DE102018207829A1

DE102018207829A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018207829A1
Application number: DE102018207829.7A
Authority: DE
Inventors: Franz Bonauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2019-12-05

Abstract

Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang und einem Frischluftstrang, wobei in dem Abgasstrang eine erste Turbine eines ersten Abgasturboladers und eine zweite Turbine eines zweiten Abgasturboladers und in dem Frischluftstrang ein erster Verdichter des ersten Abgasturboladers und ein zweiter Verdichter des zweiten Abgasturboladers angeordnet ist, wobei der erste Abgasturbolader parallel zu dem zweiten Abgasturbolader angeordnet ist und wobei Ladeluft von dem ersten Verdichter und dem zweiten Verdichter in Brennräume der Brennkraftmaschine förderbar ist, wobei in Strömungsrichtung der Ladeluft hinter einem Verdichter ein Ladeluftkühler angeordnet ist, wobei in dem Frischluftstrang zwischen dem Ladeluftkühler und der Brennkraftmaschine ein elektrischer Verdichter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluft des ersten Verdichters und die Ladeluft des zweiten Verdichters in Strömungsrichtung der Ladeluft hinter dem Ladeluftkühler zusammen geführt ist.Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird der Druckverlust in dem Frischluftstrang minimiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Europäische Patentanmeldung EP 1 355 952 A1 hingewiesen. Aus dieser ist ein Ladesystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher vor oder hinter einem Abgasturbolader ein elektrisch betriebener Kompressor zur aktiven Erhöhung des Ladedrucks angeordnet ist. Eine Bypassleitung zur Umgehung des Kompressors kann von einer Bypassklappe wahlweise geöffnet oder geschlossen werden. Ein Regler sorgt dafür, dass bei abgeschaltetem Kompressor ein Teil der Ladeluft über diesen geleitet wird und somit eine Leerlaufdrehzahl des Kompressors aufrechterhält, welches dessen schnelleres Anlaufen ermöglicht.
Nachteilig an dieser bekannten Ausführung ist, dass die Abgaskrümmer beidseitig der Brennkraftmaschine angeordnet sind, was erheblichen Bauraumbedarf benötigt.
Weiter ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 001 371 A1 eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung bekannt. Die Brennkraftmaschine weist eine Ansaugleitung mit einem eingangsseitigen Ansaugverdichter auf und mit einer der Abgasrückführung angehörenden Rückführleitung, die mittels einer Einmündung mit der Ansaugleitung verbunden ist. Es ist ein in Reihe zum Ansaugverdichter und stromauf der Einmündung liegender Zusatzverdichter vorgesehen, dessen Funktion für einen Expanderbetrieb umkehrbar ist. Die aus dieser Offenlegungsschrift bekannte Brennkraftmaschine weist einen Abgaskrümmer im heißen V auf, der entsprechend Bauraum einspart.
Nachteilig an dieser bekannten Ausführung ist jedoch, dass die Ansaugleitungen für jede Zylinderbank von dem Zusatzverdichter mit Druckluft beaufschlagt werden müssen. Dies erhöht in nachteiliger Weise den Druckverlust in den Ansaugleitungen.
Weiter ist aus dem Stand der Technik eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang und einem Frischluftstrang bekannt, wobei in dem Abgasstrang eine erste Turbine eines ersten Abgasturboladers und eine zweite Turbine eines zweiten Abgasturboladers und in dem Frischluftstrang ein erster Verdichter des ersten Abgasturboladers und ein zweiter Verdichter des zweiten Abgasturboladers angeordnet ist. Der erste Abgasturbolader ist parallel zu dem zweiten Abgasturbolader angeordnet und Ladeluft ist von dem ersten Verdichter und dem zweiten Verdichter in die Brennräume der Brennkraftmaschine förderbar. In Strömungsrichtung der Ladeluft hinter einem Verdichter ein ist Ladeluftkühler angeordnet, wobei in dem Frischluftstrang zwischen dem Ladeluftkühler und der Brennkraftmaschine ein elektrischer Verdichter angeordnet ist und wobei die Ladeluft des ersten Verdichters und die Ladeluft des zweiten Verdichters in Strömungsrichtung der Ladeluft vor dem Ladeluftkühler zusammen geführt ist.
Diese bekannte Ausgestaltung weist den Nachteil eines starken Druckverlustes in dem Frischluftstrang auf.
Ein Ziel der heutigen Entwicklungen von Brennkraftmaschinen ist es, hohe spezifische Leistungen zu erreichen, dies führt zu hohen Verdichteraustrittstemperaturen der Ladeluft. Dies hat folgende nachteilige Folgen:

