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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
EP 1 070 837 A2 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei wenigstens einen Abgasturbolader auf, welcher wenigstens eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbare Turbine und einen von der Turbine antreibbaren ersten Verdichter zum Verdichten von wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft umfasst. Außerdem ist ein elektrisch betreibbarer zweiter Verdichter vorgesehen, mittels welchem dem wenigstens einen Brennraum zuzuführende Luft parallel zu dem ersten Verdichter zu verdichten ist. Mit anderen Worten sind die Verdichter parallel zueinander geschaltet beziehungsweise angeordnet, sodass mittels der Verdichter parallel beziehungsweise gleichzeitig Luft verdichtet werden kann, die dem wenigstens einen, beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum zuzuführen ist beziehungsweise zugeführt wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt sind die Verdichter parallel zueinander betreibbar und können somit parallel beziehungsweise gleichzeitig Luft verdichten und zu dem Brennraum fördern. Außerdem umfasst die Verbrennungskraftmaschine ein von der mittels des zweiten Verdichters zu verdichtenden Luft durchströmbares Leitungselement, über welches der erste Verdichter mit der mittels des ersten Verdichters zu verdichtenden Luft versorgbar ist.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
EP 1 070 837 A2 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei wenigstens einen Abgasturbolader auf, welcher wenigstens eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbare Turbine und einen von der Turbine antreibbaren ersten Verdichter zum Verdichten von wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft umfasst. Außerdem ist ein elektrisch betreibbarer zweiter Verdichter vorgesehen, mittels welchem dem wenigstens einen Brennraum zuzuführende Luft parallel zu dem ersten Verdichter zu verdichten ist. Mit anderen Worten sind die Verdichter parallel zueinander geschaltet beziehungsweise angeordnet, sodass mittels der Verdichter parallel beziehungsweise gleichzeitig Luft verdichtet werden kann, die dem wenigstens einen, beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum zuzuführen ist beziehungsweise zugeführt wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt sind die Verdichter parallel zueinander betreibbar und können somit parallel beziehungsweise gleichzeitig Luft verdichten und zu dem Brennraum fördern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art weiterzuentwickeln und störende Nebeneffekte zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß ist stromauf des ersten Verdichters in dem Leitungselement ein Ventilelement angeordnet, mittels welchem das Leitungselement von einer von dem ersten Verdichter weg gerichtete Luftströmung fluidisch versperrbar ist. Vorzugsweise ist das Ventilelement als Rückschlagventil ausgebildet, welches in Richtung des ersten Verdichters öffnet und in eine entgegengesetzte, von dem Verdichter weg weisende Richtung sperrt. Mit anderen Worten gibt das Ventilelement das Leitungselement für eine hin zu dem ersten Verdichter gerichtete beziehungsweise strömende Luftströmung frei, sodass Luft durch das Leitungselement und dabei durch das Ventilelement hin zu dem ersten Verdichter strömen kann. Hierdurch kann der erste Verdichter mit Luft versorgt werden, die mittels des ersten Verdichters verdichtet wird beziehungsweise zu verdichten ist. Auf ihrem Weg durch das Leitungselement und dabei durch das Ventilelement zu dem ersten Verdichter strömt die mittels des ersten Verdichters zu verdichtende Luft in eine erste Strömungsrichtung durch das Leitungselement. Dabei sperrt jedoch das Ventilelement in eine der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzte zweite Strömungsrichtung, sodass Luft nicht in die zweite Strömungsrichtung durch das Ventilelement strömen kann, wobei die zweite Strömungsrichtung von dem ersten Verdichter weg weist. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Luftströmung insbesondere dann vermieden werden, wenn die mittels des zweiten Verdichters verdichtete Luft einen größeren Druck aufweist als die mittels des ersten Verdichters verdichtete Luft. Insbesondere kann eine unerwünschte Luftströmung rückwärts durch den ersten Verdichter in einen beispielsweise stromauf des Ventilelements angeordneten Leitungsabschnitt vermieden werden.
