DE102021100844B3 - Motor vehicle with an internal combustion engine and a turbocharger and method for operating a motor vehicle - Google Patents

Motor vehicle with an internal combustion engine and a turbocharger and method for operating a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Es wird ein Kraftfahrzeug (100), insbesondere Motorsportfahrzeug, aufweisend einen Verbrennungsmotor (1), einen Turbolader (2) mit einem Verdichter (2.1) zum Verdichten von Ladeluft und einer Turbine (2.2) vorgeschlagen, wobei das Kraftfahrzeug (100) ein Umschaltventil (3.1) und ein Wastegate (4) und einen Ladeluftkühler (3) zum Kühlen der verdichteten Ladeluft vor dem Umschaltventil (3.1) aufweist, wobei das Umschaltventil (3.1) und das Wastegate (4) dazu konfiguriert sind, wahlweise die verdichtete Ladeluft oder Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsmotor (1) zur Turbine (2.2) zu leiten. Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (100) vorgeschlagen.A motor vehicle (100), in particular a motorsport vehicle, is proposed, having an internal combustion engine (1), a turbocharger (2) with a compressor (2.1) for compressing charge air and a turbine (2.2), the motor vehicle (100) having a changeover valve ( 3.1) and a wastegate (4) and a charge air cooler (3) for cooling the compressed charge air upstream of the changeover valve (3.1), the changeover valve (3.1) and the wastegate (4) being configured to selectively discharge the compressed charge air or combustion exhaust gases to direct the internal combustion engine (1) to the turbine (2.2). A method for operating a motor vehicle (100) is also proposed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Motorsportfahrzeug, aufweisend einen Verbrennungsmotor, einen Turbolader mit einem Verdichter zum Verdichten von Ladeluft und einer Turbine, wobei das Kraftfahrzeug ein Umschaltventil und ein Wastegate aufweist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs.The present invention relates to a motor vehicle, in particular a motorsport vehicle, having an internal combustion engine, a turbocharger with a compressor for compressing charge air and a turbine, the motor vehicle having a changeover valve and a wastegate. Furthermore, the present invention relates to a method for operating a motor vehicle.

Aus der Druckschrift DE 10 2014 114 980 A1 ist bekannt, die Effizienz eines Ladeluftkühlers zu steigern, indem die von dem Ladeluftkühler zu kühlende Ladeluft vor dem Kühlen komprimiert und anschließend entspannt wird. Hierzu ist neben einem ersten Turbolader zum Aufladen des Verbrennungsmotors ein zweiter Turbolader zum Verdichten und Entspannen der Ladeluft vorgesehen. Der verdichteten Ladeluft kann vom Ladeluftkühler eine größere Wärmemenge entnommen werden, so dass dem Verbrennungsmotor kühlere Ladeluft zugeführt wird. Auch aus der DE 10 2008 018 583 A1 ist ein Abgasrückführsystem bekannt bei dem Abgas ohne Energieverlust mit hoher Dynamik zurückgeführt wird.From the pamphlet DE 10 2014 114 980 A1 It is known to increase the efficiency of a charge air cooler by compressing the charge air to be cooled by the charge air cooler before cooling and then expanding it. For this purpose, in addition to a first turbocharger for charging the internal combustion engine, a second turbocharger is provided for compressing and expanding the charge air. A larger amount of heat can be extracted from the compressed charge air by the charge air cooler, so that cooler charge air is supplied to the internal combustion engine. Also from the DE 10 2008 018 583 A1 an exhaust gas recirculation system is known in which exhaust gas is recirculated with high dynamics without loss of energy.

Grundsätzlich sind gattungsgemäße Kraftfahrzeuge beispielsweise aus der gattungsgemäßen DE 10 2009 031 845 A1 bekannt.Basically, generic motor vehicles are, for example, from the generic DE 10 2009 031 845 A1 known.

Motorsportfahrzeuge unterliegen jedoch einem strikten Reglement, was deren technische Ausführung angeht. So ist beispielsweise für Kraftfahrzeuge für die Teilnahme an Rennen der FIA Formel-1-Weltmeisterschaft vorgeschrieben, dass zum Betrieb des Verbrennungsmotors lediglich ein durch eine elektrische Maschine unterstützter Turbolader verwendet werden darf. Die Turbine und der Verdichter des Turboladers müssen dabei auf einer Welle sitzen, so dass der Verdichter und die Turbine mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen.However, motor sports vehicles are subject to strict regulations as far as their technical design is concerned. For example, for motor vehicles participating in races of the FIA Formula 1 World Championship, it is prescribed that only a turbocharger supported by an electric machine may be used to operate the internal combustion engine. The turbine and the compressor of the turbocharger have to sit on one shaft so that the compressor and the turbine rotate at the same angular speed.

