DE202015002208U1 - internal combustion engine - Google Patents
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- F02D9/12—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having slidably-mounted valve members; having valve members movable longitudinally of conduit
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- F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
- F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
- F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
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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.
GENAUE BESCHREIBUNGPRECISE DESCRIPTION
Einige Ausführungsformen können ein Kraftfahrzeugsystem
Die Luft kann den Zylindern
Das Kraftfahrzeugsystem
Der Verbrennungsmotor
Anders ausgedrückt ist die lokale Verengung
Die lokale Verengung
Wie dies in
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der ringförmige Teil
Eine andere Ausführungsform kann vorsehen, dass der konvergente Abschnitt
Die Profile des konvergenten
Das durch die lokale Verengung
In den stromaufwärtigen Rohren (rechte Seite von
Je höher die Spitzen-Spitzen-Amplitude der durch die Bewegungen der Einlassventile
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
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
In einer anderen Ausführungsform, die in
In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann die lokale Verengung
Die lokale Verengung
Es hat sich erwiesen, dass die lokale Verengung
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)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202015002208.1U DE202015002208U1 (en) | 2015-03-21 | 2015-03-21 | internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202015002208.1U DE202015002208U1 (en) | 2015-03-21 | 2015-03-21 | internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202015002208U1 true DE202015002208U1 (en) | 2016-06-23 |
Family
ID=56409756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202015002208.1U Active DE202015002208U1 (en) | 2015-03-21 | 2015-03-21 | internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202015002208U1 (en) |
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Legal Events
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---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |