EP2516823A1 - Exhaust gas turbocharger for an internal combustion machine having an unburnt gas supply device and a corresponding arrangement - Google Patents

Exhaust gas turbocharger for an internal combustion machine having an unburnt gas supply device and a corresponding arrangement

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EP2516823A1
EP2516823A1 EP10798756A EP10798756A EP2516823A1 EP 2516823 A1 EP2516823 A1 EP 2516823A1 EP 10798756 A EP10798756 A EP 10798756A EP 10798756 A EP10798756 A EP 10798756A EP 2516823 A1 EP2516823 A1 EP 2516823A1
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EP
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exhaust gas
turbocharger
internal combustion
compressor
supply device
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Withdrawn
Application number
EP10798756A
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Eduard Gerum
Manuel Marx
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

The invention relates to an exhaust gas turbocharger (10) for an internal combustion machine (1), in particular a diesel engine, having an unburnt mixture supply device (4), comprising at least one compressor (11); at least one exhaust gas turbine (12); a turbocharger shaft (13) by means of which the at least one compressor (11) and the at least one exhaust gas turbine (12) are rotationally fixedly coupled; and an energy store (14) for increasing a mass moment of inertia, wherein the energy store (14) is rotationally fixed coupled to the at least one compressor (11) and the at least one exhaust gas turbine (12) by means of the turbocharger shaft (13). An arrangement for supplying unburnt gas to an internal combustion machine (1) comprises such an exhaust gas turbocharger (10) and an unburnt gas supply device.

Description

3855 K DE 18.12.2009  3855 K EN 18.12.2009
ABGASTURBOLADER FÜR EINE VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE MIT EINER FRISCHGASVERSORGUNGSVORRICHTUNG UND EINE ENTSPRECHENDE ANORDNUNG EXHAUST BOLDER FOR A COMBUSTION ENGINE WITH A FRESH-GAS SUPPLY DEVICE AND A CORRESPONDING ARRANGEMENT
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Frischgasversorgungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Anordnung zur Frischgasversorgung einer Verbrennungskraftmaschine. The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with a fresh gas supply device. The invention also relates to a corresponding arrangement for supplying fresh gas to an internal combustion engine.
Verbrennungskraftmaschinen, beispielsweise Dieselmotoren, sind häufig mit Abgasturboladern ausgerüstet. Fig. 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 1 nach dem Stand der Technik, deren Abgasleitung 6 mit einer Abgasturbine 12 eines Abgasturboladers 10 verbunden ist. Diese Abgasturbine 12 treibt einen Verdichter 1 1 des Abgasturboladers 10 an, wobei hier die Abgasturbine 12 und der Verdichter 1 1 über eine Turboladerwelle 13 gekoppelt sind. Der Verdichter 1 1 verdichtet Ansaugluft aus einem Frischgaseinlass 2 und erhöht damit einen Ansaugdrucks in einer Ansaugleitung 5 der Verbrennungskraftmaschine 1. Dadurch wird z.B. ein Beschleunigungsverhalten eines nicht gezeigten Fahrzeugs, das mit der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgerüstet ist, verbessert. Außerdem wird eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs erzielt. Internal combustion engines, such as diesel engines, are often equipped with exhaust gas turbochargers. 1 shows an internal combustion engine 1 according to the prior art, the exhaust pipe 6 is connected to an exhaust gas turbine 12 of an exhaust gas turbocharger 10. This exhaust gas turbine 12 drives a compressor 1 1 of the exhaust gas turbocharger 10, in which case the exhaust gas turbine 12 and the compressor 1 1 are coupled via a turbocharger shaft 13. The compressor 1 1 compresses intake air from a fresh gas inlet 2 and thus increases an intake pressure in an intake passage 5 of the internal combustion engine 1. an acceleration performance of a vehicle, not shown, which is equipped with the internal combustion engine 1, improved. In addition, a reduction in fuel consumption is achieved.
