DE10335780A1 - Device for compressing of combustion air, especially for internal combustion engine of motor vehicle, comprises a self-actuating pressure-relief valve on the downstream flow side of the compressor - Google Patents

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Abstract

A pressure-relief valve (54), in particular, a self-actuating pressure-relief valve, is provided on the downstream flow of the compressor (32,50). The pressure-relief valve is parallel to the flow compressor (32), and is connected such that it flows in the surrounding area. The flow compressor is preferably an electric compressor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft, insbesondere zur Verdichtung von Verbrennungsluft für eine kraftfahrzeugtechnische Verbrennungsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The Invention relates to a device for compressing combustion air, in particular for the compression of combustion air for a motor vehicle technical Combustion engine according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of technology

Es ist bekannt, die Leistungsdichte einer Brennkraftmaschine durch Verdichtung der zur Verbrennung des Kraftstoffes benötigten Ladeluft mittels eines Abgasturboladers zu erhöhen. Der Abgasturbolader weist dabei eine Turbine auf, die im Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordnet ist und einen, in der Ladeluftzuführung der Brennkraftmaschine angeordneten Verdichter betreibt.It is known, the power density of an internal combustion engine by Compression of the charge air required for combustion of the fuel to increase by means of an exhaust gas turbocharger. The exhaust gas turbocharger has while a turbine, which in the exhaust stream of the engine is arranged and one, in the charge air supply of the internal combustion engine arranged compressor operates.

Zur Verbesserung der Ladeluftzuführung speziell bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ist es bekannt, den Abgasturbolader mittels eines elektrischen Hilfsantriebes zu unterstützen. Dies kann beispielsweise durch einen in den Abgasturbolader integrierten Elektromotor erreicht werden, der bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine die Welle des Abgasturboladers unterstützend antreibt. Dies bedingt jedoch sowohl eine hohe Drehzahlbelastbarkeit des Elektromotors, als auch einen hohen elektrischen Leistungsbedarf, der dem Bordnetz entnommen werden muss.to Improvement of the charge air supply specially at low engine speeds it is known the exhaust gas turbocharger by means of an electric auxiliary drive support. This can be done, for example, by an integrated into the exhaust gas turbocharger Electric motor can be achieved, the at low speeds of the internal combustion engine Supporting shaft of exhaust gas turbocharger. This conditionally However, both a high speed capacity of the electric motor, as well as a high electrical power requirement of the electrical system must be removed.

Aus der US 6,029,452 ist darüber hinaus ein separater, rein elektrisch betriebener Hilfslader (elektrischer Zusatzverdichter, "EZV") bekannt, der in der Ladeluftzuführung einer Brennkraftmaschine in Reihe zu einem konventionellen Abgasturbolader betrieben wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der separat in der Ladeluftzuführung eingesetzte elektrische Zusatzverdichter auf einen Einsatz im untersten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine optimiert werden kann.From the US 6,029,452 In addition, a separate, purely electrically operated auxiliary loader (additional electric compressor, "EZV") is known, which is operated in the charge air feed of an internal combustion engine in series with a conventional exhaust gas turbocharger. This arrangement has the advantage that the additional electric compressor used separately in the charge air supply can be optimized for use in the lowest speed range of the internal combustion engine.

Das durch die strömungsmechanischen Effekte des „Pumpens" begrenzte Kennfeld eines Verdichters in der Bauform einer Strömungsmaschine eignet sich ohne besondere bauliche Maßnahmen jedoch nur für ein begrenztes Massenstromband der zu verdichtenden Luft. Zum Stand der Technik bezüglich der Erweiterung des Arbeitskennfeldes von Strömungsverdichtern gehören beispielsweise, stromauf bzw. stromab der Laufzeuge des Verdichters angeordnete Leitapparate, sowie entsprechende Regelstrategien zur Erkennung der Kennfeldgrenzen.The through the fluid mechanics Effects of "pumping" limited map a compressor in the design of a turbomachine is suitable without special construction measures but only for a limited mass flow band of the air to be compressed. To the stand the technique regarding the Extension of the working map of flow compressors include, for example, upstream or downstream of the rotors of the compressor arranged Guiding devices, as well as appropriate control strategies for detection the map boundaries.