Je nach Fahrsituation werden unterschiedliche Anforderungen an den Antriebsstrang gestellt. So ist es im normalen Rennbetrieb beispielsweise wünschenswert, den Turbolader als Abgasturbolader zu betreiben, insbesondere vor dem Hintergrund der Ausnutzung des Energy Recovery Systems (ERS), welches mit Hilfe einer Motor-Generator-Unit-Heat (MGU-H) aus dem Abgasstrom elektrische Energie gewinnt, welche wiederum dem Antriebssystem zugeführt wird. Es gibt aber auch Situationen, beispielsweise während der Qualifikationsrunden, in denen die Gewinnung von elektrischer Energie im Hintergrund steht, in denen aber ein geringer Abgasgegendruck mit einer entsprechenden höheren Motorleistung wünschenswert ist.Depending on the driving situation, different demands are placed on the drive train. In normal racing, for example, it is desirable to operate the turbocharger as an exhaust gas turbocharger, especially against the background of using the Energy Recovery System (ERS), which uses a Motor-Generator-Unit-Heat (MGU-H) to generate electrical heat from the exhaust gas flow Gains energy, which in turn is fed to the drive system. However, there are also situations, for example during the qualifying rounds, in which the generation of electrical energy takes a back seat, but in which a lower exhaust back pressure with a correspondingly higher engine output is desirable.

Ein effizienter Betrieb des Ladeluftkühlers nach dem Beispiel der DE 10 2014 114 980 A1 ist bei Rennen der Formel-1-Weltmeisterschaft mit nur einem Turbolader nicht möglich. Ferner stellt der zweite Turbolader ein deutliches Mehr an Gewicht dar und kostet wertvollen Bauraum.Efficient operation of the intercooler based on the example of DE 10 2014 114 980 A1 is not possible in races of the Formula 1 World Championship with only one turbocharger. Furthermore, the second turbocharger represents a significant increase in weight and takes up valuable installation space.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug Verfügung zu stellen, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern einen hoch effizienten Einsatz eines Ladeluftkühlers bei geringem Abgasgegendruck beispielsweise für Qualifikationsrunden und den herkömmlichen Betrieb eines Abgasturboladers beispielsweise im Rennen mit nur einem Turbolader ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a motor vehicle which does not have the disadvantages of the prior art mentioned, but rather a highly efficient use of an intercooler with low exhaust back pressure, for example for qualifying rounds and the conventional operation of an exhaust gas turbocharger, for example in a race with only enabled by a turbocharger.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Umschaltventil und das Wastegate dazu konfiguriert sind, die verdichtete Ladeluft zur Turbine und Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsmotor zu einer Abgasanlage zu leiten oder die Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsmotor zur Turbine und die verdichtete Ladeluft zum Verbrennungsmotor zu leiten.This object is achieved in that the switching valve and the wastegate are configured to direct the compressed charge air to the turbine and combustion exhaust gases from the internal combustion engine to an exhaust system or to direct the combustion exhaust gases from the internal combustion engine to the turbine and the compressed charge air to the internal combustion engine.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ermöglicht einen Betrieb mit hoch effizienter Ladeluftkühlung und dadurch erheblich reduzierter Klopfneigung und Steigerung des Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors für Qualifikationsrunden und einen Betrieb mit Abgasturbolader für Rennrunden.The motor vehicle according to the invention enables operation with highly efficient charge air cooling and, as a result, a significantly reduced tendency to knock and increase in the efficiency of the internal combustion engine for qualifying laps and operation with an exhaust gas turbocharger for racing laps.