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Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden. Insbesondere ist es hierdurch möglich, mittels des als elektrischer Nennleistungskompressor fungierenden beziehungsweise bezeichneten zweiten Verdichters transiente Boostvorgänge zu realisieren und hierbei beispielsweise Lastsprünge zu unterstützen. Darüber hinaus kann durch den Einsatz des Ventilelements die Pumpneigung des ersten Verdichters verringert oder eliminiert werden. Insbesondere kann ein besonders vorteilhafter Transzentbetrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, da ein solcher Transzentbetrieb beziehungsweise ein bei einem solchen Transzentbetrieb auftretender Lastsprung mittels des zweiten Verdichters unterstützt werden kann. Hierbei kann der zweite Verdichter als Nennleistungsbooster fungieren.
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Damit eine besonders hohe Leistung, insbesondere Nennleistung, der Verbrennungskraftmaschine auf besonders effiziente Weise realisiert werden kann, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Verdichter zumindest zweistufig ausgebildet ist und somit wenigstens zwei Verdichterstufen aufweist, welche beispielsweise seriell beziehungsweise in Reihe zueinander geschaltet beziehungsweise angeordnet sind. Im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen kann hierdurch eine signifikante Steigerung der Leistung, insbesondere der Nennleistung, realisiert werden, insbesondere bei gleichbleibendem Zyklus-Realverbrauch, sodass der durchschnittliche Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden kann. Um besonders hohe Leistungen der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren, wird der zweite Verdichter als sogenannter elektrischer Nennleistungskompressor genutzt, welcher, zumindest vorübergehend beziehungsweise bedarfsweise, parallel zu dem ersten Verdichter des Abgasturboladers betrieben wird, sodass die Verdichter parallel beziehungsweise gleichzeitig Luft verdichten und fördern können. Somit kann der wenigstens eine, beispielsweise als Zylinder ausgebildete Brennraum mit einer besonders hohen Luftmasse effizient versorgt werden, sodass besonders hohe Leistungen realisiert und der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden kann.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Bei Verbrennungskraftmaschinen und insbesondere bei Dieselmotoren besteht üblicherweise der Wunsch nach immer höheren Leistungen. Nicht nur die Nennleistung, sondern auch eine hohe transiente Leistungsfähigkeit ist dabei Teil dieses Wunsches. Aktuelle Konzepte setzen hierfür einen elektrisch unterstützten Verdichter ein, um beispielsweise einen sogenannten Low-End-Torque-Bereich, das heißt den unteren Drehmomentbereich zu verbessern und in der Folge des Abgasturbolader hin zu höheren Spitzenleistungen optimieren zu können. Diese Auslegungsweise birgt jedoch das Problem einer vergleichsweise hohen Belastung des elektrisch unterstützten Aggregats, da es in jedem transienten Vorgang zugeschaltet wird. Bei hochdynamischen Fahrzyklen werden dann die Batterien und in der Folge eine Boostleistung an ihre Grenzen kommen. Außerdem muss die Energiebilanz des elektrisch unterstützten Aggregats in die Zyklusauswertung miteinbezogen werden.
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Davon unterscheidet sich die erfindungsgemäße Lösung signifikant. Der Low-End-Torque-Bereich wird durch die Verwendung des optimierten Abgasturboladers abgedeckt, da beispielsweise dessen Turbine beziehungsweise Turbinenrad mit nur geringen Massenträgheiten ausgestattet werden kann. Somit weist der Abgasturbolader ein sehr gutes transientes Verhalten auf. Bei Anforderung der Nennleistung wird der dann parallel zu dem Abgasturbolader beziehungsweise zu dem ersten Verdichter agierende, ein- oder vorzugsweise mehrstufige und somit zumindest zweistufige zweite Verdichter zugeschaltet. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass der zweite Verdichter einstufig ausgebildet ist und somit genau eine Verdichterstufe aufweist. Vorzugsweise ist der zweite Verdichter jedoch zwei- beziehungsweise mehrstufig ausgestaltet. Durch die erhöhte Luftmasse kann bei gleichbleibendem Kraftstoff-Luft-Verhältnis eine höhere Menge an Kraftstoff in den wenigstens einen Brennraum eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden, woraus ein gesteigerter Drehmoment- und Leistungsverlauf resultiert.