Stellglieder jeglicher Art erhöhen dabei nachteilig den Strömungswiderstand bzw. den Druckverlust zwischen Ein- und Austritt der Verdichterkomponente, wenn sie durchströmt werden.actuators of any kind increase while adversely affecting the flow resistance or the pressure loss between the inlet and outlet of the compressor component, when it flows through become.

So beschreibt die EP 0 366 219 A2 beispielsweise einen Regelmechanismus zum Schutz vor dem Phänomen des sogenannten "Pumpens" eines Strömungsverdichters, der instationär veränderlich beaufschlagt wird.That's how it describes EP 0 366 219 A2 For example, a control mechanism to protect against the phenomenon of the so-called "pumping" of a flow compressor, which is acted unsteadily changing.

Die US 6,324,848 B1 offenbart die prinzipielle Anordnung eines zweistufigen Verdichtersystems, welches mit diversen Bypasseinrichtungen und schaltbaren Ventilen versehen ist, um das sogenannte "Pumpen" der einzelnen Stufen jeweils zu vermeiden. Eine detaillierte Steuerung dient dabei der kontrollierten Betätigung einer Vielzahl von Ventilen.The US 6,324,848 B1 discloses the basic arrangement of a two-stage compressor system, which is provided with various bypass devices and switchable valves in order to avoid the so-called "pumping" of each stage. A detailed control is used for the controlled operation of a plurality of valves.

Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Strategien zur Vermeidung der Pumpneigung eines Strömungsverdichters ist insbesondere deren großer Aufwand und die Komplexität der beschriebenen Systeme, die zwangsläufig eine erhöhte Ausfallwahrscheinlichkeit des Gesamtsystems nach sich zieht.adversely in the strategies known from the prior art for avoiding the pumping tendency of a flow compressor is especially their big one Effort and complexity the systems described, which inevitably increased failure probability of the entire system.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft, insbesondere einen Strömungsverdichter, mit einfachen Mitteln vor der Pumpneigung zu schützen und somit eine Erweiterung seines Arbeitskennfeldes zu ermöglichen.outgoing The invention is based on the object of the prior art, a device for compressing combustion air, in particular a Flow compressor, with simple means to protect against the pumping tendency and thus an extension to enable his work map.

Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft mit den Merkmalen des Anspruchs 1.Is solved according to the invention this object by a device for compression of combustion air with the features of claim 1.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft, insbesondere zur Verdichtung von Verbrennungsluft für eine kraftfahrzeugtechnische Verbrennungsmaschine, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber entsprechenden Systemen des Standes der Technik den Vorteil, dass das Arbeitskennfeld mit einfachen Mitteln erweitert und der Strömungsverdichter somit vor der Pumpneigung geschützt werden kann. Erfindungsgemäß ist dabei in der Vorrichtung abstromseitig des Verdichters ein Überdruckventil, insbesondere ein selbstbetätigendes Überdruckventil, vorgesehen, welches während des Nennbetriebes, d.h. oberhalb der „Pumpgrenze" sowie unterhalb der „Stopfgrenze", des Verdichters geschlossen ist.The inventive device for compression of combustion air, in particular for compression of combustion air for a motor vehicle internal combustion engine, with the features of claim 1 has opposite corresponding prior art systems have the advantage that expanded the working map with simple means and the flow compressor thus protected against the tendency to pump can be. According to the invention is in the device downstream of the compressor, a pressure relief valve, in particular a self-actuating pressure relief valve, provided, which during of rated operation, i. above the "surge line" and below the "plug limit", the compressor closed is.

