DE202011110100U1

DE202011110100U1 - Charged internal combustion engine

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Publication number: DE202011110100U1
Application number: DE202011110100U
Authority: DE
Original assignee: UDO MAILAENDER GmbH; Udo Mailander GmbH
Current assignee: UDO MAILAENDER GmbH; Udo Mailander GmbH
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-11-19
Anticipated expiration: 2021-05-31

Abstract

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Abgassammler und einem Ladeluftsammler jeweils für sämtliche Brennräume, mehreren in Abhängigkeit von der Leistung der Brennkraftmaschine gestaffelt mit ihrer Abgasturbine an den Abgassammler über je ein Abgasventil anschaltbaren und abschaltbaren Abgasturboladern, einem von einem gesonderten Motor angetriebenen Hilfskompressor, Ventileinrichtungen zum Umsteuern der Überbrückungsluft des Hilfskompressors und der Verdichterluft des im Staffelbetrieb hinzutretenden jeweiligen Abgasturboladers in Abhängigkeit von der Drehzahl dieses Abgasturboladers und dem Ladeluft-Arbeitsdruck und mit einem Rechner mit abgespeichertem Anforderungsprofil zum Schalten der Abgasventile, der Ventileinrichtungen und des Motors des Hilfskompressors, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ventileinrichtung ein zwischen dem Ladeluftausgang des Verdichters (28) des Abgasturboladers (14, 15, 16) und dem Ladeluftsammler (13) eingefügtes Hauptluftventil (26) und ein zwischen dem Ladeluftausgang des Verdichters (28) und dem Hauptluftventil (26) angeschlossenes und zum Lufteingang des Hilfskompressors (32) führendes Hilfsluftventil (27) aufweist, der Hilfskompressor (32) ausgangsseitig an den Ladeluftsammler (13) angeschlossen ist und die Hauptluftventile (26) und die Hilfsluftventile...Supercharged internal combustion engine with one exhaust gas collector and one charge air collector each for all combustion chambers, several staggered depending on the performance of the internal combustion engine with their exhaust gas turbine on the exhaust gas collector via an exhaust gas valve, each of which can be switched on and off with an exhaust gas turbocharger, an auxiliary compressor driven by a separate motor, and valve devices for reversing the overpressure of the auxiliary compressor and the compressor air of the respective exhaust gas turbocharger to be added in relay operation depending on the speed of this exhaust gas turbocharger and the charge air working pressure and with a computer with a stored requirement profile for switching the exhaust gas valves, the valve devices and the motor of the auxiliary compressor, characterized in that each valve device is one between the charge air outlet of the compressor (28) of the exhaust gas turbocharger (14, 15, 16) and the charge air collector (13) inserted main air valve (26) and a zwis Chen the auxiliary air valve (27) connected to the charge air outlet of the compressor (28) and the main air valve (26) and leading to the air inlet of the auxiliary compressor (32), the auxiliary compressor (32) is connected on the outlet side to the charge air collector (13) and the main air valves (26) and the auxiliary air valves ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Abgassammler und einem Ladeluftsammler jeweils für sämtliche Brennräume, mehreren in Abhängigkeit von der Leistung der Brennkraftmaschine gestaffelt mit ihrer Abgasturbine an den Abgassammler über je ein Abgasventil anschaltbaren und abschaltbaren Abgasturboladern, einem von einem gesonderten Motor angetriebenen Hilfskompressor, Ventileinrichtungen zum Umsteuern der Überbrückungsluft des Hilfskompressors und der Verdichterluft des im Staffelbetrieb hinzutretenden jeweiligen Abgasturboladers in Abhängigkeit von der Drehzahl dieses Abgasturboladers und dem Ladeluft-Arbeitsdruck und mit einem Rechner mit abgespeichertem Anforderungsprofil zum Schalten der Abgasventile, der Ventileinrichtungen und des Motors des Hilfskompressors.The invention relates to a supercharged internal combustion engine with an exhaust manifold and a charge air collector each for all combustion chambers, several staggered depending on the performance of the internal combustion engine with its exhaust turbine to the exhaust manifold via one exhaust valve connectable and disconnectable exhaust gas turbochargers, driven by a separate engine auxiliary compressor Valve means for reversing the bridging air of the auxiliary compressor and the compressor air of the respective exhaust gas turbocharger in staggered operation as a function of the speed of this exhaust gas turbocharger and the charge air working pressure and with a computer with stored requirement profile for switching the exhaust valves, the valve means and the engine of the auxiliary compressor.

