling of the switched-in compressor 2 compressed charge air is used or bypassing the switchable compressor 2 the cooling of the compressor 3 . 3a the exhaust gas turbocharger compressed charge air.

Der zuschaltbare Verdichter 2 ist an seiner geodätisch tiefst gelegenen Stelle mit einer Ablassöffnung 5 ausgestattet, welche unter Verwendung eines Ablassventils 5b freigegeben bzw. versperrt werden kann und dem Ablassen von im Verdichtergehäuse gesammeltem Kondensat dient.The switchable compressor 2 is at its geodesically lowest point with a drain opening 5 equipped, which using a drain valve 5b can be released or blocked and serves to drain condensate collected in the compressor housing.

An die Ablassöffnung 5 schließt sich eine Ablassleitung 5a an, in der eine Pumpe 5c vorgesehen ist, welche das Abführen von Kondensat bei geöffneter Ablassöffnung 5 unterstützt und zumindest kurzzeitig aktiviert und betrieben wird.To the drain opening 5 closes a drain line 5a in which a pump 5c is provided, which is the discharge of condensate when the discharge opening 5 supported and at least temporarily activated and operated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Ansaugsystemintake system
22
Verdichter, zuschaltbarer VerdichterCompressor, switchable compressor
2a2a
elektrisch antreibbarer Verdichterelectrically driven compressor
33
weiterer Verdichteranother compressor
3a3a
Verdichter eines AbgasturboladersCompressor of an exhaust gas turbocharger
44
Bypassleitungbypass line
4a4a
erster Knotenpunktfirst node
4b4b
zweiter Knotenpunktsecond node
55
Ablassöffnungdrain hole
5a5a
Ablassleitungdrain line
5b5b
Ablassventildrain valve
5c5c
Pumpepump
66
LadeluftkühlerIntercooler
77
weiterer Ladeluftkühler further intercooler
Δt1 Δt 1
erste vorgebbare Zeitspannefirst predetermined period of time
Δt2 Δt 2
zweite vorgebbare Zeitspannesecond predetermined period of time

Claims (15)