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Die Energie zum Antreiben des elektrischen zweiten Verdichters kann über einen Riemenstartergenerator (RSG), einen integrierten Startergenerator (ISG) und/oder von wenigstens einer, beispielsweise von einer insbesondere als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle mechanisch antreibbaren Quelle bereitgestellt und dem als Aufladeaggregat fungierenden zweiten Verdichter, insbesondere direkt, zur Verfügung gestellt werden, sodass die zuvor beschriebene Batterieproblematik vermieden werden kann. Da die relevanten Zyklen ohne Volllastanteil gefahren werden, sind ein Zuschalten und ein Bilanzieren des zweiten Verdichters nicht erforderlich. Somit kann im Vergleich zu herkömmlichen Konzepten ein geringerer Energieverbrauch realisiert werden, da im Vergleich zu herkömmlichen Konzepten der zweite Verdichter nur bedarfsweise und nicht ständig zugeschaltet ist. Darüber hinaus kann ein komplexes Batteriesystem mit endlicher Kapazität vermieden werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug ist dabei mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ein beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Zylindergehäuse 12 auf, durch welches mehrere Brennräume in Form von Zylindern 14 der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet sind. Insbesondere während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 werden die Zylinder 14 mit Kraftstoff, insbesondere flüssigem Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine mit Luft versorgt, sodass im jeweiligen Zylinder 14 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Das jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 resultiert.
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Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine 10 einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt 16 auf, mittels welchem das Abgas aus den Zylindern 14 abgeführt wird. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst dabei wenigstens oder vorzugsweise genau einen Abgasturbolader 18, welcher auch als Turbolader bezeichnet wird. Der Abgasturbolader 18 weist eine in dem Abgastrakt 16 angeordnete und von dem Abgas antreibbare Turbine 20 und einen ersten Verdichter 22 auf, welcher von der Turbine 20 antreibbar und in einem von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt 24 der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet ist. Beispielsweise weist die Turbine 20 ein in der Fig. nicht erkennbares, von dem Abgas antreibbares Turbinenrad auf. Ferner weist der Verdichter 22 ein in der Fig. nicht erkennbares Verdichterrad auf. Der Abgasturbolader 18 umfasst dabei eine Welle 26, mit welcher das Turbinenrad und das Verdichterrad des Verdichters 22 drehfest verbunden sind. Dadurch ist das Verdichterrad des Verdichters 22 über die Welle 26 von dem Turbinenrad antreibbar.
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Mittels des Ansaugtrakts wird den Ansaugtrakt 24 durchströmende Luft zu den und insbesondere in den Zylinder 14 geleitet. Mittels des Verdichters 22, insbesondere mittels des Verdichterrads des Verdichters 22, kann die den Ansaugtrakt 24 durchströmende Luft verdichtet werden. Diese verdichtete Luft wird auch als Aufladen oder Aufladung bezeichnet. Dadurch, dass zum Verdichten der Luft der Verdichter 22 von der Turbine 20 angetrieben und die Turbine 20 von dem Abgas angetrieben wird, kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist außerdem einen in dem Ansaugtrakt 24 angeordneten, elektrisch betreibbaren zweiten Verdichter 28 auf, mittels welchem den Ansaugtrakt 24 durchströmende Luft parallel zu dem ersten Verdichter 22 verdichtet werden kann. Dies bedeutet, dass die Verdichter 22 und 28 parallel zueinander angeordnet beziehungsweise geschaltet sind. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt können die Verdichter 22 und 28 parallel zueinander betrieben werden, sodass die Verdichter 22 und 28 parallel beziehungsweise gleichzeitig die den Ansaugtrakt 24 durchströmende Luft verdichten und zu den Zylindern 14 fördern. Durch das Verdichten der Luft wird diese erwärmt. Um dennoch einen besonders hohen Aufladegrad realisieren zu können, ist in dem Ansaugtrakt 24 stromab der Verdichter 22 und 28 ein von der verdichteten Luft durchströmbarer und den Verdichtern 22 und 28 gemeinsamer Ladeluftkühler 30 angeordnet, mittels welchem die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt wird.
