DE19637571A1 - Internal combustion engine with crankcase and at least one cylinder unit - Google Patents
Internal combustion engine with crankcase and at least one cylinder unitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und zumindest einer Zylindereinheit, die ein Ansaugsystem aufweist, dem von der Verdichterturbine eines Abgasturboladers Verbrennungsluft zuführbar ist, wo bei die Verbindungsleitung zwischen der Verdichterturbine des Abgasturbola ders und der Ansaugleitung zusätzlich mit dem Eingang eines weiteren Luft verdichters verbindbar ist und ein Verfahren zum Betreiben einer entsprechend ausgebildeten Brennkraftmaschine.The invention relates to an internal combustion engine with a crankcase and at least one cylinder unit that has an intake system that of the Compressor turbine of an exhaust gas turbocharger combustion air can be fed where in the connecting line between the compressor turbine of the exhaust gas turbola ders and the suction line additionally with the entrance of another air compressor is connectable and a method for operating a corresponding trained internal combustion engine.
Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der EP-A 0 369 189 bekannt. Diese Brennkraftmaschine ist zum Antrieb eines Personenkraftwagens vorgesehen und soll mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben werden. Zwischen dem Abgasturbolader und dem weiteren Luftverdichter ist eine Überschuß-Rückführ leitung vorgesehen, über die beim Überschreiten eines maximal zulässigen Ladedrucks die von dem Abgasturbolader erzeugte überschüssige Ladeluft auf die Saugseite des weiteren Luftverdichters geleitet wird. Dadurch kann eine Reduzierung der Antriebsleistung des weiteren Luftverdichters, der ansonsten mechanisch angetrieben ist, und ggfs. sogar ein Rückgewinn an mechanischer Arbeit durch den Betrieb des weiteren Luftverdichters als Kraftmaschine be wirkt werden.Such an internal combustion engine is known from EP-A 0 369 189. This Internal combustion engine is provided for driving a passenger car and should be operated with a fuel-air mixture. Between the Exhaust gas turbocharger and the other air compressor is an excess recirculation line provided over which the maximum permissible Boost pressure the excess charge air generated by the exhaust gas turbocharger the suction side of the further air compressor is directed. This can cause a Reduction of the drive power of the other air compressor, which otherwise is mechanically driven, and possibly even a recovery of mechanical Work by operating the additional air compressor as an engine be effective.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine anzugeben, de ren Betrieb über die geschilderten Vorteile beim Stand der Technik hinaus weiter optimiert ist. The invention has for its object an internal combustion engine and a Specify a method for operating such an internal combustion engine, de operation beyond the advantages described in the prior art is further optimized.
Diese Aufgabe wird entsprechend der ausgeführten Brennkraftmaschine da durch gelöst, daß der Luftverdichter ein Kompressor ist, an den ein Fremdluft verbraucher anschließbar ist. Dabei wird der Abgasturbolader so ausgelegt, daß ein wesentlich höherer Ladedruck erzeugt werden kann, als von der Brennkraftmaschine benötigt wird. Diese über die benötigte Ladeluft bereitge stellte Überschußluft wird dem Eingang des als Kompressor ausgebildeten Luftverdichter zugeführt. Die Baueinheit aus Brennkraftmaschine und Kom pressor ist beispielsweise auf Baustellen zum Betrieb von Luftverbrauchern, wie Stemmwerkzeugen oder sonstigen luftbetriebenen Arbeitsgeräten einsetz bar. Ein wesentlicher Unterschied gegenüber dem Stand der Technik liegt darin, daß durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wirkungsgrad ins gesamt deshalb gesteigert werden kann, weil die erzeugbare Überschußluft zum Antrieb von Fremdgeräten verwertet wird, während beim eingangs disku tierten Stand der Technik die erzeugbare Überschußluft ausschließlich zum Betrieb der Brennkraftmaschine verwertbar ist, d. h. in vielen Betriebszustän den wird die Überschußluft abgeblasen.This task is there according to the engine being executed solved by that the air compressor is a compressor to which a foreign air consumer can be connected. The exhaust gas turbocharger is designed so that that a much higher boost pressure can be generated than from the Internal combustion engine is needed. These are ready via the required charge air Excess air is placed at the entrance of the compressor Air compressor supplied. The unit consisting of the internal combustion engine and comm pressor is on construction sites for the operation of air consumers, such as mortising tools or other air-powered tools bar. There is a significant difference compared to the prior art in that the efficiency according to the invention ins can be increased overall because the excess air that can be generated is used to drive third-party devices, while the discu tated prior art, the excess air that can be generated only for Operation of the internal combustion engine is usable, d. H. in many operating states the excess air is blown off.
