DE202008014030U1 - Internal combustion engine with a turbocharger - Google Patents

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Abstract

Verbrennungsmotor (10) mit einem Turbolader (11), wobei ein Abgasauslass (15) des Verbrennungsmotors (10) mittels einer Abgasleitung (19) mit einer Turbine (12) des Turboladers (11) und ein Verdichter (13) für die Verbrennungsluft mittels einer Druckleitung (16) mit mindestens einem Lufteinlass (14) des Verbrennungsmotors (10) verbunden sind, und mit einer Abgasrückführleitung (22), durch die ein Anteil des Abgases der Druckleitung (16) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasleitung (19) ein Wirbelrohr (1) angeordnet ist, das eine an den Abgasauslass (15) angeschlossene Eingangsöffnung (9), einen Heißgasaustritt (H) und einen den Beginn der Abgasrückführleitung (22) bildenden Kaltgasaustritt (K) umfasst.An internal combustion engine (10) with a turbocharger (11), wherein an exhaust gas outlet (15) of the internal combustion engine (10) by means of an exhaust pipe (19) with a turbine (12) of the turbocharger (11) and a compressor (13) for the combustion air by means of a Pressure line (16) with at least one air inlet (14) of the internal combustion engine (10) are connected, and with an exhaust gas recirculation line (22) through which a portion of the exhaust gas of the pressure line (16) is supplied, characterized in that in the exhaust pipe (19 ) a vortex tube (1) is arranged, which comprises a to the exhaust gas outlet (15) connected to the inlet opening (9), a hot gas outlet (H) and the beginning of the exhaust gas recirculation line (22) forming the cold gas outlet (K).

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Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The The invention relates to an internal combustion engine with a turbocharger the type specified in the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

In Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren ist bei bestimmten Betriebszuständen eine höhere Abgastemperatur wünschenswert. Außerdem werden Bauteile der Abgasanlage durch die im Abgas mitgeführten Partikel belastet.In Exhaust systems of internal combustion engines is a certain operating conditions higher exhaust gas temperature desirable. Furthermore become components of the exhaust system by the entrained in the exhaust particles loaded.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln eine Anhebung der Abgastemperatur und eine Abscheidung von Partikeln im Abgasstrom möglich ist.Of the The present invention is based on the object of an internal combustion engine to provide with a turbocharger of the type mentioned, in which by simple means an increase in the exhaust gas temperature and a separation of particles in the exhaust stream is possible.

Diese Aufgabe wird durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is by an internal combustion engine with the characteristics of Claim 1 solved.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Besonders zweckmäßig ist die Anhebung der Eintrittstemperatur vor der Turbine des Abgasturboladers sowie die Abscheidung von Partikeln vor der Turbine. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, dass der Heißgasaustritt des Wirbelrohres mit der Turbine verbunden ist. Besonders bei geringen Abgasmassenströmen wirkt sich eine höhere Eintrittstemperatur der Turbine günstig auf den Wirkungsgrad aus. Es ist jedoch auch möglich, dass der Heißgasaustritt mit einer nachgeschalteten Reinigungsstufe einer Abgasanlage verbunden ist. Dabei kann es sich um einen Katalysator handeln, der zur Reinigung eine bestimmte Temperatur des Abgases benötigt. Die Reinigungsstufe kann auch ein Partikelfilter sein, der in bestimmten Abständen oder je nach Belastung freigebrannt werden muss. Durch die Vorabscheidung von Partikeln im Wirbelrohr wird die Belastung des Partikelfilters reduziert.Especially is appropriate the increase of the inlet temperature in front of the turbine of the exhaust gas turbocharger and the separation of particles in front of the turbine. To this end It is suggested that the hot gas outlet of the vortex tube connected to the turbine. Especially at low exhaust gas mass flows a higher one Inlet temperature of the turbine low on the efficiency out. However, it is also possible that the hot gas outlet connected to a downstream purification stage of an exhaust system is. It may be a catalyst for cleaning a certain temperature of the exhaust gas needed. The cleaning stage can Also, be a particulate filter at specific intervals or must be burned depending on the load. By the pre-separation of particles in the vortex tube becomes the load of the particulate filter reduced.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vor dem Eingang des Wirbelrohres eine Bypassleitung angeschlossen, die stromab des Heißgasaustritts in die Abgasleitung mündet. Dies hat den Vorteil, dass im Volllastfall das Wirbelrohr durch den Bypass überbrückt wird, da es sonst zu Drosselverlusten vor der Turbine des Abgasturboladers kommt bzw. eine Erhöhung der Ausschiebearbeit des Kolbens die Folge ist. Um eine Rückströmung in Richtung auf den Verbrennungsmotor zu vermeiden, ist in der Bypassleitung ein Schaltventil oder unter Umständen auch ein Rückschlagventil zweckmäßig.According to one Another embodiment is in front of the entrance of the vortex tube Bypass line connected downstream of the hot gas outlet in the exhaust pipe empties. This has the advantage that in full load case, the vortex tube the bypass is bypassed, otherwise there will be throttling losses in front of the turbocharger turbine comes or an increase the Ausschiebearbeit the piston is the result. To get a backflow in Direction to avoid the internal combustion engine is in the bypass line a switching valve or possibly also a check valve appropriate.