Verdichterlaufräder von Abgasturboladern (ATL) in Verbrennungskraftmaschinen werden aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen oder Titan bzw. Titanlegierungen hergestellt. Die Ursache dazu liegt in der niedrigen spezifischen Masse und damit auch in einem geringen Massenträgheitsmoment. Dies begünstigt einen schnellen Hochlauf des Turboladers und verringert damit das so genannte„Turboloch". Dieses Turboloch entsteht bei Verbrennungskraftmaschinen mit Abgasturboladern deshalb, da bei einem Beschleunigungsvorgang der Abgasmassenstrom von der Verbrennungskraftmaschine 1 durch die Abgasturbine 12 den Verdichter 1 1 des Abgasturboladers 10 beschleunigen muss, damit dieser seinen vollen Ladedruck aufbauen kann. Die Zeit bis der maximale Ladedruck erreicht wird, hängt maßgeblich von der Massenträgheit der Laufräder (der Abgasturbine 12 und des Verdichters 1 1) ab. Je geringer das Massenträg- heitsmoment ist, desto mehr reduziert sich die Turboladerdrehzahl während eines Schaltvorgangs bzw. Gangwechsels (insbesondere bei Schaltgetrieben und automatisierten Schaltgetrieben). Die hat zur Folge, dass der Abgasturbolader 10 nach dem Einkuppeln zunächst wieder auf die notwendige Drehzahl beschleunigt werden, die zu der dann vorhandenen Motordrehzahl korrespondiert. Zur Überbrückung dieses„Turbolochs" sind Lösungsvorschläge gemacht worden, wobei Druckluft, zum Beispiel aus einem von einem Luftverdichter 9 gespeisten Druckluftbehälter 8, gesteuert in die Ansaugleitung 5 der Verbrennungskraftmaschine 1 eingeleitet wird, um bei erhöhtem Ansaugluftbedarf der Verbrennungskraftmaschine 1 diesen zu decken. Dieses erfolgt mittels einer Frischgasversorgungsvorrichtung 4, welche zwischen dem Verdichter 1 1 des Turboladers 10 bzw. einem in Strömungsrichtung nachgeschalteten Ladeluftkühler 3 und der Ansaugleitung 5 angeordnet ist. Compressor wheels of exhaust gas turbochargers (ATL) in internal combustion engines are made of aluminum or aluminum alloys or titanium or titanium alloys. The reason for this lies in the low specific mass and thus also in a low mass moment of inertia. This turbocharger is produced in internal combustion engines with exhaust gas turbochargers therefore, since during an acceleration process, the exhaust gas mass flow from the internal combustion engine 1 through the exhaust gas turbine 12 has to accelerate the compressor 1 1 of the exhaust gas turbocharger 10, The time until the maximum charge pressure is reached depends to a large extent on the inertia of the wheels (the exhaust gas turbine 12 and the compressor 11) .The lower the mass moment of inertia, the more the turbocharger speed is reduced during one Shifting or gear changes (especially in manual transmissions and automated manual transmissions). This has the consequence that the exhaust gas turbocharger 10 are first accelerated after engagement again to the necessary speed, which corresponds to the then existing engine speed. To bridge this "turbo lag" proposed solutions have been made, compressed air, for example, from a fed from an air compressor 9 compressed air tank 8, controlled in the intake manifold 5 of the internal combustion engine 1 is introduced to cover this with an increased intake air demand of the internal combustion engine 1 this by means of a fresh gas supply device 4, which is arranged between the compressor 1 1 of the turbocharger 10 and a downstream in the flow direction intercooler 3 and the suction line 5.
Die WO 2006/089779 AI beschreibt eine Einrichtung zur Frischluftversorgung einer turboaufgeladenen Kolbenbrennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betrieb dersel- ben. WO 2006/089779 A1 describes a device for supplying fresh air to a turbo-charged piston internal combustion engine and a method for operating the same.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Abgasturbolader zu schaffen. Die Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. It is therefore the object of the present invention to provide an improved exhaust gas turbocharger. The object is achieved by an exhaust gas turbocharger with the features of claim 1.
Demgemäß umfasst ein Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, mit einer Frischgasversorgungsvorrichtung, wobei der Abgas- turbolader zumindest einen Verdichter; zumindest eine Abgasturbine; eine Turboladerwelle, über welche der zumindest eine Verdichter und die zumindest eine Abgasturbine drehfest gekoppelt sind; und einen Energiespeicher zur Erhöhung eines Massenträgheitsmoments, wobei der Energiespeicher über die Turboladerwelle mit dem zumindest einen Verdichter und der zumindest einen Abgasturbine drehfest gekoppelt ist. Accordingly, an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with a fresh gas supply device, wherein the exhaust gas turbocharger comprises at least one compressor; at least one exhaust gas turbine; a turbocharger shaft via which the at least one compressor and the at least one exhaust gas turbine are rotatably coupled; and an energy storage device for increasing a moment of inertia, wherein the energy store is rotatably coupled via the turbocharger shaft with the at least one compressor and the at least one exhaust gas turbine.
