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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 aufweist. Mittels des ersten Verdichters kann Luft verdichtet werden, die wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen ist beziehungsweise zugeführt wird. Außerdem ist ein elektrisch betreibbarer zweiter Verdichter vorgesehen, mittels welchem Luft, die dem wenigstens einen Brennraum zuzuführen ist, parallel zu dem ersten Verdichter verdichtet werden kann. 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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Die Verbrennungskraftmaschine weist darüber hinaus ein Leitungselement auf, welches von der mittels des zweiten Verdichters zu verdichtenden Luft durchströmbar ist. Über das Leitungselement ist der zweite Verdichter mit der mittels des zweiten Verdichters zu verdichtenden Luft versorgbar.
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Außerdem offenbart die
DE 10 2014 206 552 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei welchem im Ansprechen auf einen Pedaldruck des Fahrers eine Drosselklappe vorübergehend geöffnet wird, die in einem Ansaugströmungskanal stromab eines Kompressors eines Abgasturboladers angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Leistung der Verbrennungskraftmaschine auf besonders effiziente Weise realisiert werden kann.
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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 derart weiterzuentwickeln, dass Pumpphänomene im Hochlauf vermieden werden, ist stromauf des zweiten Verdichters ein Ventilelement angeordnet, mittels welchem eine Rückströmung von Luft von dem zweiten Verdichter in das Leitungselement zu unterbinden ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass stromauf des zweiten Verdichters ein Ventilelement, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet ist, mittels welchem eine Rückströmung von Luft von dem zweiten Verdichter über die Luftleitung zu unterbinden ist. Mit anderen Worten kann mittels des Ventilelements verhindert werden, dass Luft von dem zweiten Verdichter durch das Ventilelement hindurch zu dem und in das Leitungselement strömt. Hierdurch kann insbesondere auch dann ein Rückströmen von Luft in das beispielsweise als Ansaugleitung ausgebildete und auch als Ansaugleitung bezeichnete Leitungselement verhindert werden, wenn die mittels des ersten Verdichters verdichtete Luft einen höheren Druck aufweist als die mittels des zweiten Verdichters verdichtete Luft beziehungsweise wenn der zweite Verdichter ausgeschaltet ist und somit keine Luft verdichtet, während der erste Verdichter Luft verdichtet. Da das Ventilelement stromauf des zweiten Verdichters angeordnet ist, ist das Ventilelement auf einer sogenannten Saugseite des zweiten Verdichters angeordnet, sodass das Ventilelement bezüglich des zweiten Verdichters saugseitig positioniert ist. Auf seiner Saugseite saugt der zweite Verdichter die Luft an, die mittels des zweiten Verdichters dann verdichtet wird. Durch die saugseitige Positionierung des Ventilelements kann die Pumpneigung des beispielsweise als elektrischer Nennleistungskompressor ausgebildeten zweiten Verdichters, insbesondere während dessen Hochlauf, zumindest gering gehalten oder komplett eliminiert werden, sodass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
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Um eine besonders hohe Leistung, insbesondere Nennleistung, 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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In einer Ausführungsform ist 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.
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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. 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-LuftVerhältnis 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 10 und 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, mittels welchem Luft verdichtet werden kann. Der Abgasturbolader 18 umfasst dabei eine Welle 26, mit welcher beispielsweise 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 der Turbine 20 antreibbar.