Vorzugsweise ist in der Druckleitung stromab des Verdichters ein Ladeluftkühler angeordnet und die Abgasrückführleitung mündet stromab des Ladeluftkühlers in die Druckleitung. Damit wird der Druckluft ein Abgasanteil mit reduzierter Temperatur zugeführt. Zur weiteren Absenkung der Temperatur des zugeführten Abgases kann ein Wärmetauscher in der Abgasrückführleitung vorgesehen sein. Um eine Rückströmung in Richtung auf den Abgasauslass des Verbrennungsmotors zu vermeiden, wird in der Abgasrückführleitung ein Rückschlagventil angeordnet.Preferably is arranged in the pressure line downstream of the compressor, a charge air cooler and the exhaust gas recirculation line ends downstream of the intercooler in the pressure line. Thus, the compressed air is an exhaust gas part with supplied reduced temperature. To further reduce the temperature of the supplied exhaust gas, a heat exchanger in the exhaust gas recirculation line be provided. To get a backflow in To avoid direction to the exhaust outlet of the internal combustion engine is in the exhaust gas recirculation line a check valve arranged.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.One embodiment The invention is explained below with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 einen Längsschnitt durch ein Wirbelrohr, 1 a longitudinal section through a vortex tube,

2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in 1, 2 a section along the line II-II in 1 .

3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 1, 3 a section along the line III-III in 1 .

4 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit Turbolader und Wirbelrohr in der Abgasleitung. 4 a schematic representation of an internal combustion engine with turbocharger and vortex tube in the exhaust pipe.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) the invention

In 1 ist der Längsschnitt durch ein Wirbelrohr 1 gezeigt, das aus einem Rohrkörper 2, einer stirnseitigen Platte 3 mit einer zentrischen axialen Öffnung 4 und einem an der anderen Stirnseite angeordneten Verschlussstopfen 5 besteht. Der Verschlussstopfen 5 weist einen in den Rohrkörper 2 ragenden zentrischen Kegel 6 auf, zu dem benachbart im Rohrkörper 2 radiale Öffnungen 7 angeordnet sind. Wie in der Zusammenschau der 1 und 2 ersichtlich ist, ist am Rohrkörper 2 nahe der Platte 3 ein tangential zum Querschnitt und senkrecht zu einer Längsachse L verlaufender Einlassstutzen 8 mit einer Einlassöffnung 9 vorgesehen. Die zentrische Öffnung 4 wird als Kaltgasaustritt K und die radialen Öffnungen 7 werden als Heißgasaustritt H bezeichnet. Aus 3 wird deutlich, dass über den Umfang des Rohrkörpers 2 gleichmäßig verteilt vier radiale Öffnungen 7 vorgesehen sind, die den Heißgasaustritt H bilden.In 1 is the longitudinal section through a vortex tube 1 shown that from a tubular body 2 , a front plate 3 with a central axial opening 4 and a closure plug arranged on the other end side 5 consists. The sealing plug 5 has one in the tubular body 2 protruding centric cone 6 on, to the adjacent in the tubular body 2 radial openings 7 are arranged. As in the synopsis of 1 and 2 it can be seen is on the tubular body 2 near the plate 3 a tangent to the cross section and perpendicular to a longitudinal axis L extending inlet nozzle 8th with an inlet opening 9 intended. The centric opening 4 is called cold gas outlet K and the radial openings 7 are referred to as hot gas outlet H. Out 3 it becomes clear that over the circumference of the tubular body 2 evenly distributed four radial openings 7 are provided, which form the hot gas outlet H.

