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DE102011108916A1 - Internal combustion engine for motor vehicle, has compressor whose output side is connected with input side of turbine for pressurizing compressed gas around turbine - Google Patents

Internal combustion engine for motor vehicle, has compressor whose output side is connected with input side of turbine for pressurizing compressed gas around turbine Download PDF

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Publication number
DE102011108916A1
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DE
Germany
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compressor
internal combustion
combustion engine
turbine
working
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102011108916A
Other languages
German (de)
Inventor
Ekkehard Pott
Axel Groenendijk
Jürgen Endeward
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102011108916A priority Critical patent/DE102011108916A1/en
Publication of DE102011108916A1 publication Critical patent/DE102011108916A1/en
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Abstract

The internal combustion engine has an exhaust gas turbocharger that is provided in a turbine (32). The input side of the turbine is connected with an output side of a compressor (46) for pressurizing compressed gas around the turbine. Two working cylinders (16,18) are arranged in series with a compressor cylinder (28) inside a crank case (10). The working pistons and a compressor piston are driven by a crankshaft. An independent claim is included for a method for operating internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit einer Turbine und einem von der Turbine angetriebenen Verdichter.The invention relates to an internal combustion engine having an exhaust gas turbocharger with a turbine and a compressor driven by the turbine.

Es ist bekannt, Brennkraftmaschinen, insbesondere Hubkolben-Verbrennungsmotoren für den Antrieb von Fahrzeugen, aufzuladen, d. h. das den Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeführte Verbrennungsgas zu verdichten. Dadurch soll die Füllung der Brennräume verbessert und darauf aufbauend eine höhere spezifische Leistung und/oder ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erreicht werden.It is known to charge internal combustion engines, in particular reciprocating internal combustion engines for the propulsion of vehicles, d. H. to compress the combustion chambers of the internal combustion engine supplied combustion gas. This is intended to improve the filling of the combustion chambers and, based on this, achieve a higher specific power and / or a lower specific fuel consumption.

Verbreitet ist die Aufladung einer Brennkraftmaschine mittels eines Abgasturboladers, der einen Verdichter zum Verdichten des Verbrennungsgases (in der Regel gefilterte Frischluft) und eine mit dem Verdichter über eine Welle verbundene Turbine für den Antrieb des Verdichters aufweist. Das aus den Brennräumen austretende Abgas wird über die Turbine des Abgasturboladers geführt und dabei entspannt. Dabei wird Energie auf die Turbine übertragen, wodurch der Verdichter angetrieben wird. Ein wesentlicher Vorteil von Abgasturboladern liegt darin, dass die Energie für den Antrieb des Verdichters dem Abgasstrom entzogen wird. Diese würde ansonsten ungenutzt als Verlustwärme verloren gehen. Nachteilig ist jedoch, dass die Leistung der Turbine des Abgasturboladers von der Größe des zum gegebenen Zeitpunkt herrschenden Abgasmassenstroms abhängt und insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und Lasten der Brennkraftmaschine unzureichend sein kann.The charging of an internal combustion engine by means of an exhaust gas turbocharger having a compressor for compressing the combustion gas (usually filtered fresh air) and a turbine connected to the compressor via a shaft for driving the compressor is widespread. The exiting from the combustion chambers exhaust gas is passed through the turbine of the exhaust gas turbocharger and thereby relaxed. This energy is transferred to the turbine, whereby the compressor is driven. A significant advantage of exhaust gas turbochargers is that the energy for driving the compressor is withdrawn from the exhaust stream. This would otherwise go unused as lost heat. However, it is disadvantageous that the power of the turbine of the exhaust-gas turbocharger depends on the size of the exhaust-gas mass flow prevailing at the given time and can be insufficient in particular at low speeds and loads of the internal combustion engine.

Um diesen Nachteil zu vermeiden werden teilweise sogenannte mechanische Lader eingesetzt, die in der Regel direkt von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben werden und daher ihre Leistung unabhängig von dem jeweils herrschenden Abgasmassenstrom bereit stellen. Nachteilig daran ist jedoch, dass für den Antrieb eines solchen Laders keine „Verlustleistung” verwendet wird, sondern Leistung, die eigentlich für den Antrieb des Fahrzeugs vorgesehen werden könnte. Der Einsatz eines solchen Laders erhöht somit prinzipiell den Verbrauch der Brennkraftmaschine.In order to avoid this disadvantage, so-called mechanical superchargers are sometimes used, which are usually driven directly by a crankshaft of the internal combustion engine and therefore provide their power regardless of the prevailing exhaust gas mass flow. The disadvantage of this, however, is that for the drive of such a supercharger no "power loss" is used, but power that could actually be provided for the drive of the vehicle. The use of such a supercharger thus in principle increases the consumption of the internal combustion engine.

Eine besondere Art einer mechanisch aufgeladenen Brennkraftmaschine ist aus der DE 31 20 190 A1 bekannt. Darin ist eine 2-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschine offenbart, bei der die in den zwei Arbeitszylindern zyklisch bewegten Arbeitskolben gleichphasig von einer Kurbelwelle angetrieben werden. Die Kurbelwelle treibt gleichzeitig eine Tilgermasse an, die zum Ausgleich der von dem gleichphasig angetriebenen Arbeitskolben erzeugten Massenkräfte vorgesehen ist. Dabei greift das Pleuel, mit dem die Tilgermasse zyklisch angetrieben wird, um 180° versetzt zu den Pleueln, mit denen die beiden Arbeitskolben angetrieben werden, an der Kurbelwelle an, woraus die stets entgegengesetzte Richtung der Bewegungen der Tilgermasse einerseits und der Arbeitskolben andererseits resultiert. Bei der Brennkraftmaschine gemäß der DE 31 20 190 A1 dient die Tilgermasse gleichzeitig als Kolben einer Kolbenpumpe, über die den Arbeitszylindern verdichtete Frischluft zugeführt wird und die somit als Kompressor bzw. mechanischer Lader der Brennkraftmaschine fungiert.A special type of mechanically supercharged internal combustion engine is from the DE 31 20 190 A1 known. Therein a 2-cylinder in-line internal combustion engine is disclosed, in which the cyclically moving in the two working cylinders working piston are driven in phase by a crankshaft. The crankshaft simultaneously drives a damper mass, which is provided to compensate for the mass forces generated by the in-phase driven piston. In this case, the connecting rod, with which the absorber mass is cyclically driven, offset by 180 ° to the connecting rods, with which the two working pistons are driven on the crankshaft, resulting in the always opposite direction of the movements of the absorber mass on the one hand and the working piston on the other. In the internal combustion engine according to the DE 31 20 190 A1 At the same time, the absorber mass serves as the piston of a piston pump via which compressed air is supplied to the working cylinders and thus acts as a compressor or mechanical supercharger of the internal combustion engine.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte gattungsgemäße Brennkraftmaschine anzugeben. Insbesondere sollte das Betriebsverhalten einer mit einem Abgasturbolader versehenen Brennkraftmaschine mit geringer Zylinderzahl (insbesondere 2-Zylinder-Brennkraftmaschine) verbessert werden.Based on this prior art, the present invention seeks to provide an improved generic internal combustion engine. In particular, the operating behavior of an internal combustion engine provided with an exhaust-gas turbocharger with a low number of cylinders (in particular a 2-cylinder internal combustion engine) should be improved.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are the subject of the dependent claims and will become apparent from the following description of the invention.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Wirkung eines Abgasturboladers zumindest temporär dadurch zu verbessern, dass die Turbine des Abgasturboladers nicht nur mit dem Abgas beaufschlagt wird, sondern zusätzlich noch mit einem von einem Kompressor verdichteten Gas, insbesondere einem Verbrennungsgas, wie Frischluft. Dadurch kann erreicht werden, dass die Leistung der Turbine des Abgasturboladers nicht ausschließlich von dem von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgasmassenstrom abhängt. Dies ermöglicht eine verbesserte Anpassung der Verdichterleistung des Abgasturboladers an den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, was insbesondere zu einem verbesserten Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine bei niedrigen Drehzahlen und/oder Lasten führen kann.The invention is based on the idea to improve the effect of an exhaust gas turbocharger, at least temporarily, that the turbine of the exhaust gas turbocharger is not only acted upon by the exhaust gas, but additionally with a compressed gas from a compressor, in particular a combustion gas, such as fresh air. It can thereby be achieved that the power of the turbine of the exhaust gas turbocharger does not depend exclusively on the exhaust gas mass flow generated by the internal combustion engine. This allows an improved adjustment of the compressor power of the exhaust gas turbocharger to the respective operating state of the internal combustion engine, which in particular can lead to an improved performance of the internal combustion engine at low speeds and / or loads.

Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit (mindestens) einem Abgasturbolader, der eine Turbine und einen von der Turbine angetriebenen Verdichter umfasst, ist demnach erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Kompressor vorgesehen ist, der ausgangsseitig (d. h. auf der Hochdruckseite) mit der Eingangsseite (d. h. mit der Hochdruckseite) der Turbine verbunden ist, um diese mit einem von dem Kompressor verdichteten Gas zu beaufschlagen.A generic internal combustion engine with (at least) an exhaust gas turbocharger comprising a turbine and a compressor driven by the turbine, according to the invention is characterized in that in addition a compressor is provided, the output side (ie on the high pressure side) with the input side (ie with the High pressure side) of the turbine is connected to apply this to a compressed gas from the compressor.

Die Erfindung eignet sich besonders bevorzugt zur Weiterbildung einer gattungsgemäßen 2-Zylinder-(Hubkolben-)Brennkraftmaschine, die ein Kurbelgehäuse aufweist, in dem zwei Arbeitszylinder ausgebildet sind, wobei in jedem der Arbeitszylinder ein Arbeitskolben zyklisch zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) bewegt wird und wobei den Arbeitszylindern von dem Verdichter des Abgasturboladers verdichtetes Verbrennungsgas zugeführt wird.The invention is particularly preferably suitable for the development of a generic 2-cylinder (reciprocating) internal combustion engine having a crankcase, in which two working cylinders are formed, wherein in each of the working cylinder, a working piston is moved cyclically between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT) and wherein the working cylinders of the compressor of the exhaust gas turbocharger compressed combustion gas is supplied.

Bei gattungsgemäßen 2-Zylinder-Brennkraftmaschinen erfolgt die impulsartige Beaufschlagung der Turbine des Abgasturboladers prinzipbedingt mit relativ langen zeitlichen Abständen; dies kann in einem relativ schlechten Ansprechverhalten des Abgasturboladers und in einem relativ geringen spezifischen Drehmoment der Brennkraftmaschine, insbesondere bei Drehzahlen bis 2000/min resultieren. Dieses nachteilige Betriebsverhalten einer solchen gattungsgemäßen Brennkraftmaschine kann durch die erfindungsgemäße Weiterbildung verbessert werden. Insbesondere kann ein verbessertes Ansprechverhalten des Abgasturboladers, eine Erhöhung des stationären Drehmoments, insbesondere in einem Drehzahlbereich <50% der Nenndrehzahl und – bei einer erfindungsgemäßen Diesel-Brennkraftmaschine – ein höherer Luftüberschuss im Teillastbereich erreicht werden.In generic 2-cylinder internal combustion engines, the pulse-like admission of the turbine of the exhaust gas turbocharger takes place in principle with relatively long time intervals; This can result in a relatively poor response of the exhaust gas turbocharger and in a relatively low specific torque of the internal combustion engine, especially at speeds up to 2000 / min. This disadvantageous operating behavior of such a generic internal combustion engine can be improved by the development of the invention. In particular, an improved response of the exhaust gas turbocharger, an increase in the steady-state torque, in particular in a speed range <50% of the rated speed and - in a diesel engine according to the invention - a higher excess air in the partial load range can be achieved.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Kompressor in Form einer Kolbenpumpe ausgebildet ist. Die Kolbenpumpe weist einen Kompressorkolben auf, der vorzugsweise in einem Kompressorzylinder des Kurbelgehäuses ausgebildet ist. Dies ermöglicht den Kompressorkolben von derselben Kurbelwelle antrieben zu lassen, die auch die Arbeitskolben der Brennkraftmaschine antreibt.It can preferably be provided that the compressor is designed in the form of a piston pump. The piston pump has a compressor piston, which is preferably formed in a compressor cylinder of the crankcase. This allows the compressor piston driven by the same crankshaft, which also drives the working piston of the internal combustion engine.

Eine solche Ausgestaltung hat insbesondere Vorteile bei der Ausbildung einer erfindungsgemäßen 2-Zylinder-Brenkraftmaschine, bei der der Kompressorkolben dann zusätzlich auch noch die Funktion einer Tilgermasse übernehmen kann. Dazu entspricht die Masse des Kompressorkolbens vorzugsweise der Gesamtmasse der beiden Arbeitskolben und der Kompressorkolben wird (von der Kurbelwelle) zyklisch, den Bewegungen der Arbeitskolben entgegengesetzt angetrieben.Such a configuration has particular advantages in the formation of a 2-cylinder Brenkraftmaschine invention, in which the compressor piston then additionally can also take over the function of a damping mass. For this purpose, the mass of the compressor piston preferably corresponds to the total mass of the two working pistons and the compressor piston is cyclically (by the crankshaft), the movements of the working piston driven opposite.

Eine solche erfindungsgemäße 2-Zylinder-Brennkraftmaschine kann kostengünstig auf einem Kurbelgehäuse einer 3-Zylinder-Brennkraftmaschine aufbauen, wobei einer der vorzugsweise in Reihe angeordneten Zylinder dieses Kurbelgehäuses – besonders bevorzugt der mittlere – als Kompressorzylinder vorgesehen ist.Such a 2-cylinder internal combustion engine according to the invention can cost-effectively build on a crankcase of a 3-cylinder internal combustion engine, wherein one of the preferably arranged in series cylinder of this crankcase - particularly preferably the middle - is provided as a compressor cylinder.

Als Anordnung „in Reihe” wird dabei eine parallele Anordnung der Zylinder verstanden Zur Erhöhung des von dem Kompressor geförderten, für die Beaufschlagung der Turbine des Abgasturboladers vorgesehenen Gas-Massenstroms und/oder zur Erhöhung des von dem Kompressor erzeugten Drucks kann vorgesehen sein, dass der Hub des Kompressorkolbens größer als derjenige der Arbeitszylinder gewählt sein.The arrangement "in series" is understood to mean a parallel arrangement of the cylinders. To increase the gas mass flow delivered by the compressor and to increase the pressure of the turbine of the exhaust gas turbocharger and / or increase the pressure generated by the compressor, it may be provided that the Be selected stroke of the compressor piston greater than that of the working cylinder.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass die Arbeitszylinder nach dem bekannten 4-Takt-Verfahren arbeiten, d. h. vier aufeinander folgende Hübe jedes Arbeitskolbens in dem dazugehörigen Arbeitszylinder die vier Takte Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen bewirken, wobei die Kurbelwelle für die Durchführung dieser vier Takte insgesamt zwei Umdrehungen (720°KW) durchführt und wobei die von dem einen, ersten Arbeitszylinder durchgeführten Takte gegenüber denjenigen, die von dem zweiten Arbeitszylinder durchgeführt werden, um 360°KW phasenversetzt sind.In a preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention can be provided that the working cylinders operate according to the known 4-stroke method, d. H. four successive strokes of each working piston in the associated power cylinder effect the four strokes suction, compression, work, ejection, wherein the crankshaft for the implementation of these four cycles a total of two revolutions (720 ° CA) and performs the performed by the one, first working cylinder Tacts compared to those performed by the second power cylinder are out of phase by 360 ° KW.