Durch die Zuhilfenahme der Aufladung lässt sich in einem kleinen Verbrennungsmotor die Leistung eines ansonsten erheblich größeren Verbrennungsmotors verwirklichen. Im Falle einer vorgegebenen Nennleistung kann der Motor aufgrund seiner Aufladung beträchtlich verkleinert werden. Bei der Aufladung von Verbrennungsmotoren mit Abgasturboladern ergibt sich der Zielkonflikt, dass einerseits durch die Aufladung eine Steigerung der Nennleistung ermöglicht wird und andererseits dazu die geometrisch-mechanische Verdichtung proportional zur gewünschten Nennleistungssteigerung herabgesetzt werden muss. Durch die Herabsetzung der geometrisch-mechanischen Verdichtung lässt aber die Leistung bzw. das Drehmoment des aufgeladenen Verbrennungsmotors im unteren Drehzahlbereich überproportional nach, was auf die bei Abgasturboladern sehr spitzige Leistungskurve in ihrem eigenen Betriebsdrehzahldiagramm zurückzuführen ist. Eine Strömungsmaschine kann nur innerhalb eines sehr schmalen Drehzahlbereichs eine optimale Strömung und damit eine hohe Leistung erbringen. Das ist das Gegenteil dessen, was man beim Verbrennungsmotor in Landfahrzeugen für die Darstellung einer Zugkrafthyperbel anstrebt. Durch den Einsatz mehrerer Abgasturbolader kann jedoch sowohl die Betriebsdrehzahlspanne des Verbrennungsmotors als auch die spezielle volumetrische Arbeitsgröße des Abgasturboladers aufgeteilt werden. Das demzufolge zeitlich versetzte Hinzuschalten der Abgasturbolader führt allerdings leicht das Aufladesystem in den Bereich des Pumpens und zum Zusammenbruch der Ladeluftströmung im hinzugeschalteten Verdichter, wenn beispielsweise die vom zweiten Verdichter mit sehr geringem Druck zunächst über ein Abblaseventil ins Freie strömende Luft in den bereits unter dem vollen Druck des ersten Verdichters stehenden Ladeluftsammler des Verbrennungsmotors gelangen soll, also von einer Strömungsmaschine mit relativ großer Strömungsgeschwindigkeit und geringer Druckaufbaumöglichkeit zu einer Kolbenmaschine mit relativ kleiner Strömungsgeschwindigkeit und relativ hoher Druckaufbaumöglichkeit.By using the supercharging can be realized in a small combustion engine, the performance of an otherwise much larger internal combustion engine. In the case of a given rated power, the motor can be considerably reduced due to its charge. When charging internal combustion engines with exhaust gas turbochargers, the conflict of objectives that on the one hand by the charging an increase in the rated power is made possible and on the other hand, the geometric-mechanical compression must be reduced in proportion to the desired nominal power increase. By reducing the geometrical-mechanical compression but the performance and the torque of the supercharged internal combustion engine in the lower speed range disproportionately, which is due to the very pointed power curve in exhaust gas turbochargers in their own operating speed diagram. A turbomachine can provide optimal flow and thus high performance only within a very narrow speed range. This is the opposite of what is the aim of the internal combustion engine in land vehicles for the representation of a traction power hyperbola. However, by using a plurality of exhaust gas turbochargers, both the operating speed range of the internal combustion engine and the specific volumetric working size of the exhaust gas turbocharger can be divided. However, the temporally staggered addition of the exhaust gas turbocharger easily leads the charging system in the pumping and collapse of the charge air flow in connected compressor, for example, when the second compressor with very low pressure first via a blow-off valve into the air flowing into the already under the full Pressure of the first compressor stationary charge air collector of the internal combustion engine to get, so from a turbomachine with a relatively high flow rate and low pressure build-up possibility to a piston engine with relatively low flow velocity and relatively high pressure build-up.