Eine Idee der Erfindung besteht darin, den Abgasturbolader mit einem Energiespeicher auszurüsten, welcher ein Massenträgheitsmoment des Abgasturboladers erhöht. Im Gegensatz zu der Tatsache, dass eine Erhöhung der Massenträgheit des Abgasturboladers, d.h. der rotierenden Bauteile, zu einer deutlichen Vergrößerung des so genannten Turbolochs führt, ergibt eine Kombination in einer Anordnung von Abgasturbolader und Frischgasversorgungsvorrichtung den Vorteil, dass nach einem Gang- Wechsel der Abgasturbolader mit der vorhandenen Motordrehzahl so synchronisiert ist, dass ein Beschleunigen des Abgasturboladers auf einen für die vorhandene Motordrehzahl erforderlichen Turoboladerdrehzahlwert für einen zugehörigen Ladedruck entfällt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Druckluftverbrauch der Frischgasversor- gungsvorrichtung reduziert wird, da ein Beschleunigen des Abgasturboladers nach einem Gangwechsel entfällt. One idea of the invention is to equip the exhaust gas turbocharger with an energy store, which increases an inertia of the exhaust gas turbocharger. In contrast to the fact that increasing the mass inertia of the exhaust gas turbocharger, ie the rotating components, leads to a significant increase in the so-called turbo lag, a combination in an arrangement of exhaust gas turbocharger and fresh gas supply device has the advantage that after a gear change the exhaust gas turbocharger is synchronized with the existing engine speed so that an acceleration of the exhaust gas turbocharger to a required for the existing engine speed Turoboladerdrehzahlwert for an associated boost pressure deleted. A further advantage is that compressed air consumption of the fresh gas supply device is reduced, since acceleration of the exhaust gas turbocharger after a gear change is dispensed with.
Der Energiespeicher weist dazu eine Schwungmasse auf. Er kann als eine Art The energy storage has to a flywheel. He can as a kind
Schwungrad ausgebildet sein, das auf die Turboladerwelle drehfest aufgebracht ist. Be formed flywheel, which is rotatably mounted on the turbocharger shaft.
Diese Schwungmasse auch zumindest teilweise in die Turboladerwelle integriert sein, wodurch sich eine Teilezahl reduziert. Es ist weiterhin möglich, dass die Schwungmasse des Energiespeichers so aufgeteilt ist, dass sie zumindest teilweise in drehbare Teile des zumindest einen Verdichters und/oder der zumindest einen Abgasturbine integriert ist. Dies ist zum Beispiel dadurch möglich, wenn die Laufräder von Verdichter und/oder Abgasturbine aus Stahl hergestellt sind. This flywheel also be at least partially integrated into the turbocharger shaft, which reduces a number of parts. It is also possible that the flywheel of the energy storage is divided so that it is at least partially integrated in rotatable parts of the at least one compressor and / or the at least one exhaust gas turbine. This is possible, for example, when the wheels of the compressor and / or exhaust gas turbine are made of steel.
In bevorzugter Ausführung kann die Schwungmasse des Energiespeichers für eine vorbestimmte Verzögerung der Drehzahl des Abgasturboladers festgelegt sein, wodurch ein Druckluftverbrauch der Frischgasversorgungsvorrichtung reduziert wird. Gleichzeitig wird der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine erhöht. In a preferred embodiment, the flywheel of the energy storage device can be set for a predetermined delay of the rotational speed of the exhaust gas turbocharger, whereby a compressed air consumption of the fresh gas supply device is reduced. At the same time, the efficiency of the internal combustion engine is increased.
Außerdem wird durch eine Reduzierung des Druckluftverbrauchs eine Anpassung eines Luftpressers bzw. Luftverdichters der Druckluftanlage für die Zusatzluft oder ei- nes Lufttrocknungssystems vermieden, da durch den Energiespeicher kein erhöhter Mehrbedarf an Zusatzluft besteht, der eine Anpassung bedingen würde. In addition, by reducing the compressed air consumption, an adaptation of an air compressor or air compressor of the compressed air system for the additional air or a Nes air drying system avoided, since there is no increased demand for additional air through the energy storage, which would require an adjustment.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen: The invention will now be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. Hereby show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer Frischgasversorgungsvorrichtung nach dem Stand der Technik; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers und einer Frischgasversorgungsvorrichtung; und Fig. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger and a fresh gas supply device according to the prior art; FIG. 2 shows a schematic representation of an internal combustion engine with an exemplary embodiment of an exhaust gas turbocharger according to the invention and a fresh gas supply device; FIG. and
Fig. 3a-c drei Diagramme von zeitlichen Zusammenhängen eines Gangstufen- wechseis mit Motordrehzahl und Turoladerdrehzahl. 3a-c three diagrams of temporal relationships of a Gangstufen- wechseis with engine speed and Turoladerdrehzahl.
