DE4320045A1 - Aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents

Aufgeladene Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-OS 37 10 195 ist bereits eine aufgeladene Brenn­ kraftmaschine der gattungsgemäßen Art bekannt, die einen Ab­ gasturbolader und einen von der Kurbelwelle der Brennkraftma­ schine über eine Antriebsriemenscheibe nebst Elektromagnetkup­ plung angetriebenen mechanischen Lader (Roots-Gebläse) besitzt, der in der Ladeluftleitung der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Der mechanische Lader dient unter anderem dazu, das An­ fahrverhalten der Brennkraftmaschine durch Herabsetzung deren Kompressionsverhältnis verbessern.
Zum allgemeinen Hintergrund wird noch auf die Druckschriften DE-PS 30 19 607 und DE-OS 35 26 532 verwiesen.
Bei gattungsgemäßen Brennkraftmaschinen ist ein Nachteil darin zu sehen, daß der baulich relativ aufwendig in das Gesamtsystem integrierte mechanische Lader nur für wenige ausgewählte Be­ triebszustände der Brennkraftmaschine benötigt wird, beispiels­ weise zur Verbesserung des Anfahrverhaltens oder zur Verhin­ derung von Rauchstößen im unteren Drehzahlbereich, und der Lader während langer Phasen der Betriebsdauer der Brennkraft­ maschine nicht genutzt wird.
Ferner sind die Schadstoffemissionen bei gattungsgemäßen Brennkraftmaschinen verhältnismäßig hoch.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungs­ gemäße Brennkraftmaschine mit geringem konstruktiven Aufwand derart auszubilden, daß bei unverändert gutem Anfahrverhalten und weiterhin geringer Neigung zur Rauchstoßbildung gleichzei­ tig eine signifikante Verringerung der Schadstoffemission er­ reichbar ist.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches gegebenen Merkmale gelöst.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung der Verbindungsleitung nebst motorkennfeldgeregelter Steuerklappe zwischen der Abgas­ leitung und der Saugseite des in der Ladeluftleitung angeord­ neten Verdichters in Abhängigkeit von der Stellung der Steuer­ klappe eine Abgasteilrückführung oder eine reine Ladeluftver­ dichtung unabhängig vom Druckgefälle zwischen Einlaßseite und Auslaßseite der Brennkraftmaschine realisierbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird eine Kühlung des rückgeführten Abgases vor dem Eintritt in den Verdichter erreicht. Die somit geringeren Werkstoffanforderun­ gen an den Verdichter führen zu einer größeren konstruktiven Variabilität und damit zu einer möglichen Kosteneinsparung bei der Auswahl geeigneter Verdichter.
Ferner hat die Ausbildung der Erfindung nach den Anspruch 2 in Kombination mit Anspruch 3 den Vorteil, daß das rückgeführte Abgas so weit abgekühlt wird, daß es zu keiner nennenswerten Erwärmung des Abgas-Ladeluftgemisches und damit nur zu einer geringfügigen Beeinflussung des Liefergrades der Brennkraftma­ schine kommt.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einem mechanischen Verdichter und einer erfindungsgemäßen Verbin­ dungsleitung zwischen Abgasleitung und Saugseite eines in der Gaszuführungsleitung der Brennkraft­ maschine befindlichen Verdichters nebst Abgas­ kühler und Steuerventilen in einer Stellung der Steuerventile für einen Betrieb der Brennkraft­ maschine ohne Abgasrückführung und
Fig. 2 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine analog Fig. 1 in einer Stellung der Steuerventile für einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit Abgas­ rückführung.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in einer schematischen Darstellung eine aufgeladene Brennkraftmaschine 1, die eine Einlaßseite 2, eine Auslaßseite 3 und eine Kurbelwelle 4 und ferner einen Abgas­ turbolader 5 mit einer Abgasturbine 6 und einem Ladeluftver­ dichter 7 umfaßt.
Eine aus Teilen 8 bis 15 bestehende Gaszuführungsleitung 16 führt vom Druckstutzen 17 des Ladeluftverdichters 7 zur Ein­ laßseite 2 der Brennkraftmaschine 1. Zwischen den Teilen 10 und 13 der Gaszuführungsleitung 16 befindet sich ein Ladeluftkühler 37.
Von der Auslaßseite 3 der Brennkraftmaschine 1 führt eine Ab­ gasleitung 18 mit Teilen 19 und 20 zum Einströmstutzen 21 der Abgasturbine 6. Vor dem Einströmstutzen 21 zweigt von dem Teil 19 der Abgasleitung 6 eine Umgehungsleitung 22 in das nicht näher dargestellte Abgassystem 23 ab.
Ein mechanischer Verdichter 24 mit Saugseite 25 und Druckseite 26 wird von der Kurbelwelle 4 über ein Getriebe 27 angetrieben.
Von dem Teil 20 der Abgasleitung 18 zweigt eine Verbindungs­ leitung 28 ab, die in das Teil 9 der Gaszuführungsleitung 16 vor die Saugseite 25 des mechanischen Verdichters 24 mündet. In der Verbindungsleitung 28 ist ein Abgaskühler 29 zur Kühlung der Abgase vor deren Eintritt in den Verdichter 24 angeordnet.