Mechanische Verdrängerlader, die vom Verbrennungsmotor selbst oder von einem gesonderten Motor angetrieben sein können, fördern leicht die für den Leerlauf des Verbrennungsmotors benötigte Luft, können aber im Hochlast-Hochdrehzahl-Bereich des Verbrennungsmotors nicht mit einem Abgasturbolader konkurrieren. Deshalb ist es üblich, an einer Brennkraftmaschine die jeweiligen Vorteile eines Abgasturboladers und eines Verdränger-Kompressors durch eine Serienschaltung oder eine Parallelschaltung der beiden Lader zu kombinieren. Dies gilt insbesondere zur Bekämpfung des sogenannten Turbolochs, welches entsteht, wenn beim Anlaufen des Verbrennungsmotors ein alleiniger oder erster Abgasturbolader wegen des schleppend ansteigenden Abgasaufkommens nur langsam auf Touren kommt.Mechanical positive displacement superchargers, which may be driven by the internal combustion engine itself or by a separate engine, easily convey the air needed for idling the internal combustion engine, but can not compete with an exhaust gas turbocharger in the high load high speed region of the internal combustion engine. Therefore, it is customary to combine on an internal combustion engine, the respective advantages of an exhaust gas turbocharger and a positive displacement compressor by a series circuit or a parallel connection of the two loaders. This is especially true for combating the so-called turbo lag, which arises when the startup of the engine, a sole or first exhaust gas turbocharger comes only slowly due to the sluggishly rising exhaust gas.

Eine aufgeladene Brennkraftmaschine der eingangs angeführten Art ist bereits aus der Publikation DE 102 35 701 B3 bekannt. Sie ermöglicht in Verbindung mit einer Leistungssteigerung, einem verbesserten Beschleunigungsverhalten im Anlaufbereich und einem übergangsharmonischen Betriebsspektrum von sehr niedriger Drehzahl bei Teillast und Volllast bis zu hoher Drehzahl bei Teillast und Volllast ein gestaffeltes Zu- und Abschalten von Abgasturboladern ohne die genannten Pumpeffekte. Sämtliche Abgasturbolader haben dort eingangsseitig an ihrem Verdichter eine Leitungsverbindung zum Ausgang des gemeinsamen Hilfskompressors, wodurch der leistungsmäßig kleinere Hilfskompressor in üblicher Weise dem jeweiligen Abgasturbolader in Serie vorgeordnet ist. Das schränkt jedoch die Verkleinerung des mechanischen Laders ein, weil er zeitweise gegen die nachfolgende Strömungsmaschine anarbeiten muß. Die ladeluftseitige Ventileinrichtung jedes Abgasturboladers befindet sich am Eingang des Verdichters und besteht aus einem Umgebungsluftventil und einem zum Hilfskompressor führenden Zuluftventil. Zum gegenläufigen Umsteuern dieser beiden Ventile sind aufwändige Regelventile erforderlich.A supercharged internal combustion engine of the type mentioned is already out of the publication DE 102 35 701 B3 known. In conjunction with an increase in performance, improved acceleration behavior in the starting region and a transition-harmonious operating spectrum from very low engine speed at part load and full load to high engine speed at partial and full load, it enables gradual connection and disconnection of exhaust gas turbochargers without the aforementioned pumping effects. All exhaust gas turbochargers have there input side to their compressor line connection to the output of the common auxiliary compressor, whereby the power smaller auxiliary compressor is arranged in the usual manner to the respective exhaust gas turbocharger in series. However, this limits the reduction of the mechanical loader, because he has to work temporarily against the downstream turbomachine. The charge-air-side valve device of each exhaust gas turbocharger is located at the inlet of the compressor and consists of an ambient air valve and a supply air valve leading to the auxiliary compressor. To counter reversing these two valves complex control valves are required.