Gleiche Bauelemente bzw. Funktionseinheiten mit gleicher Funktion sind mit gleichen Bezugszeichen in den Figuren gekennzeichnet. Fig. 1 ist oben beschrieben und wird nicht weiter erläutert. Identical components or functional units with the same function are identified by the same reference numerals in the figures. Fig. 1 is described above and will not be explained further.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers 10 und einer Frischgasversorgungsvorrichtung 4. 2 shows a schematic representation of an internal combustion engine 1 with an exemplary embodiment of an exhaust gas turbocharger 10 according to the invention and a fresh gas supply device 4.
Im Unterschied zu der Darstellung der Fig. 1 weist der erfindungsgemäße Abgasturbolader 10 in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel einen Energiespeicher 14 auf. In contrast to the representation of FIG. 1, the exhaust-gas turbocharger 10 according to the invention has an energy store 14 in the exemplary embodiment shown in FIG.
Der erfindungsgemäße Abgasturbolader 10 und die Frischgasversorgungsvorrichtung 4 bilden eine Anordnung zur Frischgasversorgung der Verbrennungskraftmaschine 1 The exhaust gas turbocharger 10 according to the invention and the fresh gas supply device 4 form an arrangement for supplying fresh gas to the internal combustion engine 1
Der Energiespeicher 14 ist mit der Turboladerwelle 13 gekoppelt und umfasst in diesem Beispiel eine Schwungmasse, welche mit dem Verdichter 1 1 und der Abgasturbi- ne 12 zusammen rotiert, wenn die Abgasturbine 12 durch den Abgasstrom der The energy store 14 is coupled to the turbocharger shaft 13 and, in this example, comprises a flywheel which is connected to the compressor 11 and the exhaust gas turbine. ne 12 rotates together when the exhaust gas turbine 12 through the exhaust stream of
Verbrennungskraftmaschine 1 angetrieben wird. Internal combustion engine 1 is driven.
Dabei erhöht der Energie Speicher als Schwungmasse in der Art eines Schwungrades die Massenträgheit von Verdichter 1 1 und Abgasturbine 12. Eine Erhöhung dieser Massenträgheit durch die Schwungmasse führt allerdings zu einer deutlichen Vergrößerung des Turbolochs bei Beschleunigungsvorgängen wie auch beim Anfahren des zur Verbrennungskraftmaschine 1 zugehörigen Fahrzeugs oder beim Beschleunigen aus niedriger Drehzahl ohne Schaltvorgang. In der in Fig. 2 dargestellten Kombination des mit dem Energiespeicher 14 versehenen Abgasturboladers 10 mit der Frischgasversorgungsvorrichtung 4 wird aber auch das durch die erhöhte Massenträgheit der Laufräder von Verdichter 1 1 und Abgasturbine 12 vergrößerte Turboloch durch Einblasung von Druckluft mittels der Frischgasver- sorgungsvorrichtung 4 in die Ansaugleitung 5 der Verbrennungskraftmaschine 1 fast vollständig reduziert. In this case, the energy storage increases as a flywheel in the manner of a flywheel, the inertia of the compressor 1 1 and the exhaust turbine 12. An increase in inertia by the flywheel, however, leads to a significant increase in the turbo lag during acceleration processes as well as when starting the internal combustion engine 1 associated vehicle or when accelerating from low speed without switching operation. In the combination of the exhaust gas turbocharger 10 provided with the energy storage device 14 with the fresh gas supply device 4 shown in FIG. 2 but also by the increased inertia of the wheels of compressor 1 1 and exhaust gas turbine 12 enlarged turbo lag by injection of compressed air by means of Frischgasver- sorgungsvorrichtung 4 in the intake passage 5 of the internal combustion engine 1 almost completely reduced.