Das Ventil verursacht in diesem Zustand lediglich Strömungsverluste, die auf die zur Applikation notwendigen Abzweigungsstücke der Verbindungsleitungen zurückzuführen sind. Ist das Überdruckventil geöffnet bzw. die Pumpgrenze der Strömungsmaschine unterschritten, steht jedoch der maximal erzeugbare Druck am Druckstutzen des Verdichters an. Für die Aufladung des Verbrennungsmotors bedeutet dies, dass unterhalb der Pumpgrenze stets der maximal erzeugbare Ladedruck für den Verbrennungsmotor zur Verfügung steht.The valve causes in this state only flow losses, which are due to the need for application branch pieces of the connecting lines. If the pressure relief valve is open or falls below the pumping limit of the turbomachine, however, the maximum pressure that can be generated is at the pressure port of the compressor. For the charging of the internal combustion engine, this means that below the surge line always the maximum producible charge pressure for the internal combustion engine is available.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale ermöglicht.advantageous Further developments and embodiments the device according to the invention are by the in the subclaims features included.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft ist das Überdruckventil parallel zum Strömungsverdichter angeordnet. Ein derart angeordnetes Überdruckventil verbindet die Druck- und Saugseite der Strömungsmaschine miteinander und ermöglicht somit ab einem definierten Grenzdruck ein Rückströmen des Arbeitsfluids. Unterschreitet der von der Strömungsmaschine abgenommene Volumenstrom die Pumpgrenze der Maschine, öffnet das geeignet gewählte Überdruckventil und erlaubt somit ein definiertes Rückströmen des Arbeitsfluids. Der sich aufbauende Überdruck kann somit bedarfsgerecht auf das maximal zulässige Maß reduziert werden, ohne dass ein Pumpen des Verdichters eintreten kann. Die Pumpgrenze des Strömungsverdichters kann mit Hilfe des Überdruckventils bis hin zum verschwindenden Massenstrom unterschritten werden.In an advantageous embodiment of the Device according to the invention For compression of combustion air, the pressure relief valve is parallel to flow compressor arranged. Such a pressure relief valve connects the Pressure and suction side of the turbomachine with each other and allows thus from a defined limit pressure, a return flow of the working fluid. Falls below the from the turbomachine Volume flow taken off the pumping limit of the machine, opens the suitably selected pressure relief valve and thus allows a defined backflow of the working fluid. Of the build-up overpressure can therefore be reduced as needed to the maximum permissible level without a pumping of the compressor can occur. The surge limit of the flow compressor can with the help of the pressure relief valve are fallen below to the vanishing mass flow.

In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Überdruckventil derart beschaltet, dass das Arbeitsfluid, welches das Überdruckventil durchströmt, in die Umgebung abströmt. Diese Variante ist besonders vorteilhaft, wenn es wegen der dauerhaften Öffnung des Überdruckventils zu einer fortlaufenden Erwärmung des ansonsten im Kreis geförderten Arbeitsfluids käme. In vorteilhafter Weise ist bei dieser Ausführungsform ein Messgerät, beispielsweise ein Sensor, zur Erfassung des Luftmassenstroms stromab der entsprechenden Anordnung angebracht, um den in dieser Variante der Vorrichtung auftretenden Massenstromdefekt im Luftkreislauf zu detektieren und quantifizieren.In an alternative embodiment the device according to the invention is the pressure relief valve connected so that the working fluid, which is the pressure relief valve flows through flows into the environment. This variant is particularly advantageous if it is because of the permanent opening of the pressure relief valve to a continuous warming of otherwise funded in the circle Working fluids would come. In Advantageously, in this embodiment, a measuring device, for example a sensor for detecting the air mass flow downstream of the corresponding Arrangement attached to the in this variant of the device to detect occurring mass flow defect in the air circuit and quantify.

In vorteilhafter Weise ist der mindestens eine Strömungsverdichter als ein elektrisch angetriebener Ladeluftverdichter ausgebildet, der es ermöglicht, die Drehzahl des Verdichters unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors zu steuern.In Advantageously, the at least one flow compressor is electrical driven charge air compressor, which makes it possible the speed of the compressor regardless of the speed of the engine to control.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist in einer weiteren Ausführungsform neben einem elektrisch angetriebenen Ladeluftverdichter auch einen Verdichter in Form eines Abgasturboladers auf. Dabei ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter dem Abgasturbolader vorgeschaltet, um den Nachteil eines verzögerten und unzureichenden Ansprechverhaltens des Abgasturboladers bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ("Turboladerloch") entgegen zu wirken.The inventive device indicates in a further embodiment in addition to an electrically driven charge air compressor and a compressor in the form of an exhaust gas turbocharger. It is in the device according to the invention the electrically driven additional compressor the exhaust gas turbocharger preceded by the disadvantage of a delayed and insufficient response the exhaust gas turbocharger at low speeds of the internal combustion engine ("Turbocharger hole") counteract.