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Mittels des Verdichters 22, insbesondere mittels dessen Verdichterrads, kann Luft, die durch den Ansaugtrakt 24 strömt, verdichtet werden. Dabei können die Zylinder 14 mit der verdichteten Luft versorgt werden. Das Verdichten der Luft wird auch als Aufladen oder Aufladung bezeichnet, wobei die verdichtete Luft auch als Ladeluft bezeichnet wird. Dadurch, dass zum Verdichten der Luft der Verdichter 22 von der Turbine 20 angetrieben wird und die Turbine 20 von dem Abgas antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird, kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist darüber hinaus einen in dem Ansaugtrakt 24 angeordneten, elektrisch betreibbaren zweiten Verdichter 28 auf, mittels welchem Luft, die durch den Ansaugtrakt 24 strömt, parallel zu dem ersten Verdichter 22 zu verdichten ist beziehungsweise verdichtet wird. 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 Luft, die den Ansaugtrakt 24 durchströmt, verdichten und zu den Zylindern 14 fördern. Durch das Verdichten der Luft wird diese erwärmt. Um dennoch einen besonders hohen Aufladegrad zu realisieren, ist im Ansaugtrakt 24 stromab der Verdichter 22 und 28 ein den Verdichtern 22 und 28 gemeinsamer und sowohl von der mittels des Verdichters 22 verdichteten Luft als auch von der mittels des Verdichters 28 verdichteten Luft durchströmbarer Ladeluftkühler 30 angeordnet, mittels welchem die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt wird.
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Der Ansaugtrakt 24 und somit die Verbrennungskraftmaschine 10 umfassen darüber hinaus ein auch als Luftleitung bezeichnetes Leitungselement 32, welches zumindest von der mittels des zweiten Verdichters 28 zu verdichtenden Luft durchströmbar ist. Mittels des Leitungselements 32 beziehungsweise über das Leitungselement 32 ist der zweite Verdichter 28 mit der mittels des zweiten Verdichters 28 zu verdichtenden Luft versorgbar. Mit anderen Worten wird die Luft, die mittels des zweiten Verdichters 28 verdichtet wird, zu dem Verdichter 28 geführt, sodass die Luft, die mittels des zweiten Verdichters 28 verdichtet wird, durch das Leitungselement 32 strömt.
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Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Leitungselement 32 eine den Verdichtern 22 und 28 gemeinsame Luftleitung, welche sowohl von der Luft, die mittels des Verdichters 28 zu verdichten ist beziehungsweise verdichtet wird, als auch von der Luft durchströmbar ist beziehungsweise durchströmt wird, die mittels des ersten Verdichters 22 zu verdichten ist beziehungsweise verdichtet wird.
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An einer Abzweigstelle A zweigt beispielsweise eine weitere Luftleitung 34 des Ansaugtrakts 24 von dem Leitungselement 32 ab, sodass die Luftleitung 34 an der Abzweigstelle A fluidisch mit dem Leitungselement 32 verbunden ist. Das den Verdichtern 22 und 28 gemeinsamen Leitungselement 32 zweigt beispielsweise an der Abzweigstelle A in die Luftleitung 34 und die eine weitere Luftleitung 36 des Ansaugtrakts 24 auf. Somit wird beispielsweise eine das Leitungselement 32 durchströmende Gesamtmenge an Luft an der Abzweigstelle A in eine die Luftleitung 34 durchströmende erste Teilmenge und in eine die Luftleitung 36 durchströmende zweite Teilmenge aufgeteilt. Die erste Teilmenge bildet die Luft, die mittels des zweiten Verdichters 28 zu verdichten ist beziehungsweise verdichtet wird. Die zweite Teilmenge bildet die Luft, die mittels des ersten Verdichters 22 verdichtet wird beziehungsweise zu verdichten ist. Somit ist der Verdichter 28 mit der mittels des Verdichters 28 zu verdichtenden Luft über die Luftleitung 34 und über das Leitungselement 32 versorgbar, und der Verdichter 22 ist mit der mittels des Verdichters 22 zu verdichtenden Luft über die Luftleitung 36 und über das Leitungselement 32 versorgbar.