Der Energiespeicher 14 kann als Schwungmasse auf der Turboladerwelle 13 drehfest aufgebracht sein. Es ist auch möglich, dass die Schwungmasse zum Beispiel auf zwei oder mehr Schwungscheiben verteilt ist, die an geeigneter Position der Turboladerwel- le 13 angeordnet sind. Der Energiespeicher 14 kann auch auf andere Art und Weise mit der Turboladerwelle 13 gekoppelt sein, zum Beispiel über eine Kupplung und/oder ein Getriebe. Natürlich kann auch die Turboladerwelle 14 so ausgebildet sein, dass der Energiespeicher in ihr integriert ist. Die Schwungmasse des Energiespeichers 14 kann so gewählt werden, dass ein Abfall der Drehzahl des Abgasturboladers, zum Beispiel bei einem Gangwechsel, einen vorbestimmten Wert pro Zeiteinheit erreicht. Auf diese Weise kann insbesondere (aber nicht ausschließlich9 bei automatisierten Schaltgetrieben nach einem Schaltvorgang bzw. Gangwechsel die Turboladerdrehzahl mit der dann vorhandenen Motordrehzahl synchronisiert werden. Dadurch wird ein unnötiger Hochlauf des Abgasturboladers 10 vermieden bzw. minimiert. Dies soll an einem Beispiel im Zusammenhang mit Fig. 3a-c erläutert werden. In Fig. 3a-c sind drei Diagramme von zeitlichen Zusammenhängen eines Gangstufenwechsels mit Motordrehzahl nM und Turoladerdrehzahl nL dargestellt. The energy storage 14 may be applied as a centrifugal mass on the turbocharger shaft 13 rotatably. It is also possible that the flywheel is distributed, for example, on two or more flywheels, which are arranged at a suitable position of the turbocharger shaft 13. The energy storage 14 may also be coupled in another way to the turbocharger shaft 13, for example via a clutch and / or a transmission. Of course, the turbocharger shaft 14 may be formed so that the energy storage is integrated in it. The flywheel of the energy accumulator 14 may be selected so that a drop in the rotational speed of the exhaust gas turbocharger, for example, during a gear change, reaches a predetermined value per unit time. In this way, in particular (but not exclusively) in the case of automated manual transmissions after a shift or gear change, the turbocharger rotational speed can be synchronized with the engine rotational speed then present, thereby avoiding or minimizing unnecessary startup of the exhaust gas turbocharger 10. This will be explained using an example in connection with FIGS. 3a-c. In Fig. 3a-c three diagrams of temporal relationships of a gear stage change with engine speed n M and Turoladerdrehzahl n L are shown.
Fig. 3a stellt ein Diagramm von Gangstufen G über der Zeit t dar. In diesem Beispiel ist vor einem Zeitpunkt Tl eine Gangstufe 5 eines nicht gezeigten automatisierten Schaltgetriebes eingestellt. Zu dem Zeitpunkt Tl erfolgt ein Gangstufenwechsel von der Gangstufe 5 in Gangstufe 7. Im Zeitpunkt T2 ist die Gangstufe 7 eingenommen. 3a shows a diagram of gear steps G over the time t. In this example, a gear stage 5 of an automatic gearbox, not shown, is set before a point in time T1. At the time Tl, a gear change takes place from the gear 5 in gear 7. At the time T2, the gear 7 is taken.
Die Dauer des Gangstufenwechsels bzw. des Schaltvorgangs von Tl nach T2 beträgt in diesem Beispiel 2 s. The duration of the gear stage change or the switching operation from Tl to T2 in this example is 2 s.
Im zeitlichen Zusammenhang mit Fig. 3 a zeigt Fig. 3b ein Diagramm, in welchem eine Motordrehzahl nM über der Zeit als Graphabschnitt schematisch aufgetragen ist. Im Zeitpunkt Tl beträgt die Motordrehzahl nMT1 1500 U/min. Beim Auskuppeln zum Gangwechsel verringert sich die Motordrehzahl nM, bis sie beim Einkuppeln zum Zeitpunkt T2 einen Wert von nMT2 = 1 150 U/min aufweist. In the temporal context with FIG. 3 a, FIG. 3 b shows a diagram in which an engine speed n M is schematically plotted over time as a graph section. At time Tl, the engine speed n MT1 is 1500 rpm. When disengaging the gear change, the engine speed n M decreases until it has a value of n MT2 = 1 150 U / min when engaging at time T2.
Die zugehörige Turboladerdrehzahl nL zeigt Fig. 3c in einem weiteren Diagramm. Im Zeitpunkt Tl beträgt die Turboladerdrehzahl nLT1 150000 U/min. Zunächst wird der Fall eines üblichen Turboladers beschrieben. Hierbei fällt Turboladerdrehzahl nL während des Schaltvorgangs aufgrund eines sich verringernden Abgasstroms auf den Wert nLT2 = 20000 U/min im Zeitpunkt T2 ab. Dies ist durch die gestrichelte Gerade angedeutet. Um einen für die im Zeitpunkt T2 vorhandene Motordrehzahl nMT2 = 1 150 U/min erforderlichen Ladedruck zu erreichen, müsste der Turbolader eine optimale Turboladerdrehzahl von n'L = 70000 U/min aufweisen. Da dies in diesem Fall nicht zutrifft, muss der Turbolader von den 20000 U/min auf 70000 U/min beschleunigt werden. The associated turbocharger speed n L is shown in FIG. 3c in a further diagram. At time Tl, the turbocharger speed n LT1 is 150000 rpm. First, the case of a conventional turbocharger will be described. In this case, the turbocharger speed n L falls during the switching operation due to a decreasing exhaust gas flow to the value n LT2 = 20000 U / min at time T2. This is indicated by the dashed line. In order to achieve a boost pressure necessary for the engine speed n MT2 = 1 150 rpm present at time T2, the turbocharger would have to have an optimum turbocharger speed of n ' L = 70,000 rpm. Since this is not the case in this case, the turbocharger must be accelerated from the 20,000 rpm to 70,000 rpm.
Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Turboladers 10 mit dem Energiespeicher 14 fällt die Turboladerdrehzahl nL aufgrund der erhöhten Massenträgheit auf einen Wert von „nur" n'LT2 =70000 U/min im Zeitpunkt T2 ab. Dabei ist die Schwungmasse so vorbestimmt, dass der Abgasturbolader 10 während des Schaltvorgangs von 2 s um 40000 U/s abgebremst wird. Auf diese Weise ergibt sich nach einem Schaltvorgang von 2 s im Zeitpunkt T2 die optimale Turboladerdrehzahl n'LT2, die nun zu der vorhandenen Motordrehzahl nMT2 synchronisiert ist. Es ist dann kein unnötiges Hochbeschleunigen des Abgasturboladers 10 mehr notwendig, ein Turboloch tritt nicht mehr auf. When using the turbocharger 10 according to the invention with the energy storage 14, the turbocharger speed n L drops due to the increased inertia to a value of "only" n ' LT2 = 70000 U / min at time T2. In this case, the flywheel is predetermined so that the exhaust gas turbocharger 10 is braked during the switching operation of 2 s by 40000 U / s. In this way, after a switching operation of 2 s at time T2, the optimum turbocharger speed n ' LT2 , which is now synchronized to the existing engine speed n MT2 . It is then no unnecessary high acceleration of the exhaust gas turbocharger 10 more necessary, a turbo lag does not occur.
Natürlich erhöht die Schwungmasse des Energiespeichers 14 das Turboloch beim Anfahren aus einer Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 bzw. beim Beschleunigen aus niedriger Motordrehzahl nM ohne Schaltvorgang. Diese Auswirkung wird aber durch die Frischgasversorgungsvorrichtung 4 vollständig eliminiert. Of course, the flywheel of the energy accumulator 14 increases the turbo lag when starting from an idle speed of the internal combustion engine 1 or when accelerating from low engine speed n M without switching operation. However, this effect is completely eliminated by the fresh gas supply device 4.
Da bei Erreichen des Zeitpunkts T2, d.h. bei erfolgtem Schaltvorgang, die Turboladerdrehzahl nLT2 zur Motordrehzahl nMT2 synchronisiert ist und nicht mehr beschleunigt werden muss, wird der Luftverbrauch bei dem Einblas Vorgang von Druckluft durch die Frischgasversorgungsvorrichtung reduziert. Daraus ergibt sich, dass eine notwendige Anpassung des Luftverdichters 9 oder eines Lufttrocknungssystems, z.B. in einem Nutzfahrzeug vermeidbar ist und eine Kosteneinsparung erbringt. Since reaching time T2, that is, from the successful switching operation, the turbocharger speed n LT2 is synchronized with the engine speed n MT2 and no longer needs to be accelerated, the air consumption in the insufflation process of compressed air is reduced by the fresh gas supply device. It follows that a necessary adaptation of the air compressor 9 or an air drying system, for example, in a commercial vehicle is avoidable and provides a cost savings.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel schränkt die Erfindung nicht ein. Sie ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche modifizierbar. The embodiment described above does not limit the invention. It is modifiable within the scope of the appended claims.
Es ist zum Beispiel denkbar, dass der Energiespeicher 14 nachträglich an dafür vorbereitete Abgasturbolader 10 anbringbar, z.B. über eine entsprechende Kupplung, oder darin montierbar ist. It is conceivable, for example, for the energy store 14 to be subsequently attachable to exhaust gas turbochargers 10 prepared therefor, e.g. via a corresponding coupling, or can be mounted therein.
Bei dem Abgasturbolader 10 können die Laufräder von Verdichter 1 1 und/oder Abgas- turbine 12 aus einem schwereren Werkstoff als Aluminium oder Titan bestehen, wie zum Beispiel Stahl. Dadurch kann zusätzliche Schwungmasse des Energiespeichers 14 verringert werden. In the exhaust gas turbocharger 10, the impellers of compressor 1 1 and / or exhaust turbine 12 may be made of a heavier material than aluminum or titanium, such as steel. As a result, additional flywheel mass of the energy store 14 can be reduced.