In einer derartigen Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Überdruckventil zwischen dem mindestens einen elektrisch angetriebenen Strömungsverdichter und dem weiteren Verdichter angeordnet.In Such an arrangement of the device according to the invention is the pressure relief valve between the at least one electrically driven flow compressor and the further compressor arranged.

Das Überdruckventil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist derart ausgestaltet, dass es bei einem vorgebbaren Druck öffnet. Die Pumpgrenze des Strömungsverdichters kann somit mit Hilfe des Überdruckventils bis hin zum verschwindenden Massenstrom unterschritten werden. Ist das Überdruckventil geöffnet bzw. die Pumpgrenze der Strömungsmaschine unterschritten, steht dennoch der maximal erzeugbare Druck am Druckstutzen an.The pressure relief valve the device according to the invention is designed such that it opens at a predeterminable pressure. The Pumping limit of the flow compressor can thus with the help of the pressure relief valve are fallen below to the vanishing mass flow. is the pressure relief valve open or the surge line of the turbomachine is still below the maximum producible pressure at the discharge nozzle at.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine einfache, effektive Möglichkeit dar, den Strömungsverdichter einer Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft vor der Pumpneigung zu schützen. Das durch die strömungsmechanischen Effekte des Pumpens ursprünglich begrenzte Kennfeld des Verdichters kann auf diese Weise deutlich erweitert werden, was zu einer Leistungssteigerung einer mit einer solchen Vorrichtung versehenen Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug führt.The inventive device represents a simple, effective way, the flow compressor a device for the compression of combustion air before the tendency to pump to protect. That through the fluid mechanical Effects of pumping originally limited map of the compressor can be clear in this way be extended, resulting in an increase in performance with a such device provided internal combustion engine for a motor vehicle leads.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft sind der nachfolgenden Zeichnung sowie der zugehörigen Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu entnehmen.Further Advantages of the device according to the invention for the compression of combustion air are the following drawing and the associated Description of the embodiments refer to.

Zeichnungdrawing

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu sinnvollen, weiteren Kombinationen zusammenfassen, die somit ebenfalls als in der Beschreibung offenbart anzusehen sind.In the drawing are embodiments of Device according to the invention illustrated for the compression of combustion air, in the following Description closer explained become. The figures of the drawing, the description and the claims numerous features in combination. A specialist will have these features also consider individually and to meaningful, further combinations thus also disclosed as being in the description to be considered.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Anordnung mit einem elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter in der Ladeluftzuführung einer Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik, 1 an arrangement with an electrically operated charge air compressor in the charge air supply of an internal combustion engine according to the prior art,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung, 2 a first embodiment of a device according to the invention in a schematic representation,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ebenfalls in schematischer Darstellung. 3 A second embodiment of the device according to the invention, also in a schematic representation.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft nach dem Stand der Technik, wie sie beispielsweise in der DE 101 13 308 A1 offenbart ist und in der Ladeluftzuführung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Otto-Motors, angeordnet werden kann. 1 shows an embodiment of a device for compressing combustion air according to the prior art, as shown for example in the DE 101 13 308 A1 is disclosed and in the charge air supply of an internal combustion engine, in particular a gasoline engine, can be arranged.

In der vereinfachten, schematischen Darstellung der 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 mit Kolben 12 und einem Brennraum 14 gezeigt. Der Bennraum 14 ist über Ventile einer Ladeluftzuführung 16 und einer Abgasabführung 18 verbunden. Über die Abgasabführung 18 gelangen die Abgase zu einer Turbine 20 eines Abgasturboladers 22 und von dort über einen weiteren Abführungskanal 24 in die Umwelt.In the simplified, schematic representation of 1 is an internal combustion engine 10 with pistons 12 and a combustion chamber 14 shown. The Bennraum 14 is via valves of a charge air supply 16 and an exhaust discharge 18 connected. About the exhaust removal 18 the exhaust gases reach a turbine 20 an exhaust gas turbocharger 22 and from there via another discharge channel 24 into the environment.