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Der Ansaugtrakt 24 weist darüber hinaus eine den Verdichtern 22 und 28 gemeinsame, stromab der Verdichter 22 und 28 angeordnete Luftleitung 40 auf, in welcher der Ladeluftkühler 30 angeordnet ist. Die Luftleitung 40 ist somit sowohl von der mittels des Verdichters 22 verdichteten Luft als auch von der mittels des Verdichters 28 verdichteten Luft durchströmbar. Der Ansaugtrakt 24 umfasst darüber hinaus eine Luftleitung 38, welche beispielsweise von der mittels des Verdichters 28 verdichteten Luft durchströmbar ist. Mittels der Luftleitung 38 wird die mittels des Verdichters 28 verdichtete Luft von dem Verdichter 28 abgeführt und in die Luftleitung 40 eingeleitet. Die Luftleitung 38 ist dabei an einer Verbindungsstelle V fluidisch mit der Luftleitung 40 verbunden. Des Weiteren umfasst der Ansaugtrakt 24 eine Luftleitung 42, welche von der mittels des Verdichters 22 verdichteten Luft durchströmbar ist und an der Verbindungsstelle V mit der Luftleitung 40 verbunden ist. An der Verbindungsstelle V werden somit die Luftleitungen 38 und 42 zu der Luftleitung 40 zusammengeführt, welche stromab der Luftleitungen 38 und 42 angeordnet ist. Dabei ist an der Abzweigstelle A die Luftleitung 36 fluidisch mit dem Leitungselement 32 verbunden, sodass sich das Leitungselement 32 an der Abzweigstelle A in die Luftleitungen 34 und 36 aufzweigt.
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Die Luftleitungen 34 und 38 bilden beispielsweise eine Gesamtleitung, in welcher der zweite Verdichter 28 angeordnet ist. Die Gesamtleitung ist beispielsweise für den ersten Verdichter 22 eine Umgehungsleitung, die den Verdichter 22 umgeht. Somit wird der Verdichter 22 von der die Gesamtleitung durchströmenden Luft umgangen, sodass die die Gesamtleitung durchströmende Luft durch den Verdichter 28 strömt und dabei nicht durch den Verdichter 22 strömt.
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Wie besonders gut aus der Fig. erkennbar ist, ist der zweite Verdichter 28 mehrstufig ausgebildet. Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der 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 Strömungsrichtung 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 einen 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 wird. Ferner weist die Verdichterstufe 46 ein zweites Verdichterrad auf, mittels welchem die Luft auf den zweiten Druck verdichtet wird. Dabei umfasst der zweite 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 vorgesehen 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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Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist eine in der Fig. nicht erkennbare und beispielsweise 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, mit welcher der zweite Verdichter 28, insbesondere der Elektromotor 50, direkt versorgt wird. Hierzu ist 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 eine 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 zweite Verdichter 28 weist beispielsweise eine dem Elektromotor 50 zugeordnete, Leistungselektronik auf, mittels welcher der Elektromotor 50 betrieben wird beziehungsweise über welche der Elektromotor 50 mit elektrischer Energie versorgt wird. In der Fig. ist die Leistungselektronik, als ein Rechteck ohne Bezugszeichen dargestellt.
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Insgesamt ist erkennbar, dass beispielsweise bei hoher Lastanforderung der elektrisch angetriebene Verdichter 28 zu dem 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 angetriebenes Aufladeaggregat ausgebildeten Verdichters 28 wird mittels des Generators an der Abtriebswelle entnommen.
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Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 gewährleisten zu können, ist stromauf des zweiten Verdichters 28, insbesondere stromauf der Verdichterstufe 44, in der Luftleitung 34 ein vorliegend als Rückschlagventil ausgebildetes Ventilelement 52 angeordnet, mittels welchem eine Rückströmung von Luft von dem zweiten Verdichter 28 in das Leitungselement 32 zu unterbinden ist beziehungsweise unterbunden wird. Das Ventilelement 52 öffnet in Richtung des zweiten Verdichters 28 und sperrt in Richtung des Leitungselements 32. Mit anderen Worten kann Luft, die durch die Luftleitung 34 in Richtung des Verdichters 28 strömt, durch das Ventilelement 52 hindurchströmen, da das Ventilelement 52 eine solche, durch die Luftleitung 34 in Richtung des zweiten Verdichters 28 erfolgende Luftströmung ermöglicht beziehungsweise freigibt. Jedoch kann Luft nicht durch das Ventilelement 52 hindurch in Richtung des Leitungselements 32 strömen, da das Ventilelement 52 die Luftleitung 34 für eine durch die Luftleitung 34 in Richtung des Leitungselements 32 und somit von dem Verdichter 28 wegweisende Luftströmung fluidisch versperrt. Dadurch kann beispielsweise eine Rückströmung von Luft aus der Luftleitung 34 in das Leitungselement 32 vermieden werden, wenn die mittels des Verdichters 22 verdichtete Luft einen höheren Druck als die mittels des Verdichters 28 verdichtete Luft aufweist oder wenn der Verdichter 28 deaktiviert ist, während mittels des Verdichters 22 Luft verdichtet wird. Da das Ventilelement 52 stromauf des Verdichters 28 und somit auf dessen Saugseite angeordnet ist, kann die Pumpneigung des Verdichters 28, insbesondere während dessen Hochlaufs, zumindest gering gehalten oder komplett eliminiert werden.