Das Wirkprinzip des Wirbelrohres 1 wird anhand der 1 bis 3 wie folgt beschrieben. Der tangential zum Querschnitt und senkrecht zur Längsachse L in den Rohrkörper 2 eingeblasene Luftstrom wird in zwei Luftströme zerlegt, von denen einer durch die axiale Öffnung 4 und der andere durch die Öffnungen 7 austritt. Die Temperatur des durch die Öffnung 4 bzw. den Kaltgasaustritt K aus dem Wirbelrohr 1 austretenden Teilstromes liegt niedriger als die Temperatur des Eingangsstromes an der Einlassöffnung 9 und die Temperatur des durch die Öffnungen 7 bzw. den Heißgasaustritt H austretenden Teilstromes liegt höher als die Temperatur des Eingangsstromes.The operating principle of the vortex tube 1 is determined by the 1 to 3 described as follows. The tangential to the cross section and perpendicular to the longitudinal axis L in the tubular body 2 blown air stream is decomposed into two air streams, one of which through the axial opening 4 and the other through the openings 7 exit. The temperature of the through the opening 4 or the cold gas outlet K from the vortex tube 1 leaking partial flow is lower than the temperature of the inlet flow at the inlet opening 9 and the temperature of the through the openings 7 or the hot gas outlet H exiting partial flow is higher than the temperature of the input stream.

Die 4 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Turbolader 11, der eine Turbine 12 und einen Verdichter 13 umfasst. Am Verbrennungsmotor 10 sind Lufteinlässe 14 und Abgasauslässe 15 vorgesehen, und zwar je Zylinder ein Lufteinlass 14 und ein Abgasauslass 15. In einer aus mehreren Abschnitten bestehenden Druckleitung 16 befindet sich ein Luftfilter 17. Der Verdichter 13 und ein Ladeluftkühler 18 sind stromab des Ladeluftkühlers 18 mit der Druckleitung 16 an die Lufteinlässe 14 angeschlossen.The 4 schematically shows an internal combustion engine 10 with a turbocharger 11 that a turbine 12 and a compressor 13 includes. At the internal combustion engine 10 are air inlets 14 and exhaust outlets 15 provided, and per cylinder an air intake 14 and an exhaust outlet 15 , In a pressure line consisting of several sections 16 there is an air filter 17 , The compressor 13 and a charge air cooler 18 are downstream of the intercooler 18 with the pressure line 16 to the air inlets 14 connected.

Von den Abgasauslässen 15 führt eine aus mehreren Abschnitten bestehende Abgasleitung 19 zu der Turbine 12. In der Abgasleitung 19 ist das Wirbelrohr 1 gemäß Darstellung in 1 bis 3 angeordnet, wobei der Einlassstutzen mit den Abgasauslässen 15 verbunden ist. Von dem Heißgasaustritt H führt die Abgasleitung 19 zur Turbine 12. Vor dem Einlassstutzen kann von der Abgasleitung 19 eine Bypassleitung 20 abzweigen, in der ein Rückschlagventil 21 angeordnet ist. Die Bypassleitung 20 mündet stromab des Heißgasaustritts H in die Abgasleitung 19.From the exhaust outlets 15 leads an exhaust pipe consisting of several sections 19 to the turbine 12 , In the exhaust pipe 19 is the vortex tube 1 as shown in 1 to 3 arranged, wherein the inlet nozzle with the exhaust gas outlets 15 connected is. From the hot gas outlet H leads the exhaust pipe 19 to the turbine 12 , In front of the inlet port can from the exhaust pipe 19 a bypass line 20 branch off, in which a check valve 21 is arranged. The bypass line 20 opens downstream of the hot gas outlet H in the exhaust pipe 19 ,