Die Ladeluftzuführung 16 der Brennkraftmaschine 10 ist an einen Ladeluftkühler 26 angeschlossen, der über einen Zuführungsabschnitt 28 an den Luftauslass 30 eines elektrisch betriebenen Ladeluft-Verdichters 32 angeschlossen ist.The charge air supply 16 the internal combustion engine 10 is to a charge air cooler 26 connected via a feeder section 28 to the air outlet 30 an electrically operated charge air compressor 32 connected.

Der elektrische Ladeluftverdichter 32 wird von einem Elektromotor 34 angetrieben, der wiederum über eine Signal- und Versorgungsleitung 36 mit einem nicht weiter dargestellten Steuergerät verbunden ist. Der Lufteinlass 38 des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 32 ist seinerseits über einen weiteren Zuführungsabschnitt 40 an den Ausgang des Verdichters 42 des Abgasturboladers 22 angeschlossen.The electric charge air compressor 32 is powered by an electric motor 34 powered, in turn, via a signal and supply line 36 is connected to a control unit not shown. The air intake 38 of the electrically operated charge air compressor 32 is in turn via another feed section 40 to the output of the compressor 42 the exhaust gas turbocharger 22 connected.

Der Einlass des Verdichters 42 (Abgasturbolader) ist über einen Luftfilter 44 mit dem Eingang 46 der Ladeluftzuführung verbunden.The inlet of the compressor 42 (Exhaust gas turbocharger) is over an air filter 44 with the entrance 46 connected to the charge air supply.

Beim Start der Brennkraftmaschine 10 wird der elektrisch betriebene Ladeluftverdichter 32 zur Unterstützung des Abgasturboladers 22 im niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine aktiviert. Die Verdichterverhältnisse des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 32 und des Verdichters 42 des Abgasturboladers 22 ergänzen sich multiplikativ. Ein in 1 nicht dargestelltes, am Abgasturbolader üblicherweise vorhandenes, Schubumluftventil samt zugehöriger elektronischer Ansteuerung kann dazu verwendet werden, kurzzeitig in einer ersten Phase nach der Aktivierung des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 32 den Abgasturbolader zu umgehen, um eine Drosselung desselben zu vermeiden. Nach Ablauf dieser Phase kann das Ventil geschlossen werden, so dass die Ladeluft über den Verdichter 42 des Abgasturboladers 22 zum Einlass des Ladeluftverdichters 32 gelangt.At the start of the internal combustion engine 10 becomes the electrically operated charge air compressor 32 to support the exhaust gas turbocharger 22 activated in the lower speed range of the engine. The compressor ratios of the electrically operated charge air compressor 32 and the compressor 42 the exhaust gas turbocharger 22 complement each other multiplicatively. An in 1 Not shown, usually present on the exhaust gas turbocharger, diverter valve including associated electronic control can be used to briefly in a first phase after activation of the electrically operated charge air compressor 32 To bypass the exhaust gas turbocharger to avoid throttling the same. After this period, the valve can be closed so that the charge air through the compressor 42 the exhaust gas turbocharger 22 to the inlet of the charge air compressor 32 arrives.

In alternativen Ausführungsformen ist die Reihenfolge von Abgasturbolader und elektrisch betriebenem Hilfslader gegenüber der in 1 dargestellten Reihenfolge getauscht, so dass die zu verdichtende Ladeluft zuerst dem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter und anschließend dem Abgasturbolader zugeführt wird. In einer derartigen Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft weist der elektrisch angetriebene Ladeluftverdichter in vorteilhafter Weise eine Bypassvorrichtung auf, die es ermöglicht, im Bereich hoher Drehzahlen, den nicht mehr benötigten Zusatzverdichter mit möglichst geringen Druckverlusten zu umgehen.In alternative embodiments, the order of the exhaust gas turbocharger and the electrically operated auxiliary loader is different from that in FIG 1 exchanged shown order, so that the charge air to be compressed first the electrically driven auxiliary compressor and then the exhaust gas turbocharger is supplied. In such an embodiment of a device for compressing combustion air, the electrically driven charge air compressor advantageously has a bypass device which makes it possible, in the region of high rotational speeds, to avoid the additional compressors which are no longer required with the lowest possible pressure losses.