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Die den Verdichtern 22 und 28 gemeinsame und stromab der Verdichter 22 und 28 angeordnete Luftleitung 40 ist beispielsweise ein den Verdichtern 28 und 22 gemeinsames Sammelvolumen, welches insbesondere als ein Saugrohr ausgebildet sein kann. Insbesondere während ihres jeweiligen Betriebs fördern die Verdichter 22 und 28 die jeweilige verdichtete Luft in dasselbe beziehungsweise identische Sammelvolumen. Dabei ist beispielsweise 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 54 vollständig frei von einem in Richtung des zweiten Verdichters 28 sperrenden Ventil.
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Im Folgenden wird eine mögliche Funktionsweise der Verbrennungskraftmaschine 10 beschrieben: Im übrigen Fahrbetrieb ist der Verdichter 28 ausgeschaltet, sodass die Luftversorgung der Zylinder 14 mittels des konventionellen Abgasturboladers 18 realisiert wird. Findet beispielsweise über ein durch den Fahrer betätigtes Fahrpedal des Kraftfahrzeugs eine Anforderung der Nennleistung der Verbrennungskraftmaschine 10 statt, so wird ab einer bestimmten Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere der Abtriebswelle, der Verdichter 28 aktiviert, und das beispielsweise zunächst geschlossene Ventilelement 52 wird geöffnet beziehungsweise das Ventilelement 52 gibt die Luftleitung 34 für eine Strömung der mittels des Verdichters 28 zu verdichtenden Luft frei. Dann fördern der Verdichter 22 und der Verdichter 28 parallel die Luft beispielsweise zunächst in das Sammelvolumen und über das Sammelvolumen in die Zylinder 14. Die Leistung beziehungsweise elektrische Energie zum Betrieb des Verdichters 28 wird über den Generator an der Abtriebswelle abgegriffen. Durch thermodynamische Prozesse wird die an der Abtriebswelle abgegriffene Leistung zum Betreiben des Verdichters 28 überkompensiert, sodass im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen eine signifikante Steigerung der Leistungsabgabe an dem übrigen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs zu verzeichnen ist. Insbesondere können im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen folgende Vorteile realisiert werden:
- - signifikante Steigerung der Nennleistung bei gleichbleibendem Kraftstoffverbrauch, sowohl im Realbetrieb als auch in vorgegebenen Zyklen
- - geringe Belastung des Verdichters 28, da dieser nur selten beziehungsweise bedarfsgerecht zum Einsatz kommt
- - flexibles Packaging, da der Verdichter 28 nicht zwangsläufig direkt am Zylindergehäuse 12 platziert werden muss
- - sehr gute Motorlaufeigenschaften bei etwaigem Ausfall des Verdichters 28.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Zylindergehäuse
- 14
- Zylinder
- 16
- Abgastrakt
- 18
- Abgasturbolader
- 20
- Turbine
- 22
- Verdichter
- 24
- Ansaugtrakt
- 26
- Welle
- 28
- Verdichter
- 30
- Ladeluftkühler
- 32
- Leitungselement
- 34
- Luftleitung
- 36
- Luftleitung
- 38
- Luftleitung
- 40
- Luftleitung
- 42
- Luftleitung
- 44
- Verdichterstufe
- 46
- Verdichterstufe
- 48
- Welle
- 50
- Elektromotor
- 52
- Ventilelement
- 54
- Luftpfad
- A
- Abzweigstelle
- 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]
- DE 102014206552 A1 [0004]
