DE202015002208U1 - internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Verbrennungsmotor (110), umfassend eine Lufteinlassleitung (205), die mit einem Kompressor (240) versehen ist, wobei ein Abschnitt der Lufteinlassleitung (205) stromabwärts vom Kompressor (240) eine lokale Verengung (500) umfasst.An internal combustion engine (110) comprising an air inlet duct (205) provided with a compressor (240), wherein a portion of the air inlet duct (205) downstream of the compressor (240) comprises a local restriction (500).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.The present disclosure relates to an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine of a motor vehicle.

Genauer gesagt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Dämpfungssystem zur Verbesserung des Ladesystems eines Verbrennungsmotors, das insbesondere bei einem Kraftfahrzeug mit niedriger Zylinderanzahl angewendet wird.More particularly, the present disclosure relates to a damping system for improving the charging system of an internal combustion engine, which is particularly applied to a low-cylinder vehicle.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die meisten Verbrennungsmotoren sind bekanntlich turboaufgeladen. Ein Turbolader ist eine Motoraufladevorrichtung, die verwendet wird, damit ein Motor mit einer gegebenen Größe mehr Leistung erzeugen kann. Der Vorteil eines Turboladers besteht darin, dass er eine größere Masse an Luft verdichtet, die in den Verbrennungsraum des Motors angesaugt wird, was zu einer erhöhten Leistung und/oder Effizienz führt.Most internal combustion engines are known to be turbocharged. A turbocharger is an engine charging device that is used to allow an engine of a given size to produce more power. The advantage of a turbocharger is that it compresses a larger mass of air that is drawn into the combustion chamber of the engine, resulting in increased performance and / or efficiency.

Moderne Verbrennungsmotoren erfordern mehr und mehr ein so genanntes ”Low-end torque”, bei dem es sich im Wesentlichen um das Drehmoment unter Volllastbedingungen handelt, das der Motor bei niedriger Drehzahl (d. h. im unteren Bereich der Drehmomentkurve bei Volllast) bereitstellt. Dieses Drehmoment im unteren Drehzahlbereich wird gewöhnlich erreicht, indem die Aufladekapazität des Motors verbessert wird.Modern internal combustion engines are increasingly requiring so-called "low-end torque," which is essentially the torque under full load conditions that the engine provides at low speed (i.e., at the lower end of the torque curve at full load). This low speed torque is usually achieved by improving the engine's boost capacity.

Es ist bekannt, dass bei turboaufgeladen Motoren bei einem Betrieb im unteren Drehzahlbereich einige Probleme im Zusammenhang mit einem Strömungsabriss am Kompressor auftreten können. Bei einem Strömungsabriss handelt es sich um ein Phänomen, das bei einem geringen Luftmassenstrom in den Kompressor auftritt und ein Abreißen der Strömung bewirkt, was zu Instabilität und Geräuschen führt. Wenn ein Kompressor die Pumpgrenze erreicht, ist er nicht mehr in der Lage, die Luft zu verdichten, wobei es unter extremen Bedingungen zu einer Umkehrung des Luftstroms durch den Kompressor kommen kann.It is known that turbocharged engines can experience some problems with stalling the compressor when operating at low speed. A stall is a phenomenon that occurs at a low mass air flow into the compressor causing the flow to break, resulting in instability and noise. When a compressor reaches the surge line, it is no longer able to compress the air, and under extreme conditions, the air flow can be reversed by the compressor.

Die Pumpgrenze des Kompressors wird gewöhnlich als spezifische Kurve im Kompressorkennfeld dargestellt, d. h. in einem empirisch ermittelten Kennfeld, das das Verdichtungsverhältnis und den Massendurchsatz durch den Kompressor miteinander in Beziehung setzt.The surge limit of the compressor is usually represented as a specific curve in the compressor map, i. H. in an empirically determined map that relates the compression ratio and mass flow rate through the compressor.