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Der Ansaugtrakt 24 weist ein den Verdichtern 22 und 28 gemeinsames und auch als Luftleitung 32 bezeichnetes Leitungselement auf, welches sowohl von der mittels des Verdichters 22 zu verdichtenden Luft als auch von der mittels des Verdichters 28 zu verdichtenden Luft durchströmbar ist. An einer Abzweigstelle A zweigt die Luftleitung 32 in eine Luftleitung 34 und in eine Luftleitung 36 auf. Die Luftleitung 34 ist von der mittels des Verdichters 28 zu verdichtenden Luft durchströmbar, sodass der Verdichter 28 über die Luftleitung 34 von der mittels des Verdichters 28 zu verdichtenden Luft versorgbar ist. Die Luftleitung 36 ist von der mittels des Verdichters 22 zu verdichtenden Luft durchströmbar, sodass der Verdichter 22 über die Luftleitung 36 mit der mittels des Verdichters 22 zu verdichtenden Luft versorgbar ist. Beispielsweise strömt eine Gesamtmenge der mittels der Verdichter 22 und 28 zu verdichtenden Luft durch die Luftleitung 32. Die Gesamtmenge wird an der Abzweigstelle A, an welcher die Luftleitungen 34 und 36 fluidisch mit der Luftleitung 32 und fluidisch miteinander verbunden sind, auf eine erste, in die Luftleitung 34 einströmende und die Luftleitung 34 durchströmende Teilmenge und eine zweite, in die Luftleitung 36 einströmende und die Luftleitung 36 durchströmende Teilmenge aufgeteilt. Die erste Teilmenge ist dabei die Luft, welche mittels des Verdichters 28 zu verdichten ist beziehungsweise verdichtet wird. Die zweite Teilmenge ist dabei die Luft, welche mittels des Verdichters 22 zu verdichten ist beziehungsweise verdichtet wird.
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Des Weiteren umfasst der Ansaugtrakt 24 weitere Luftleitungen 38 und 40. Die Luftleitung 38 ist von der mittels des Verdichters 28 verdichteten Luft durchströmbar, sodass die mittels des Verdichters 28 verdichtete Luft mittels der Luftleitung 38 von dem Verdichter 28 abgeführt wird. Dementsprechend ist die Luftleitung 40 von der mittels des Verdichters 22 verdichteten Luft durchströmbar, sodass die mittels des Verdichters 22 verdichtete Luft mittels der Luftleitung 40 von dem Verdichter 22 abgeführt wird. Die Luftleitungen 38 und 40 sind an einer Verbindungsstelle V fluidisch miteinander und fluidisch mit einer den Luftleitungen 38 und 40 und den Verdichtern 22 und 28 gemeinsamen Luftleitung 42 des Ansaugtrakts 24 verbunden. An der Verbindungsstelle V kann sich die mittels des Verdichters 22 verdichtete Luft mit der mittels des Verdichters 28 verdichteten Luft vereinen, sodass die mittels des Verdichters 22 verdichtete Luft und die mittels des Verdichters 28 verdichtete Luft an der Verbindungsstelle V in die Luftleitung 42 einströmen und dann durch die Luftleitung 42 strömen. Dabei ist in der Luftleitung 42 der Ladeluftkühler 30 angeordnet.