Gleichzeitig kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Kompressor nach einem 2-Takt-Verfahren arbeitet, d. h. bei jedem (Abwärts-)Hub vorzugsweise gefiltertes Gas (insbesondere Frischluft) ansaugt und bei jedem (Aufwärts-)Hub mit dem verdichteten Gas die Turbine beaufschlagt. Durch die Kombination der um 360°KW phasenversetzt nach dem 4-Takt-Verfahren arbeitenden Arbeitszylinder und dem nach dem 2-Takt-Verfahren arbeitenden Kompressor kann erreicht werden, dass die Turbine von dem Kompressor in denjenigen Takten, in denen keiner der beiden Arbeitszylinder Abgas ausstößt, mit unter Druck stehendem Gas beaufschlagt wird.At the same time, it can preferably be provided that the compressor operates according to a 2-stroke method, ie. H. at each (down) stroke preferably filtered gas (in particular fresh air) sucks and applied at each (up) stroke with the compressed gas to the turbine. Through the combination of working 360 ° KW phase-shifted by the 4-stroke process working cylinder and operating according to the 2-stroke process compressor can be achieved that the turbine from the compressor in those cycles in which none of the two working cylinder exhaust expels, pressurized gas is applied.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das von dem Kompressor verdichtete Gas der Turbine des Abgasturboladers nur in bestimmten Betriebszuständen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zugeführt wird.It is preferably provided that the gas compressed by the compressor of the turbine of the exhaust gas turbocharger is supplied only in certain operating states of the internal combustion engine according to the invention.

Insbesondere kann vorgesehen sein, bei einer Drehzahl (einer Kurbelwelle) der Brennkraftmaschine, die mehr als 40% und vorzugsweise mehr als 50% der Nenndrehzahl (Drehzahl, bei der die Brennkraftmaschine ihre Maximalleistung erreicht) beträgt, der Turbine kein von dem Kompressor verdichtetes Gas zuzuführen. Bei diesen Drehzahlen kann der von den Arbeitszylindern erzeugte Abgasmassenstrom nämlich so groß sein, dass der betriebspunktabhängig gewünschte Soll-Ladedruck auch ohne Unterstützung durch den Kompressor erreicht werden kann.In particular, it may be provided that at a rotational speed (crankshaft) of the internal combustion engine which is more than 40% and preferably more than 50% of the nominal rotational speed (rotational speed at which the internal combustion engine reaches its maximum power) does not supply the turbine with compressed gas from the compressor , Namely, at these speeds, the exhaust gas mass flow produced by the working cylinders can be so great that the operating point-dependent desired desired boost pressure can also be achieved without assistance from the compressor.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass kein von dem Kompressor verdichtetes Gas über die Turbine des Abgasturboladers geführt wird, wenn die Temperatur in einer mit dem Auslass der Turbine verbundenen Abgasnachbehandlungseinrichtung unterhalb ihres Betriebstemperaturbereichs (z. B. unterhalb von beispielsweise 150°C) liegt und/oder wenn ein Partikelfilter einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung in bekannter Art und Weise thermisch regeneriert wird. Dadurch kann ein Absenken der Abgastemperatur durch eine Zumischung des über den Kompressor und die Turbine geführten Gases vermieden und folglich ein schnelles Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung bzw. eine thermische Regeneration des Partikelfilters unterstützt werden.Furthermore, it can be provided that no gas compressed by the compressor is guided via the turbine of the exhaust gas turbocharger when the temperature in an exhaust gas aftertreatment device connected to the outlet of the turbine is below its operating temperature range (eg below 150 ° C., for example) and / or if a particle filter of such an exhaust gas aftertreatment device is thermally regenerated in a known manner. This can be a Lowering the exhaust gas temperature avoided by an admixture of the guided over the compressor and the turbine gas and consequently a rapid heating of the exhaust aftertreatment device or a thermal regeneration of the particulate filter can be supported.

Um der Turbine des Abgasturboladers nur bei Bedarf von dem Kompressor verdichtetes Gas zuzuführen, kann beispielsweise ein regelbarer (d. h. ggf. in Zwischenschritten oder stufenlos verschließbarer- bzw. zu öffnender) Bypass vorgesehen sein, über den das von dem Kompressor verdichtete Gas (unter Umgehung der Turbine) abführbar ist. Das Abführen durch ein Einleiten in eine Abgasanlage der Brennkraftmaschine erfolgt dabei vorzugsweise in Strömungsrichtung hinter einer ggf. vorhandenen Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere hinter einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, die einen temporären Temperaturerhöhungsbedarf hat (z. B. Partikelfilter).In order to supply compressed gas to the turbine of the exhaust gas turbocharger only when required by the compressor, it is possible, for example, to provide a controllable bypass (ie possibly in intermediate steps or continuously closable or openable bypass) via which the gas compressed by the compressor (bypassing the exhaust gas) Turbine) is dissipatable. The discharge by an introduction into an exhaust system of the internal combustion engine is preferably carried out in the flow direction behind a possibly present exhaust gas aftertreatment device, in particular behind an exhaust aftertreatment device, which has a temporary increase in temperature (eg particle filter).

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in eine Zuleitung, über die dem Kompressor das zu verdichtende Gas zugeführt wird, eine Drossel integriert wird, um die Zufuhr des Gases zu regeln und insbesondere temporär zu stoppen.Alternatively or additionally, it can be provided that a throttle is integrated in a supply line, via which the compressor to be compressed gas is supplied to regulate the supply of the gas and in particular to temporarily stop.

Weiterhin kann alternativ oder zusätzlich eine regelbare Ableitung vorgesehen sein, über die das dem Kompressor über eine Zuleitung zugeführte Gas in eine Saugstrecke einleitbar ist, über die den Arbeitszylindern ein Verbrennungsgas (insbesondere Frisch- bzw. Ladeluft) zugeführt wird.Furthermore, alternatively or additionally, a controllable derivative can be provided, via which the gas supplied to the compressor via a feed line can be introduced into a suction line via which a combustion gas (in particular fresh or charge air) is supplied to the working cylinders.

Insbesondere dann, wenn mehrere dieser „Ausschiebepfade” realisiert werden, kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere dem Kompressorzylinder zugeordnete Auslassventile hinsichtlich ihres Hubs veränderbar sind, d. h. insbesondere schaltbar ausgeführt werden, wodurch erreicht werden kann, dass diese(s) Auslassventil(e), die von einer oder mehreren Nockenwellen der Brennkraftmaschine angesteuert werden können, temporär nicht geöffnet werden.In particular, if a plurality of these "Ausschiebepfade" realized, it can be provided that one or more of the compressor cylinder associated exhaust valves are variable in terms of their stroke, d. H. be made switchable in particular, which can be achieved that this (s) exhaust valve (s), which can be controlled by one or more camshafts of the internal combustion engine, temporarily not be opened.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine eignet sich besonders bevorzugt für die Realisierung einer – vorzugsweise direkteinspritzenden – Diesel-Brennkraftmaschine, die insbesondere als Einstiegsmotorisierung für Personenkraftfahrzeuge oder für beliebige Arten von Industriemotoren zum Einsatz kommen kann. Die Erfindung eignet sich jedoch auch für die Realisierung einer – vorzugsweise direkteinspritzenden – Otto-Brennkraftmaschine.The internal combustion engine according to the invention is particularly preferably for the realization of a - preferably direct-injection - diesel internal combustion engine, which can be used in particular as entry-level engine for passenger vehicles or for any types of industrial engines. However, the invention is also suitable for the realization of a - preferably direct injection - Otto internal combustion engine.

