WO2015185303A1 - Aufgeladene brennkraftmaschine - Google Patents

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a supercharged internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1.
  • Today's automobiles include an internal combustion engine operated with a fuel (such as gasoline or diesel) stored in a tank. Due to the temperatures and pressures prevailing in the tank, gases are produced by evaporation which may not or only to a limited extent be released into the surroundings of the vehicle. On the one hand, legally prescribed limit values exist for evaporative emissions, which are determined in specified cycles; on the other hand, discharged gas containing hydrocarbons (HC) leads to a noticeable smell of fuel. This smell is perceived by customers as disturbing and thus leads to customer complaints. Furthermore, in extreme cases, fire can also be caused by escaping gas or liquid fuel.
  • a fuel such as gasoline or diesel
  • the purge rate must be higher on average than the amount of gas that is produced in the tank.
  • the rinsing of the activated carbon filter is carried out by supplying the tank ventilation gas into the air supply of the internal combustion engine.
  • the fuel present in this gas is taken into account in the mixture precontrol of the control unit of the internal combustion engine, so that the fuel gases produced in the tank are incinerated without consumption and emissions.
  • a purging gradient pressure gradient
  • This required purging gradient is reduced by negative pressure in the air supply of the internal combustion engine by means of a throttle element, such. B. a throttle valve, relative to the ambient pressure of the vehicle generated.
  • the regulation of the venting via a usually electrically controlled valve.
  • diverter valves are used in the prior art. These are integrated in the region of the intake between the compressor and the throttle of the engine to rapidly reduce the existing pressure in the high pressure section of the intake at load reduction in the direction of low pressure side of the intake tract, d. H. the high-pressure side of the compressor is gas-conducting connected to the low-pressure side of the compressor.
  • diverter valves require additional hardware that generates additional costs during the development and assembly of the internal combustion engines.
  • additional components that they fail during operation and consequently can result in loss of comfort or consequential damage to other components.
  • DE 10 2011 084 539 B3 proposes a turbocharger with a compressor whose housing contains a low-pressure inlet area connected to a low-pressure inlet and a high-pressure outlet area connected to a high-pressure outlet.
  • the low pressure input portion is connected to the low pressure side of a suction pipe
  • the high pressure output portion is connected to the high pressure side of the suction pipe.
  • the compressor has a Venturi nozzle disposed between the high pressure exit region and the low pressure input region and further connected to an activated carbon filter for venting thereof.
  • the compressor has a diverter valve to which the Venturi nozzle is connected and the venting of the activated carbon filter is carried out with the diverter valve open.
  • a disadvantage of this known design is that a tank ventilation requires a significantly smaller flow cross-section than a diverter valve.
  • Object of the present invention is to show a measure how the above-mentioned disadvantages can be avoided, while reducing the components used.
  • the double gas supply and gas discharge lines to and from the valves, the second drive cable for the valves and a second component holder for a second housing account for. This results in advantages in terms of cost, space and weight, without functional disadvantages.
  • the diverter valve and the tank-venting valve according to claim 2 are preferably arranged in a common housing to save Bauraüm.
  • the tank-venting valve according to claim 3 preferably comprises a known and robust venturi nozzle as well as a likewise known flow-expansion valve with at least two flow cross-sectional extension stages.
  • the fuel tank via the valve according to claim 4 is connected in gaseous form with the intake tract, whereby a purging of the activated carbon filter is possible when the internal combustion engine is operated in non-supercharged operation (suction).
  • a first throttle element is provided, with which the tank ventilation valve can be shut off in order to minimize leakage losses and thus power losses of the internal combustion engine.
  • Fig. 1 shows schematically an internal combustion engine according to the invention.
  • Fig. 1 shows schematically an inventive, supercharged internal combustion engine 1 with a suction tract 2, in which a compressor 3, such. B. a compressor of an exhaust gas turbocharger or a compressor is arranged. Furthermore, a throttle element 4, for example a throttle valve, is arranged in the intake tract 2 in the intake tract between the compressor 3 and the internal combustion engine 1. Low pressure side of the intake tract 2 with a first line 5 and the high pressure side with a second line 6 between the compressor 3 and the throttle element 4 via a diverter valve 7 gasmarkedd connected, the diverter valve 7 should also be completely closed.