In Weiterbildung der Erfindung ist in die Verbindungsleitung zwischen der Verdichterturbine und der Ansaugleitung ein Regelventil eingeschaltet, daß eine Aufteilung des verdichteten Luftstroms in die Ansaugleitung und in den Kompressor steuert. Dieses Regelventil steuert bei Erreichen eines definierten Druckes hinter der Verdichterturbine derart, daß die über die benötigte Ladeluft zum Betrieb der Brennkraft hinausgehend erzeugte Überschußluft zu dem Kompressor abgeleitet wird. Dabei ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in die Luftzufuhrleitung von dem Regelventil zu dem Kompressor ein Schaltor gan eingesetzt, das den Lufteingang in den Kompressor von dem Regelventil zu einem Atmosphäreneingang umsteuern kann. Dieses Schaltorgan ist so eingestellt, daß - wenn die von der Verdichterturbine erzeugte Ladeluft aus schließlich zum Betrieb der Brennkraftmaschine benötigt wird und somit von dem Regelventil keine Überschußluft zu dem Kompressor geleitet wird, das Schaltorgan den Lufteingang zu dem Atmosphäreneingang - also einem freien Ansaugen - umsteuert. Sobald aber das Regelventil Überschußluft mit einem Druck in die Luftzufuhrleitung ableitet, der über dem Atmosphärendruck liegt, wird das Schaltorgan so eingestellt, daß diese erzeugte Überschußluft voll ständig dem Kompressor zugeführt wird. Reicht die geförderte Überschußluft menge in einem Übergangsbereich nicht aus, kann zusätzlich von dem Atmo sphäreneingang Luft angesaugt werden. In a development of the invention is in the connecting line between the Compressor turbine and the intake line a control valve turned on that a division of the compressed air flow into the intake line and in the Compressor controls. This control valve controls when a defined one is reached Pressure behind the compressor turbine such that the charge air required Excess air generated to operate the internal combustion to the Compressor is derived. In a further embodiment of the invention in the air supply line from the control valve to the compressor a switch gate Gan used the air inlet in the compressor from the control valve can switch to an atmosphere entrance. This switching element is like this set that - when the charge air generated by the compressor turbine is finally required to operate the internal combustion engine and thus by the control valve no excess air is directed to the compressor that Switching element the air inlet to the atmosphere inlet - i.e. a free one Intake - reversed. But as soon as the control valve excess air with a Discharges pressure into the air supply line which is above atmospheric pressure, the switching element is set so that this excess air generated is full is constantly fed to the compressor. Sufficient the extracted excess air not enough in a transition area, can also depend on the atmosphere spherical air intake.
Hierzu in Weiterbildung der Erfindung das Schaltorgan als Strahlpumpe gege benenfalls mit integriertem Schaltventil ausgebildet. Dabei wird die Strahl pumpe von der von dem Regelventil abgezweigten Überschußluft betrieben. Der Kompressor ist im übrigen so ausgelegt, daß er sowohl mit vorverdichteter Luft - also Überschußluft aus der Verdichterturbine - als auch mit atmosphäri schem Druck auf der Saugseite - also mit aus dem Atmosphäreneingang ange saugter Luft - betrieben werden kann.To this end, in a further development of the invention, the switching element is used as a jet pump possibly with an integrated switching valve. The beam pump operated by the excess air diverted from the control valve. The compressor is otherwise designed so that it is both pre-compressed Air - ie excess air from the compressor turbine - as well as with atmospheric chemical pressure on the suction side - that means with from the atmosphere inlet sucked air - can be operated.