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Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 realisieren zu können, ist der zweite Verdichter 28 mehrstufig ausgebildet. Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der zweite Verdichter 28 genau zweistufig ausgebildet und umfasst somit genau zwei Verdichterstufen 44 und 46, mittels welchen die Luft jeweils verdichtet werden kann. Dabei sind die Verdichterstufen 44 und 46 seriell beziehungsweise in Reihe zueinander geschaltet, wobei die zweite Verdichterstufe 46 in Strömungsrichter der den Verdichter 28 durchströmenden Luft stromab der ersten Verdichterstufe 44 angeordnet ist. Somit wird während eines Betriebs des Verdichters 28 die Luft zunächst mittels der ersten Verdichterstufe 44 auf einen ersten Druck verdichtet. Daran anschließend wird die den ersten Druck aufweisende Luft mittels der zweiten Verdichterstufe 46 auf eine gegenüber dem ersten Druck größeren zweiten Druck verdichtet. Alternativ ist auch eine einstufige Ausführung des Verdichters 28 möglich.
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Beispielsweise weist die Verdichterstufe 44 ein erstes Verdichterrad auf, mittels welchem die Luft auf den ersten Druck verdichtet werden kann. Ferner weist die zweite Verdichterstufe 46 ein zweites Verdichterrad auf, mittels welchem die Luft auf den zweiten Druck verdichtet werden kann. Dabei umfasst der Verdichter 28 eine den Verdichterrädern gemeinsame Welle 48, mit welcher das erste Verdichterrad und das zweite Verdichterrad drehfest verbindbar oder verbunden sind. Außerdem weist der elektrisch betreibbare beziehungsweise antreibbare oder angetriebene Verdichter 28 einen in der Fig. besonders schematisch dargestellten Elektromotor 50 auf, mittels welchem die Welle 48 und über diese die Verdichterräder des Verdichters 28 elektrisch antreibbar sind. Der Elektromotor 50 ist vorzugsweise über eine, als Rechteck ohne Bezugszeichen dargestellte, Leistungselektronik ansteuerbar.
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Der zweite Verdichter 28 wird auch als Kompressor oder Nennleistungskompressor, insbesondere als elektrischer Nennleistungskompressor (eNK), bezeichnet, da mittels des zusätzlich zu dem Verdichter 22 vorgesehenen Verdichters 28 besonders hohe Leistungen der Verbrennungskraftmaschine 10 auf effiziente Weise realisiert werden können. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders im Zyklus- und Realbetrieb gering gehalten werden.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Luftleitung 36 ein von der mittels des ersten Verdichters 22 zu verdichtenden Luft durchströmbares Leitungselement ist, über welches der erste Verdichter 22 mit der mittels des ersten Verdichters 22 zu verdichtenden Luft versorgbar ist. Um dabei einen besonders vorteilhaften Betrieb, insbesondere einen besonders vorteilhaften Transientbetrieb, der Verbrennungskraftmaschine 10 realisieren zu können, ist in der Luftleitung 36 stromauf des ersten Verdichters 22 ein Ventilelement vorliegend in Form eines Rückschlagventils 52 angeordnet, mittels welchem die Luftleitung 36 für eine von dem ersten Verdichter 22 weg gerichtete Luftströmung fluidisch versperrbar ist. Mit anderen Worten sperrt das Rückschlagventil 52 in eine von dem Verdichter 22 weg weisende erste Strömungsrichtung, sodass Luft nicht in die erste Strömungsrichtung durch das Rückschlagventil 52 und somit durch die Luftleitung 36 strömen kann. In eine der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzte zweite Strömungsrichtung jedoch, welche in Richtung des Verdichters 22 weist, öffnet das Rückschlagventil 52, sodass Luft in die zweite Strömungsrichtung durch das Rückschlagventil 52 und somit durch die Luftleitung 36 strömen kann. Dadurch kann Luft durch die Luftleitung 36 und durch das Rückschlagventil 52 zu dem Verdichter 22 hin strömen. Weist nun beispielsweise die mittels des Verdichters 28 verdichtete Luft einen größeren Druck als die mittels des Verdichters 22 verdichtete Luft auf, so kann die Luft nicht von der Verbindungsstelle V in die zweite Strömungsrichtung durch die Luftleitung 36 strömen, sodass keine Luft von der Luftleitung 36 zurück in die Luftleitung 32 strömen kann. Unerwünschte Rückströmungen können somit vermieden werden.