Das Phänomen des Strömungsabrisses kann durch Luftdruckpulsationen gefördert werden, die in der Einlassleitung des Motors auftreten, die den Kompressor mit dem Einlasskrümmer verbindet. Die Bewegungen des Öffnens und Schließens der Einlassventile erzeugen in der Fluiddomäne in der Einlassleitung Druckwellen, die sich von den Einlassventilen zum Kompressor und wieder zurück ausbreiten. Die Druckwellen können zu Schwankungen des Massendurchsatzes führen. Bei niedrigen Motordrehzahlen wird das Phänomen durch die niedrigere Frequenz der Ventilbewegungen verstärkt. Dies führt zu Schwingungen des Massendurchsatzes um einen Zyklusdurchschnitts-Arbeitspunkt im Kompressorkennfeld, was Auswirkungen auf das Auftreten der Pumpgrenze hat. Im Allgemeinen wird bei einem feststehenden durchschnittlichen Massendurchsatz im Kompressor das maximal erreichte Druckverhältnis durch einen Anstieg der Amplitude der Schwingungen des Massendurchsatzes vermindert, was die Leistung des Kompressors beeinträchtigt.The stall phenomenon may be promoted by air pulsations occurring in the intake line of the engine connecting the compressor to the intake manifold. The movements of the opening and closing of the intake valves create pressure waves in the fluid domain in the intake manifold which propagate from the intake valves to the compressor and back again. The pressure waves can lead to fluctuations in the mass flow rate. At low engine speeds, the phenomenon is compounded by the lower frequency of valve movements. This results in oscillations of the mass flow rate around a cycle average operating point in the compressor map, which affects the occurrence of the surge line. Generally, with a fixed average mass flow rate in the compressor, the maximum pressure ratio achieved is reduced by an increase in the amplitude of the mass flow rate oscillations, which degrades the performance of the compressor.

Aufgrund der sich in den Einlassleitungen ausbreitenden Druckwellen tritt daher der Strömungsabriss am Kompressor früher (d. h. bei niedrigeren Druckverhältnissen) auf, als dies durch das Kompressorkennfeld vorausgesagt wird.Because of the pressure waves propagating in the inlet ducts, therefore, the compressor stall occurs earlier (i.e., at lower pressure ratios) than predicted by the compressor map.

Diese negativen Auswirkungen der sich ausbreitenden Druckwellen sind in einem Zweizylindermotor viel schwerwiegender als in einem Standard-Vierzylindermotor, wo der Luftmassenstrom in der Einlassleitung konstanter ist.These negative effects of propagating pressure waves are much more severe in a two-cylinder engine than in a standard four-cylinder engine where the air mass flow in the intake manifold is more constant.

Um diesen Effekt abzuschwächen und die Druckwellen zu dämpfen, könnte es hilfreich sein, den Durchmesser von wenigstens einem Teil der Einlassleitung zu erweitern. Diese Lösung würde jedoch aufgrund der Trägheit der größeren Luftmenge in der Einlassleitung zu einer schlechten Leistung bei transienten Bedingungen führen.To mitigate this effect and dampen the pressure waves, it might be helpful to expand the diameter of at least a portion of the inlet duct. However, this solution would result in poor transient performance due to the inertia of the larger amount of air in the inlet conduit.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kompakte Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, die Amplitude der Druckwellen auf Werte ähnlich wie bei einem Vierzylindermotor zu dämpfen, wodurch das Auftreten von Strömungsabrissen hinausgezögert wird, ohne das transiente Verhalten zu beeinflussen.An object of the present invention is to provide a compact apparatus capable of damping the amplitude of the pressure waves to values similar to those of a four-cylinder engine, thereby delaying the occurrence of stall without affecting the transient behavior.

Diese und andere Ziele werden durch die Ausführungsformen der Erfindung erreicht, welche die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale aufweisen. Die abhängigen Ansprüche beschreiben sekundäre Aspekte der Erfindung.These and other objects are achieved by the embodiments of the invention having the features described in the independent claims. The dependent claims describe secondary aspects of the invention.

Eine Ausführungsform der Erfindung schafft insbesondere einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Lufteinlassleitung, die mit einem Kompressor versehen ist, wobei ein Abschnitt der Lufteinlassleitung stromabwärts vom Kompressor eine lokale Verengung umfasst.In particular, an embodiment of the invention provides an internal combustion engine comprising an air inlet duct provided with a compressor, a portion of which Air inlet duct downstream of the compressor comprises a local constriction.

Dies verbessert die Leistung im unteren Drehzahlbereich, da die Pumpgrenze bei höheren Druckverhältnissen auftritt. Es wird auch eine Verringerung der CO2-Emissionen erreicht, da der Motor mit niedriger Drehzahl laufen kann und dabei höhere Drehmomente erzeugen kann. Die Nennleistung ist aufgrund eines höheren volumetrischen Wirkungsgrads des Verbrennungsmotors ebenfalls erhöht.This improves low speed performance because the surge line occurs at higher pressure ratios. It also achieves a reduction in CO 2 emissions, as the engine can run at low speed and thereby generate higher torques. The rated power is also increased due to a higher volumetric efficiency of the internal combustion engine.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die lokale Verengung einen konstanten Querschnitt auf.According to one aspect of the present invention, the local restriction has a constant cross-section.

Diese Ausführungsform der Erfindung erzielt die gleichen Effekte, wie sie bereits oben beschrieben wurden, in Kombination mit einer sehr kostengünstigen Ausführung der Erfindung.This embodiment of the invention achieves the same effects as described above in combination with a very low cost embodiment of the invention.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Motor einen Aktuator, um einen Querschnitt der lokalen Verengung zu verändern.According to one aspect of the present invention, the motor includes an actuator to change a cross section of the local restriction.

Diese Ausführungsform der Erfindung erzielt die gleichen Effekte, wie sie bereits beschrieben wurden, zusätzlich dazu ist es aber auch möglich, die lokale Verengung an unterschiedliche Motorbetriebspunkte anzupassen, um Druckabfälle bei höherer Motordrehzahl zu minimieren.This embodiment of the invention achieves the same effects as already described, but in addition to this, it is also possible to adapt the local constriction to different engine operating points to minimize pressure drops at higher engine speeds.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die lokale Verengung durch einen konvergenten Abschnitt und durch einen stromabwärts vom konvergenten Abschnitt angeordneten divergenten Abschnitt definiert.According to another aspect of the present invention, the local constriction is defined by a convergent section and a divergent section located downstream of the convergent section.

Dieser Aspekt der Erfindung minimiert Druckabfälle.This aspect of the invention minimizes pressure drops.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen der konvergente Abschnitt und der divergente Abschnitt eine identische Form und Länge auf.According to another aspect of the invention, the convergent portion and the divergent portion have an identical shape and length.

Dieser Aspekt der Erfindung hat den Effekt, dass Druckwellen, die sich vom Kompressor zum Einlassventil ausbreiten, und Druckwellen, die sich vom Einlassventil zum Kompressor ausbreiten, mit der gleichen Effizienz gedämpft werden.This aspect of the invention has the effect of dampening pressure waves propagating from the compressor to the intake valve and pressure waves propagating from the intake valve to the compressor with the same efficiency.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen der konvergente Abschnitt und/oder der divergente Abschnitt in einem axialen Querschnitt ein abgerundetes Profil auf.According to a further aspect of the invention, the convergent section and / or the divergent section have a rounded profile in an axial cross-section.

Dieser Aspekt der Erfindung hat den Effekt, dass die Druckabfälle noch weiter minimiert werden.This aspect of the invention has the effect of further minimizing the pressure drops.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die lokale Verengung einen minimalen Querschnittdurchmesser auf, der zwischen 40% und 70% eines Durchmessers der Einlassleitung beträgt.According to another aspect of the present invention, the local restriction has a minimum cross-sectional diameter that is between 40% and 70% of a diameter of the inlet conduit.

Dieser Aspekt der Erfindung hat den Effekt, dass die Leistung der lokalen Verengung optimiert wird.This aspect of the invention has the effect of optimizing the performance of the local constriction.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Verbrennungsmotor ein Zweizylindermotor.According to a further aspect of the invention, the internal combustion engine is a two-cylinder engine.

Dieser Aspekt der Erfindung hat den Effekt, dass die Leistungsfähigkeit von Zweizylindermotoren verbessert wird, die besonders anfällig dafür sind, dass es bei niedrigen Motordrehzahlen zu einem Strömungsabriss am Kompressor kommt.This aspect of the invention has the effect of improving the performance of two-cylinder engines, which are particularly prone to stalling at the compressor at low engine speeds.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Intercooler zwischen dem Kompressor und der lokalen Verengung angeordnet.In accordance with another aspect of the invention, an intercooler is disposed between the compressor and the local constriction.

Dieser Aspekt der Erfindung bewirkt, dass die lokale Verengung mit einem Fluid mit höherer Dichte arbeitet, was die Effizienz der lokalen Verengung verbessert.This aspect of the invention causes the local constriction to operate with a higher density fluid, which improves the local constriction efficiency.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Nun soll die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben werden.Now, the present invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 schematically shows an internal combustion engine according to an embodiment of the invention.