Zur Qualifikation wird das Umschaltventil so geschaltet, dass die gekühlte und verdichtete Ladeluft mit der Turbine entspannt wird. Die Verbrennungsabgase werden vom Wastegate an der Turbine vorbei zur Abgasanlage geleitet. So kann eine deutlich höhere Motorleistung erzielt werden. Im Rennbetrieb wird der Turbolader als Abgasturbolader genutzt, indem die Ladeluft an der Turbine vorbei zum Verbrennungsmotor und die Verbrennungsabgase durch die Turbine geleitet werden. Ein Wastegate im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Ventil, vorzugsweise ein weiteres Umschaltventil.To qualify, the switching valve is switched in such a way that the cooled and compressed charge air is expanded with the turbine. The combustion exhaust gases are routed from the wastegate past the turbine to the exhaust system. In this way, a significantly higher engine output can be achieved. In racing, the turbocharger is used as an exhaust gas turbocharger in that the charge air is routed past the turbine to the combustion engine and the combustion exhaust gases are routed through the turbine. A wastegate within the meaning of the present invention is a valve, preferably another switching valve.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous configurations and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug eine erste Ladeluftstrecke, eine zweite Ladeluftstrecke zwischen dem Verdichter und dem Umschaltventil, eine dritte Turbine-Ladeluftstrecke, eine weitere dritte Verbrennungsmotor-Ladeluftstrecke und eine vierte Ladeluftstrecke aufweist, wobei der Verdichter zwischen der ersten Ladeluftstrecke und der zweiten Ladeluftstrecke angeordnet ist, wobei der Ladeluftkühler in der zweiten Ladeluftstrecke angeordnet ist, wobei das Umschaltventil zum Leiten der Ladeluft zur dritten Ladeluftstrecke oder zur weiteren dritten Ladeluftstrecke konfiguriert ist, wobei zwischen der dritten Ladeluftstrecke und der vierten Ladeluftstrecke die Turbine angeordnet ist, wobei die vierte Ladeluftstrecke in einen Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors mündet, wobei die weitere dritte Turbine-Ladeluftstrecke in den Ansaugkrümmer mündet. Hierdurch ist auf vorteilhafte Weise ein System aus Ladeluftstrecken, Turbolader und Umschaltventil ermöglicht, mit welcher sich die Zuleitung der Ladeluft zum Verbrennungsmotor über den Ansaugkrümmer optimal je nach Anforderung umschalten lässt.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the motor vehicle has a first charge air line, a second charge air line between the compressor and the switching valve, a third turbine charge air line, a further third internal combustion engine charge air line and a fourth charge air line, with the compressor between the first Charge air path and the second charge air path is arranged, wherein the charge air cooler is arranged in the second charge air line, wherein the changeover valve is configured to direct the charge air to the third charge air line or to the further third charge air line, wherein the turbine is arranged between the third charge air line and the fourth charge air line, the fourth charge air line being connected to an intake manifold of the Internal combustion engine opens, with the other third turbine charge air path opens into the intake manifold. In this way, a system made up of charge air sections, turbocharger and switchover valve is made possible in an advantageous manner, with which the supply of charge air to the combustion engine via the intake manifold can be optimally switched over depending on requirements.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug einen Abgaskrümmer zum Leiten der Verbrennungsabgase vom Verbrennungsmotor zum Wastegate aufweist, wobei das Wastegate zum Leiten der Verbrennungsabgase in eine zur Turbine führende Abgasstrecke oder in eine nicht zur Turbine führende weitere Abgasstrecke konfiguriert ist, wobei die Abgasstrecke in die dritte Verbrennungsmotor-Ladeluftstrecke mündet. Hierdurch ist auf vorteilhafte Weise sichergestellt, dass eine Vermischung aus Ladeluft und Verbrennungsabgasen in der Turbine verhindert wird und durch Öffnen des Wastegates der Abgasgegendruck reduziert wird.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the motor vehicle has an exhaust manifold for conducting the combustion exhaust gases from the internal combustion engine to the wastegate, the wastegate being configured for conducting the combustion exhaust gases into an exhaust line leading to the turbine or into a further exhaust line not leading to the turbine. wherein the exhaust line opens into the third internal combustion engine charge air line. This advantageously ensures that mixing of charge air and combustion exhaust gases in the turbine is prevented and the exhaust gas back pressure is reduced by opening the wastegate.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Turbine und der Verdichter so über eine Welle verbunden sind, dass die Turbine und der Verdichter mit der gleichen Drehzahl drehen. Denkbar ist beispielsweise, dass die Turbine, die Welle und der Verdichter, insbesondere ein Verdichterrad des Verdichters, drehfest miteinander verbunden sind. Denkbar ist aber auch, dass die Turbine, die Welle und der Verdichter, insbesondere das Verdichterrad, über Getriebe miteinander verbunden sind, so dass die Turbine und der Verdichter, insbesondere das Verdichterrad, mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the turbine and the compressor are connected via a shaft in such a way that the turbine and the compressor rotate at the same speed. It is conceivable, for example, that the turbine, the shaft and the compressor, in particular a compressor wheel of the compressor, are connected to one another in a torque-proof manner. However, it is also conceivable that the turbine, the shaft and the compressor, in particular the compressor wheel, are connected to one another via gears, so that the turbine and the compressor, in particular the compressor wheel, rotate at the same angular speed.