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit - einem Ansaugsystem (1) zum Zuführen von Ladeluft, - einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas, und - mindestens einem im Ansaugsystem (1) angeordneten Verdichter (2, 3), der mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse auf einer drehbaren Welle angeordneten Laufrad ausgestattet ist, wobei ein Verdichter (2) als zuschaltbarer Verdichter (2) in einer Bypassleitung (4) angeordnet ist, die unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes (4a) vom Ansaugsystem (1) abzweigt und unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes (4b) wieder in das Ansaugsystem (1) einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass - der zuschaltbare Verdichter (2) mit einer Ablassöffnung (5) ausgestattet ist, welche unter Verwendung eines Ablassventils (5b) freigebbar und versperrbar ist und dem Ablassen von im Verdichtergehäuse gesammeltem Kondensat dient.A supercharged internal combustion engine comprising: - an intake system (1) for supplying charge air, - an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas, and - at least one compressor (2, 3) arranged in the intake system (1) and having at least one in a compressor housing on a rotatable shaft arranged impeller, wherein a compressor (2) is arranged as a switchable compressor (2) in a bypass line (4) which branches off to form a first node (4a) from the intake system (1) and forming a second node (4b) again in the intake system (1), characterized in that - the switchable compressor (2) is equipped with a discharge opening (5) which is releasable and lockable using a drain valve (5b) and serves to drain condensate collected in the compressor housing , Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypassleitung (4) stromaufwärts des zuschaltbaren Verdichters (2) ein Ladeluftkühler (6) angeordnet ist.Charged internal combustion engine after Claim 1 , characterized in that in the bypass line (4) upstream of the switchable compressor (2) a charge air cooler (6) is arranged. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansaugsystem (1) stromaufwärts des ersten Knotenpunktes (4a) ein weiterer Verdichter (3) angeordnet ist.Charged internal combustion engine after Claim 1 or 2 , characterized in that in the intake system (1) upstream of the first node (4a), a further compressor (3) is arranged. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansaugsystem (1) stromabwärts des zweiten Knotenpunktes (4b) ein weiterer Ladeluftkühler (7) angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that in the intake system (1) downstream of the second node (4b), a further intercooler (7) is arranged. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zuschaltbare Verdichter (2) ein elektrisch antreibbarer Verdichter (2a) ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the switchable compressor (2) is an electrically drivable compressor (2a). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Verdichter (3) ein Verdichter (3a) eines Abgasturboladers ist.Charged internal combustion engine according to one of Claims 3 to 5 , characterized in that the further compressor (3) is a compressor (3a) of an exhaust gas turbocharger. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführung vorgesehen ist, die eine Rückführleitung umfasst, welche unter Ausbildung eines dritten Knotenpunktes von dem Abgasabführsystem abzweigt und unter Ausbildung eines vierten Knotenpunktes in das Ansaugsystem (1) mündet.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that an exhaust gas recirculation is provided, which comprises a return line which branches to form a third node of the Abgasabführsystem and opens to form a fourth node in the intake system (1). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablassöffnung (5) in der Einbauposition des zuschaltbaren Verdichters (2) an der geodätisch tiefst gelegenen Stelle des Verdichtergehäuses angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the discharge opening (5) in the installed position of the switchable compressor (2) is arranged at the geodetically lowest point of the compressor housing. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Ablassöffnung (5) eine Ablassleitung (5a) anschließt.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that adjoining the discharge opening (5) is a discharge line (5a). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ablassleitung (5a) eine Pumpe (5c) vorgesehen ist.Charged internal combustion engine after Claim 9 , characterized in that in the discharge line (5a), a pump (5c) is provided. Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablassöffnung (5) unter Verwendung des Ablassventils (5b) versperrt gehalten wird, solange der zuschaltbare Verdichter (2) zugeschaltet ist und betrieben wird, um einen Ladedruck zu generieren.Method for operating a supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the discharge opening (5) is kept locked using the discharge valve (5b) as long as the switchable compressor (2) is switched on and operated to generate a boost pressure , Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablassöffnung (5) unter Verwendung des Ablassventils (5b) freigegeben wird, falls der zuschaltbare Verdichter (2) abgeschaltet ist, um im Verdichtergehäuse gesammeltes Kondensat ablassen zu können.Method according to Claim 11 , characterized in that the discharge opening (5) using the discharge valve (5b) is released if the switchable compressor (2) is turned off in order to drain condensate collected in the compressor housing can. Verfahren nach Anspruch 12 zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei der sich an die Ablassöffnung (5) eine Ablassleitung (5a) anschließt, in der eine Pumpe (5c) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (5c) zur Unterstützung des Ablassens von Kondensat aktiviert und betrieben wird.Method according to Claim 12 for operating a supercharged internal combustion engine, in which the discharge opening (5) is followed by a discharge line (5a) in which a pump (5c) is provided, characterized in that the pump (5c) is activated and operated to aid in the discharge of condensate becomes. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (5c) zur Unterstützung des Ablassens von Kondensat aktiviert wird, sobald eine erste vorgebbare Zeitspanne Δt1 nach dem Abschalten des zuschaltbaren Verdichters (2) vergangen ist.Method according to Claim 13 , characterized in that the pump (5c) is activated to support the discharge of condensate as soon as a first predetermined period of time .DELTA.t 1 has elapsed after switching off the switchable compressor (2). Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (5c) zur Unterstützung des Ablassens von Kondensat nur für eine zweite vorgebbare Zeitspanne Δt2 betrieben wird.Method according to Claim 13 or 14 , characterized in that the pump (5c) is operated to support the discharge of condensate only for a second predetermined period .DELTA.t 2 .
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