2 zeigt schematisch ein Detail der Lufteinlassleitung des Kraftfahrzeugsystems von 1. 2 schematically shows a detail of the air inlet pipe of the motor vehicle system of 1 ,

3 ist eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 is an alternative embodiment of the present invention.

4 ist eine weitere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 is another alternative embodiment of the present invention.

5 ist ein Diagramm, das den Massendurchsatz in der Einlassleitung bei einem bestimmten Kurbelwinkel zeigt. 5 FIG. 12 is a graph showing the mass flow rate in the intake pipe at a certain crank angle.

6 ist eine vereinfachte Querschnittansicht des Verbrennungsmotors von 1. 6 is a simplified cross-sectional view of the internal combustion engine of 1 ,

GENAUE BESCHREIBUNGPRECISE DESCRIPTION

Einige Ausführungsformen können ein Kraftfahrzeugsystem 100 beinhalten, das in den 1 und 6 gezeigt ist und das einen Verbrennungsmotor (ICE) 110 mit einem Motorblock 120 besitzt, der mindestens einen Zylinder 125 mit einem Kolben 140 definiert, der eine Kopplung aufweist, mit der die Kurbelwelle 145 gedreht wird. Ein Zylinderkopf 130 arbeitet mit dem Kolben 140 zusammen, um einen Verbrennungsraum 150 zu definieren. Ein Luft-Kraftstoffgemisch (nicht gezeigt) wird in den Verbrennungsraum 150 eingebracht und entzündet, was zu heißen expandierenden Verbrennungsgasen führt, die zu einer Hin- und Herbewegung des Kolbens 140 führen. Jeder der Zylinder 125 hat mindestens zwei Ventile, die von einer Nockenwelle 135 betrieben werden, die sich zeitgleich mit der Kurbelwelle 145 dreht. Einlassventile 215 lassen selektiv Luft vom Einlass 210 in den Verbrennungsraum 150. Auslassventile 216 erlauben den Auslass der Abgase durch einen Auslass 220. In einigen Beispielen wird ein Nockenwellenverstellsystem 155 genutzt, um selektiv die zeitliche Abfolge zwischen der Nockenwelle 135 und der Kurbelwelle 145 zu verändern.Some embodiments may be a motor vehicle system 100 include that in the 1 and 6 is shown and that an internal combustion engine (ICE) 110 with an engine block 120 owns, the at least one cylinder 125 with a piston 140 defined, which has a coupling with which the crankshaft 145 is turned. A cylinder head 130 works with the piston 140 together to a combustion chamber 150 define. An air-fuel mixture (not shown) enters the combustion chamber 150 introduced and ignited, resulting in hot expanding combustion gases, leading to a reciprocation of the piston 140 to lead. Each of the cylinders 125 Has at least two valves by a camshaft 135 operated at the same time as the crankshaft 145 rotates. intake valves 215 selectively release air from the inlet 210 in the combustion chamber 150 , exhaust 216 allow the outlet of the exhaust gases through an outlet 220 , In some examples, a camshaft phasing system 155 used to selectively the timing between the camshaft 135 and the crankshaft 145 to change.

Die Luft kann den Zylindern 125 über einen Einlasskrümmer 200 zugeführt werden. Eine Lufteinlassleitung 205 führt dem Einlasskrümmer 200 Umgebungsluft zu. Es kann eine Drosselklappe 330 vorgesehen sein, um den Luftstrom zum Einlasskrümmer 200 zu regeln. Darüber hinaus kann ein System für komprimierte Luft wie beispielsweise ein Turbolader 230 mit einem Kompressor 240, der sich zusammen mit einer Turbine 250 dreht, eingesetzt werden. Die Drehung des Kompressors 240 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft in der Einlassleitung 205 und im Einlasskrümmer 200. Ein in der Leitung 205 enthaltender Intercooler 260 kann die Temperatur der Luft reduzieren. Die Turbine 250 dreht sich beim Einströmen der von einem Auslasskrümmer 225 kommenden Abgase. Die Turbine 250 kann eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) oder mit fester Geometrie sein und/oder ein Wastegate aufweisen.The air can be the cylinders 125 via an intake manifold 200 be supplied. An air inlet pipe 205 leads the intake manifold 200 Ambient air too. It can be a throttle 330 be provided to the air flow to the intake manifold 200 to regulate. In addition, a system for compressed air such as a turbocharger 230 with a compressor 240 that is together with a turbine 250 turns, be used. The rotation of the compressor 240 increases the pressure and the temperature of the air in the inlet pipe 205 and in the intake manifold 200 , One in the lead 205 containing intercooler 260 can reduce the temperature of the air. The turbine 250 turns when flowing from an exhaust manifold 225 coming exhaust gases. The turbine 250 may be a variable geometry turbine (VGT) or fixed geometry and / or have a wastegate.