Da die Belastungen des Kompressorkolbens deutlich geringer als diejenigen der Arbeitskolben sein können (beispielsweise wird der Spitzendruck in dem Kompressorzylinder häufig bei maximal 5 bar liegen), können folgende konstruktive Ausgestaltungen einzeln oder in Kombination (einzeln oder gesamt) vorgenommen werden, um die Reibungsverluste bei der Bewegung des Kompressorkolbens in dem Kompressorzylinder und/oder die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zu senken:

  • – Die Anzahl und/oder Vorspannung von vorzugsweise vorgesehenen Kolbenringen kann geringer gewählt werden.
  • – Die Höhe, die Kontur und das Material der Kolbenringe kann abweichend von der-/demjenigen der Arbeitszylinder gewählt werden.
  • – Der Stoßspalt und/oder die Feuersteghöhe kann abweichend von demjenigen/derjenigen der Arbeitskolben gewählt werden.
  • – Das Kolbenmaterial und die Kolbenkontur kann abweichend von dem-/derjenigen der Arbeitskolben gewählt werden; vorzugsweise ohne Mulde und mit einem flachen Kolbenspiegel.
  • – Auf Kolbenkühldüsen und Kolbenkühlkanäle kann verzichtet werden.
  • – Der Kolbenbolzendurchmesser kann geringer, das Bolzen- und Lagermaterial abweichend (im Vergleich zu den Arbeitskolben) gewählt werden, das Lagerspiel kann ein höheres Spiel aufweisen.
  • – Der Pleuel kann z. B. durch einen schlankeren Schaft und/oder geringere Wandstärken mit einem reduzierten Gewicht (im Vergleich zu den Pleueln der Arbeitskolben) ausgebildet werden.
  • – Das den Pleuel des Kompressorkolbens tragende Kurbelwellenlager kann kürzer und mit einem geringeren Durchmesserausgebildet werden; ein höheres Lagerspiel kann zugelassen werden; abweichende Materialpaarungen (jeweils im Vergleich zu den Pleueln der Arbeitskolben) können zulässig sein.
  • – Es können weichere Ventilfedern für die dem Kompressorzylinder zugeordneten Einlass- und/oder Auslassventile (im Vergleich zu den Ventilen der Arbeitszylinder) vorgesehen werden;
  • – Der Ventilhub kann von demjenigen der Einlass- und/oder Auslassventile der Arbeitszylinder abweichend vorgesehen werden.
Since the loads of the compressor piston can be significantly lower than those of the working piston (for example, the peak pressure in the compressor cylinder is often a maximum of 5 bar), the following constructive embodiments can be made individually or in combination (individually or in total) to the friction losses in the Movement of the compressor piston in the compressor cylinder and / or to reduce the manufacturing cost of the internal combustion engine according to the invention:
  • - The number and / or bias of preferably provided piston rings can be chosen smaller.
  • - The height, the contour and the material of the piston rings can be chosen differently from that of the working cylinder.
  • - The impact gap and / or the Feuersteghöhe can be chosen differently from that / those of the working piston.
  • - The piston material and the piston contour can be chosen differently from that / of the working piston; preferably without a trough and with a flat piston mirror.
  • - On piston cooling nozzles and piston cooling channels can be omitted.
  • - The piston pin diameter can be lower, the bolt and bearing material deviating (compared to the working piston) can be selected, the bearing clearance can have a higher clearance.
  • - The connecting rod can z. B. by a slimmer shaft and / or lower wall thicknesses with a reduced weight (compared to the connecting rods of the working piston) are formed.
  • - The crankshaft bearing supporting the connecting rod of the compressor piston can be made shorter and with a smaller diameter; a higher bearing clearance can be allowed; Deviating material combinations (in each case in comparison to the connecting rods of the working pistons) may be permissible.
  • Softer valve springs may be provided for the intake and / or exhaust valves associated with the compressor cylinder (as compared to the valves of the power cylinders);
  • The valve lift may be deviated from that of the intake and / or exhaust valves of the working cylinders.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. In the drawings shows:

1: ein Systemschaubild einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsform; 1 a system diagram of an internal combustion engine according to the invention in a first embodiment;

2: die Kolben-Kurbelwellen-Anordnung der Brennkraftmaschine gemäß 1; 2 : the piston-crankshaft assembly of the internal combustion engine according to 1 ;

3: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ventilsteuerzeiten der Einlass- und Auslassventile der Brennkraftmaschine gemäß 1; 3 FIG. 4 is a diagram illustrating the valve timing of the intake and exhaust valves of the internal combustion engine according to FIG 1 ;

4: eine Möglichkeit zur Anordnung der Einlass- und Auslassventile bei der Brennkraftmaschine gemäß 1; 4 a possibility for the arrangement of the intake and exhaust valves in the internal combustion engine according to 1 ;

5: ein Kennfeld zur Verdeutlichung des Betriebs der Brennkraftmaschine gemäß 1; 5 a map to illustrate the operation of the internal combustion engine according to 1 ;

6: ein Systemschaubild einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsform; 6 a system diagram of an internal combustion engine according to the invention in a second embodiment;

7: ein Systemschaubild einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer dritten Ausführungsform; 7 a system diagram of an internal combustion engine according to the invention in a third embodiment;

8 ein Systemschaubild einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer vierten Ausführungsform; und 8th a system diagram of an internal combustion engine according to the invention in a fourth embodiment; and

9: ein Systemschaubild einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer fünften Ausführungsform; 9 a system diagram of an internal combustion engine according to the invention in a fifth embodiment;

Die 1 zeigt in einem Systemschaubild schematisch die wesentlichen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Diese umfasst ein Kurbelgehäuse 10, in dem insgesamt drei (gleich große) Zylinder in Reihe angeordnet sind. In jedem dieser Zylinder ist jeweils ein Kolben beweglich angeordnet, der über ein Pleuel 12 von einer Kurbelwelle 14 der Brennkraftmaschine zyklisch zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) angetrieben wird (vgl. 2).The 1 shows in a system diagram schematically the essential components of an internal combustion engine according to the invention. This includes a crankcase 10 in which a total of three (equal size) cylinders are arranged in series. In each of these cylinders, a piston is movably arranged in each case, which via a connecting rod 12 from a crankshaft 14 the internal combustion engine cyclically between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT) is driven (see. 2 ).