Aus der Publikation DE 199 05 112 A1 ist als Alternative zu einer Serienschaltung eines Abgasturboladers und eines auf der Saugseite vorgeschalteten zusätzlichen Luftverdichters eine Serienschaltung mit einer Nachverdichtung in einer nachgeschalteten Verdichtungsstufe bekannt, die für den zusätzlichen Verdichter ein kleineres Bauvolumen ermöglicht. Beide Serienschaltungen dienen der Bekämpfung des sogenannten Turbolochs wenn beim Anlaufen der Brennkraftmaschine der Abgasturbolader wegen des schleppend ansteigenden Abgasaufkommens nur langsam auf Touren kommt. Dort ist es sinnvoll, für ein mittelstarkes Abgasaufkommen einen Übergangsbereich mit einer gegensinnigen Regelung des Abgasturboladers und des zusätzlichen Luftverdichters vorzusehen. Ein ganz anderes Problem ist es, zusätzlich zur Bekämpfung des Turbolochs beim gestaffelten Hinzuschalten oder gestaffelten Abschalten weiterer Abgasturbolader ein Rückwärtsströmen von Ladeluft in Richtung eines Zusammenbruchs der Ladeluftströmung zu vermeiden. Dann sollte der Hilfskompressor in erweiterter Funktion als Ladeluftstütze dienen und die Ventileinrichtung zum Umsteuern der Überbrückungsluft eingerichtet sein.From the publication DE 199 05 112 A1 is known as an alternative to a series circuit of an exhaust gas turbocharger and an upstream on the suction side additional air compressor a series circuit with a recompression in a downstream compression stage, which allows for the additional compressor a smaller volume. Both series circuits are used to combat the so-called turbo lag when the turbocharger of the exhaust gas turbocharger gets slowly revved up because of the slow increase in exhaust gas emissions. There it makes sense for a medium-strong Exhaust gas to provide a transition region with an opposite control of the exhaust gas turbocharger and the additional air compressor. A completely different problem is, in addition to the control of the turbo lag when staggered addition or staggered switching off another exhaust gas turbocharger to avoid reverse flow of charge air in the direction of collapse of the charge air flow. Then the auxiliary compressor should serve in extended function as a charge air support and the valve means for reversing the bridging air be set up.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einer aufgeladenen Brennkraftmaschine der eingangs angeführten Gattung den baulichen Aufwand für den Hilfskompressor und die ladeluftseitigen Ventileinrichtungen zu verringern, das Schaltspiel der Ventileinrichtungen zu vereinfachen und den Ladeluftdruck der Brennkraftmaschine stärker zu stabilisieren.The invention has for its object to reduce the structural complexity of the auxiliary compressor and the charge air side valve devices on a supercharged internal combustion engine of the type mentioned, to simplify the switching cycle of the valve devices and to stabilize the charge air pressure of the internal combustion engine stronger.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jede Ventileinrichtung ein zwischen dem Ladeluftausgang des Verdichters des Abgasturboladers und dem Ladeluftsammler eingefügtes Hauptluftventil und ein zwischen dem Ladeluftausgang des Verdichters und dem Hauptluftventil angeschlossenes und zum Lufteingang des Hilfskompressors führendes Hilfsluftventil aufweist, der Hilfskompressor ausgangsseitig an den Ladeluftsammler angeschlossen ist und die Hauptluftventile und die Hilfsluftventile als Schaltventile und somit nicht als Regelventile ausgebildet sind.This object is achieved in that each valve means has inserted between the charge air outlet of the compressor of the exhaust gas turbocharger and the charge air collector main air valve and connected between the charge air outlet of the compressor and the main air valve and leading to the air inlet of the auxiliary compressor auxiliary air valve, the auxiliary compressor output connected to the charge air collector is and the main air valves and the auxiliary air valves are designed as switching valves and thus not as control valves.

Durch die Platzierung des Hilfskompressors zwischen den Verdichtern der Abgasturbolader und dem Ladeluftsammler wird zwischenzeitlich Umgebungsluft durch den jeweiligen Verdichter hindurchgesaugt, so dass der Hilfskompressor trotz seiner serienmäßigen Anordnung in seiner Wirkung mit jedem in Betrieb befindlichen Abgasturbolader eine Parallelschaltung eingeht. Das Aussaugen des jeweiligen Verdichters stößt dort auf einen äußerst geringen Strömungswiderstand und erleichtert das Anlaufen dieses Verdichters beim Öffnen des zugehörigen Abgasventils. Der Hilfskompressor überwindet problemlos jedweden Gegendruck aus den anderen Ladeluftquellen, wogegen die Abgasturbolader nur in einem schmalen Drehzahlband optimal arbeiten. Für die aus je einem Hauptluftventil und einem Hilfsluftventil bestehenden Ventileinrichtungen ergibt sich der Vorteil, dass einfache Schaltventile statt komplizierterer Regelventile verwendet werden können. Der Rechner ist vorzugsweise auf eine Signalabgabe zum schlagartigen Ein- oder Ausschalten des von einem Elektromotor angetriebenen Hilfskompressors und der Schaltventile eingerichtet, wobei sich im Zielobjekt unterscheidende Schaltsignale gruppenweise zusammenlegen lassen.By placing the auxiliary compressor between the compressors of the exhaust gas turbocharger and the charge air collector ambient air is sucked through the respective compressor in the meantime, so that the auxiliary compressor in spite of its standard arrangement in its effect with each in-service exhaust gas turbocharger enters into a parallel circuit. The suction of the respective compressor encounters there an extremely low flow resistance and facilitates the start-up of this compressor when opening the associated exhaust valve. The auxiliary compressor easily overcomes any back pressure from the other charge air sources, whereas the turbocharger work optimally only in a narrow speed range. For the valve devices consisting of one main air valve and one auxiliary air valve, there is the advantage that simple switching valves can be used instead of more complicated control valves. The computer is preferably adapted to a signal output for the sudden switching on or off of the driven by an electric motor auxiliary compressor and the switching valves, which can be combined groupwise in the target object different switching signals.