Das Kraftfahrzeugsystem 100 kann weiterhin ein elektronisches Steuergerät (ECM) 450 aufweisen, das dazu konfiguriert ist, Signale von oder nach verschiedenen, mit dem ICE 110 verbundenen Sensoren und/oder Geräten zu senden bzw. zu empfangen, um ihn zu betreiben. Der Verbrennungsmotor kann ein Dieselmotor sein.The motor vehicle system 100 can still use an electronic control unit (ECM) 450 configured to receive signals from or to various, with the ICE 110 connected sensors and / or devices to send or receive to operate it. The internal combustion engine can be a diesel engine.

1 zeigt insbesondere eine Hochdruckseite 208 der Lufteinlassleitung 205, insbesondere in dem Teil stromabwärts von einem Kompressor 240. 1 shows in particular a high pressure side 208 the air inlet duct 205 , in particular in the part downstream of a compressor 240 ,

Der Verbrennungsmotor 110 umfasst einen Motorblock 120, der wenigstens einen Zylinder 125 definiert, der wenigstens einem Lufteinlass 210 zugeordnet ist, der mit einem Einlassventil 215 gekoppelt ist. Eine Lufteinlassleitung 205 ist mit einem Kompressor 240 versehen, um dem Einlass 210 Luft zuzuführen. Ein Abschnitt der Lufteinlassleitung zwischen dem Kompressor 240 und dem Einlassventil 215 umfasst eine lokale Verengung 500.The internal combustion engine 110 includes an engine block 120 , the at least one cylinder 125 defined, the at least one air inlet 210 associated with an inlet valve 215 is coupled. An air inlet pipe 205 is with a compressor 240 provided to the inlet 210 To supply air. A section of the air inlet duct between the compressor 240 and the inlet valve 215 includes a local narrowing 500 ,

Anders ausgedrückt ist die lokale Verengung 500 in der Einlassleitung 205 stromabwärts vom Kompressor angeordnet. In der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff ”lokal” verwendet, um eine Verengung 500 zu definieren, die nur einen kleinen Abschnitt der Länge der Einlassleitung 205 einnimmt, zum Beispiel weniger als 5% davon.In other words, the local narrowing 500 in the inlet pipe 205 located downstream of the compressor. In the present specification, the term "local" is used to mean a constriction 500 to define only a small section of the length of the inlet pipe 205 for example less than 5% of it.

Die lokale Verengung 500 kann durch einen ringförmigen Teil 510 gebildet sein, der direkt in der Einlassleitung 205 angeordnet ist, wodurch sie einen feststehenden, konstanten Querschnitt aufweisen kann.The local narrowing 500 can through an annular part 510 be formed directly in the inlet pipe 205 is arranged, whereby it can have a fixed, constant cross-section.

Wie dies in 2 zu sehen ist, kann die lokale Verengung 500 durch einen konvergenten Abschnitt 505 und durch einen divergenten Abschnitt 506 gebildet werden, der direkt stromabwärts vom konvergenten Abschnitt 505 angeordnet ist. In der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff ”stromabwärts” für die Hauptströmungsrichtung in der Einlassleitung 205 (d. h. vom Kompressor 240 zum Einlassventil 215) verwendet.Like this in 2 can be seen, the local narrowing 500 through a convergent section 505 and through a divergent section 506 formed directly downstream of the convergent section 505 is arranged. In the present specification, the term "downstream" is used for the main flow direction in the inlet conduit 205 (ie from the compressor 240 to the inlet valve 215 ) used.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der ringförmige Teil 510 in Bezug auf eine Querebene A symmetrisch sein. In diesem Fall sind der konvergente Abschnitt 505 und der divergente Abschnitt 506 hinsichtlich Form und Länge identisch. Daher dämpft die lokale Verengung 505 die sich vom Kompressor 240 zu den Einlassventilen 215 ausbreitenden Druckwellen und die sich von den Einlassventilen 215 zum Kompressor 240 ausbreitenden Druckwellen mit der gleichen Effizienz.According to the present embodiment, the annular part 510 be symmetric with respect to a transverse plane A. In this case, the convergent section 505 and the divergent section 506 identical in shape and length. Therefore, the local narrowing dampens 505 extending from the compressor 240 to the intake valves 215 spreading pressure waves and extending from the intake valves 215 to the compressor 240 spreading pressure waves with the same efficiency.