In Weiterbildung der Erfindung ist dem ersten Abgasturbolader ein zweiter Ab gasturbolader vorgeschaltet. In diesem Falle sind der erste Abgasturbolader und der zweite Abgasturbolader so abgestimmt, daß sowohl die gewünschten Luftmengen als auch die angestrebten Drücke erreicht werden. Insbesondere bei dieser Ausbildung können bei Bedarf ausgangsseitig der Verdichterturbine des zweiten Abgasturboladers und ausgangsseitig der Verdichterturbine des ersten Abgasturboladers Zwischenkühler eingesetzt sein. Durch diese Zwi schenkühler wird die verdichtete Luft in bekannter Art und Weise abgekühlt.In a development of the invention, the first exhaust gas turbocharger is a second upstream gas turbocharger. In this case, the first turbocharger and the second turbocharger tuned so that both the desired Air volumes and the desired pressures can be achieved. Especially With this design, the compressor turbine can be output on the output side if necessary of the second exhaust gas turbocharger and the output side of the compressor turbine first exhaust gas turbocharger intercooler can be used. Through these two the compressed air is cooled in a known manner.
In Weiterbildung der Erfindung ist dem Kompressor ein Druckspeicher nachge schaltet. Dieser Druckspeicher wird während des Betriebs der Brennkraftma schine mit Luft gefüllt. Dabei ist der Druckspeicher in Weiterbildung der Erfin dung mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine über ein Steuerventil verbunden. Die Brennkraftmaschine wird zum Anfahren wie zuvor beschrieben betrieben. Bei Erreichen eines bestimmten Druckes in dem Druckspeicher wird über das Regelventil der Ausgang der Verdichterturbine ausschließlich auf den Lufteingang in den Kompressor geschaltet und die Brennkraftmaschine wird über das Steuerventil mit Ladeluft aus dem Drückspeicher versorgt. Der Lade luftdruck wird entsprechend dem leistungsabhängigen Bedarf der Brennkraft maschine über das Steuerventil geregelt.In a further development of the invention, the compressor has a pressure accumulator switches. This pressure accumulator is used during the operation of the internal combustion engine seem filled with air. The pressure accumulator is a further development of the Erfin with the intake system of the internal combustion engine via a control valve connected. The internal combustion engine is started up as described above operated. When a certain pressure is reached in the pressure accumulator via the control valve, the output of the compressor turbine only on the Air inlet switched into the compressor and the internal combustion engine supplied with charge air from the pressure accumulator via the control valve. The ark Air pressure is determined according to the performance-dependent need of the internal combustion engine machine regulated via the control valve.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele näher be schrieben sind.Further embodiments of the invention can be found in the description of the drawing remove in the exemplary embodiments shown in the figures be are written.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine erste Variante mit einem Abgasturbolader und einem Kompres sor, Fig. 1 shows a first variant with an exhaust gas turbocharger and a compres sor,
Fig. 2 eine Variante mit zwei Abgasturboladern und einem Kompressor und Fig. 2 shows a variant with two exhaust gas turbochargers and a compressor and
Fig. 3 eine Variante mit einem Abgasturbolader, einem Kompressor und einem nachgeschalteten Druckspeicher. Fig. 3 shows a variant with an exhaust gas turbocharger, a compressor and a downstream pressure accumulator.
Eine Brennkraftmaschine 1 nach Fig. 1 ist in bekannter Bauweise mit einem Kurbelgehäuse ausgestattet und weist zumindest eine, vorzugsweise vier oder sechs Zylindereinheit(en) auf. Diesen Zylindereinheiten wird über ein Einspritz system Brennstoff zugeführt, wobei die nötige Verbrennungsluft über ein An saugsystem den einzelnen Brennräumen der Zylindereinheiten zugeführt wird. Das Abgas verläßt die Zylindereinheiten über eine Abgasleitung. An der in dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 1 drehbar gelagerten Kurbelwelle ist eine Antriebswelle 2 befestigt, die den Verdichter eines Kompressors 3 an treibt. Dabei bilden die Brennkraftmaschine 1 und der Kompressor 3 eine Bau einheit, die beispielsweise als bewegliche oder fahrbare Einheit beispielsweise im Baubereich oder auch allgemein in der Industrie zum Betrieb von Luftver brauchern wie Stemmwerkzeugen oder sonstigen luftbetriebenen Arbeitsgerä ten einsetzbar ist.An internal combustion engine 1 of FIG. 1 is equipped in a known construction having a crankcase and has at least one, preferably four or six-cylinder unit (s) on. Fuel is supplied to these cylinder units via an injection system, the necessary combustion air being supplied to the individual combustion chambers of the cylinder units via an intake system. The exhaust gas leaves the cylinder units via an exhaust pipe. On the crankshaft rotatably mounted in the internal combustion engine 1 , a drive shaft 2 is fastened, which drives the compressor of a compressor 3 . The internal combustion engine 1 and the compressor 3 form a construction unit which can be used, for example, as a movable or mobile unit, for example in the construction sector or in general in industry for the operation of air consumers such as mortising tools or other air-powered work tools.