Die beiden äußeren Zylinder der Brennkraftmaschine sind als Arbeitszylinder 16, 18 vorgesehen, d. h. diese verrichten durch die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem zwischen einem Abschnitt des jeweiligen Zylinders (bzw. einer darin angeordneten Laufbuchse), einem von einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) ausgebildeten Brennraumdach und der Oberseite des dazugehörigen (Arbeits-)Kolbens 20, 22 ausgebildeten Brennraum Arbeit. Hierbei ist ein Betrieb der Arbeitszylinder 16, 18 in einem 4-Takt-Verfahren vorgesehen, d. h. in jeweils vier aufeinander folgenden Hüben jedes der Arbeitskolbens 20, 22 in dem dazugehörigen Arbeitszylinder 16, 18 werden die vier Takte. Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen durchgeführt, wobei die Kurbelwelle 14 hierfür über Umdrehungen (720°KW) gedreht wird und wobei die von dem einen, ersten Arbeitszylinder 16 durchgeführten Takte gegenüber denjenigen, die von dem zweiten Arbeitszylinder 18 durchgeführt werden, um 360°KW phasenversetzt sind. Die entsprechenden Steuerzeiten von den beiden Arbeitszylindern 16, 18 zugeordneten Einlass- 24 und Auslassventile 26 (z. B. jeweils zwei Einfass- 24 und zwei Auslassventile 26, vgl. 4) ist in der 3, oben dargestellt.The two outer cylinders of the internal combustion engine are working cylinders 16 . 18 provided, ie they perform by the combustion of a fuel-air mixture in a between a portion of the respective cylinder (or a bushing disposed therein), one of a cylinder head (not shown) formed combustion chamber roof and the top of the associated (working) piston 20 . 22 trained combustion chamber work. Here is an operation of the working cylinder 16 . 18 provided in a 4-stroke process, ie in each case four successive strokes of each of the working piston 20 . 22 in the associated working cylinder 16 . 18 become the four bars. Suction, compression, work, discharge carried out, with the crankshaft 14 this is rotated over revolutions (720 ° CA) and being the one, the first working cylinder 16 carried clocks compared to those of the second working cylinder 18 are performed, are out of phase by 360 ° KW. The corresponding timing of the two working cylinders 16 . 18 associated intake 24 and exhaust valves 26 (for example, two bounded 24 and two exhaust valves 26 , see. 4 ) is in the 3 , shown above.

Das Öffnen der einzelnen Einlass- 24 und Auslassventile 26 der beiden Arbeitszylinder 16, 18 erfolgt zyklisch alle 720°KW (Kurbelwellenwinkel).Opening the individual inlet 24 and exhaust valves 26 the two working cylinders 16 . 18 takes place cyclically every 720 ° CA (crankshaft angle).

Der in dem mittleren (Kompressor-)Zylinder 28 des Kurbelgehäuses 10 geführte (Kompressor)Kolben 30 dient zum Einen als Tilgermasse, durch den die von den beiden Arbeitskolben 20, 22 erzeugten Massenkräfte ausgeglichen werden sollen. Hierzu wird der Kompressorkolben 30, dessen Masse im Wesentlichen der Gesamtmasse der beiden Arbeitskolben 20, 22 entspricht, mit einem Phasenunterschied von 180°KW zu den beiden Arbeitskolben 20, 22 angetrieben, d. h. bei einer Aufwärtsbewegung der beiden Arbeitskolben 20, 22 erfolgt eine Abwärtsbewegung des Kompressorkolbens 30 bzw. bei einer Abwärtsbewegung der beiden Arbeitskolben 20, 22 erfolgt eine Aufwärtsbewegung des Kompressorkolbens 30.The one in the middle (compressor) cylinder 28 of the crankcase 10 guided (compressor) pistons 30 serves as a damping mass, through which the of the two working pistons 20 . 22 generated mass forces are to be compensated. For this purpose, the compressor piston 30 , whose mass is essentially the total mass of the two working pistons 20 . 22 corresponds, with a phase difference of 180 ° KW to the two working pistons 20 . 22 driven, ie at an upward movement of the two working pistons 20 . 22 there is a downward movement of the compressor piston 30 or in a downward movement of the two working pistons 20 . 22 an upward movement of the compressor piston takes place 30 ,

Der in dem Kompressorzylinder 28 geführte Kompressorkolben 30 hat weiterhin noch die Funktion eines Kompressors, durch den Frischluft verdichtet und dann einer Turbine 32 eines Abgasturboladers 34 der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Die Turbine 32 wird somit – zumindest temporär – nicht nur von dem aus den beiden Arbeitszylindern 16, 18 ausgestoßenen Abgas, sondern zusätzlich von der von dem Kompressor verdichteten Frischluft beaufschlagt.The in the compressor cylinder 28 guided compressor pistons 30 still has the function of a compressor, compressed by the fresh air and then a turbine 32 an exhaust gas turbocharger 34 the internal combustion engine is supplied. The turbine 32 is thus - at least temporarily - not only from that of the two working cylinders 16 . 18 ejected exhaust gas, but additionally acted upon by the compressed by the compressor fresh air.

Die Ansteuerung der dem Kompressorzylinder 28 zugeordneten Einlass- 36 und Auslassventile 38, 40, 42 erfolgt dabei mit den in der 3, unten, dargestellten Steuerzeiten. Das Einlassventil 36 des Kompressorzylinders 28 ist demnach immer (im Wesentlichen) gleichzeitig mit dem oder den Auslassventilen 26 eines der beiden Arbeitszylinder 16, 18 geöffnet, während das oder die Auslassventile 38, 40, 42, über das/die der Turbine 32 verdichtete Frischluft zugeführt wird, gleichzeitig mit den Einlassventilen 24 des jeweiligen Arbeitszylinders 16, 18 geöffnet ist. Der Kompressor arbeitet demnach nach einem 2-Takt-Verfahren, d. h. bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 14 wird einmal Frischluft angesaugt und einmal verdichtet sowie ausgestoßen.The control of the compressor cylinder 28 associated intake 36 and exhaust valves 38 . 40 . 42 takes place with the in the 3 , below, shown control times. The inlet valve 36 of the compressor cylinder 28 is therefore always (essentially) simultaneously with the exhaust valve (s) 26 one of the two working cylinders 16 . 18 open while the or the exhaust valves 38 . 40 . 42 , about the turbine (s) 32 compressed fresh air is supplied, simultaneously with the inlet valves 24 of the respective working cylinder 16 . 18 is open. The compressor thus operates on a 2-stroke process, ie with each revolution of the crankshaft 14 Once fresh air is sucked in and once compressed and ejected.

Die Turbine 32 ist über eine Welle 44 mit einem Verdichter 46 des Abgasturboladers 34 verbunden, der in eine Saugstrecke der Brennkraftmaschine integriert ist. Über den Verdichter 46 wird Frischluft, die über einen Luftfilter 48 angesaugt wird, verdichtet und über einen Ladeluftkühler 50 den beiden Arbeitszylindern 16, 18 zugeführt. Der Einlass der Ladeluft in die Arbeitszylinder 16, 18 wird dabei über die Einlassventile 24 der Arbeitszylinder 16, 18 gesteuert.The turbine 32 is about a wave 44 with a compressor 46 the exhaust gas turbocharger 34 connected, which is integrated in a suction path of the internal combustion engine. About the compressor 46 gets fresh air through an air filter 48 is sucked in, compressed and via a charge air cooler 50 the two working cylinders 16 . 18 fed. Inlet of charge air in working cylinders 16 . 18 is doing about the intake valves 24 the working cylinder 16 . 18 controlled.

Die dem Kompressor zugeführte Frischluft wird über eine Zuleitung 52 zugeführt, die stromauf des Verdichters 46 in die Saugstrecke mündet.The fresh air supplied to the compressor is supplied via a supply line 52 fed to the upstream of the compressor 46 opens into the suction line.