In der Gaszuführungsleitung 16 und in der Abgasleitung 18 be­ finden sich unten näher beschriebene motorkennfeldgeregelte Steuerventile 30 bis 36.
In Fig. 1 ist die Stellung der Steuerventile 30 bis 36 für ei­ nen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ohne Abgasrückführung, beispielsweise bei niedriger Motordrehzahl, gezeigt. Die Steu­ erventile 30 bis 36 sind in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuerbar.
Das Steuerventil 30 in der Umgehungsleitung 22 ist geschlossen, da es vorzugsweise im Vollastbereich geöffnet ist, um die Lei­ stung der Abgasturbine 6 und damit den Ladedruck zu begrenzen.
Zwischen den Teilen 14 und 15 der Gaszuführungsleitung 16 ist ein motorkennfeldgeregeltes Steuerventil 36 angeordnet, das bei einer prinzipiell bekannten Resonanzaufladung der Brennkraft­ maschine der Sauglängenveränderung der Gaszuführungsleitung 16 dient.
Die Ladeluftlieferung durch Resonanzaufladung erfolgt meist im niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, in dem der Abgasturbolader 5 noch verhältnismäßig wenig Ladeluft fördert. Da in diesem Drehzahlbereich nun der mechanische Verdichter 24 die Ladeluftförderung übernimmt, kann die Resonanzaufladung erforderlichenfalls auf einen anderen Drehzahlbereich abge­ stimmt werden.
Da keine Abgasrückführung erfolgen soll, sind das Steuerventil 31 in der Verbindungsleitung 28 und die Steuerventile 33 und 35 in den Teilen 10 und 12 der Gaszuführungsleitung 16 geschlossen und die Steuerventile 32 und 34 in den Teilen 9 bzw. 11 der Gaszuführungsleitung 16 geöffnet.
Somit fungiert der mechanische Verdichter 24 in der Schaltung gemäß Fig. 1 als in Serie zum Ladeluftverdichter 7 geschalteter weiterer Ladeluftverdichter, der besonders beim Anfahren der Brennkraftmaschine 1 die vom Ladeluftverdichter 7 verhältnis­ mäßig gering verdichtete und in die Gaszuführungsleitung 16 geförderte Ladeluft weiter verdichtet, bevor diese im Lade­ luftkühler 37 gekühlt und der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird.
In Fig. 2 ist die Stellung der Steuerventile 30 bis 36 für einen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 mit Abgasrückführung, beispielsweise bei mittlerer und hoher Motordrehzahl, gezeigt.
Das motorkennfeldgeregelte Steuerventil 30 in der Umgehungs­ leitung 22 ist je nach Stärke des Abgasstromes entweder ge­ schlossen oder teilweise bzw. ganz geöffnet.
Da nun eine Abgasrückführung erfolgen soll, sind das Steuer­ ventil 31 in der Verbindungsleitung 28 und die Steuerventile 33 und 35 in den Teilen 10 und 12 der Gaszuführungsleitung 16 geöffnet und die Steuerventile 32 und 34 in den Teilen 9 bzw. 11 der Gaszuführungsleitung 16 geschlossen.
Das in der Verbindungsleitung 28 strömende Abgas wird im er­ findungsgemäßen Abgaskühler 29 gekühlt, bevor es dem Verdichter 24 zugeführt wird.
Der mechanische Verdichter 24 in der Schaltung gemäß Fig. 2 dient somit als kombinierter Ladeluft-und Abgasverdichter. Durch die so realisierte Abgasrückführung werden besonders im mittleren und hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine 1 deren Abgasemissionswerte verringert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch in dem Teil 12 der Gaszuführungsleitung 16 ein Abgaskühler angeordnet sein.
Bei technologischer Realisierbarkeit einer vergleichbaren Le­ bensdauer von Abgaskühler und Ladeluftkühler wäre zudem ein auf der Druckseite des Verdichters 24 angeordneter gemeinsamer Ladeluft- und Abgaskühler denkbar.

Claims (5)

1. Aufgeladene Brennkraftmaschine, die eine Einlaßseite, eine Auslaßseite und eine Kurbelwelle umfaßt, wobei eine Gaszufüh­ rungsleitung mit der Einlaßseite und eine Abgasleitung mit der Auslaßseite verbunden ist und wobei in der Gaszuführungsleitung mindestens ein Verdichter mit einer Druckseite und einer Saug­ seite für die Förderung von Gas zur Einlaßseite der Brennkraft­ maschine angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abgasleitung (18) und der Saugseite (25) des Ver­ dichters (24) eine Verbindungsleitung (28) angeordnet ist, in der mindestens ein von Betriebsparametern der Brennkraftma­ schine (1) steuerbares Steuerventil (31) angeordnet ist.
2. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (28) mindestens ein Abgaskühler (29) angeordnet ist.
3. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaszuführungsleitung (16) nach dem Verdichter (24) mindestens ein Abgaskühler angeordnet ist.
4. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (28) auf der Saugseite (25) des Verdichters (24) in die Gaszuführungsleitung (16) mündet.
5. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (24) mechanisch über die Kurbelwelle (4) nebst Getriebe (27) angetrieben wird.
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