  • a compressor 3 such. B. a compressor of an exhaust gas turbocharger or a compressor
  • a throttle element 4 for example a throttle valve
  • a fuel tank 8 is further provided with an activated carbon filter 16, which is connected via a valve 9 with a tank vent valve 10 gas-conducting.
  • the suction tract 2 is low-pressure side connected to a third line 11 and high pressure side with a fourth line 12 between the compressor 3 and the throttle element 4 via the tank vent valve 10 gas-conducting.
  • the diverter valve 7 and the tank-venting valve 10 are arranged fluidically parallel to each other and the first line 5 and the third line 11 and the second line 6 and the fourth line 12 are at least partially the same lines.
  • the diverter valve 7 and the tank vent valve 10 are arranged in a common housing 13 in order to save installation space.
  • the tank vent valve 10 includes a venturi 14 and a flow expansion valve 15.
  • the fuel tank 8 and the activated carbon filter 16 can be connected to the intake tract 2 via the valve 9 in gas-carrying fashion.
  • a first throttle element 18 is provided in the first line 5, with which the tank ventilation valve 10 can be shut off.
  • the throttle element 18 may also be arranged in the second conduit 6, as shown in FIG. 1.
  • the double gas supply and gas discharge lines 5, 6, 11, 12 account for and from the valves 7, 10 the second drive cable for the valves 7, 10 and a second component holder for a second housing.

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Abstract

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Saugtrakt, in dem ein Verdichter angeordnet ist, wobei zwischen dem Verdichter und der Brennkraftmaschine ein Drosselelement in dem Saugtrakt angeordnet ist, wobei der Saugtrakt niederdruckseitig mit einer ersten und hochdrückseitig mit einer zweiten Leitung zwischen dem Verdichter und dem Drosselelement über ein Schubumluftventil gasführend verbindbar ist und wobei zur Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine ein Kraftstofftank mit einem Aktivkohlefilter vorgesehen ist, der über ein Tankentlüftungsventil gasführend verbindbar ist, wobei der Saugtrakt niederdruckseitig mit einer dritten und hochdruckseitig mit einer vierten Leitung zwischen dem Verdichter und dem Drosselelement über das Tankentlüftungsventil gasführend verbindbar ist, wobei das Schubumluftventil und das Tankentlüftungsventil parallel zueinander angeordnet sind und die erste und die dritte Leitung und die zweite und die vierte Leitung zumindest abschnittsweise dieselben Leitungen sind. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung entfallen doppelte Leitungen, es entstehen somit Vorteile bei Kosten, Bauraum und Gewicht, ohne funktionale Nachteile.

Description

Aufgeladene Brennkraftmaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Heutige Kraftfahrzeuge weisen eine Brennkraftmaschine auf, die mit einem Treibstoff (wie z. B. Benzin oder Diesel), der in einem Tank gelagert ist, betrieben wird. Aufgrund der im Tank vorherrschenden Temperaturen und Drücke entstehen durch Ausdampfen Gase, die nicht bzw. nur begrenzt in die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben werden dürfen. Zum einen bestehen gesetzlich vorgeschriebene Grenzwerte zu Verdunstungsemissionen, die in festgelegten Zyklen ermittelt werden, zum anderen führt ausgestoßenes Gas, das Ko h lenwasserstoffe enthält (HC), zu wahrnehmbarem Kraftstoffgeruch. Dieser Geruch wird von Kunden als störend empfunden und führt somit zu Kundenbeanstandungen. Ferner kann in Extremfällen auch Brandgefahr durch austretendes Gas bzw. flüssigen Kraftstoff entstehen.
