-
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einem Generator, welcher mit einem zu einem Turbolader zusätzlichem Luftverdichter, diesen antreibbar verbindbar ist, wobei eine Verbindungswelle zwischen dem Generator und dem zusätzlichen Luftverdichter angeordnet ist.
-
Die
DE 101 64 792 B4 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Voraktivierung mindestens einer Fahrzeugkomponente eines Kraftfahrzeugs, das einen Fahrzeuggenerator aufweist, wobei die mindestens eine Fahrzeugkomponente mindestens einen Betriebsparameter aufweist. Das Verfahren umfasst das Überwachen eines Sensorsignals mindestens eines Fahrzeugsensors, das die Aktivierung der mindestens eine Fahrzeugkomponente beeinflusst. Zudem umfasst das Verfahren die Bildung eines für die mindestens eine Fahrzeugkomponente maßgeblichen Statussignals aus dem Sensorsignal. Von dem Verfahren ist weiter umfasst, dass wenn das Statussignal einen ersten Schwellenwert überschreitet, der mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit darauf schließen lässt, dass demnächst eine Änderung mindestens eines Betriebsparameters der mindestens eine Fahrzeugkomponente erfolgen soll, wird als erste Maßnahme vor der Aktivierung der mindestens eine Fahrzeugkomponente die vor Aktivierung dieser mindestens eine Fahrzeugkomponente durch Änderung des mindestens einen Betriebsparameters der mindestens eine Fahrzeugkomponente durchgeführt, wobei die vor Aktivierung die Erhöhung der Erregung des Fahrzeuggenerators vor der Aktivierung der mindestens eine Fahrzeugkomponente umfasst. Offenbart ist in der
DE 101 64 792 B4 eine Vorrichtung zur Aufladung eines Verbrennungsmotors, die das Prinzip der Abgasturboaufladung mit einem oder mehreren mechanisch oder elektrisch angetriebenen Ladern kombiniert, wobei die Ladeluftzufuhr umschaltbar ist.
-
Die WO 2005 / 124 121 A1 betrifft einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, mit einem Verdichter und einer Turbine, wobei der Verdichter und die Turbine über eine Welle drehfest verbunden sind, einer Übertragungseinheit zwischen einer Antriebswelle der Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine, die sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar ist. Der Abgasturbolader ist von der elektrischen Maschine betreibbar oder die elektrische Maschine ist von dem Abgasturbolader betreibbar.
-
Die
US 2009/0048745 A1 Erfindung sieht einen fremdgezündeten Vielstoff-Hybridantriebsstrang mit variablem Ladedruck vor, der einen Kompressor oder einen Turbolader aufweist. In einer ersten Ausführungsform umfasst eine fremdgezündete Brennkraftmaschine einen Kompressor, der durch den Maschinenausgang über einen Antrieb mit variabler Drehzahl angetrieben ist. Ein Hybridgetriebe mit einem internen Elektromotor/Generator liefert zusätzliche Leistung. Eine Vielzahl von Sensoren, einschließlich eines Kraftstoffsensors, liefert Daten an einen Hauptmaschinen-Controller, der den Betrieb eines Getriebe-Controllers, den Kompressor mit variabler Drehzahl, die Kraftstoffversorgung und die Zündanlage steuert. In einer zweiten Ausführungsform ist der Motor/Generator dem Kompressor zugehörig und ist mit diesem über einen Antrieb mit variabler Drehzahl verbunden und auch mit dem Maschinenausgang verbunden. In einer dritten Ausführungsform ist der Kompressor durch einen Turbolader ersetzt.
-
Die
DE 195 29 740 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine, mit einer elektrischen Anlaßeinrichtung, die einen Elektromotor und ein gesteuert in Antriebsverbindung bringbares Antriebsritzel umfaßt, wobei der Elektromotor ferner zum Zeitweisen Antrieb einer Fördereinrichtung dient. Der Elektromotor dient dabei über ein zwischengeschaltetes Getriebe zum Antrieb eines Verdichters. Der Verdichter weist ein Radiallaufrad auf.
-
Die
EP 1 070 837 B1 , auch deren Prioritätsanmeldung
DE 199 34 606 A1 , welche den gattungsbildenden Stand der Technik bildet, beschäftigt sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Leistungssteigerung einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine. Einem Hoch-Geschwindigkeitselektromotor ist ein zusätzlicher Verdichter zugeordnet, dessen Verdichterrad durch den Elektromotor hochdrehzahlig angetrieben Zusatzluft mit einem Absolutdruck von ca. 3 bar in die Brennkraftmaschine fördern könnte.