- Die Grenzen der zulässigen Betriebstemperatur an der Drosselklappe und im elektrischen Verdichter werden erreicht.
- Die funktional geforderten Ansaugtemperaturen (am Eintritt der Ladeluft in den Zylinderkopf) sind bei den vorhandenen Packagerandbedingungen im Motorraum (Bauraum für zusätzliche Kühlflächen usw.) nur schwer zu erreichen.
- Die Verwendung weiterer vorgeschalteter Ladeluftkühler nach den Verdichtern ist durch das Package begrenzt und führt aufgrund der geringen realisierbaren Wärmetauschergröße zu hohen Druckverlusten, so dass kein Funktionsvorteil mehr besteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung für eine Brennkraftmaschine aufzuzeigen, die oben genannte Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß werden die Ladeluftleitungen aus den Verdichtern der Turbolader nach dem Verdichteraustritt nicht sofort zusammengeführt. Wenn nur einer der beiden Ladeluftströme den Ladeluftkühler durchströmt, wird in vorteilhafter Weise der Gesamtdruckverlust entsprechend reduziert. Obwohl nur ein Teil der Ladeluft gekühlt wird, führt das insgesamt zu einer Absenkung der Ladelufttemperatur vor der Drosselklappe, wodurch bei geeigneter Auslegung ein Überschreiten der zulässigen Betriebstemperatur vermieden werden kann. Der elektrische Verdichter wird, abhängig vom gewählten Schaltschema, nur von gekühlter Ladeluft oder aber von der Ladeluft aus beiden Turboladern mit reduzierter Gesamttemperatur durchströmt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist ein erstes besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, dargestellt in 2.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist ein zweites besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, dargestellt in 3.
Mit der Ausgestaltung gemäß den Patentansprüchen 4 und 5 wird vermieden, dass der elektrische Verdichter Ladeluft zurück zu den ersten und zweiten Abgasturbolader fördert.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 reduziert in vorteilhafter Weise den Druckverlust im Abgasstrang und führt zu einer höheren Leistungsausbeute der Brennkraftmaschine.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.

Im Folgenden gelten in den 1 bis 3 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Brennkraftmaschine 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs Zylinder 6 auf. Bei Betrieb der Brennkraftmaschine werden die Abgase aus den sechs Zylindern 6 durch einen Abgasstrang 2 in Richtung eines ersten Abgasturboladers 4 und eines zweiten Abgasturboladers 5 gefördert. Hierbei weist der erste Abgasturbolader eine erste Turbine 4' auf und der zweite Abgasturbolader 5 eine zweite Turbine 5'. Das Abgas treibt die Turbinen 4', 5' an, die ihrerseits wiederum drehfest mit einem ersten Verdichter 4" und einem zweiten Verdichter 5" verbunden sind. Der erste Verdichter 4" und der zweite Verdichter 5" saugen eine Ladeluft, dargestellt durch zwei Pfeile, durch einen ersten Ansauggeräuschdämpfer 14 und einen zweiten Ansauggeräuschdämpfer 15 an und fördern die Ladeluft in Richtung eines Ladeluftkühlers 7. Hierbei wird gemäß dem Stand der Technik die Ladeluft, die von dem ersten Verdichter 4" und von dem zweiten Verdichter 5" gefördert wird, vor dem Ladeluftkühler 7 zusammengeführt. Nach dem Ladeluftkühler 7 wird die Ladeluft in dem Frischluftstrang 3 entweder durch ein Rückschlagventil 9 oder einen elektrischen Verdichter 8 mit einem elektrischen Motor 11 gefördert und von dort weiter durch eine Drosselklappe 12 in einen Luftsammler 13 und weiter in die Zylinder 6. Das erste Rückschlagventil 9 verhindert beim Betrieb des elektrischen Verdichter 8 ein Rückströmen der verdichteten Luft in die Richtung des ersten Verdichters 4" und in die Richtung des zweiten Verdichters 5".
Wie bereits erwähnt weist diese bekannte Anordnung oben erwähnte Nachteile auf.
2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1. Die grundsätzliche Anordnung und Funktion entspricht der Brennkraftmaschine 1 aus 1. Erfindungsgemäß unterscheidet sich die Brennkraftmaschine 1 in 2 von der Brennkraftmaschine 1 in 1 dadurch, dass die, von dem ersten Verdichter 4" und die, von dem zweiten Verdichter 5" geförderte Ladeluft erst nach dem Ladeluftkühler 7 zusammengeführt wird. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird der Gesamtdruckverlust im Frischluftstrang 3 reduziert. Obwohl nur ein Teil der Ladeluft gekühlt wird, führt dies insgesamt zu einer Absenkung der Ladelufttemperatur vor der Drosselklappe 12, wodurch bei geeigneter Auslegung ein Überschreiten der zulässigen Betriebstemperatur vermieden werden kann. Beispielsweise kann eine gekühlte Drosselklappe 12 entfallen. Zusätzlich kann in dem Luftsammler 13 ein weiterer Ladeluftkühler untergebracht werden.
3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1. Auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird die von dem ersten Verdichter 4" und von dem zweiten Verdichter 5" geförderte Ladeluft erst hinter dem Ladeluftkühler 7 zusammengeführt. Während der erste Verdichter 4" die Ladeluft zwischen dem elektrischen Verdichter 8 und der Drosselklappe 12 in den Frischluftstrang 3 fördert, fördert der zweite Verdichter 5" die Frischluft durch den Ladeluftkühler 7 und weiter durch das erste Rückschlagventil 9 und/oder den elektrischen Verdichter 8. Damit in diesem zweiten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel von dem elektrischen Verdichter 8 geförderte Frischluft nicht zu dem ersten Verdichter 4" zurückströmen kann, ist in dem Frischluftstrang 3 ein zweites Rückschlagventil 10 angeordnet. Bei diesem besonders bevorzugten, zweiten Ausführungsbeispiel wird der elektrische Verdichter 8 nur von gekühlter Ladeluft durchströmt. Hierdurch ist stets eine zulässige Betriebstemperatur sichergestellt.
Bezugszeichenliste