An den Kaltgasaustritt K des Wirbelrohres 1 kann eine Abgasrückführleitung 22 angeschlossen sein, in der ein Rückschlagventil 23 und ein Wärmetauscher 24 angeordnet sind und die stromab des Ladeluftkühlers 18 in die Druckleitung 16 mündet. Der Wärmetauscher 24 dient zur weiteren Reduzierung der Temperatur des rückgeführten Abgases.To the cold gas outlet K of the vortex tube 1 can be an exhaust gas recirculation line 22 be connected, in which a check valve 23 and a heat exchanger 24 are arranged and the downstream of the intercooler 18 in the pressure line 16 empties. The heat exchanger 24 serves to further reduce the temperature of the recirculated exhaust gas.

Wesentlich ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung die Anordnung des Wirbelrohres 1 in der Abgasleitung 19 vor der Turbine 12, wobei die Turbine 12 an den Heißgasaustritt H angeschlossen ist. Dadurch wird die Eintrittstemperatur vor der Turbine 12 erhöht und es werden mögliche Partikel abgeschieden, da auf Grund der im Rohrkörper 2 in Umfangsrichtung geführten Luftströmung die Partikel durch Zentrifugalkraft abgeschieden werden. Die Partikel werden mittels Austrag abgeführt.It is essential in the present embodiment of the invention, the arrangement of the vortex tube 1 in the exhaust pipe 19 in front of the turbine 12 , where the turbine 12 is connected to the hot gas outlet H. This will set the inlet temperature in front of the turbine 12 increases and possible particles are deposited, because of the in the tubular body 2 In the circumferential direction guided air flow, the particles are separated by centrifugal force. The particles are removed by means of discharge.

Besonders bei geringen Abgasmassenströmen wirkt sich eine höhere Eintrittstemperatur der Turbine 12 günstig auf den Wirkungsgrad aus. Deshalb führt diese Maßnahme vor allem im Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors 10 zu deutlichen Verbesserungen. Die durch den geringeren Massenstrom abnehmende Abgasenthalpie wird durch Temperaturanhebung kompensiert oder erhöht. Im Volllastfall kann das Wirbelrohr 1 durch den Bypass 20 überbrückt werden, um Drosselverluste vor der Turbine 12 des Abgasturboladers 11 zu vermeiden und weil es zur Erhöhung der Ausschiebearbeit des Kolbens und damit zu Verlusten kommen könnte.Especially at low exhaust gas mass flows, a higher inlet temperature of the turbine affects 12 low on the efficiency. Therefore, this measure mainly in part-load operation of the internal combustion engine 10 to significant improvements. The decreasing exhaust gas enthalpy due to the lower mass flow is compensated or increased by raising the temperature. In full load, the vortex tube 1 through the bypass 20 be bridged to throttle losses in front of the turbine 12 the exhaust gas turbocharger 11 to avoid and because it could lead to increase the Ausschiebearbeit the piston and thus to losses.

Der Kaltluftstrom wird im Beispiel der 4 in den Abgasrückführungskreislauf eingeleitet. Das rückgeführte Abgas kommt bereits abgekühlt vom Wirbelrohr 1, wodurch der Wärmetauscher 24 in der Abgasrückführleitung 22 entlastet wird bzw. für eine geringere Leistung ausgelegt sein kann.The cold air flow is in the example of 4 introduced into the exhaust gas recirculation loop. The recirculated exhaust gas comes already cooled from the vortex tube 1 , causing the heat exchanger 24 in the exhaust gas recirculation line 22 is relieved or can be designed for a lower performance.

Gemäß einer Ausführungsvariante kann der Abgasstrom so aufgeteilt werden, dass bereits vor dem Wirbelrohr eine Abgasleitung zu der Turbine abzweigt und an den Heißgasaustritt eine weitere Abgasleitung angeschlossen ist, die zu einer Reinigungsstufe einer Abgasanlage, beispielsweise einem Partikelfilter oder Katalysator führt.According to one variant the exhaust gas flow can be divided so that even before the vortex tube an exhaust pipe branches off to the turbine and to the hot gas outlet another exhaust pipe is connected, leading to a purification stage an exhaust system, such as a particulate filter or catalyst leads.