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist beispielsweise eine in der Fig. nicht erkennbare und insbesondere als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf. Dabei ist vorzugsweise wenigstens ein Generator vorgesehen, welcher von der Abtriebswelle mechanisch antreibbar ist. Mittels des Generators wird infolge seines mechanischen Antreibens elektrische Energie bereitgestellt, mittels welcher der zweite Verdichter 28, insbesondere der Elektromotor 50, direkt versorgt wird. Hierzu ist beispielsweise wenigstens eine Leitung vorgesehen, über welche die von dem Generator bereitgestellte elektrische Leistung direkt, das heißt ohne Vermittlung einer Batterie oder eines anderen Energiespeichers, zu dem Verdichter 28, insbesondere zu dem Elektromotor 50, geführt wird. Dabei stellt beispielsweise der Generator elektrische Spannung bereit, mittels welcher der zweite Verdichter 28, insbesondere der Elektromotor 50, betrieben wird. Vorzugsweise beträgt diese elektrische Spannung 48 Volt.
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Der Verdichter 28 weist beispielsweise eine in der Fig. als Rechteck ohne Bezugszeichen dargestellte und beispielsweise dem Elektromotor 50 zugeordnete Leistungselektronik auf, mittels welcher der Elektromotor 50 betrieben wird beziehungsweise über welche der Elektromotor 50 mit der elektrischen Energie beziehungsweise mit der elektrischen Leistung versorgt wird. Insgesamt ist erkennbar, dass beispielsweise bei hoher Lastanforderung der elektrisch angetriebene Verdichter 28 zum Verdichter 22 zugeschaltet wird, sodass dann die Verdichter 22 und 28 parallel agieren. Hierdurch kann eine besonders hohe Nennleistung der beispielsweise als Dieselmotor, insbesondere als Turbodieselmotor, ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine 10 realisiert werden. Gleichzeitig können negative Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 10 vermieden werden. Die elektrische Energie zum Betrieb des als elektrisch angetriebenen Aufladeaggregat ausgebildeten Verdichters 28 wird mittels des Generators an der Abtriebswelle entnommen.
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Darüber hinaus ist stromauf des zweiten Verdichters 28 in der Luftleitung 34 ein beispielsweise als weiteres Rückschlagventil 54 ausgebildetes Ventilelement angeordnet, mittels welchem eine Rückströmung von Luft von dem zweiten Verdichter 28 und dabei von der Luftleitung 34 in die Luftleitung 32 zu unterbinden ist beziehungsweise vermieden wird. Somit kann zwar Luft durch das Rückschlagventil 54 und somit durch die Luftleitung 34 zu dem Verdichter 28 hin strömen, jedoch kann keine Luft von dem Verdichter 28 weg durch die Luftleitung 34 beziehungsweise durch das Rückschlagventil 54 strömen, sodass unerwünschte Luftrückströmungen in die Luftleitung 32 vermieden werden können. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die mittels des Verdichters 22 verdichtete Luft einen größeren Druck als die mittels des Verdichters 28 verdichtete Luft aufweist oder wenn der Verdichter 28 deaktiviert beziehungsweise ausgeschaltet ist, während mittels des Verdichters 22 Luft verdichtet wird.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass in Strömungsrichtung der die Luftleitung 36 durchströmenden Luft die Abzweigstelle A stromauf des Verdichters 22 und die Verbindungsstelle V stromab des Verdichters 22 angeordnet ist. Die Luftleitungen 34 und 38 bilden dabei eine Gesamtleitung, über welche die die Gesamtleitung durchströmende Luft den Verdichter 22 umgeht.