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine aufweist, wobei die elektrische Maschine dazu konfiguriert ist, aus einer Drehung der Welle elektrische Energie zu gewinnen und/oder die Welle zu drehen. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, über die Turbine Energie aus dem Abgasstrom in elektrische Energie umzuwandeln und den Verdichter anzutreiben, wenn keine Verbrennungsabgase zur Turbine geleitet werden. Denkbar ist, dass das Kraftfahrzeug einen Energiespeicher aufweist. Denkbar ist, dass die von der elektrischen Maschine gewonnene elektrische Energie im Energiespeicher gespeichert wird. Denkbar ist, dass die elektrische Maschine mit Energie aus dem Energiespeicher zur Drehung der Welle versorgt wird. Denkbar ist, dass ein elektrischer Traktionsantrieb des Kraftfahrzeugs aus dem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the motor vehicle has an electrical machine, the electrical machine being configured to generate electrical energy from a rotation of the shaft and/or to rotate the shaft. This makes it possible in an advantageous manner to convert energy from the exhaust gas flow into electrical energy via the turbine and to drive the compressor when no combustion exhaust gases are routed to the turbine. It is conceivable that the motor vehicle has an energy store. It is conceivable that the electrical energy generated by the electrical machine is stored in the energy store. It is conceivable that the electric machine is supplied with energy from the energy store to rotate the shaft. It is conceivable that an electric traction drive of the motor vehicle is supplied with electrical energy from the energy store.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug in einem Qualifikations-Modus oder in einem Renn-Modus betrieben wird, wobei im Qualifikations-Modus von dem Umschaltventil die verdichtete Ladeluft zur Turbine geleitet wird und die Verbrennungsabgase von dem Wastegate nicht zur Turbine geleitet werden und wobei im Renn-Modus von dem Umschaltventil die verdichtete Ladeluft nicht zur Turbine geleitet wird und die Verbrennungsabgase von dem Wastegate zur Turbine geleitet werden.A further object of the present invention for solving the problem formulated at the outset is a method for operating a motor vehicle according to one of the preceding claims, wherein the motor vehicle is operated in a qualification mode or in a racing mode, in which case in the qualification mode the changeover valve the compressed charge air is routed to the turbine and the combustion exhaust gases are not routed from the wastegate to the turbine and wherein in racing mode the compressed charge air is not routed to the turbine and the combustion exhaust gases are routed from the wastegate to the turbine by the switching valve.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein Umschalten zwischen einem Qualifikations-Modus mit hoch effizienter Ladeluftkühlung und dadurch erheblich reduzierter Klopfneigung und Steigerung des Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors sowie Reduzierung des Abgasgegendrucks für Qualifikationsrunden und einem Renn-Modus mit Verwendung des Turboladers als Abgasturbolader für Rennrunden.The method according to the invention enables switching between a qualification mode with highly efficient intercooling and thus a significantly reduced tendency to knock and an increase in the efficiency of the internal combustion engine as well as a reduction in the exhaust gas back pressure for qualifying laps and a racing mode using the turbocharger as an exhaust gas turbocharger for racing laps.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die verdichtete Ladeluft von dem Ladeluftkühler gekühlt wird, wobei die vom Ladeluftkühler gekühlte Ladeluft im Qualifikations-Modus von der Turbine entspannt wird. Hierdurch wird dem Verbrennungsmotor deutlich kühlere Ladeluft zugeführt. Denkbar ist, dass der Turbolader im Qualifikations-Modus als Drosselklappe genutzt wird.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the compressed charge air is cooled by the charge air cooler, the charge air cooled by the charge air cooler being expanded by the turbine in the qualification mode. As a result, significantly cooler charge air is supplied to the combustion engine. It is conceivable that the turbocharger is used as a throttle valve in qualifying mode.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Renn-Modus von der elektrischen Maschine aus der Drehung der Welle elektrische Energie gewonnen wird. Denkbar ist, dass die elektrische Energie im Energiespeicher gespeichert und/oder einem elektrischen Traktionsantrieb zugeführt wird.According to a further preferred embodiment of the invention, provision is made for electrical energy to be obtained from the rotation of the shaft in the racing mode by the electrical machine. It is conceivable that the electrical energy is stored in the energy store and/or is supplied to an electrical traction drive.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Qualifikations-Modus der Verdichter über die Welle von der elektrischen Maschine angetrieben wird. Denkbar ist, dass hierzu elektrische Energie von dem Energiespeicher bereitgestellt wird.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that in the qualification mode the compressor is driven by the electrical machine via the shaft. It is conceivable that electrical energy is provided by the energy store for this purpose.