Eine andere Ausführungsform kann vorsehen, dass der konvergente Abschnitt 505 und der divergente Abschnitt 506 hinsichtlich Form und Länge unterschiedlich sind.Another embodiment may provide that the convergent section 505 and the divergent section 506 are different in shape and length.

Die Profile des konvergenten 505 und/oder des divergenten Abschnitts 506 weisen ein abgerundetes axiales Profil auf, das zu einer Strömungsablösung mit Bildung eines freien Wirbels V führt, der die Gipfel der Druckwellen dämpft, die sich in der Einlassleitung 205 ausbreiten.The profiles of the convergent 505 and / or the divergent section 506 have a rounded axial profile that results in a flow separation with the formation of a free vortex V that dampens the peaks of the pressure waves that are in the inlet duct 205 spread.

Das durch die lokale Verengung 500 bewirkte Verhalten wird durch die folgenden Ausführungen besser verständlich.That through the local narrowing 500 caused behavior is better understood by the following explanations.

In den stromaufwärtigen Rohren (rechte Seite von 2) ist die mittlere Strömungsgeschwindigkeit mit u gekennzeichnet (wobei u niedriger als die Schallgeschwindigkeit ist); wenn die Strömung die lokale Verengung 500 passiert, steigt ihre Geschwindigkeit u' in Abhängigkeit vom Verhältnis d/D. Die höhere Geschwindigkeit und die Profilkrümmung im divergenten Abschnitt 506 bewirken eine Strömungsablösung mit der Bildung des freien Wirbels V.In the upstream pipes (right side of 2 ) the mean flow velocity is indicated by u (where u is lower than the speed of sound); if the flow is the local narrowing 500 happens, its velocity u 'increases as a function of the ratio d / D. The higher speed and the profile curvature in the divergent section 506 cause a flow separation with the formation of the free vortex V.

Je höher die Spitzen-Spitzen-Amplitude der durch die Bewegungen der Einlassventile 215 in der Einlassleitung 205 verursachten Druckwellen ist, umso effektiver ist die durch die lokale Verengung 500 hervorgerufene Zerstreuung, die Energie in die Wirbelströmung überträgt. Die Wirbelströmung senkt daher die Spitzen-Spitzen-Amplitude der sich ausbreitenden Druckwellen. Die Senkung der Spitzen-Spitzen-Amplitude ist besonders gut in dem Diagramm von 5 zu sehen, wobei die gestrichelte Linie den Massendurchsatz in einer Standard-Einlassleitung zeigt, während die durchgezogene Linie den Massendurchsatz unter den gleichen Bedingungen zeigt, wobei jedoch auf die lokale Verengung 500 eine Querschnitterweiterung folgt. The higher the peak-to-peak amplitude of the movements of the intake valves 215 in the inlet pipe 205 caused by pressure waves, the more effective is the local constriction 500 caused dispersion, which transfers energy into the vortex flow. The turbulence therefore reduces the peak-to-peak amplitude of the propagating pressure waves. The reduction in peak-to-peak amplitude is particularly good in the graph of 5 where the dashed line shows the mass flow rate in a standard inlet line while the solid line shows the mass flow rate under the same conditions, but with the local constriction 500 a cross-sectional extension follows.