Das über die Turbine 32 geführte und gegebenenfalls mit der zuvor von dem Kompressor verdichteten Frischluft vermischte Abgas wird einem Oxidationskatalysator 54 und optional einem Dieselpartikelfilter 56 zugeführt und dann in die Atmosphäre entlassen bzw. teilweise im Rahmen einer Niederdruck-Abgasrückführung der Frischluftzufuhr zugeführt (optional). Diese Niederdruck-Abgasrückführung kann über ein Regelventil 58 schaltbar oder regelbar ausgebildet sein und einen Kühler 60 integrieren. Weiterhin kann vorgesehen sein, einen Teilstrom des Abgases, noch bevor dieses über die Turbine 32 geführt wird, abzuzweigen und einer (optionalen) Hochdruck-Abgasrückführung zuzuführen. Auch diese Hochdruck-Abgasrückführung kann über ein Regelventil 62 schaltbar oder regelbar sein und einen Kühler 64 für das Abgas umfassen. Zusätzlich kann ein Bypass 66 vorgesehen sein, um den Kühler 64 zu umgehen. Auch dieser Kühlerbypass kann (über dasselbe Regelventil 62) schaltbar oder regelbar ausgebildet sein. That about the turbine 32 guided and optionally mixed with the previously compressed by the compressor fresh air exhaust gas is an oxidation catalyst 54 and optionally a diesel particulate filter 56 fed and then discharged into the atmosphere or partially supplied in the context of a low-pressure exhaust gas recirculation of the fresh air supply (optional). This low-pressure exhaust gas recirculation can via a control valve 58 be designed switchable or adjustable and a cooler 60 integrate. Furthermore, it can be provided, a partial flow of the exhaust gas, even before this over the turbine 32 is guided, branch off and supply to an (optional) high-pressure exhaust gas recirculation. Also, this high-pressure exhaust gas recirculation can via a control valve 62 switchable or controllable and a cooler 64 for the exhaust gas. In addition, a bypass 66 be provided to the radiator 64 to get around. This cooler bypass can also (via the same control valve 62 ) be designed switchable or adjustable.

Die Brennkraftmaschine umfasst weiterhin noch einen Bypass 68. Dieser ermöglicht, die in dem Kompressor verdichtete Frischluft unter Umgehung der Turbine 32 stromab des Oxidationskatalysators 54 und gegebenenfalls des Dieselpartikelfilters 56 in die Abgasstrecke einzuleiten. Vorzugsweise erfolgt die Einleitung zudem stromab einer Abzweigung der Niederdruck-Abgasrückführung, wie dies in der 1 dargestellt ist.The internal combustion engine still includes a bypass 68 , This allows the compressed in the compressor fresh air bypassing the turbine 32 downstream of the oxidation catalyst 54 and optionally the diesel particulate filter 56 into the exhaust route. Preferably, the introduction also takes place downstream of a branch of the low-pressure exhaust gas recirculation, as shown in the 1 is shown.

Die 4 zeigt eine Möglichkeit zur Anordnung der den Arbeitszylindern 16, 18 und dem Kompressorzylinder 28 zugeordneten Einlass- 24, 36 und Auslassventile 26, 38, 40, 42. Es ist vorgesehen, dass sämtliche Einlassventile 24, 36 und die Auslassventile 26, 38, 40 der Arbeits-16, 18 und Kompressorzylinder 24 in einer Reihe angeordnet. Bei dieser Ausführungsform können zwei Nockenwellen (nicht dargestellt) vorgesehen sind, von denen eine die Auslassventile 26, 38, 40 und die andere die Einlassventile 26, 36 ansteuert. Die Nockenwellen rotieren dazu mit im Vergleich zur Kurbelwelle 14 halber Rotationsgeschwindigkeit. Für die Betätigung der Einlass- 24 und Auslassventile 26 der Arbeitszylinder 16, 18 ist jeweils ein Nocken auf der jeweiligen Nockenwelle vorgesehen, wodurch der Betrieb der Arbeitszylinder in einem 4-Takt-Verfahren realisiert wird. Für die Betätigung der Einlass- 36 und Auslassventile 38,0 des Kompressorzylinders 28 sind dagegen jeweils zwei, um 180° versetzt an den Nockenwellen angeordnete Nocken vorgesehen, wodurch erreicht wird, dass der Kompressor – trotz Antriebs des Kompressorkolbens 30 durch dieselbe (Kurbel-)Welle 14 wie die Arbeitskolben 20, 22 – in einem 2-Takt-Verfahren arbeitet, d. h. bei jedem Aufwärtshub Frischluft verdichtet und ausstößt und bei jedem Abwärtshub Frischluft ansaugt. Die jeweils zwei Einlass-24 und zwei Auslassventile 26 der beiden Arbeitszylinder öffnen dabei stets gleichzeitig, so dass sich die in 3, oben, dargestellten Steuerzeiten ergeben.The 4 shows a way to arrange the working cylinders 16 . 18 and the compressor cylinder 28 associated intake 24 . 36 and exhaust valves 26 . 38 . 40 . 42 , It is envisaged that all intake valves 24 . 36 and the exhaust valves 26 . 38 . 40 the working 16 . 18 and compressor cylinder 24 arranged in a row. In this embodiment, two camshafts (not shown) may be provided, one of which is the exhaust valves 26 . 38 . 40 and the other the intake valves 26 . 36 controls. The camshafts rotate with it compared to the crankshaft 14 half rotational speed. For the operation of the inlet 24 and exhaust valves 26 the working cylinder 16 . 18 in each case a cam is provided on the respective camshaft, whereby the operation of the working cylinder is realized in a 4-stroke process. For the operation of the inlet 36 and exhaust valves 38,0 of the compressor cylinder 28 On the other hand, in each case two, offset by 180 ° provided on the camshaft cam provided, whereby it is achieved that the compressor - despite the drive of the compressor piston 30 through the same (crankshaft) shaft 14 like the working pistons 20 . 22 - operates in a 2-stroke process, ie compressed and ejected fresh air on each upstroke and sucks fresh air on each downstroke. The two intake 24 and two exhaust valves 26 the two working cylinders always open at the same time, so that the in 3 , above, shown control times.

Das in der 4 dargestellte erste Auslassventil 38 des Kompressorzylinders 28 ist mit dem Einlass der Turbine 32 und das zweite Auslassventil 40 ist mit dem Bypass 68 zur Umgehung der Turbine 32 verbunden. Dieses zweite Auslassventil 40 ist schaltbar ausgeführt, d. h. über eine beliebige Vorrichtung, wie sie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann die Betätigung dieses Auslassventils 40 über die Nockenwelle unterbunden bzw. zugeschaltet werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, die von dem Kompressor verdichtete Frischluft bei Bedarf an der Turbine 32 des Abgasturboladers 34 vorbei in die Abgasstrecke zu leiten. Die 3, unten, zeigt die Steuerzeiten des ersten Auslassventils 38 des Kompressorzylinders. Sofern das zweite Auslassventil 40 zugeschaltet ist, d. h. geöffnet wird, erfolgt dies zu denselben, in der 3, unten, dargestellten Steuerzeiten.That in the 4 illustrated first exhaust valve 38 of the compressor cylinder 28 is with the inlet of the turbine 32 and the second exhaust valve 40 is with the bypass 68 to bypass the turbine 32 connected. This second exhaust valve 40 is designed to be switchable, ie via any device, as it is basically known from the prior art, the operation of this exhaust valve 40 be prevented or switched on the camshaft. This makes it possible to compress the fresh air compressed by the compressor as needed on the turbine 32 the exhaust gas turbocharger 34 pass the exhaust route. The 3 , below, shows the timing of the first exhaust valve 38 of the compressor cylinder. If the second exhaust valve 40 is switched on, that is opened, this is done to the same, in the 3 , below, shown control times.

Das Zuschalten des zweiten Auslassventils 40 und somit eine Umgehung der Turbine 32 des Abgasturboladers 34 kann betriebskennfeldabhängig erfolgen, wie dies in der 5 beispielhaft dargestellt ist. Dort ist das an der Kurbelwelle 14 bereitgestellte Drehmoment (auf der Vertikalachse), d. h. die Last, mit der die Brennkraftmaschine angetrieben wird, über der Drehzahl (auf der Horizontalachse) der Kurbelwelle 14 dargestellt. Das Betriebskennfeld ist in drei Bereiche eingeteilt. Ein erster Betriebsbereich 70 ist durch niedrige bis mittlere Drehzahlen und eine niedrige bis mittlere Last gekennzeichnet. Ein zweiter Betriebsbereich 72 ist durch niedrige bis mittlere Drehzahlen und eine mittlere bis hohe Last gekennzeichnet. Ein dritter Betriebsbereich 74 deckt den Rest, d. h. den nicht von dem ersten 70 und zweiten Betriebsbereich 72 abgedeckten Bereich ab. In allen drei Betriebsbereichen 70, 72,74 ist vorgesehen, die von dem Kompressor verdichtete Frischluft (zumindest teilweise) über die Turbine 32 des Abgasturboladers 34 zu führen. Lediglich bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine in dem ersten oder dritten Betriebsbereich 70, 74 ist unter Umständen vorgesehen, die von dem Kompressor kommende, verdichtete Frischluft über den Bypass 68 abzuführen, um die Turbine 32 zu umgehen. Im ersten Betriebszustand 70 erfolgt dies bei einer temporären thermischen Regeneration des Dieselpartikelfilters 56 und dann, wenn die Temperatur in dem Oxidationskatalysator 54 (modelliert oder gemessen über einen oder mehrere nicht dargestellte Temperatursensoren) unterhalb einer Grenztemperatur von beispielsweise 150°C liegt. Dadurch kann verhindert werden, dass das aus den Arbeitszylindern 16, 18 austretende Abgas durch das Zumischen der von dem Kompressor stammenden Frischluft noch vor der Durchströmung des Oxidationskatalysators 54 und des Dieselpartikelfilters 56 abgekühlt wird, wodurch eine Aufheizung des Oxidationskatalysators 54 und des Dieselpartikelfilters 56 verlangsamt würde. Im dritten Betriebsbereich 74 ist eine Umgehung der Turbine 32 nur für eine temporäre thermische Regeneration des Dieselpartikelfilters 56 vorgesehen.The connection of the second exhaust valve 40 and thus a bypass of the turbine 32 the exhaust gas turbocharger 34 can be done depending on the operating map, as shown in the 5 is shown by way of example. There it is on the crankshaft 14 provided torque (on the vertical axis), ie the load with which the internal combustion engine is driven, over the speed (on the horizontal axis) of the crankshaft 14 shown. The operating map is divided into three areas. A first operating area 70 is characterized by low to medium speeds and a low to medium load. A second operating range 72 is characterized by low to medium speeds and a medium to high load. A third operating area 74 covers the rest, ie not the first 70 and second operating range 72 covered area. In all three operating areas 70 . 72 . 74 is provided, the compressed by the compressor fresh air (at least partially) through the turbine 32 the exhaust gas turbocharger 34 respectively. Only in an operation of the internal combustion engine in the first or third operating range 70 . 74 is provided under certain circumstances, coming from the compressor, compressed fresh air through the bypass 68 dissipate to the turbine 32 to get around. In the first operating state 70 this is done with a temporary thermal regeneration of the diesel particulate filter 56 and then when the temperature in the oxidation catalyst 54 (modeled or measured via one or more temperature sensors, not shown) is below a limit temperature of for example 150 ° C. This can prevent that from the working cylinders 16 . 18 exiting exhaust gas by mixing the originating from the compressor fresh air before the flow through the oxidation catalyst 54 and the diesel particulate filter 56 is cooled, creating a Heating of the oxidation catalyst 54 and the diesel particulate filter 56 would slow down. In the third operating area 74 is a bypass of the turbine 32 only for a temporary thermal regeneration of the diesel particulate filter 56 intended.

Die in der 6 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine unterscheidet sich von derjenigen der 1 lediglich darin, dass der Bypass 68, mit dem die von dem Kompressor verdichtete Frischluft um die Turbine 32 des Abgasturboladers 34 herumgeführt wird, noch vor dem Oxidationskatalysators 54 in die Abgasstrecke mündet.The in the 6 illustrated embodiment of an internal combustion engine according to the invention differs from that of 1 only in that the bypass 68 with which the fresh air compressed by the compressor around the turbine 32 the exhaust gas turbocharger 34 is led around, even before the oxidation catalyst 54 flows into the exhaust gas line.

In der 7 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine dargestellt, die sich von denjenigen der 1 und 6 in der Art der „Umgehung” der Turbine 32 unterscheidet. Dort ist vorgesehen, die Turbine 32 beim Vorliegen der entsprechenden Umstände im ersten und dritten Betriebsbereich 70, 74 nicht mit der von dem Kompressor verdichteten Luft zu beaufschlagen, indem diese in die zu den beiden Arbeitszylindern 16, 18 führende Ladeluftstrecke geleitet wird. Hierzu ist das zweite Auslassventil 40 des Kompressorzylinders 28 mit einer Ableitung 76 verbunden, die in die Ladeluftstrecke mündet.In the 7 a further embodiment of an internal combustion engine according to the invention is shown, which differs from those of 1 and 6 in the way of "bypassing" the turbine 32 different. There is provided, the turbine 32 if the circumstances prevail in the first and third operational areas 70 . 74 do not pressurize with the air compressed by the compressor by placing them in the to the two working cylinders 16 . 18 leading charge air passage is passed. This is the second exhaust valve 40 of the compressor cylinder 28 with a derivative 76 connected, which opens into the charge air passage.

Bei der Ausführungsform gemäß der 8 ist vorgesehen, dass die Ableitung 76 noch vor dem Verdichter 46 des Abgasturboladers 34 in die Saugstrecke mündet. Dabei erfolgt dann eine Entspannung der in dem Kompressor verdichteten Frischluft auf die dortigen Druckverhältnisse.In the embodiment according to the 8th is provided that the derivative 76 even before the compressor 46 the exhaust gas turbocharger 34 opens into the suction line. In this case, a relaxation of the compressed in the compressor fresh air then takes place on the local pressure conditions.

Die 9 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Regelung der Zuleitung von von dem Kompressor verdichteter Frischluft zu der Turbine 32 des Abgasturboladers 34. Hierzu ist in die Zuleitung 52 zu dem Kompressorzylinder 28 eine Drossel 78 integriert, über die die Menge der dem Kompressor zugeführten Frischluft geregelt werden kann.The 9 shows another way to control the supply of compressed from the compressor fresh air to the turbine 32 the exhaust gas turbocharger 34 , For this purpose is in the supply line 52 to the compressor cylinder 28 a throttle 78 integrated, via which the amount of the compressor supplied fresh air can be controlled.