Alle zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug offenbarten Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beziehen sich gleichfalls auf das erfindungsgemäße Verfahren.All the details, features and advantages previously disclosed in connection with the motor vehicle according to the invention also relate to the method according to the invention.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.

  • 1 illustriert schematisch den Verbrennungsmotor mit den Ladeluftstrecken und den Abgasstrecken eines Kraftfahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Further details, features and advantages of the invention result from the drawings and from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. The drawings merely illustrate exemplary embodiments of the invention, which do not limit the inventive concept.
  • 1 FIG. 12 schematically illustrates the internal combustion engine with the charge air lines and the exhaust gas lines of a motor vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 2 FIG. 1 schematically illustrates a motor vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.

1 illustriert schematisch einen Verbrennungsmotor 1 mit Ladeluftstrecken 5, 6, 7.1, 7.2, 8 und Abgasstrecken 11, 12 eines Kraftfahrzeugs (siehe 2) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 schematically illustrates an internal combustion engine 1 with charge air sections 5, 6, 7.1, 7.2, 8 and exhaust gas sections 11, 12 of a motor vehicle (see 2 ) according to an exemplary embodiment of the present invention.

Hier dargestellt ist ein Verbrennungsmotor 1 mit einer Zylinderbank. Typischerweise sind jedoch zwei Zylinderbänke vorgesehen. Die folgende Beschreibung anhand der einen Zylinderbank lässt sich vollständig symmetrisch auf ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 1 mit zwei oder mehr Zylinderbänken übertragen.An internal combustion engine 1 with one cylinder bank is shown here. Typically, however, two banks of cylinders are provided. The following description based on one cylinder bank can be transferred completely symmetrically to a motor vehicle with an internal combustion engine 1 with two or more cylinder banks.

Das Kraftfahrzeug kann in einem Qualifikations-Modus und in einem Renn-Modus betrieben werden. Hierzu weist das Kraftfahrzeug einen Turbolader 2 mit einem Verdichter 2.1 und einer mit dem Verdichter 2.1 über eine Welle 2.3 verbundene Turbine 2.2 auf. Über eine erste Ladeluftstrecke 5 wird dem Verdichter 2.1 Ladeluft zugeführt. Die Ladeluft wird von dem Verdichter 2.1 verdichtet und über eine zweite Ladeluftstrecke 6 weitergeleitet. Die zweite Ladeluftstrecke 6 weist einen Ladeluftkühler 3 auf. Im Vergleich zu nicht verdichteter Ladeluft kann der verdichteten Ladeluft von dem Ladeluftkühler 3 eine größere Wärmemenge entzogen werden.The motor vehicle can be operated in a qualification mode and in a race mode. For this purpose, the motor vehicle has a turbocharger 2 with a compressor 2.1 and a turbine 2.2 connected to the compressor 2.1 via a shaft 2.3. Charge air is supplied to the compressor 2.1 via a first charge air path 5 . The charge air is compressed by the compressor 2.1 and passed on via a second charge air section 6. The second charge air section 6 has a charge air cooler 3 . In comparison to non-compressed charge air, a larger amount of heat can be extracted from the compressed charge air by the charge air cooler 3 .