Um das entstehende, mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Gas nicht in die Umwelt abzugeben, wird es in einem Aktivkohlefilter zwischengespeichert. Zur Vermeidung des Überlaufs des Aktivkohlefilters muss dieser im Betrieb so häufig wie möglich gespült werden. Hierbei muss die Spülrate im Mittel höher liegen als die Gasmenge, die im Tank entsteht. Die Spülung des Aktivkohlefilters erfolgt durch Zuleitung des Tankentlüftungsgases in die Luftzufuhr der Brennkraftmaschine. Der in diesem Gas vorhandene Treibstoff wird in der Gemischvorsteuerung des Steuergerätes der B re n n kraftm asch i n e berücksichtigt, so dass die im Tank entstehenden Treibstoffgase verbrauchs- und emissionsneutral verbrannt werden. Um eine Spülung des Aktivkohlefilters zu erzeugen, muss ein Spülgefälle (Druckgefälle) realisiert werden. Dieses erforderliche Spülgefälle wird durch Unterdruck in der Luftzufuhr der Brennkraftmaschine mittels eines Drosselelementes, wie z. B. einer Drosselklappe, gegenüber dem Umgebungsdruck des Fahrzeugs erzeugt. Die Regelung der Entlüftung erfolgt über ein üblicherweise elektrisch angesteuertes Ventil.
Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, beispielsweise mit einem Turbolader oder einem Kompressor, herrscht im oberen Lastbereich der Brennkraftmaschine, d. h. bei Volllast oder in oberen Teillastbereichen in der Sauganlage Überdruck, so dass in diesen Betriebspunkten keine Spülung des Aktivkohlefilters realisiert werden kann. Um auch eine Aktivkohlefilterspülung im aufgeladenen Brennkraftmaschinenbetrieb darstellen zu können, wird im Stand der Technik vorgeschlagen, die Einleitstelle des Tankentlüftungsgases vor dem Verdichter des Turboladers anzuordnen. Wenn vor dem Verdichter kein ausreichender Unterdruck in der Ansaugleitung vorherrscht, kann die Tankentlüftung über eine Venturidüse verbessert werden. Hierzu wird ein Treibstrahlpfad ausgehend von der Hochdruck- zur Niederdruckseite des Verdichters angeordnet. In diesem Treibstrahlpfad ist eine passive Saugstrahlpumpe (Venturidüse) integriert, die im aufgeladenen Brennkraftmaschinenbetrieb den erforderlichen Unterdruck für das Tankentl üftu ngssystem erzeugt.
Aufgeladene Brennkraftmaschinen haben jedoch den Nachteil, dass es bei schneller Lastrücknahme zum sog.„Pumpen" des Verdichters kommen kann. Dieser Zustand entsteht, wenn bei Lastrücknahme die Drosselklappe schnell geschlossen wird und sich die Luftsäule entgegen der Durchströmungsrichtung des Luftpfades bis in den Verdichter zurück staut. Dadurch kommt es im Bereich des Ansaugtrakts zwischen dem Verdichter und den Einlassventilen der Brennkraftmaschine zu einer Druckerhöhung und folglich zu einem Strö- mungsabriss im Verdichter, der sich akustisch negativ bemerkbar macht.
Um Verdichterpumpen und daraus resultierende Bauteilschäden zu vermeiden, werden im Stand der Technik Schubumluftventile verwendet. Diese werden in dem Bereich des Ansaugtraktes zwischen dem Verdichter und der Drosselklappe der Brennkraftmaschine integriert, um den vorliegenden Überdruck in der Hochdruckstrecke des Ansaugtrakts bei Lastrücknahme in Richtung Niederdruckseite des Ansaugtraktes rasch abzubauen, d. h. die Hochdruckseite des Verdichters wird Gas führend mit der Niederdruckseite des Verdichters verbunden.
Die Verwendung von Schubumluftventilen bedingt zusätzliche Hardwareum- fänge, die bei der Entwicklung und Montage der Brennkraftmaschinen einen Mehraufwand generieren. Darüber hinaus besteht für alle zusätzlichen Komponenten die Gefahr, dass sie im Betrieb ausfallen und folglich Komforteinbußen oder Folgeschäden an anderen Bauteilen nach sich ziehen können.
Um diesen Nachteil zu umgehen, wird in der deutschen Patentschrift
DE 10 2011 084 539 B3 ein Turbolader mit einem Verdichter vorgeschlagen, dessen Gehäuse einen mit einem Niederdruckeingang verbundenen Niederdruckeingangsbereich und einen mit einem Hochdruckausgang verbundenen Hochdruckausgangsbereich enthält. Der Niederdruckeingangsbereich ist mit der Niederdruckseite eines Saugrohres und der Hochdruckausgangsbereich ist mit der Hochdruckseite des Saugrohrs verbunden. Der Verdichter weist eine Venturi-Düse auf, die zwischen dem Hochdruckausgangsbereich und dem Niederdruckeingangsbereich angeordnet ist und desweiteren mit einem Aktivkohlefilter zwecks dessen Entlüftung verbunden ist. Weiter weist der Verdichter ein Schubumluftventil auf, mit dem die Venturi-Düse verbunden ist und die Entlüftung des Aktivkohlefilters bei geöffnetem Schubumluftventil erfolgt.
Nachteilig an dieser bekannten Ausführung ist jedoch, dass eine Tankentlüftung einen deutlich geringeren Strömungsquerschnitt benötigt als ein Schubumluftventil.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie der oben genannte Nachteile vermieden werden kann, bei gleichzeitiger Reduzierung der verwendeten Bauteile.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch das Zusammenfassen zweier Funktionen in einer Ventilkombination entfallen die doppelten Gas-Zufuhr- und Gas-Abfuhrleitungen zu und von den Ventilen, das zweite Ansteuerkabel für die Ventile sowie ein zweiter Komponentenhalter für ein zweites Gehäuse. Somit entstehen Vorteile bei Kosten, Bauraum und Gewicht, ohne funktionale Nachteile.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So sind das Schubumluftventil und das Tankentlüftungsventil gemäß Patentanspruch 2 bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, um Bauraüm einzusparen.
Bevorzugt umfasst das Tankentlüftungsventil gemäß Patentanspruch 3 eine bekannte und robuste Venturi-Düse sowie ein ebenfalls bekanntes Strö- mungserweiterungsventil mit zumindest zwei Strömungsquerschnittserwei- terungsstufen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftstofftank über das Ventil gemäß Patentanspruch 4 gasförmig mit dem Saugtrakt verbindbar, wodurch eine Spülung des Aktivkohlefilters möglich ist, wenn die Brennkraftmaschine im nicht aufgeladenen Betrieb (Saugbetrieb) betrieben wird.
Bevorzugt wird in der ersten oder der zweiten Leitung gemäß Patentanspruch 5 ein erstes Drosselelement vorgesehen, mit dem das Tankentlüftungsventil absperrbar ist, um Leckageverluste und somit Leistungsverluste der Brennkraftmaschine zu minimieren.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße, aufgeladene Brennkraft- maschine 1 mit einem Saugtrakt 2, in dem ein Verdichter 3, wie z. B. ein Verdichter eines Abgasturboladers oder ein Kompressor, angeordnet ist. Weiter ist im Saugtrakt zwischen dem Verdichter 3 und der Brennkraftma- schine 1 ein Drosselelement 4, beispielsweise eine Drosselklappe, in dem Saugtrakt 2 angeordnet. Niederdruckseitig ist der Saugtrakt 2 mit einer ersten Leitung 5 und hochdruckseitig mit einer zweiten Leitung 6 zwischen dem Verdichter 3 und dem Drosselelement 4 über ein Schubumluftventil 7 gasführend verbindbar, wobei das Schubumluftventil 7 auch vollständig verschließbar sein sollte.
Zur Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine 1 ist weiter ein Kraftstofftank 8 vorgesehen, mit einem Aktivkohlefilter 16, der über ein Ventil 9 mit einem Tankentlüftungsventil 10 gasführend verbindbar ist. Weiter ist der Saugtrakt 2 niederdruckseitig mit einer dritten Leitung 11 und hochdruckseitig mit einer vierten Leitung 12 zwischen dem Verdichter 3 und dem Drosselelement 4 über das Tankentlüftungsventil 10 gasführend verbindbar. Erfindungsgemäß sind das Schubumluftventil 7 und das Tankentlüftungsventil 10 strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet und die erste Leitung 5 und die dritte Leitung 11 und die zweite Leitung 6 und die vierte Leitung 12 sind zumindest abschnittsweise dieselben Leitungen.
Weiter sind das Schubumluftventil 7 und das Tankentlüftungsventil 10 in einem gemeinsamen Gehäuse 13 angeordnet, um Bauraum einzusparen.
Für eine besonders robuste Ausführung umfasst das Tankentlüftungsventil 10 eine Venturi-Düse 14 und ein Strömungserweiterungsventil 15.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 der Kraftstofftank 8 und der Aktivkohlefilter 16 über das Ventil 9 gasführend mit dem Saugtrakt 2 verbindbar. Somit ist es möglich, bei nicht aufgeladenem Betrieb der Brennkraftmaschine die Kohlenwasserstoffdämpfe aus dem Aktivkohlefilter 16 durch den im Saugtrakt herrschenden Unterdruck abzusaugen und einer Verbrennung zuzuführen.
Optional ist in der ersten Leitung 5 ein erstes Drosselelement 18 vorgesehen, mit dem das Tankentlüftungsventil 10 absperrbar ist. Alternativ kann das Drosselelement 18 auch, wie in Fig. 1 dargestellt, in der zweiten Leitung 6 angeordnet sein. Durch diese Ausgestaltung werden nur bei Bedarf Kohlenwasserstoffdämpfe aus dem Aktivkohlefilter 16 abgesaugt.
Durch das erfindungsgemäße Zusammenfassen zweier Funktionen in einer Ventilkombination (Schubumluftventil 7 parallel zu dem Tankentlüftungsventil 10 in einem einzigen Gehäuse 13) entfallen die doppelten Gas-Zufuhr- und Gas-Abfuhrleitungen 5, 6, 11 , 12 zu und von den Ventilen 7, 10, das zweite Ansteuerkabel für die Ventile 7, 10 sowie ein zweiter Komponentenhalter für ein zweites Gehäuse. Somit entstehen Vorteile bei Kosten, Bauraum und Gewicht, ohne funktionale Nachteile.
Bezuaszeichenliste:
1. Brennkraftmaschine
2. Saugtrakt
3. Verdichter
4. Drosselelement
5. erste Leitung
6. zweite Leitung
7. Schubumluftventil
8. Kraftstofftank
9. Ventil
10. Tankentlüftungsventil
11. dritte Leitung
12. vierte Leitung
13. Gehäuse
14. Venturidüse
15. Strömungserweiterungsventi
16. Aktivkohlefilter
17. Sammler
18. erstes Drosselelement

Claims

Aufgeladene Brennkraftmaschine Patentansprüche
1. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1 ) mit einem Saugtrakt (2), in dem ein Verdichter (3) angeordnet ist, wobei zwischen dem Verdichter (3) und der Brennkraftmaschine (1 ) ein Drosselelement (4) in dem Saugtrakt (2) angeordnet ist, wobei der Saugtrakt (2) niederdruckseitig mit einer ersten (5) und hochdruckseitig mit einer zweiten Leitung (6) zwischen dem Verdichter (3) und dem Drosselelement (4) über ein Schubumluftventil (7) gasführend verbindbar ist und wobei zur Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine (1 ) ein Kraftstofftank (8) mit einem Aktivkohlefilter (16) vorgesehen ist, der über ein Ventil (9) mit einem Tankentlüftungsventil (10) gasführend verbindbar ist, wobei der Saugtrakt (2) niederdruckseitig mit einer dritten (11 ) und hochdruckseitig mit einer vierten Leitung (12) zwischen dem Verdichter (3) und dem Drosselelement (4) über das Tankentlüftungsventil (10) gasführend verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schubumluftventil (7) und das Tankentlüftungsventil (10) strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet sind und die erste (5) und die dritte (11 ) Leitung und die zweite (6) und die vierte Leitung (12) zumindest abschnittsweise dieselben Leitungen sind.
Figure imgf000011_0001
PCT/EP2015/059671 2014-06-03 2015-05-04 Aufgeladene brennkraftmaschine WO2015185303A1 (de)

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