-
Bekannt sind demnach Verbrennungsmotoren, bzw. Brennkraftmaschinen, welche zusätzlich zum eigentlichen Turbolader noch einen zusätzlichen Verdichter aufweisen. Der zusätzliche Verdichter ist über einen Elektromotor antreibbar. Dieser wirkt z. B. auf eine Schwungscheibe, um den Verbrennungsmotor bzw. die Brennkraftmaschine anzulassen, was allgemein bekannt ist. Mit dem zusätzlichen Verdichter soll das so genannte Turboloch überbrückt werden, da der zusätzliche Verdichter sehr frühzeitig, insbesondere direkt nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine verdichtete Luft zur Verfügung stellt.
-
Insbesondere bei vom Hubvolumen sehr kleinen Verbrennungsmotoren mit zum Beispiel 1000ccm oder weniger Hubraum werden entsprechend klein dimensionierte Turbolader schwerlich geeignet sein das Turboloch zu vermeiden. Von daher werden mechanische Aufladesysteme eingesetzt, um das Turboloch zu überbrücken. Dies beinhaltet aber erhebliche Probleme: Wenn zum Beispiel ein Abgasturbolader eingesetzt wird, steigen die mechanischen Verluste, wobei derartige Systeme bevorzugt auf der so genannten kalten Seite des Verbrennungsmotors bzw. der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Dies führt aber oft zu Komplikationen hinsichtlich der Einbausituation, wobei insbesondere ein Eingriff in die so genannte Unfallzone bzw. crash-ebene in Kauf genommen wird, in der eigentlich keine Verletzungsgefährdenden oder andere Komponenten zerstörenden Bauteile angeordnet sein sollten. Zudem weisen konventionelle Turbolader eine relativ hohe Trägheit auf, wobei zudem Druckpulsationen auftreten können, welche wiederum ein erhebliches Geräuschpotential (NVH-risk: Noise-Vibration-Harshness Risiko) entfalten können.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine bzw. dessen Luftverdichter mit einfachen Mitteln verbessert zur Verfügung zu stellen, so dass ein im Vergleich zum konventionellen zusätzlichem Verdichter verbesserter, zusätzlicher Verdichter mit geringer Trägheit erreichbar ist, welcher trotz dem zur Verfügung stellen verdichteter Luft zum Überbrücken des Turbolochs eine relativ geringe Drehzahl aufweisen kann.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei der zusätzliche Luftverdichter als Spirallader ausgeführt ist, und wobei die Verbindungswelle eine Kupplung aufweist, und wobei zwischen der Kupplung und dem zusätzlichen Luftverdichter ein variables Übersetzungsgetriebe angeordnet ist.
-
Wesentlich ist, dass der Verdichter, bzw. der zusätzliche Verdichter als Spirallader ausgeführt ist, welcher die Luft insbesondere nach dem Anlassen bzw. bei einer Lastanforderung im unteren Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors bzw. der Brennkraftmaschine, in dem der Turbolader seinen vollständigen Ladedruck noch nicht aufgebaut hat, dieser verdichtet zuleitet. Im Vergleich zu einem konventionellen zusätzlichem Verdichter hat der als Spirallader ausgeführte zusätzliche Verdichter eine geringe Trägheit, wobei zudem relativ geringe Drehzahlen notwendig sind. Die Drehzahl des Spiralladers ist ungefähr zweimal höher als die Kurbelwellendrehzahl. Zudem ergibt sich vorteilhaft eine geringe bzw. eine hinnehmbar geringe Druckpulsation, so dass eine störende Geräuschemission vermeidbar ist.
-
Um noch vorteilhaft eine kompakte, Platz sparende Bauweise erreichen zu können, wird vorgeschlagen, den Generator und den Verdichter miteinander zu kombinieren bzw. miteinander in einem Bauteil auszuführen. Dies ist dahingehend vorteilhaft, als der Generator relativ zur Kurbelwelle ein ähnliches Übersetzungsverhältnis aufweist, welches auch der zusätzliche Verdichter bzw. der Spirallader aufweisen sollte. Vorteilhaft ist in Bauraum bedingter Hinsicht weiter, dass der zusätzliche Verdichter mit dem Generator bzw. deren Wellen miteinander fluchten. So kann der zusätzliche Verdichter quasi fluchtend zum Generator bzw. zur Lichtmaschine angeordnet werden, wobei der relativ zu der Ausgangsseite oder der dazu gegenüberliegenden Seite des Generators zur Verfügung stehende Bauraum genutzt werden kann.
-
Vorteilhaft ist, wenn der Verdichter mit seiner Welle entsprechend mit der Welle des Generators verbunden ist, um so die Antriebsleistung des Generators auf den Verdichter übertragen zu können. Vorteilhaft ist, dass die Kupplung zwischen beiden Komponenten angeordnet ist, um den Verdichter gegebenenfalls von dem Generator zu trennen, so dass vorteilhaft Schleppverluste vermeidbar sind.