Es ist denkbar, dass der Energiespeicher 14 vollständig oder auf zwei oder mehrere Abschnitte aufgeteilt durch eine oder mehrere steuerbare Kupplungen mit der Abgas- turboladerwelle 13 koppelbar ist, um das Massenträgheitsmoment an unterschiedliche Betrieb szustände der Verbrennungskraftmaschine 1 anzupassen. It is conceivable that the energy store 14 is divided completely or over two or more sections by one or more controllable couplings with the exhaust gas. turbocharger shaft 13 can be coupled in order to adapt the mass moment of inertia to different operating conditions of the internal combustion engine 1.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Verbrennungskraftmaschine 1 internal combustion engine
2 Frischgaseinlass 2 fresh gas inlet
3 Ladeluftkühler 3 intercooler
4 Frischgasversorgungsvorrichtung 5 Ansaugleitung 4 fresh gas supply device 5 suction line
6 Abgasleitung 6 exhaust pipe
7 Abgasauslass 7 exhaust outlet
8 Druckluftbehälter 8 compressed air tanks
9 Luftverdichter 9 air compressor
10 Abgasturbolader 10 turbocharger
1 1 Verdichter 1 1 compressor
12 Abgasturbine 12 exhaust gas turbine
13 Turboladerwelle 13 turbocharger shaft
14 Energiespeicher 14 energy storage
DL Druckluftleitung DL compressed air line
G Gangstufe G speed step
nM Motordrehzahl n M engine speed
nL Turboladerdrehzahl n L Turbocharger speed
t, T1 , T2 Zeit t, T1, T2 time

Claims

Patentansprüche claims
Abgasturbolader (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (1), insbesondere Dieselmotor, mit einer Frischgasversorgungsvorrichtung (4), wobei der Abgasturbolader (10) umfasst: Exhaust gas turbocharger (10) for an internal combustion engine (1), in particular a diesel engine, having a fresh gas supply device (4), the exhaust gas turbocharger (10) comprising:
zumindest einen Verdichter (1 1); at least one compressor (1 1);
zumindest eine Abgasturbine (12); at least one exhaust gas turbine (12);
eine Turboladerwelle (13), über welche der zumindest eine Verdichter (1 1) und die zumindest eine Abgasturbine (12) drehfest gekoppelt sind; und a turbocharger shaft (13), via which the at least one compressor (1 1) and the at least one exhaust gas turbine (12) are non-rotatably coupled; and
einen Energiespeicher (14) zur Erhöhung eines Massenträgheitsmoments, wobei der Energiespeicher (14) über die Turboladerwelle (13) mit dem zumindest einen Verdichter (1 1) und der zumindest einen Abgasturbine (12) drehfest gekoppelt ist. an energy store (14) for increasing a moment of inertia, wherein the energy store (14) via the turbocharger shaft (13) with the at least one compressor (1 1) and the at least one exhaust gas turbine (12) is rotatably coupled.
Abgasturbolader (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (14) eine Schwungmasse aufweist. Exhaust gas turbocharger (10) according to claim 1, characterized in that the energy store (14) has a flywheel.
Abgasturbolader (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse des Energiespeichers (14) zumindest teilweise in die Turboladerwelle (13) integriert ist. Exhaust gas turbocharger (10) according to claim 2, characterized in that the flywheel of the energy accumulator (14) is at least partially integrated in the turbocharger shaft (13).
Abgasturbolader (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse des Energiespeichers (14) zumindest teilweise in drehbare Teile des zumindest einen Verdichters (1 1) und/oder der zumindest einen Abgasturbine (12) integriert ist. Exhaust gas turbocharger (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the flywheel mass of the energy store (14) is at least partially integrated in rotatable parts of the at least one compressor (1 1) and / or the at least one exhaust gas turbine (12).
Abgasturbolader (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse des Energiespeichers (14) für eine vorbestimmte Verzögerung der Drehzahl des Abgasturboladers (10) festgelegt ist. Exhaust gas turbocharger (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the flywheel mass of the energy store (14) for a predetermined delay of the rotational speed of the exhaust gas turbocharger (10) is fixed.