2 zeigt ein erstes, schematisiertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft in einer schematischen Darstellung. Vom Eingang 46 der Ladeluftzuführung gelangt die zu verdichtende Luft in den elektrisch angetriebenen Verdichter 32, in dem in bekannter Weise die Ladeluft verdichtet wird. Der Ladeluftverdichter 32 wird dazu von einem Elektroantrieb 34 angetrieben. Die verdichtete Ladeluft gelangt ausgangsseitig des elektrisch angetriebenen Ladeluftverdichters 32 über Verbindungsmittel 48 entweder direkt in den Verbrennungsraum 14 eines nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors oder, wie in 2 dargestellt in den Verdichtungsraum eines nachgeschalteten zweiten Verdichters 50, beispielsweise eines Abgasturboladers 52, der dann in bekannter Weise mit dem Brennraum des Verbrennungsmotors verbunden ist. 2 shows a first, schematic embodiment of a device according to the invention for the compression of combustion air in a schematic representation. From the entrance 46 the charge air supply passes the air to be compressed in the electrically driven compressor 32 in which the charge air is compressed in a known manner. The charge air compressor 32 This is done by an electric drive 34 driven. The compressed charge air passes on the output side of the electrically driven charge air compressor 32 via connecting means 48 either directly into the combustion chamber 14 a combustion engine, not shown, or, as in 2 represented in the compression space of a downstream second compressor 50 , For example, an exhaust gas turbocharger 52 , which is then connected in a known manner with the combustion chamber of the internal combustion engine.

Abstromseitig des Verdichters 32 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft nach dem Ausführungsbeispiel der 2 ein Überdruckventil 54 auf, welches über Verbindungsmittel 56 und 58 strömungstechnisch parallel zum Verdichter 32 geschaltet ist. Unterschreitet der am Verdichter 32 abgenommene Volumenstrom die Pumpgrenze der als Strömungsmaschine ausgebildeten Verdichtereinrichtung 32, so öffnet das geeignet gewählte Überdruckventil 54 und erlaubt somit ein definiertes Rückströmen des Arbeitsfluids auf die Ansaugseite des Verdichters 32. Der sich aufbauende Überdruck kann somit bedarfsgerecht auf das maximal zulässige Maß reduziert werden, ohne dass ein „Pumpen" des Verdichters 32 eintreten kann. Ist das Überdruckventil 54 geöffnet bzw. die Pumpgrenze der Strömungsmaschine 32 unterschritten, steht somit dennoch der maximal erzeugbare Druck am Druckstutzen 16 des Verbrennungsmotors an. Für die Aufladung des Brennraumes des Verbrennungsmotors bedeutet dies, dass unterhalb der Pumpgrenze stets der maximal erzeugbare Ladedruck für den Verbrennungsmotor zur Verfügung steht.Downstream of the compressor 32 has the inventive device for compression of combustion air according to the embodiment of the 2 a pressure relief valve 54 on which via connecting means 56 and 58 fluidically parallel to the compressor 32 is switched. Below that at the compressor 32 Volume flow removed the pumping limit of the compressor device designed as a turbomachine 32 , so opens the suitably selected pressure relief valve 54 and thus allows a defined backflow of the working fluid to the suction side of the compressor 32 , The resulting overpressure can thus be reduced as needed to the maximum permissible level, without any "pumping" of the compressor 32 can occur. Is the pressure relief valve 54 opened or the surge line of the turbomachine 32 is still below the maximum producible pressure at the discharge nozzle 16 of the internal combustion engine. For the charging of the combustion chamber of the internal combustion engine, this means that below the surge limit, the maximum charge pressure that can be generated for the internal combustion engine is always available.