-
Möglich ist, dass die Übersetzungsverhältnisse einerseits des Generators und andererseits des Verdichters nicht aufeinander abgestimmt sind, bzw. zueinander variieren. In einem solchen Fall kann vorteilhaft vorgesehen sein, ein weiteres Übersetzungsgetriebe, gemäß der Erfindung als variables, also verstellbares Übersetzungsgetriebe zwischen den beiden Komponenten anzuordnen. In bevorzugter Ausgestaltung ist das variable Übersetzungsgetriebe verdichterseitig, also in bzw. an der Verbindungswelle bzw. in einem verdichterseitigen Wellenabschnitt zwischen dem Verdichter und der Kupplung angeordnet. Möglich ist, dass der Generator, also die Lichtmaschine, der zusätzliche Luftverdichter, also der zusätzliche Spirallader und/oder das variable Übersetzungsgetriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
-
Der Generator kann in einer Ausgestaltung als konventioneller Generator bzw. Elektromotor ausgeführt sein, dessen Zahnrad mit einem Zahnrad der Schwungscheibe kämmt. Denkbar ist aber auch, ein so genanntes B-ISG-System (Belt driven Integrated, d. h. Riemen getriebenes Starter-Generator-System) auszuführen, oder ein Nebenaggregatantrieb mittels Riemen auszuführen. Bei diesem (B-ISG-System) ist ein Antriebsmittel zum Beispiel in der Ausgestaltung als Riemen als Übertragungselement der Rotation der Ausgangswelle des Generators zur Schwungscheibe vorgesehen. Dieses B-ISG-System könnte andererseits auch den Verdichter bzw. den Spirallader antreiben, um so einen Ladedruck unabhängig von der Motordrehzahl generieren bzw. bewirken zu können. Günstig ist hier der Einsatz der Kupplung zu sehen. Wird der Generator bei dem B-ISG-System als Elektromotor betrieben, und nicht als Strom erzeugendes Aggregat (Generator bzw. Lichtmaschine), kann der zusätzliche Spirallader mittels der Kupplung von dem als Elektromotor fungierenden Generator getrennt bzw. abgekuppelt werden.
-
Zweckmäßig ist, wenn der Generator mit seiner Ausgangswelle mit der Eingangswelle des Verdichters bzw. des Spiralladers fluchtend angeordnet ist, wobei der Verdichter bezogen auf die Ausgangsseite des Generators ausgangseitig oder dazu gegenüberliegend angeordnet sein kann. Die Ausgangsseite des Generators ist im Sinne der Erfindung die Seite, welche mit der Schwungscheibe in Verbindung steht.
-
Vorteilhaft wird bei der Erfindung als Zusatzverdichter ein Spirallader verwendet, welcher mit der ungefähr gleichen Drehzahl wie die Lichtmaschine (Generator) angetrieben wird, wobei keine zusätzliche Elektronik bzw. Steuerelektronik und Batterie, sowie kein zusätzlicher Elektromotor erforderlich ist. Darüber hinaus, kann der Spirallader bei Nichtverwendung, also nach dem Anlassen, wenn das Turboloch überwunden ist, mittels der zweckmäßigen Kupplung abgekuppelt werden, um so Schleppverluste zu vermeiden bzw. zu verringern.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
- 1 eine prinzipielle Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zusätzlichem Verdichter in einer ersten Ausgestaltung, und
- 2 eine prinzipielle Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zusätzlichem Verdichter in einer zweiten Ausgestaltung.
-
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
-
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, welche einen nicht dargestellten Turbolader aufweist, dessen Turbine in einer Abgasleitung angeordnet ist. Ein entsprechender Kompressor ist in einer Ansaugleitung angeordnet, so dass der Brennkraftmaschine angesaugte Luft verdichtet zugeführt wird. Turbolader weisen jedoch insbesondere in unteren Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine 1 das so genannte Turboloch auf.
-
Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Generator 2 auf, welcher mit einer Anlaßvorrichtung 3 verbindbar ist. Die Anlaßvorrichtung 3 kann zum Beispiel eine Schwungscheibe sein. Der Generator 2 ist mit einem zum Turbolader zusätzlichem Luftverdichter bzw. Verdichter 4, diesen antreibbar verbindbar.
-
Der Generator 2, der auch als (geregelter) Elektromotor bzw. Lichtmaschine bezeichnet werden kann, weist eine Ausgangsseite 6 auf, an welcher ein Übertragungselement 7 angeordnet ist. Zum Übertragen der Rotation der Ausgangseite 6 bzw. des Übertragungselementes 7 zur Anlaßvorrichtung 3 bzw. zur Schwungscheibe ist ein Antriebsmittel 8 vorgesehen. Das Antriebsmittel 8 kann z. B. als zahnloser Riemen oder als Zahnriemen ausgeführt sein. Die Anlaßvorrichtung 3 und das Übertragungselement 7 ist angepaßt zur Ausgestaltung des Antriebmittels 8 ausgeführt.