Da die durch die Druckwellen hervorgerufenen Schwankungen des Massendurchsatzes im unteren Drehzahlbereich stark reduziert werden, verschiebt sich die Pumpgrenze zur linken Seite des Kompressorkennfelds (niedrigere Massendurchsätze), was zu einer besseren Leistung des Kompressors und daher zu einer besseren Leistung im unteren Drehzahlbereich des Motors führt.Since the variations in mass flow rate caused by the pressure waves are greatly reduced in the lower speed range, the pumping limit shifts to the left side of the compressor map (lower mass flow rates), resulting in better compressor performance and therefore better lower engine speed performance.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die lokale Verengung 500, gefolgt von einer Querschnitterweiterung 502, durch eine kalibrierte Drosselblende 550 gebildet werden, die in der Einlassleitung 205 stromabwärts vom Kompressor 240 angeordnet ist. 4 zeigt diese Ausführungsform. Die gleichen Bezugszeichen, wie sie oben verwendet werden, bezeichnen hier die entsprechenden Teile.According to another embodiment of the invention, the local constriction 500 , followed by a cross-sectional extension 502 , through a calibrated orifice 550 be formed in the inlet pipe 205 downstream from the compressor 240 is arranged. 4 shows this embodiment. The same reference numerals as used above denote the corresponding parts here.

In beiden oben beschriebenen Ausführungsformen kann die lokale Verengung einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und der kleinste Durchmesser ”d” des Durchlasses kann zwischen 40% und 70% des Durchmessers ”D” der Einlassleitung betragen, der in einem Abschnitt gemessen wird, der sich stromaufwärts und in der Nähe der lokalen Verengung 500 befindet. Das Verhältnis d/D beträgt vorzugsweise 50–60% und insbesondere 55%. Der Durchmesser der Einlassleitung 205 im Abschnitt zwischen dem Kompressor 240 und der Drosselklappe 330 kann abgesehen von der hier beschriebenen lokalen Verengung 500 konstant sein.In both embodiments described above, the local restriction may have a circular cross section, and the smallest diameter "d" of the passage may be between 40% and 70% of the inlet conduit "D" diameter measured in a section upstream and downstream near the local narrowing 500 located. The ratio d / D is preferably 50-60% and especially 55%. The diameter of the inlet pipe 205 in the section between the compressor 240 and the throttle 330 apart from the local constriction described here 500 be constant.

In einer anderen Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, weist die lokale Verengung einen veränderlichen Durchlassquerschnitt auf, wobei ein Aktuator 600, der durch das ECM 450 gesteuert wird, den Querschnitt der lokalen Verengung 560 mit variablem Durchlassquerschnitt verändert (Pfeile F).In another embodiment, in 3 is shown, the local constriction has a variable passage cross-section, wherein an actuator 600 by the ECM 450 is controlled, the cross section of the local narrowing 560 changed with variable passage cross section (arrows F).

In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann die lokale Verengung 500 stromabwärts vom Intercooler 260 angeordnet sein.In any of the embodiments described above, the local constriction 500 downstream from the intercooler 260 be arranged.

Die lokale Verengung 500 kann auch direkt in der Einlassleitung 205 gebildet sein, oder sie kann ein separater Teil der Einlassleitung 205 sein, der ”in einer Linie” mit ihr angeordnet ist.The local narrowing 500 can also be directly in the inlet line 205 be formed, or it may be a separate part of the inlet pipe 205 being "in line" with her.

Es hat sich erwiesen, dass die lokale Verengung 500 besonders wirksam in Zweizylindermotoren und jedenfalls in Motoren mit weniger als 4 Zylindern ist.It has been proven that the local narrowing 500 is particularly effective in two-cylinder engines and at least in engines with less than 4 cylinders.