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Die Luftleitung 42 ist oder bildet ein dem ersten Verdichter 22 und dem zweiten Verdichter 28 gemeinsames Sammelvolumen, welches sowohl von der mittels des ersten Verdichters 22 verdichteten Luft als auch von der mittels des zweiten Verdichters 28 verdichteten Luft durchströmbar ist. Dabei ist ein sich von dem zweiten Verdichter 28 durchgängig bis zu dem Sammelvolumen erstreckender und von der mittels des zweiten Verdichters 28 verdichteten Luft durchströmbarer Luftpfad 56 frei von einem in Richtung des zweiten Verdichters 28 sperrenden Ventil, sodass ein besonders vorteilhafter Betrieb gewährleistet werden kann. Außerdem ist die Luftleitung 32 eine den Verdichtern 22 und 28 gemeinsame Luftleitung, über welche sowohl der zweite Verdichter 28 als auch der erste Verdichter 22 mittels der jeweiligen, zu verdichtenden Luft versorgt werden können.
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Des Weiteren ist eine Umgehungseinrichtung 58 vorgesehen, welche eine der Turbine 20, insbesondere deren Turbinenrad, zugeordnete Umgehungsleitung 60 aufweist. Die Umgehungsleitung 60 ist an einer ersten Stelle S1 und an einer zweiten Stelle S2 fluidisch mit dem Abgastrakt 16 verbunden. In Strömungsrichtung des den Abgastrakt 16 durchströmenden Abgases ist die erste Stelle S1 stromauf der Turbine 20, insbesondere stromauf des Turbinenrads der Turbine 20, angeordnet, wobei die zweite Stelle S2 stromab der Turbine 20, insbesondere stromab des Turbinenrads der Turbine 20, angeordnet ist. Mittels der Umgehungsleitung 60 kann an der ersten Stelle S1 zumindest ein Teil des den Abgastrakt 16 durchströmenden Abgases aus dem Abgastrakt 16 abgezweigt und in die Umgehungsleitung 60 eingeleitet werden. Das abgezweigte und in die Umgehungsleitung 60 eingeleitete Abgas strömt durch die Umgehungsleitung 60 und umgeht dabei die Turbine 20, sodass die Turbine 20 nicht von dem die Umgehungsleitung 60 durchströmenden Abgas angetrieben wird.
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Die Umgehungseinrichtung 58 umfasst darüber hinaus ein in der Umgehungsleitung 60 angeordnetes Ventilelement 62, mittels welchem eine Menge des die Umgehungsleitung 60 durchströmenden Abgases einstellbar ist. Hierdurch kann beispielsweise die Turbine 20, insbesondere ihre Turbinenleistung, eingestellt, insbesondere geregelt, werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Zylindergehäuse
- 14
- Zylinder
- 16
- Abgastrakt
- 18
- Abgasturbolader
- 20
- Turbine
- 22
- erster Verdichter
- 24
- Ansaugtrakt
- 26
- Welle
- 28
- zweiter Verdichter
- 30
- Ladeluftkühler
- 32
- Luftleitung
- 34
- Luftleitung
- 36
- Luftleitung
- 38
- Luftleitung
- 40
- Luftleitung
- 42
- Luftleitung
- 44
- erste Verdichterstufe
- 46
- zweite Verdichterstufe
- 48
- Welle
- 50
- Elektromotor
- 52
- Rückschlagventil
- 54
- Rückschlagventil
- 56
- Luftpfad
- 58
- Umgehungseinrichtung
- 60
- Umgehungsleitung
- 62
- Ventilelement
- A
- Abzweigstelle
- S1
- erste Stelle
- S2
- zweite Stelle
- V
- Verbindungsstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1070837 A2 [0002, 0003]