An das Abgassystem der Brennkraftmaschine 1 ist eine Abgasleitung 4a ange schlossen, die unter Einschaltung eines Absteuerventils 5 mit der Abgasturbine 6 eines Abgasturboladers 7 verbunden ist. Dabei steuert das Absteuerventil 5 eine Bypassleitung 8, die die Abgasleitung 4a vor der Abgasturbine 6 mit einer weiterführenden Abgasleitung 4b hinter der Abgasturbine 6 verbindet. Gesteu ert wird das Absteuerventil 5 in bekannter Weise in Abhängigkeit von Parame tern der Brennkraftmaschine 1, des Abgasturboladers 7 und der entsprechen den Luftströme. Dabei wird dem Absteuerventil 5 beispielsweise über eine Si gnalleitung 9 der von einem Sensor in einer nachfolgend erläuterten Verbin dungsleitung 10 gemessene Luftstrom und Luftdruck übermittelt. Die von der Abgasturbine 6 des Abgasturboladers 7 über eine Welle 11 angetriebene Ver dichterturbine 12 saugt Verbrennungsluft aus der Umgebung an und führt diese verdichtete Verbrennungsluft als Ladeluft über die Verbindungsleitung 10 dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine 1 zu. In die Verbindungsleitung 10 ist bei Bedarf ein Ladeluftkühler 13 eingeschaltet. Weiter ist in die Verbindungslei tung 10 ein Regelventil 14 eingesetzt, das über eine Luftzufuhrleitung 15 mit dem Lufteingang des Kompressors 3 verschaltet ist. Das Regelventil 14 ist stufenlos so schaltbar, daß der von der Verdichterturbine 12 gelieferte verdich tete Luftstrom in beliebigen Mengenströmen zu dem Ansaugsystem der Brenn kraftmaschine 1 und der Luftzufuhr zu dem Kompressor ausgeteilt werden kann. In die Luftzufuhrleitung 15 ist schließlich ein Schaltorgan 16 eingesetzt, daß bei Bedarf den Lufteingang in den Kompressor von dem Regelventil 14 zu einem Atmosphäreneingang 17 umsteuert. Dabei kann das Schaltorgang 16 als Strahlpumpe ggfs. mit einem integrierten Schaltventil ausgebildet sein. An den Luftausgang 18 des Kompressors 3 sind beliebige luftverbrauchende Werk zeuge oder Geräte anschließbar.At the exhaust system of the internal combustion engine 1 , an exhaust pipe 4 a is connected, which is connected to the exhaust gas turbine 6 of an exhaust gas turbocharger 7 when a control valve 5 is switched on. The control valve 5 controls a bypass line 8 , which connects the exhaust line 4 a in front of the exhaust gas turbine 6 with a further exhaust gas line 4 b behind the exhaust gas turbine 6 . The control valve 5 is controlled in a known manner as a function of parameters of the internal combustion engine 1 , of the exhaust gas turbocharger 7 and of the corresponding air flows. The control valve 5 is transmitted, for example via a signal line 9, the air flow and air pressure measured by a sensor in a connection line 10 explained below. The driven by the exhaust gas turbine 6 of the exhaust gas turbocharger 7 via a shaft 11 Ver dichterturbine 12 sucks combustion air from the environment and leads this compressed combustion air as charge air via the connecting line 10 to the intake system of the internal combustion engine 1 . If necessary, an intercooler 13 is switched on in the connecting line 10 . Furthermore, a control valve 14 is used in the connecting line 10 , which is connected via an air supply line 15 to the air inlet of the compressor 3 . The control valve 14 is infinitely switchable so that the compressed air supplied by the compressor turbine 12 can be distributed in any flow rate to the intake system of the internal combustion engine 1 and the air supply to the compressor. Finally, a switching element 16 is inserted into the air supply line 15 , which, if necessary, reverses the air inlet into the compressor from the control valve 14 to an atmosphere inlet 17 . The switching device 16 can optionally be designed as a jet pump with an integrated switching valve. At the air outlet 18 of the compressor 3 any air-consuming tools or devices can be connected.