1.: Brennkraftmaschine
2.: Abgasstrang
3.: Frischluftstrang
4.: erster Abgasturboladers
4': erste Turbine
4": erster Verdichter
5.: zweiter Abgasturbolader
5': zweite Turbine
5": zweiter Verdichter
6.: Zylinder
7.: Ladeluftkühler
8.: elektrischer Verdichter
9.: erstes Rückschlagventil
10.: zweites Rückschlagventil
11.: elektrischer Motor
12.: Drosselklappe
13.: Luftsammler
14.: erster Ansauggeräuschdämpfer
15.: zweiter Ansauggeräuschdämpfer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1355952 A1 [0002]
DE 102004001371 A1 [0004]

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgasstrang (2) und einem Frischluftstrang (3), wobei in dem Abgasstrang (2) eine erste Turbine (4') eines ersten Abgasturboladers (4) und eine zweite Turbine (5') eines zweiten Abgasturboladers (5) und in dem Frischluftstrang (3) ein erster Verdichter (4") des ersten Abgasturboladers (4) und ein zweiter Verdichter (5") des zweiten Abgasturboladers (5) angeordnet ist, wobei der erste Abgasturbolader (4) parallel zu dem zweiten Abgasturbolader (5) angeordnet ist und wobei Ladeluft von dem ersten Verdichter (4") und dem zweiten Verdichter (5") in Zylinder (6) der Brennkraftmaschine (1) förderbar ist, wobei in Strömungsrichtung der Ladeluft hinter einem Verdichter (4", 5") ein Ladeluftkühler (7) angeordnet ist, wobei in dem Frischluftstrang (3) zwischen dem Ladeluftkühler (7) und der Brennkraftmaschine (1) ein elektrischer Verdichter (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluft des ersten Verdichters (4") und die Ladeluft des zweiten Verdichters (5") in Strömungsrichtung der Ladeluft hinter dem Ladeluftkühler (7) zusammen geführt ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluft des ersten Verdichters (4") und die Ladeluft des zweiten Verdichters (5") in Strömungsrichtung der Ladeluft hinter dem Ladeluftkühler (7) und vor dem elektrischen Verdichter (8) zusammen geführt ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluft des ersten Verdichters (4") und die Ladeluft des zweiten Verdichters (5") in Strömungsrichtung der Ladeluft hinter dem elektrischen Verdichter (8) zusammen geführt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Frischluftleitung (3) parallel zum elektrischen Verdichter (8) ein erstes Rückschlagventil (9) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Frischluftleitung (3) parallel zum ersten Rückschlagventil (9) ein zweites Rückschlagventil (10) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Turbine (4") von einer ersten Zylindergruppe und die zweite Turbine (5") von einer zweiten Zylindergruppe mit Abgas beaufschlagbar ist.