Das Überdruckventil 54 ist während des Nennbetriebes des Verdichters 32, d.h. oberhalb der „Pumpgrenze" und unterhalb der „Stopfgrenze" des Verdichters geschlossen. Es verursacht in diesem Zustand lediglich Strömungsverluste, die auf die zur Applikation notwendigen Abzweigungsstücke 56 bzw. 58 zurückzuführen sind.The pressure relief valve 54 is during nominal operation of the compressor 32 , ie above the Closed "pump limit" and below the "Stopfgrenze" of the compressor. In this state, it merely causes flow losses which are due to the branch pieces required for the application 56 respectively. 58 are attributed.

Die Pumpgrenze des Strömungsverdichters 32 kann mit Hilfe des Überdruckventils 54 daher bis hin zu verschwindendem Luftmassenstrom unterschritten werden. Durch das selbstbetätigende Überdruckventil 54, welches die Druckseite mit der Saugseite der Strömungsmaschine 32 verbindet und ab einem definierten Grenzdruck ein Rückströmen des Arbeitsfluids über die Verbindungselemente 56 und 58 ermöglicht, wird der Strömungsverdichter 32 vor einer frühzeitigen Pumpneigung geschützt. Auf diese einfache Weise wird das an sich durch strömungsmechanische Effekte begrenzte Kennfeld des Verdichters 32 in vorteilhafter Weise erweitert.The surge limit of the flow compressor 32 can with the help of the pressure relief valve 54 therefore be fallen below to vanishing air mass flow. Through the self-actuating pressure relief valve 54 , which the pressure side with the suction side of the turbomachine 32 connects and from a defined limit pressure, a return flow of the working fluid through the connecting elements 56 and 58 allows, becomes the flow compressor 32 protected from an early tendency to pump. In this simple manner, the map of the compressor, which is limited in itself by flow-mechanical effects, becomes 32 extended in an advantageous manner.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft. Dabei sind gleiche Bauelemente wie im Ausführungsbeispiel nach 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. 3 shows a second embodiment of a device according to the invention for the compression of combustion air. The same components as in the embodiment according to 2 provided with the same reference numerals.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach 3 besteht ebenfalls aus einer Hintereinanderschaltung eines elektrisch angetriebenen Verdichters 32 und eines Abgasturboladers 52. Die zu verdichtende Luft wird über den Eingang 46 des Ladeluftsystems angesaugt und im elektrischen Verdichter 32 ein erstes Mal verdichtet und über Verbindungsmittel 48 dem Abgasturbolader 52 zugeführt. Die Verdichterverhältnisse des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 32 und des Verdichters des Abgasturboladers 52 ergänzen sich in beschriebener Weise multiplikativ.The device according to the invention 3 also consists of a series connection of an electrically driven compressor 32 and an exhaust gas turbocharger 52 , The air to be compressed is through the entrance 46 sucked in the charge air system and in the electric compressor 32 compacted a first time and via connecting means 48 the exhaust gas turbocharger 52 fed. The compressor ratios of the electrically operated charge air compressor 32 and the compressor of the exhaust gas turbocharger 52 complement each other in the manner described multiplicatively.

Vom Abgasturbolader 52 aus wird die verdichtete Ladeluft in bekannter Weise dem Brennraum eines Verbrennungsmotors zugeführt. Zwischen dem elektrisch betriebenen Verdichter 32 und dem Abgasturbolader 52 zweigen Verbindungsmittel 56 ab, die zu einem Überdruckventil 54 führen. Über Verbindungsmittel 60 ist das Überdruckventil 54 und somit die Verbindungsleitung 48 mit der Umwelt verbunden. Das gegebenenfalls über das aktivierte Überdruckventil 54 gemäß 3 abströmende Arbeitsfluid führt, da es an die Umwelt abgegeben wird, zu einem Massenstromdefekt im Ladeuftkreis der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Auf Grund dieses Massenstromdefektes ist es vorteilhaft, ein Messgerät 62 zur Erfassung des Luftmassenstroms stromabwärts der in 3 gezeigten Anordnung zu positionieren.From the exhaust gas turbocharger 52 from the compressed charge air is supplied in a known manner to the combustion chamber of an internal combustion engine. Between the electrically operated compressor 32 and the exhaust gas turbocharger 52 branches connecting means 56 from that to a pressure relief valve 54 to lead. About connecting means 60 is the pressure relief valve 54 and thus the connection line 48 connected to the environment. This optionally via the activated pressure relief valve 54 according to 3 Outflowing working fluid, since it is released to the environment, leads to a mass flow defect in the loading air circuit of the device according to the invention. Due to this mass flow defect, it is advantageous to have a measuring device 62 for detecting the air mass flow downstream of the in 3 to position shown arrangement.