Anordnung zur Frischgasversorgung einer Verbrennungskraftmaschine (1), insbesondere Dieselmotor, mit zumindest einer Frischgasversorgungsvorrichtung (4) und zumindest einem Abgasturbolader (10) nach einem der vorhergehendenArrangement for supplying fresh gas to an internal combustion engine (1), in particular a diesel engine, with at least one fresh gas supply device (4) and at least one exhaust gas turbocharger (10) according to one of the preceding
Ansprüche. Claims.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106812615A (en) * 2015-11-30 2017-06-09 长城汽车股份有限公司 The control method of engine, system and vehicle

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9476365B2 (en) * 2012-05-17 2016-10-25 Ford Global Technologies, Llc Coordination of cam timing and blow-through air delivery
DE102012221403A1 (en) * 2012-11-22 2014-05-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for operating a spark-ignited internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger
CN104895666B (en) * 2015-07-03 2017-07-21 江苏理工学院 Turbo charge system and its increasing dynamic method and the turbocharging servicing unit of use
CN104929759B (en) * 2015-07-03 2017-11-14 江苏理工学院 Exhaust turbocharging system and plus power, drop dynamic method and boost assist device

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2514699A1 (en) * 1975-04-04 1976-10-14 Daimler Benz Ag IC engine exhaust turbocharger - of reduced inertia mass using light-weight materials for turbine impeller shaft and pump impeller
US4145888A (en) * 1977-06-20 1979-03-27 Borg-Warner Corporation Combined turbocharger and accessory drive
DE2834785C2 (en) * 1978-08-09 1986-07-10 MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München Internal combustion engine, in particular an exhaust gas-charged piston internal combustion engine, with an acceleration device
DE2840375A1 (en) * 1978-09-16 1980-04-10 Maschf Augsburg Nuernberg Ag EXHAUST TURBOCHARGER FOR DIESEL ENGINES
DE2912950C2 (en) * 1979-03-31 1982-05-19 Essers, Ulf, Prof. Dr.-Ing., 7000 Stuttgart Turbocharged internal combustion engine
JPS57143127A (en) * 1981-02-27 1982-09-04 Isuzu Motors Ltd Turbocharger
JPS585426A (en) * 1981-06-30 1983-01-12 Isuzu Motors Ltd Exhaust turbosupercharger device
DE3602543A1 (en) * 1986-01-29 1987-10-01 Walter Schopf Exhaust turbocharger with dynamic charging performance
JP2622994B2 (en) * 1988-08-05 1997-06-25 株式会社いすゞセラミックス研究所 Control device for turbocharger with rotating electric machine
JPH02223627A (en) * 1989-02-27 1990-09-06 Isuzu Motors Ltd Energy recovery device of vehicle
US6553764B1 (en) * 2001-12-19 2003-04-29 Caterpillar Inc Enhanced response turbocharger using flywheel storage
US6718768B2 (en) * 2002-08-12 2004-04-13 Caterpillar Inc Inertia augmented turbocharger
DE602004010439T2 (en) * 2004-05-07 2008-10-23 Honeywell International Inc. METHOD FOR OPERATING AN ELECTRICALLY SUPPORTED TURBOLADER AND GAINING DEVICE
DE102004026796A1 (en) * 2004-06-02 2005-12-29 Daimlerchrysler Ag Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine and method for operating an exhaust gas turbocharger
MX2007010194A (en) * 2004-09-10 2008-11-04 Knorr Bremse Systeme "torque deficiency" (accumulator-based charge assistance).
CN100575680C (en) * 2005-02-24 2009-12-30 克诺尔商用车制动系统有限公司 The fresh mix air feed system that is used for turbocharged piston formula internal-combustion engine
DE102008000325A1 (en) * 2008-02-18 2009-08-20 Zf Friedrichshafen Ag Method and device for controlling a compressed air supply of an internal combustion engine and other devices
JP5479372B2 (en) 2008-02-28 2014-04-23 クノル−ブレムゼ ジステーメ フューア ヌッツファールツォイゲ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Method and apparatus for controlling the output torque of an automated transmission coupled to an internal combustion engine
JP2009281195A (en) * 2008-05-20 2009-12-03 Toyota Motor Corp Control device for internal combustion engine
DE102010004657B4 (en) * 2010-01-14 2012-03-22 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Fresh gas supply device for an internal combustion engine and method for operating such a fresh gas supply device
US8434305B2 (en) * 2010-05-06 2013-05-07 Honeywell International Inc. Compressed-air-assisted turbocharger system for internal combustion engine
US8428844B2 (en) * 2010-05-19 2013-04-23 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Vehicle pneumatic booster system operating method and apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011076641A1 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106812615A (en) * 2015-11-30 2017-06-09 长城汽车股份有限公司 The control method of engine, system and vehicle

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Publication number Publication date
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