Mit alledem wird der Hilfskompressor nicht mehr nur zur Bekämpfung des sogenannten Turbolochs beim Anlaufen der Brennkraftmaschine und zur Kombination der Vorteile eines Verdrängerladers mit denen eines Strömungsladers eingesetzt, sondern auch zur Sicherung der Vorwärtsströmung in jedem der zeitlich versetzt hinzugeschalteten Abgasturbolader. Insbesondere bei einer Feinaufteilung des Betriebsspektrums der Brennkraftmaschine mittels zahlreicher Abgasturbolader kann man außer mit einer kleinen Bauform der Abgasturbolader zugleich mit einem besonders kleinen Hilfskompressor auskommen. Als gesonderter Motor des Hilfskompressors lässt sich ein Elektromotor verwenden, der seine Antriebsenergie aus einer elektrischen Fahrzeugbatterie bezieht. Ein solcher Motor läuft reaktionsschneller an als ein gesonderter Verbrennungsmotor oder eine Getriebeverbindung zum aufzuladenden Hauptmotor. Hinzu kommt, dass infolge der Aufteilung des Betriebsspektrums der Brennkraftmaschine mittels der Abgasturbolader beim Antrieb eines Kraftfahrzeugs auf einige Wechselgetriebestufen verzichtet werden kann, sich die Reihenfolge der Abgasturbolader in ihrer gestaffelten Inbetriebnahme hinsichtlich einer gleichmäßigen Abnutzung leicht ändern lässt und eine Störung in einem der Abgasturbolader durch dessen vorprogrammierte Ausklammerung überbrückbar ist.With all this, the auxiliary compressor is not only used to combat the so-called turbo lag when starting the engine and to combine the advantages of a positive displacement supercharger with those of a flow loader, but also to secure the forward flow in each of the temporally offset exhaust turbocharger. In particular, with a fine division of the operating spectrum of the internal combustion engine by means of numerous exhaust gas turbocharger you can get along with a particularly small auxiliary compressor except with a small design of the exhaust gas turbocharger. As a separate engine of the auxiliary compressor, an electric motor can be used, which derives its drive energy from an electric vehicle battery. Such an engine starts faster than a separate internal combustion engine or a transmission connection to the main engine to be charged. In addition, due to the division of the operating spectrum of the internal combustion engine by means of the exhaust gas turbocharger when driving a motor vehicle can be dispensed with some change gear stages, the order of the exhaust gas turbocharger in their staggered startup with respect to uniform wear can be easily changed and a fault in one of the turbocharger by the preprogrammed exclusion can be bridged.

Ein aufgrund der in den Unteransprüchen angegebenen Erfindungsausgestaltungen bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der blockschaltbildartigen Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention which is preferred on the basis of the invention embodiments given in the subclaims is shown in the block diagram drawing and will be described in more detail below.

Die Zeichnung zeigt als Brennkraftmaschine 10 einen Fünfzylindermotor, um anzudeuten, dass es bei der Aufladeeinrichtung keine konzeptionelle Bindung an die Anzahl der mit Ladeluft zu versorgenden Zylinder 11 gibt. Durch je eine punktiert auslaufende Leitung am Abgassammler 12 der Brennkraftmaschine 10 und am Ladeluftsammler 13 der Brennkraftmaschine 10 ist kenntlich gemacht, dass außer den drei symbolisch wiedergegebenen Abgasturboladern 14, 15 und 16 noch viele weitere gestaffelt an- und abschaltbare Abgasturbolader zur Aufteilung des Betriebsspektrums der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen sein können. In der Praxis wird man sich zumeist auf sechs bis zehn baugleiche Abgasturbolader beschränken, was einen Kompromiss zwischen der Feinheit der Aufteilung des Betriebsspektrums der Brennkraftmaschine 10 und dem baulichen Aufwand für die Aufladeeinrichtung der Brennkraftmaschine 10 darstellt.The drawing shows as an internal combustion engine 10 a five-cylinder engine to indicate that there is no conceptual connection to the number of supercharged cylinders in the supercharger 11 gives. Each with a dotted outlet pipe at the exhaust manifold 12 the internal combustion engine 10 and at the charge air collector 13 the internal combustion engine 10 is indicated that except the three symbolically reproduced exhaust gas turbochargers 14 . 15 and 16 many more staggered switched on and off exhaust gas turbocharger for splitting the operating spectrum of the internal combustion engine 10 can be provided. In practice, it will usually be limited to six to ten identical exhaust gas turbocharger, which is a compromise between the fineness of the division of the operating spectrum of the internal combustion engine 10 and the construction costs for the charging device of the internal combustion engine 10 represents.