Ergänzend ist in der Fig. 2 eine zweiter Abgasturbolader 7′ vorgesehen, der additiv zu dem ersten Abgasturbolader 7 geschaltet ist. Dadurch wird die Ab gasenergie zweifach ausgenutzt bzw. eine zweistufige Ladeluftverdichtung er möglicht.In addition, a second exhaust gas turbocharger 7 'is provided in FIG. 2, which is connected to the first exhaust gas turbocharger 7 . As a result, the exhaust gas energy is used twice or a two-stage charge air compression is made possible.
In Fig. 3 ist dem Kompressor 3 ein Druckspeicher 19 zugeordnet, dem die aus dem Luftausgang 18 kommende Luft ggfs. über einen Kühler 20 abgekühlt zu geführt wird. Aus diesem Druckspeicher 19 ist dann die Luft bei Bedarf ent nehmbar, wobei diese über einen Luftausgang 18′ auch dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine 1 zuführbar ist. Zur Mengensteuerung ist ein Steuer ventil 21 vorgesehen.In Fig. 3, the compressor 3 is assigned a pressure accumulator 19 , to which the air coming from the air outlet 18 , if necessary, is cooled and fed to a cooler 20 . From this pressure accumulator 19 , the air can then be removed if required, and this can also be fed to the intake system of the internal combustion engine 1 via an air outlet 18 '. A control valve 21 is provided for quantity control.
Zur allgemeinen Funktion der Erfindung ist festzuhalten, daß der bzw. die Ab gasturbolader 7, 7′ so ausgelegt ist/sind, daß ein wesentlich höherer Luftstrom lieferbar ist, als von der Brennkraftmaschine 1 zum Betrieb benötigt wird. Die ser "überschüssige" Luftstrom wird einem von der Brennkraftmaschine 1 be triebenen Kompressor 3 zugeführt. Der Kompressor 3 weist somit gegenüber einem freien Ansaugen aus der Umgebung einen höheren Luftfördergrad auf. Dabei kann das Gesamtsystem aber in beliebiger Art abgestimmt sein. So ist es möglich - wie zuvor ausgeführt - das System auf einen erhöhten Luftförder grad einzustellen oder aber auch bei unverändertem Luftfördergrad kann der Leistungsbedarf zum Antrieb des Kompressors 3 reduziert werden. Selbstver ständlich kann das System so ausgelegt sein, daß hier je nach Bedarf eine manuelle oder automatische Umstellung erfolgt.For the general function of the invention it should be noted that the gas turbine or the gas turbocharger 7 , 7 'is / are designed so that a much higher air flow is available than is required by the engine 1 for operation. The water "excess" air flow is supplied to a compressor 3 be operated by the internal combustion engine 1 . The compressor 3 thus has a higher air delivery rate than free suction from the surroundings. The overall system can be coordinated in any way. Thus, it is possible - as stated above - to set the system to an increased air delivery rate, or even if the air delivery rate remains unchanged, the power requirement for driving the compressor 3 can be reduced. Of course, the system can be designed so that a manual or automatic changeover takes place as required.
Claims (8)
dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasturbolader (7, 7′) so ausgelegt ist, daß der erzeugbare Ladeluftdruck höher als der von der Brennkraftmaschine (1) benötigte Ladeluftdruck ist und daß die über die benötigte Ladeluft erzeugte Überschußluft einem als Kompressor (3) ausgebildeten Luftverdichter zuführ bar ist.8. A method for operating an internal combustion engine with a crankcase and at least one cylinder unit which has an intake system to which combustion air can be fed from the compressor turbine of an exhaust gas turbocharger, the connecting line between the compressor turbine of the exhaust gas turbocharger and the intake line additionally having the input of a further air compressor is connectable
characterized in that the exhaust gas turbocharger ( 7 , 7 ') is designed such that the charge air pressure which can be generated is higher than the charge air pressure required by the internal combustion engine ( 1 ) and that the excess air generated via the charge air required leads to an air compressor designed as a compressor ( 3 ) is cash.
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