Im Qualifikations-Modus passiert die verdichtete und gekühlte Ladeluft durch ein Umschaltventil 3.2 eine dritte Turbine-Ladeluftstrecke 7.1 und wird zur Turbine 2.2 des Turboladers 2 geführt. Über die Turbine 2.2 wird die Ladeluft entspannt und anschließend entlang einer vierten Ladeluftstrecke 8 in einen Ansaugkrümmer 9 und schließlich in einen Verbrennungsmotor 1 geleitet.In the qualifying mode, the compressed and cooled charge air passes through a switching valve 3.2 through a third turbine charge air section 7.1 and is routed to the turbine 2.2 of the turbocharger 2. The charge air is expanded via the turbine 2.2 and then conducted along a fourth charge air path 8 into an intake manifold 9 and finally into an internal combustion engine 1.

Im Qualifikations-Modus ist der Turbolader 2 über eine elektrische Maschine 2.3, welche mechanisch mit der Welle 2.3 verbunden ist, angetrieben. Aus dem Verbrennungsmotor 1 austretende Verbrennungsabgase werden über einen Abgaskrümmer 10 zu einem Wastegate 4 geleitet. Das Wastegate 4 ist so konfiguriert, dass es im Qualifikations-Modus die Verbrennungsabgase nicht über eine Abgasstrecke 11 zur Turbine 2.2, sondern über eine weitere Abgasstrecke 12 zu einer (nicht gezeigten) Abgasanlage leitet. Dies verringert den Abgasgegendruck deutlich, womit im Qualifikations-Modus mehr Leistung zur Traktion bereitsteht.In the qualification mode, the turbocharger 2 is driven via an electric machine 2.3, which is mechanically connected to the shaft 2.3. Combustion exhaust gases exiting the internal combustion engine 1 are routed to a wastegate 4 via an exhaust manifold 10 . The wastegate 4 is configured in such a way that, in the qualification mode, it does not direct the combustion exhaust gases via an exhaust gas line 11 to the turbine 2.2, but via a further exhaust gas line 12 to an exhaust system (not shown). This significantly reduces the exhaust back pressure, which means that more power is available for traction in qualifying mode.

Im Renn-Modus leitet das Umschaltventil 3.1 die gekühlte und verdichtete Ladeluft nicht über die dritte Turbine-Ladeluftstrecke 7.1 zur Turbine 2.2, sondern über eine weitere dritte Verbrennungsmotor-Ladeluftstrecke 7.2 durch den Ansaugkrümmer 9 zum Verbrennungsmotor 1. Um den Turbolader 2 anzutreiben, wird das Wastegate 4 geschlossen, so dass die Verbrennungsabgase vom Abgaskrümmer 10 über die Abgasstrecke 11 in die Turbine 2.2 geleitet werden. Die Abgasstrecke 11 mündet vorzugsweise in die dritte Turbine-Ladeluftstrecke 7.1.In racing mode, the switchover valve 3.1 does not direct the cooled and compressed charge air via the third turbine charge air section 7.1 to the turbine 2.2, but via a further third combustion engine charge air section 7.2 through the intake manifold 9 to the combustion engine 1. In order to drive the turbocharger 2, the Wastegate 4 closed, so that the combustion gases are passed from the exhaust manifold 10 via the exhaust line 11 into the turbine 2.2. The exhaust line 11 preferably opens into the third turbine charge air line 7.1.

Der Strom der Verbrennungsabgase treibt nun die Turbine 2.2 und mit dieser über die Welle 2.3 den Verdichter 2.1 an. Mit Hilfe der elektrischen Maschine 2.4 gewinnt das Kraftfahrzeug elektrische Energie aus der kinetischen Energie der durch die Turbine 2.2 strömenden Verbrennungsabgase. Die elektrische Energie kann beispielsweise für einen elektrischen Traktionsantrieb zur Unterstützung des Verbrennungsmotors 1 eingesetzt werden.The flow of combustion exhaust gases now drives the turbine 2.2 and with it the compressor 2.1 via the shaft 2.3. With the help of the electrical machine 2.4, the motor vehicle gains electrical energy from the kinetic energy of the combustion exhaust gases flowing through the turbine 2.2. The electrical energy can be used, for example, for an electrical traction drive to support internal combustion engine 1 .

2 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eingezeichnet ist der Verbrennungsmotor 1. 2 FIG. 1 schematically illustrates a motor vehicle 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. Combustion engine 1 is shown.