An den Zylindern 11 der Brennkraftmaschine 10 sind durch helle Pfeilspitzen die Ladeluftströme und durch dunkle Pfeilspitzen die Abgasströme ausgewiesen. Zwischen dem Abgassammler 12 der Brennkraftmaschine 10 und der Abgasturbine 17 jedes Abgasturboladers 14, 15, 16 usw. ist ein Abgasventil 18 eingefügt, welches von dem mit einem abgespeicherten Anforderungsprofil ausgestatteten Rechner 19 individuell steuerbar ist. In der Zeichnung sind die betreffenden Steuerleitungen 20, 21 und 22 durch gestrichelte Linien wiedergegeben. Weitere derartige Steuerleitungen 23, 24 und 25 des Rechners 19 führen zu den ein Hauptluftventil 26 und ein Hilfsluftventil 27 enthaltenden Ventileinrichtungen am Luftauslass der Verdichter 28 der Abgasturbolader 14, 15 und 16. Noch eine andere Steuerleitung 29 verbindet den Rechner 19 mit dem seine Antriebsenergie aus einer elektrischen Fahrzeugbatterie 30 beziehenden relativ kleinen Elektromotor 31 des eingangsseitig mit sämtlichen Hilfsluftventilen 27 und ausgangsseitig mit dem Ladeluftsammler 13 verbundenen Hilfskompressor 32. Der mit einem abgespeicherten Anforderungsprofil ausgestattete Rechner 19 erhält über die Signalleitung 33 Drucksignale vom Ladeluftsammler 13 und über die Signalleitungen 34, 35 und 36 Drehzahlsignale von den Abgasturboladern 14, 15 und 16, denen ladeluftseitig ein gemeinsamer Luftfilter 37 vorgeordnet ist.At the cylinders 11 the internal combustion engine 10 By bright arrowheads the charge air flows and by dark arrowheads the exhaust gas flows are indicated. Between the exhaust collector 12 the internal combustion engine 10 and the exhaust gas turbine 17 each exhaust gas turbocharger 14 . 15 . 16 etc. is an exhaust valve 18 inserted, which of the equipped with a stored requirement profile computer 19 individually controllable. In the drawing are the relevant control lines 20 . 21 and 22 represented by dashed lines. Other such control lines 23 . 24 and 25 of the computer 19 lead to the one main air valve 26 and an auxiliary air valve 27 containing valve means at the air outlet of the compressor 28 the exhaust gas turbocharger 14 . 15 and 16 , Yet another control line 29 connects the calculator 19 with his drive energy from an electric vehicle battery 30 relating relatively small electric motor 31 the input side with all auxiliary air valves 27 and on the output side with the charge air collector 13 connected auxiliary compressor 32 , The computer equipped with a stored requirement profile 19 receives over the signal line 33 Pressure signals from the charge air collector 13 and over the signal lines 34 . 35 and 36 Speed signals from the exhaust gas turbochargers 14 . 15 and 16 , where the charge air side, a common air filter 37 is upstream.