-
Insofern ist in den 1 und 2 beispielhaft ein so genanntes B-ISG-System dargestellt. Der Generator 2 kann an seiner Ausgangsseite 6 auch ein als Zahnrad ausgeführtes Übertragungselement 7 aufweisen, welches mit einer korrespondierenden Verzahnung der Anlaßvorrichtung 3 kämmt. Bei dem B-ISG-System kann der Generator 2 als Strom erzeugendes Element (Lichtmaschine) oder als Elektromotor fungieren.
-
Der zusätzliche Luftverdichter 4 weist im Unterschied zum Stand der Technik kein Radiallaufrad als Verdichterelement, sondern ein spiralartig ausgeführtes Verdichterelement auf, so dass der zusätzliche Luftverdichter 4 erfindungsgemäß als Spirallader 4 ausgeführt ist. Der Spirallader 4 ist natürlich angepaßt an die Verwendung als (zusätzlicher) Ladeluftverdichter der Brennkraftmaschine 1 ausgeführt. Die Spiralwelle ist mit dem Generator 2 verbindbar.
-
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ausgangseitig des Generators 2 eine Verbindungswelle 9 zum Antreiben des Verdichters 4 vorgesehen. Der Verbindungswelle 9 ist eine Kupplung 11 zugeordnet, so dass der Generator 2 zumindest zeitweise von dem Verdichter 4 getrennt werden kann. Insofern weist die Verbindungswelle 9 bezogen auf die Kupplung 11 einen generatorseitigen Wellenabschnitt 12 und einen verdichterseitigen Wellenabschnitt 13 auf.
-
In dem verdichterseitigen Wellenabschnitt 13 ist in erfindungsgemäßer Ausgestaltung ein variables, also verstellbares Übersetzungsgetriebe 14 (in den 1 und 2 mittels des schräg gestellten Pfeils 14 dargestellt) angeordnet. Dieses ist sinnvoll, wenn die Übersetzungsverhältnisse einerseits des Generators 2 und andererseits des Verdichters 4 nicht aufeinander abgestimmt sind, oder voneinander abweichen.
-
Der Generator 2, der zusätzliche Spirallader 4 und/oder das variable Übersetzungsgetriebe 14 können in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
-
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Luftverdichter 4 gegenüberliegend zur Ausgangsseite 6 des Generators 2 angeordnet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 2 dem Ausführungsbeispiel zu 1.
-
Wie den 1 und 2 weiter entnommen werden kann, ist der zusätzliche Spirallader 4 jeweils fluchtend zum Generator 2 angeordnet.
-
Denkbar ist, den Luftverdichter 4 an einer so genannten heißen Seite der Brennkraftmaschine 1, also bevorzugt außerhalb einer so genannten Crash-Ebene anzuordnen.
-
Die Brennkraftmaschine 1 ist eine bezogen auf ihren Hubraum klein dimensionierte Brennkraftmaschine 1 z. B. eines Kraftfahrzeuges. Beispielhaft kann die Brennkraftmaschine einen Hubraum von 1000ccm oder weniger aufweisen.
-
Bei diesen klein dimensionierten Brennkraftmaschinen ist die vorteilhafte Ausgestaltung des Verdichters 4 als Spirallader 4 besonders günstig einsetzbar. Denn die angesaugte Luft wird insbesondere nach einem Anlassen bzw. bei einer Lastanforderung im unteren Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors bzw. der Brennkraftmaschine, in dem der Turbolader seinen vollständigen Ladedruck noch nicht aufgebaut hat, dem Verbrennungsmotor bzw. der Brennkraftmaschine 1 durch die Wirkung des Spiralladers verdichtet zugeleitet. Im Vergleich zu einem konventionellen Turbolader hat der als Spirallader 4 ausgeführte zusätzliche Verdichter 4 eine geringe Trägheit, wobei zudem relativ geringe Drehzahlen notwendig sind. Die Drehzahl des Spiralladers 4 ist ungefähr nur zweimal höher als die Kurbelwellendrehzahl. Zudem ergibt sich vorteilhaft eine geringe bzw. eine hinnehmbar geringe Druckpulsation, wodurch u. a. störende Geräuschemissionen vermeidbar sind. Selbstverständlich ist der (zusätzliche) Verdichter 4 in einer Ansaugleitung angeordnet, oder zumindest so angeordnet, dass der Brennkraftmaschine 1 verdichtete Luft bereits nach dem Anlassen bzw. bei einer Lastanforderung im unteren Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors bzw. der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird, wobei der Turbolader aufgrund der geringen Drehzahlen (z. B. kleiner als 1500U/min) keine Aufladung bewirken würde, bzw. seinen Ladedruck noch nicht vollständig aufgebaut hat.