BezugszeichenlisteReference List

11
Verbrennungsmotorcombustion engine
22
Turboladerturbocharger
2.12.1
Verdichtercompressor
2.22.2
Turbineturbine
2.32.3
Wellewave
2.42.4
elektrische Maschineelectric machine
33
Ladeluftkühlerintercooler
3.13.1
Umschaltventilswitching valve
44
Wastegatewastegate
55
erste Ladeluftstreckefirst charge air section
66
zweite Ladeluftstreckesecond charge air section
7.17.1
dritte Turbine-Ladeluftstreckethird turbine charge-air line
7.27.2
weitere dritte Verbrennungsmotor-Ladeluftstreckeanother third internal combustion engine charge air section
88th
vierte Ladeluftstreckefourth charge air section
99
Ansaugkrümmerintake manifold
1010
Abgaskrümmerexhaust manifold
1111
Abgasstreckeexhaust line
1212
weitere Abgasstreckefurther exhaust line
100100
Kraftfahrzeugmotor vehicle

Claims (9)

Kraftfahrzeug (100) aufweisend einen Verbrennungsmotor (1), einen Turbolader (2) mit einem Verdichter (2.1) zum Verdichten von Ladeluft und einer Turbine (2.2), wobei das Kraftfahrzeug (100) ein Umschaltventil (3.1) und ein Wastegate (4) und einen Ladeluftkühler (3) zum Kühlen der verdichteten Ladeluft vor dem Umschaltventil (3.1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (3.1) und das Wastegate (4) dazu konfiguriert sind, die verdichtete Ladeluft zur Turbine und Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsmotor (1) zu einer Abgasanlage zu leiten oder die Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsmotor (1) zur Turbine (2.2) und die verdichtete Ladeluft zum Verbrennungsmotor (1) zu leiten.Motor vehicle (100) having an internal combustion engine (1), a turbocharger (2) with a compressor (2.1) for compressing charge air and a turbine (2.2), the motor vehicle (100) having a switchover valve (3.1) and a wastegate (4) and a charge air cooler (3) for cooling the compressed charge air upstream of the changeover valve (3.1), characterized in that the changeover valve (3.1) and the wastegate (4) are configured to direct the compressed charge air to the turbine and combustion exhaust gases from the internal combustion engine (1st ) to an exhaust system or to direct the combustion exhaust gases from the combustion engine (1) to the turbine (2.2) and the compressed charge air to the combustion engine (1). Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 1, wobei das Kraftfahrzeug (100) eine erste Ladeluftstrecke (5), eine zweite Ladeluftstrecke (6) zwischen dem Verdichter (2.1) und dem Umschaltventil (3.1), eine dritte Turbine-Ladeluftstrecke (7.1), eine weitere dritte Verbrennungsmotor-Ladeluftstrecke (7.2) und eine vierte Ladeluftstrecke (8) aufweist, wobei der Verdichter (2.1) zwischen der ersten Ladeluftstrecke (5) und der zweiten Ladeluftstrecke (6) angeordnet ist, wobei der Ladeluftkühler (3) in der zweiten Ladeluftstrecke (6) angeordnet ist, wobei das Umschaltventil (3.1) zum Leiten der Ladeluft zur dritten Turbine-Ladeluftstrecke (7.1) oder zur weiteren dritten Verbrennungsmotor-Ladeluftstrecke (7.2) konfiguriert ist, wobei zwischen der dritten Turbine-Ladeluftstrecke (7.1) und der vierten Ladeluftstrecke (8) die Turbine (2.2) angeordnet ist, wobei die vierte Ladeluftstrecke (8) in einen Ansaugkrümmer (9) des Verbrennungsmotors (1) mündet, wobei die weitere dritte Verbrennungsmotor-Ladeluftstrecke (7.2) in den Ansaugkrümmer (9) mündet.motor vehicle (100) according to claim 1 , wherein the motor vehicle (100) has a first charge air section (5), a second charge air section (6) between the compressor (2.1) and the switching valve (3.1), a third turbine charge air section (7.1), a further third internal combustion engine charge air section (7.2 ) and a fourth charge-air section (8), the compressor (2.1) being arranged between the first charge-air section (5) and the second charge-air section (6), the charge-air cooler (3) being arranged in the second charge-air section (6), wherein the switching valve (3.1) is configured to direct the charge air to the third turbine charge air section (7.1) or to the further third internal combustion engine charge air section (7.2), with the turbine ( 2.2) is arranged, with the fourth charge air section (8) opening into an intake manifold (9) of the internal combustion engine (1), the further third internal combustion engine charge air