Dadurch, dass sämtliche Hauptluftventile 26, Hilfsluftventile 27 und Abgasventile 18 aus einer zwangsweisen Schließstellung aufsteuerbar eingerichtet sind, wird die Ladeluftversorgung der aufgeladenen Brennkraftmaschine 10 weiter vereinfacht. Zum Verringern des baulichen Aufwandes sind die Hauptluftventile 26 und die Hilfsluftventile 27 als Schaltventile und somit nicht als Regelventile ausgebildet. Um die Reaktionsschnelligkeit in der Änderung des Ladeluftbedarfs der Brennkraftmaschine 10 zu steigern und um den Rechner 19 zu entlasten ist beim vom Rechner 19 gesteuerten Hinzuschalten eines Abgasturboladers 14, 15, 16 usw. das Einschaltsignal des Hilfskompressors 32 mit dem Öffnungssignal des Abgasventils 18 des betroffenen Abgasturboladers zusammengelegt und ist das Ausschaltsignal des Hilfskompressors 32 mit dem Schließsignal des Hilfsluftventils 27 und mit dem Öffnungssignal des Hauptluftventils 26 dieses Abgasturboladers zusammengelegt. Desgleichen ist beim vom Rechner 19 gesteuerten Abschalten eines Abgasturboladers 14, 15, 16 usw. das Einschaltsignal des Hilfskompressors 32 mit dem Öffnungssignal des Hilfsluftventils 27 und mit dem Schließsignal des Hauptluftventils 26 des betroffenen Abgasturboladers zusammengelegt und ist das Ausschaltsignal des Hilfskompressors 32 mit dem Schließsignal des Hilfsluftventils 27 und mit dem Schließsignal des Abgasventils 18 dieses Abgasturboladers zusammengelegt.Because of all the main air valves 26 , Auxiliary air valves 27 and exhaust valves 18 are set open aufsteuerbar from a forced closed position, the charge air supply of the supercharged internal combustion engine 10 further simplified. To reduce the structural complexity of the main air valves 26 and the auxiliary air valves 27 as switching valves and thus not designed as control valves. To the reaction speed in the change of the charge air requirement of the internal combustion engine 10 to boost and to the calculator 19 to relieve the load from the computer 19 controlled addition of an exhaust gas turbocharger 14 . 15 . 16 etc. the turn-on signal of the auxiliary compressor 32 with the opening signal of the exhaust valve 18 the exhaust gas turbocharger concerned and is the turn-off signal of the auxiliary compressor 32 with the closing signal of the auxiliary air valve 27 and with the opening signal of the main air valve 26 this exhaust gas turbocharger folded. The same is the case of the calculator 19 controlled shutdown of an exhaust gas turbocharger 14 . 15 . 16 etc. the turn-on signal of the auxiliary compressor 32 with the opening signal of the auxiliary air valve 27 and with the closing signal of the main air valve 26 the exhaust gas turbocharger concerned and is the turn-off signal of the auxiliary compressor 32 with the closing signal of the auxiliary air valve 27 and with the closing signal of the exhaust valve 18 this exhaust gas turbocharger folded.

Der über die Steuerleitung 29 vom Rechner 19 an- und abschaltbare Elektromotor 31 wird immer nur kurzfristig aktiviert, bis ein Rückwärtsströmen von Ladeluft über den jeweils hinzukommenden Abgasturbolader ausgeschlossen ist. In den Betriebspausen des Hilfskompressors 32 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 kann die Fahrzeugbatterie 30 leicht von einem an die Brennkraftmaschine 10 angeschlossenen Generator nachgeladen werden. Zudem stehen inzwischen überaus leistungsstarke Fahrzeugbatterien 30 zur Verfügung, dass selbst bei recht großen Brennkraftmaschinen 10 die Anlaufschwäche eines hinzuzuschaltenden Abgasturboladers 14, 15 oder 16 durch den Hilfskompressor 32 äußerst zügig kompensiert werden kann.The over the control line 29 from the computer 19 On and off switchable electric motor 31 is always activated only for a short time, until a reverse flow of charge air is excluded via the respectively added exhaust gas turbocharger. In the operating pauses of the auxiliary compressor 32 during operation of the internal combustion engine 10 can the vehicle battery 30 easily from one to the internal combustion engine 10 be recharged connected generator. In addition, there are now very powerful vehicle batteries 30 available, that even with quite large internal combustion engines 10 the start-up weakness of a turbocharger to be added 14 . 15 or 16 through the auxiliary compressor 32 extremely quickly compensated.

Vorzugsweise ist der Betrieb des Hilfskompressors 32 über den Rechner 19 beim Hochfahren der Brennkraftmaschine 10 auf einen Startbereich des in der Folge aller gestaffelt eingesetzter Abgasturbolader 14, 15, 16 usw. jeweils betroffenen einen Abgasturboladers beschränkt, was den Hilfskompressor 32 schont und die elektrische Fahrzeugbatterie 30 entlastet. Zur Stabilisierung des im Ladeluftsammler 13 angestrebten Gleichdrucks durch Verminderung schlagartiger Abschaltvorgänge ist außerdem beim Herunterfahren der Brennkraftmaschine 10 der Betrieb des Hilfskompressors 32 über den Rechner 19 auf einen dem Startbereich entsprechenden Bereich des in der Schaltfolge aller gestaffelt eingesetzter Abgasturbolader 14, 15, 16 usw. jeweils betroffenen einen Abgasturboladers beschränkt.Preferably, the operation of the auxiliary compressor 32 about the calculator 19 when starting up the internal combustion engine 10 on a starting area of the staggered in the sequence of all deployed exhaust gas turbocharger 14 . 15 . 16 etc. each affected an exhaust gas turbocharger limited what the auxiliary compressor 32 protects and the electric vehicle battery 30 relieved. To stabilize the in the charge air collector 13 aspired equal pressure by reducing sudden shutdown is also when shutting down the engine 10 the operation of the auxiliary compressor 32 about the calculator 19 on an area corresponding to the start region of the exhaust gas turbocharger staggered in the shifting sequence 14 . 15 . 16 etc. each affected an exhaust gas turbocharger limited.