Die Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft nach 3 ist vorteilhaft, wenn es auf Grund einer dauerhaften Öffnung des Überdruckventils 54 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 zu einer fortlaufenden Erwärmung des dann im Kreis geförderten Arbeitsfluids käme. Der auftretende Massenstromdefekt im Ladeluftkreis ist durch entsprechende Vorkehrungen jeweils zu ersetzen.The variant of the device according to the invention for the compression of combustion air after 3 is advantageous when due to a permanent opening of the pressure relief valve 54 according to the embodiment of the 2 would lead to a continuous heating of the then circulated in the working fluid. The occurring mass flow defect in the charge air circuit must be replaced by appropriate precautions.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.The inventive device is not on the embodiments shown in the drawings limited.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht beschränkt auf die Verwendung eines elektrisch angetriebenen Verdichters.The inventive device is not limited on the use of an electrically driven compressor.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ebenfalls nicht beschränkt auf die Verwendung eines zwei- oder mehrstufigen Verdichtungssystems.The inventive device is also not limited to the use of a two- or multi-stage compaction system.

Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht beschränkt auf die Kombination eines elektrisch betriebenen Verdichters mit einem klassischen Abgasturbolader.Especially is the device according to the invention not limited on the combination of an electrically operated compressor with a classic exhaust gas turbocharger.

Claims (10)

Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft, insbesondere zur Verdichtung von Verbrennungsluft für eine kraftfahrzeugtechnische Verbrennungsmaschine, mit mindestens einem Strömungsverdichter (32, 50), dadurch gekennzeichnet, dass abstromseitig des Verdichters (32, 50) ein Überdruckventil (54), insbesondere ein selbstbetätigendes Überdruckventil (54), vorgesehen ist.Device for compressing combustion air, in particular for compressing combustion air for a motor vehicle internal combustion engine, with at least one flow compressor ( 32 . 50 ), characterized in that downstream of the compressor ( 32 . 50 ) a pressure relief valve ( 54 ), in particular a self-actuating pressure relief valve ( 54 ), is provided. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (54) parallel zum Strömungsverdichter (32) angeordnet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the pressure relief valve ( 54 ) parallel to the flow compressor ( 32 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (54) derart geschaltet ist, dass es in die Umgebung abströmt.Apparatus according to claim 1, characterized in that the pressure relief valve ( 54 ) is switched such that it flows into the environment. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (62), insbesondere ein Sensor zur Erfassung des Luftmassenstroms abstromseitig des Überdruckventils (54) vorgesehen ist.Device according to claim 3, characterized in that a sensor ( 62 ), in particular a sensor for detecting the air mass flow downstream of the pressure relief valve ( 54 ) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsverdichter (32) ein elektrisch angetriebenen Verdichter ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flow compressor ( 32 ) is an electrically driven compressor. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Verdichter (50) abstromseitig des mindestens einen elektrisch angetriebenen Verdichters (32) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a further compressor ( 50 ) downstream of the at least one electrically driven compressor ( 32 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Verdichter (50) ein Abgasturbolader ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the further compressor ( 50 ) one Exhaust gas turbocharger is. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (54) zwischen dem mindestens einem elektrisch angetriebenen Strömungsverdichter (32) und dem weiteren Verdichter (50) abzweigt.Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the pressure relief valve ( 54 ) between the at least one electrically driven flow compressor ( 32 ) and the further compressor ( 50 ) branches off. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (54) bei einem vorgebbaren Druck öffnet.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure relief valve ( 54 ) opens at a predefinable pressure. Brennkraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Internal combustion engine ( 10 ) for a motor vehicle, with a device for compressing combustion air according to one of claims 1 to 9.
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