section (7.2) opening into the intake manifold (9) flows. Kraftfahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug (100) einen Abgaskrümmer (10) zum Leiten der Verbrennungsabgase vom Verbrennungsmotor (1) zum Wastegate (4) aufweist, wobei das Wastegate (4) zum Leiten der Verbrennungsabgase in eine zur Turbine (2.2) führende Abgasstrecke (11) oder in eine nicht zur Turbine (2.2) führende weitere Abgasstrecke (12) konfiguriert ist, wobei die Abgasstrecke (11) in die dritte Turbine-Ladeluftstrecke (7.1) mündet.Motor vehicle (100) according to one of the preceding claims, wherein the motor vehicle (100) has an exhaust manifold (10) for conducting the combustion exhaust gases from the internal combustion engine (1) to the wastegate (4), the wastegate (4) for conducting the combustion exhaust gases in a Turbine (2.2) leading exhaust line (11) or in a non-turbine (2.2) leading further exhaust line (12) is configured, wherein the exhaust line (11) opens into the third turbine-charge air line (7.1). Kraftfahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Turbine (2.2) und der Verdichter (2.1) so über eine Welle (2.3) verbunden sind, dass die Turbine (2.2) und der Verdichter (2.1) mit der gleichen Drehzahl drehen.Motor vehicle (100) according to one of the preceding claims, wherein the turbine (2.2) and the compressor (2.1) are connected via a shaft (2.3) that the turbine (2.2) and the compressor (2.1) rotate at the same speed. Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 4, wobei das Kraftfahrzeug (100) eine elektrische Maschine (2.4) aufweist, wobei die elektrische Maschine (2.4) dazu konfiguriert ist, aus einer Drehung der Welle (2.3) elektrische Energie zu gewinnen und/oder die Welle (2.3) zu drehen.motor vehicle (100) according to claim 4 , wherein the motor vehicle (100) has an electrical machine (2.4), the electrical machine (2.4) being configured to generate electrical energy from a rotation of the shaft (2.3) and/or to rotate the shaft (2.3). Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug (100) in einem Qualifikations-Modus oder in einem Renn-Modus betrieben wird, wobei im Qualifikations-Modus von dem Umschaltventil (3.1) die verdichtete Ladeluft zur Turbine (2.2) geleitet wird und die Verbrennungsabgase von dem Wastegate (4) nicht zur Turbine (2.2) geleitet werden und wobei im Renn-Modus von dem Umschaltventil (3.1) die verdichtete Ladeluft nicht zur Turbine (2.2) geleitet wird und die Verbrennungsabgase von dem Wastegate (4) zur Turbine (2.2) geleitet werden.Method for operating a motor vehicle (100) according to any one of the preceding claims, wherein the motor vehicle (100) is operated in a qualifying mode or in a racing mode, wherein in the qualifying mode from the switching valve (3.1) the compressed charge air to the turbine (2.2) and the combustion exhaust gases are not routed from the wastegate (4) to the turbine (2.2) and in racing mode the compressed charge air is not routed from the switchover valve (3.1) to the turbine (2.2) and the combustion exhaust gases from the Wastegate (4) to the turbine (2.2) are routed. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die verdichtete Ladeluft von dem Ladeluftkühler (3) gekühlt wird, wobei die vom Ladeluftkühler (3) gekühlte Ladeluft im Qualifikations-Modus von der Turbine (2.2) entspannt wird.procedure after claim 6 , the compressed charge air being cooled by the charge air cooler (3), the charge air cooled by the charge air cooler (3) being expanded by the turbine (2.2) in the qualification mode. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei im Renn-Modus von der elektrischen Maschine (2.4) aus der Drehung der Welle (2.3) elektrische Energie gewonnen wird.Procedure according to one of Claims 6 until 7 , electrical energy being obtained from the rotation of the shaft (2.3) by the electrical machine (2.4) in racing mode. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei im Qualifikations-Modus der Verdichter (2.1) über die Welle (2.3) von der elektrischen Maschine (2.4) angetrieben wird.Procedure according to one of Claims 6 until 8th , wherein in the qualification mode the compressor (2.1) is driven by the electric machine (2.4) via the shaft (2.3).
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