Die Vorteile der beschriebenen Aufladeeinrichtung sind besonders augenfällig, wenn die Brennkraftmaschine 10 als Dieselmotor mit einer auf etwa 8:1 stark reduzierten Verdichtung ausgebildet ist. Die eigentliche Brennkraftmaschine 10 lässt sich dann bei gleicher Leistung enorm verkleinern. Die zahlreichen Abgasturbolader 14, 15, 16 usw. erbringen leicht das relativ hohe fehlende Ladegewicht, wobei der in erweiterter Funktion als Ladeluftstütze eingesetzte Hilfskompressor 32 ebenfalls erheblich verkleinert werden kann. Die Verkleinerung des Hilfskompressors 32 beruht bei alledem nicht nur auf der Vielzahl von Abgasturboladern und seinem Kurzzeitbetrieb, sondern auch auf dem Umstand, dass er seine Luft aus einer Strömungsmaschine absaugt und nicht gegen eine solche anarbeiten muss.The advantages of the charging device described are particularly obvious when the internal combustion engine 10 is designed as a diesel engine with a greatly reduced to approximately 8: 1 compression. The actual internal combustion engine 10 can then be reduced enormously with the same performance. The numerous exhaust gas turbochargers 14 . 15 . 16 etc. easily provide the relatively high loading weight missing, with the auxiliary compressor used in extended function as a charge air support 32 can also be reduced considerably. Reduction of the auxiliary compressor 32 rests not only on the large number of exhaust gas turbochargers and its short-term operation, but also on the fact that it sucks its air from a turbomachine and not work against such a must.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10235701 B3 [0004]
DE 19905112 A1 [0005]

Claims

Charged internal combustion engine with an exhaust manifold and a charge air manifold each for all combustion chambers, several staggered depending on the performance of the engine with its exhaust gas turbine to the exhaust manifold via one exhaust valve connectable and disconnectable exhaust gas turbochargers, a driven by a separate engine auxiliary compressor, valve means for reversing the bridging air the auxiliary compressor and the compressor air of the respective exhaust gas turbocharger added in the staggered operation as a function of the rotational speed of this exhaust gas turbocharger and the charge air working pressure and with a computer with stored requirement profile for switching the exhaust valves, the valve devices and the engine of the auxiliary compressor, characterized in that each valve device between the charge air outlet of the compressor ( 28 ) of the exhaust gas turbocharger ( 14 . 15 . 16 ) and the charge air collector ( 13 ) inserted main air valve ( 26 ) and between the charge air outlet of the compressor ( 28 ) and the main air valve ( 26 ) and to the air inlet of the auxiliary compressor ( 32 ) leading auxiliary air valve ( 27 ), the auxiliary compressor ( 32 ) on the output side to the charge air collector ( 13 ) and the main air valves ( 26 ) and the auxiliary air valves ( 27 ) are designed as switching valves and thus not as control valves.

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that all the main air valves ( 26 ), Auxiliary air valves ( 27 ) and exhaust valves ( 18 ) are arranged aufsteuerbar from a compulsory closed position.

Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that when the computer ( 19 ) controlled addition of an exhaust gas turbocharger ( 14 . 15 . 16 ) the turn-on signal of the auxiliary compressor ( 32 ) with the opening signal of the auxiliary air valve ( 27 ) and with the opening signal of the exhaust valve ( 18 ) of the exhaust gas turbocharger concerned is combined and the switch-off signal of the auxiliary compressor ( 32 ) with the closing signal of the auxiliary air valve ( 27 ) and with the opening signal of the main air valve ( 26 ) this exhaust gas turbocharger is folded.

Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that when the computer ( 19 ) controlled shutdown of an exhaust gas turbocharger ( 14 . 15 . 16 ) the turn-on signal of the auxiliary compressor ( 32 ) with the opening signal of the auxiliary air valve ( 27 ) and with the closing signal of the main air valve ( 26 ) of the exhaust gas turbocharger concerned is combined and the switch-off signal of the auxiliary compressor ( 32 ) with the closing signal of the auxiliary air valve ( 27 ) and with the closing signal of the exhaust valve ( 18 ) this exhaust gas turbocharger is folded.