In der vorstehenden Zusammenfassung und genauen Beschreibung wurde wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt; es sollte jedoch beachtet werden, dass es eine große Anzahl von Abänderungsmöglichkeiten gibt. Es sollte auch beachtet werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder den Aufbau in welcher Weise auch immer einzuschränken. Vielmehr wird die vorstehende Zusammenfassung und genaue Beschreibung dem Fachmann eine praktische Anleitung zur Umsetzung von wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform bieten, wobei es sich von selbst versteht, dass verschiedene Abänderungen bei den Funktionen und Anordnungen der anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen und ihren rechtlichen Äquivalenten definiert ist.In the foregoing summary and detailed description, at least one exemplary embodiment has been presented; however, it should be noted that there are a large number of modification options. It should also be noted that the exemplary embodiment or exemplary embodiments are only examples and are not intended to limit the scope, applicability, or construction in any way whatsoever. Rather, the foregoing summary and detailed description will provide those skilled in the art with a practical guide to implementing at least one example embodiment, it being understood that various changes may be made in the functions and arrangements of the elements described with reference to an exemplary embodiment without departing from the spirit of the invention Scope of protection as defined in the appended claims and their legal equivalents.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
KraftfahrzeugsystemAutomotive system
110110
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
120120
Motorblockblock
125125
Zylindercylinder
200200
Einlasskrümmerintake manifold
205205
LufteinlassleitungAir inlet line
208208
HochdruckseiteHigh pressure side
210210
Einlassinlet
215215
Einlassventileintake valves
216216
Auslassventileexhaust
225225
Auslasskrümmerexhaust manifold
230230
Turboladerturbocharger
240240
Kompressorcompressor
250250
Turbineturbine
260260
IntercoolerIntercooler
320320
EGR-VentilEGR valve
330330
Drosselklappethrottle
450450
elektronisches Steuergerät (ECM)electronic control unit (ECM)
500500
lokale Verengunglocal narrowing
502502
QuerschnitterweiterungCross-sectional widening
505505
konvergenter Abschnittconvergent section
506506
divergenter Abschnittdivergent section
510510
ringförmiger Teilannular part
550550
kalibrierte Drosselblendecalibrated orifice
560560
lokale Verengung mit veränderlichem Durchlassquerschnittlocal constriction with variable passage cross-section

Claims (9)

Verbrennungsmotor (110), umfassend eine Lufteinlassleitung (205), die mit einem Kompressor (240) versehen ist, wobei ein Abschnitt der Lufteinlassleitung (205) stromabwärts vom Kompressor (240) eine lokale Verengung (500) umfasst.Internal combustion engine ( 110 ), comprising an air inlet line ( 205 ) with a compressor ( 240 ), wherein a portion of the air inlet duct ( 205 ) downstream of the compressor ( 240 ) a local narrowing ( 500 ). Verbrennungsmotor nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die lokale Verengung (500) einen konstanten Querschnitt aufweist.Internal combustion engine according to the preceding claim, wherein the local constriction ( 500 ) has a constant cross-section. Verbrennungsmotor (110) nach Anspruch 1, umfassend einen Aktuator (600) zum Verändern eines Querschnitts der lokalen Verengung (500).Internal combustion engine ( 110 ) according to claim 1, comprising an actuator ( 600 ) for changing a cross section of the local constriction ( 500 ). Verbrennungsmotor (110) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lokale Verengung (500) durch einen konvergenten Abschnitt (505) und durch einen stromabwärts vom konvergenten Abschnitt (505) angeordneten divergenten Abschnitt (506) definiert wird.Internal combustion engine ( 110 ) according to one or more of the preceding claims, wherein the local constriction ( 500 ) through a convergent section ( 505 ) and through a downstream of the convergent section (FIG. 505 ) arranged divergent section ( 506 ) is defined. Verbrennungsmotor (110) nach Anspruch 4, wobei der konvergente Abschnitt (505) und der divergente Abschnitt (506) eine identische Form und Länge aufweisen.Internal combustion engine ( 110 ) according to claim 4, wherein said convergent section ( 505 ) and the divergent section ( 506 ) have an identical shape and length. Verbrennungsmotor (110) nach Anspruch 4, wobei der konvergente Abschnitt (505) und der divergente Abschnitt (506) ein abgerundetes axiales Profil aufweisen.Internal combustion engine ( 110 ) according to claim 4, wherein said convergent section ( 505 ) and the divergent section ( 506 ) have a rounded axial profile. Verbrennungsmotor (110) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lokale Verengung (500) einen minimalen Querschnittdurchmesser (d) aufweist, der zwischen 40% und 70% eines Durchmessers (D) der Einlassleitung beträgt.Internal combustion engine ( 110 ) according to one or more of the preceding claims, wherein the local constriction ( 500 ) has a minimum cross-sectional diameter (d) that is between 40% and 70% of a diameter (D) of the inlet conduit. Verbrennungsmotor (110) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor ein Zweizylindermotor ist.Internal combustion engine ( 110 ) according to one or more of the preceding claims, wherein the internal combustion engine is a two-cylinder engine. Verbrennungsmotor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Intercooler (260) zwischen dem Kompressor (240) und der lokalen Verengung (500) angeordnet ist.Internal combustion engine ( 110 ) according to the preceding claim, wherein an intercooler ( 260 ) between the compressor ( 240 ) and the local narrowing ( 500 ) is arranged.
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