Claims (9)

Verbrennungsmotor (10) mit einem Turbolader (11), wobei ein Abgasauslass (15) des Verbrennungsmotors (10) mittels einer Abgasleitung (19) mit einer Turbine (12) des Turboladers (11) und ein Verdichter (13) für die Verbrennungsluft mittels einer Druckleitung (16) mit mindestens einem Lufteinlass (14) des Verbrennungsmotors (10) verbunden sind, und mit einer Abgasrückführleitung (22), durch die ein Anteil des Abgases der Druckleitung (16) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasleitung (19) ein Wirbelrohr (1) angeordnet ist, das eine an den Abgasauslass (15) angeschlossene Eingangsöffnung (9), einen Heißgasaustritt (H) und einen den Beginn der Abgasrückführleitung (22) bildenden Kaltgasaustritt (K) umfasst.Internal combustion engine ( 10 ) with a turbocharger ( 11 ), wherein an exhaust outlet ( 15 ) of the internal combustion engine ( 10 ) by means of an exhaust pipe ( 19 ) with a turbine ( 12 ) of the turbocharger ( 11 ) and a compressor ( 13 ) for the combustion air by means of a pressure line ( 16 ) with at least one air inlet ( 14 ) of the internal combustion engine ( 10 ), and with an exhaust gas recirculation line ( 22 ), through which a portion of the exhaust gas of the pressure line ( 16 ), characterized in that in the exhaust pipe ( 19 ) a vortex tube ( 1 ) is arranged, the one to the exhaust gas outlet ( 15 ) connected input opening ( 9 ), a hot gas outlet (H) and the beginning of the exhaust gas recirculation line ( 22 ) forming cold gas outlet (K). Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasaustritt (H) mit der Turbine (12) verbunden ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the hot gas outlet (H) with the turbine ( 12 ) connected is. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasaustritt (H) mit einer nachgeschalteten Reinigungsstufe einer Abgasanlage verbunden ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized that the hot gas outlet (H) with a downstream cleaning stage of an exhaust system connected is. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsstufe ein Partikelfilter ist.Internal combustion engine according to claim 3, characterized that the purification stage is a particle filter. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Eingangsöffnung (9) des Wirbelrohres (1) eine Bypassleitung (20) angeschlossen ist, die stromab des Heißgasaustritts (H) in die Abgasleitung (19) mündet.Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that in front of the inlet opening ( 9 ) of the vortex tube ( 1 ) a bypass line ( 20 ) is connected downstream of the hot gas outlet (H) in the exhaust pipe ( 19 ) opens. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypassleitung (20) ein Ventil, insbesondere ein Schaltventil oder ein Rückschlagventil (21), angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that in the bypass line ( 20 ) a valve, in particular a switching valve or a check valve ( 21 ) is arranged. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckleitung (16) stromab des Verdichters (13) ein Ladeluftkühler (18) angeordnet ist und die Abgasrückführleitung (22) stromab des Ladeluftkühlers (18) in die Druckleitung (16) mündet.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the pressure line ( 16 ) downstream of the compressor ( 13 ) a charge air cooler ( 18 ) is arranged and the exhaust gas recirculation line ( 22 ) downstream of the intercooler ( 18 ) into the pressure line ( 16 ) opens. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (22) ein Wärmetauscher (24) zur Reduzierung der Temperatur des rückgeführten Abgases vorgesehen ist.Internal combustion engine according to claim 7, characterized in that in the exhaust gas recirculation line ( 22 ) a heat exchanger ( 24 ) is provided for reducing the temperature of the recirculated exhaust gas. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (22) ein Rückschlagventil (23) angeordnet ist.Internal combustion engine according to one of claims 7 or 8, characterized in that in the exhaust gas recirculation line ( 22 ) a check valve ( 23 ) is arranged.
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