Sämtliche der in den 1 und 6 bis 9 dargestellten Möglichkeiten zur Umgehung der Turbine 32 können – in beliebiger Kombination miteinander – bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zum Einsatz kommen. Insbesondere können zwei dieser Umgehungsmöglichkeiten miteinander kombiniert werden, wobei dann dem Kompressorzylinder 28 noch ein drittes Auslassventil 42 (in der 4 gestrichelt dargestellt) zugeordnet sein kann, das ebenfalls schaltbar ausgebildet ist. Sofern die Umgehungsmöglichkeiten als Alternativen vorgesehen sind, kann vorgesehen sein, dass eine Schaltvorrichtung für die beiden Auslassventile 40, 42 so ausgebildet ist, dass sie eine Vollhubschaltung eines dieser Auslassventile mit einer Nullhubschaltung des anderen Auslassventils kombiniert.All of the in the 1 and 6 to 9 illustrated ways to bypass the turbine 32 can - in any combination with each other - in an internal combustion engine according to the invention are used. In particular, two of these bypass options can be combined with each other, in which case the compressor cylinder 28 another third outlet valve 42 (in the 4 dashed lines) may be assigned, which is also formed switchable. If the bypass options are provided as alternatives, it can be provided that a switching device for the two exhaust valves 40 . 42 is formed so that it combines a Vollhubschaltung one of these exhaust valves with a zero-stroke circuit of the other exhaust valve.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Kurbelgehäusecrankcase
1212
Pleuelpleuel
1414
Kurbelwellecrankshaft
1616
Arbeitszylinderworking cylinder
1818
Arbeitszylinderworking cylinder
2020
Arbeitskolbenworking piston
2222
Arbeitskolbenworking piston
2424
Einlassventilintake valve
2626
Auslassventiloutlet valve
2828
Kompressorzylindercompressor cylinder
3030
Kompressorkolbencompressor piston
3232
Turbineturbine
3434
Abgasturboladerturbocharger
3636
Einlassventilintake valve
3838
Auslassventiloutlet valve
4040
Auslassventiloutlet valve
4242
Auslassventiloutlet valve
4444
Wellewave
4646
Verdichtercompressor
4848
Luftfilterair filter
5050
LadeluftkühlerIntercooler
5252
Zuleitungsupply
5454
Oxidationskatalysatoroxidation catalyst
5656
Dieselpartikelfilterdiesel particulate Filter
5858
Regelventilcontrol valve
6060
Kühlercooler
6262
Regelventilcontrol valve
6464
Kühlercooler
6666
Bypassbypass
6868
Bypassbypass
7070
erster Betriebsbereichfirst operating area
7272
zweiter Betriebsbereichsecond operating range
7474
dritter Betriebsbereichthird operating area
7676
Ableitungderivation
7878
Drosselthrottle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3120190 A1 [0005, 0005] DE 3120190 A1 [0005, 0005]

Claims (10)

Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader (34) mit einer Turbine (32) und einem von der Turbine (32) angetriebenen Verdichter (46), gekennzeichnet durch einen Kompressor, der ausgangsseitig mit der Eingangsseite der Turbine (32) verbunden ist, um die Turbine (32) mit von dem Kompressor verdichtetem Gas zu beaufschlagen.Internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger ( 34 ) with a turbine ( 32 ) and one of the turbine ( 32 ) driven compressor ( 46 ), characterized by a compressor, the output with the input side of the turbine ( 32 ) is connected to the turbine ( 32 ) to pressurize compressed by the compressor gas. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Kurbelgehäuse (10), in dem zwei Arbeitszylinder (16, 18) ausgebildet sind, wobei in jedem der Arbeitszylinder (16, 18) ein Arbeitskolben (20, 22) zyklisch zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt bewegt wird und wobei den Arbeitszylindern (16, 18) von dem Verdichter (46) verdichtetes Verbrennungsgas zugeführt wird.Internal combustion engine according to claim 1, characterized by a crankcase ( 10 ), in which two working cylinders ( 16 . 18 ) are formed, wherein in each of the working cylinder ( 16 . 18 ) a working piston ( 20 . 22 ) is moved cyclically between an upper and a lower dead center and wherein the working cylinders ( 16 . 18 ) from the compressor ( 46 ) compressed combustion gas is supplied. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse (10) einen Kompressorzylinder (28) aufweist, in dem ein Kompressorkolben (30) des als Kolbenpumpe arbeitenden Kompressors angeordnet ist, wobei insbesondere die Arbeitskolben (20, 22) und der Kompressorkolben (30) von einer Kurbelwelle (14) angetrieben werden.Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the crankcase ( 10 ) a compressor cylinder ( 28 ), in which a compressor piston ( 30 ) is arranged of the working as a piston pump compressor, in particular the working piston ( 20 . 22 ) and the compressor piston ( 30 ) of a crankshaft ( 14 ) are driven. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressorkolben (30) als Tilgermasse zyklisch, den Bewegungen der Arbeitskolben (20, 22) entgegengesetzt bewegt wird.Internal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized in that the compressor piston ( 30 ) as absorber mass cyclically, the movements of the working piston ( 20 . 22 ) is moved in opposite directions. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitszylinder (16, 18) und der Kompressorzylinder (28) in Reihe angeordnet sind und/oder dass der Hub des Kompressorkolbens (30) größer als derjenige der Arbeitskolben (20, 22) ist.Internal combustion engine according to one of claims 3 to 5, characterized in that the working cylinders ( 16 . 18 ) and the compressor cylinder ( 28 ) are arranged in series and / or that the stroke of the compressor piston ( 30 ) larger than that of the working piston ( 20 . 22 ). Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen regelbaren Bypass (68), über den das von dem Kompressor verdichtete Gas unter Umgehung der Turbine (32) abführbar ist, wobei insbesondere das über den Bypass (68) geführte Gas hinter einer mit einem Auslass der Turbine (32) verbundenen Abgasnachbehandlungseinrichtung in eine Abgasanlage einleitbar ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized by an adjustable bypass ( 68 ), over which the compressor compressed gas bypassing the turbine ( 32 ) is dissipatable, in particular that via the bypass ( 68 ) guided gas behind one with an outlet of the turbine ( 32 ) connected exhaust gas aftertreatment device can be introduced into an exhaust system. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuleitung (52) des Kompressors eine Drossel (78) aufweist und/oder eine regelbare Ableitung (76), über die das dem Kompressor über eine Zuleitung (52) zugeführte Gas in eine Saugstrecke einleitbar ist, über die den Arbeitszylindern (16, 18) ein Verbrennungsgas zugeführt wird.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a supply line ( 52 ) of the compressor is a throttle ( 78 ) and / or an adjustable derivative ( 76 ), via which the compressor via a supply line ( 52 ) supplied gas in a suction line can be introduced via the working cylinders ( 16 . 18 ) a combustion gas is supplied. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere, dem Kompressorzylinder (28) zugeordnete Auslassventile (40, 42) hinsichtlich ihres Hubs veränderbar sind.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that one or more, the compressor cylinder ( 28 ) associated exhaust valves ( 40 . 42 ) are variable in terms of their stroke. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, die mindestens 40%, vorzugsweise mindestens 50% der Nenndrehzahl beträgt, kein von dem Kompressor verdichtetes Gas über die Turbine (32) des Abgasturboladers (34) geführt wird.Method for operating an internal combustion engine according to any one of claims 6 or 7, characterized in that at a speed of the internal combustion engine which is at least 40%, preferably at least 50% of the rated speed, no compressed by the compressor gas via the turbine ( 32 ) of the exhaust gas turbocharger ( 34 ) to be led. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Temperatur in einer mit einem Auslass der Turbine (32) verbundenen Abgasnachbehandlungseinrichtung, die unterhalb ihres Betriebstemperaturbereichs liegt und/oder bei einer temporären thermischen Regeneration eines Partikelfilters der Abgasnachbehandlungseinrichtung kein von dem Kompressor verdichtetes Gas über die Turbine (32) des Abgasturboladers (34) geführt wird.Method for operating an internal combustion engine according to one of claims 6 or 7, characterized in that at a temperature in one with an outlet of the turbine ( 32 ), which is below its operating temperature range and / or in a temporary thermal regeneration of a particulate filter of the exhaust gas aftertreatment device no compressed gas from the compressor via the turbine ( 32 ) of the exhaust gas turbocharger ( 34 ) to be led.
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