DE19706859A1

DE19706859A1 - Efficiency improvement method for supercharged petrol engines

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Publication number: DE19706859A1
Application number: DE19706859A
Authority: DE
Original assignee: HILLE KARL WOLFGANG RAEREN BE; KUETTER KARL HEINZ 52064 AACHEN DE
Current assignee: HILLE KARL WOLFGANG RAEREN BE; KUETTER KARL HEINZ 52064 AACHEN DE
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-09-10

Abstract

The engine has two-stage or multi-stage charging air compression. Intermediate cooling takes place between individual compressor stages. After the last stage, there is aftercooling with adiabatic part exhaust via e.g. a reduction valve with electric motor regulation. Main combustion of the engine is higher than with conventional supercharged engines, e.g. the same as conventional intake engines. Conventional main compression is retained while charging pressure is considerably increased.

Description

Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ergibt sich infolge der durch die Verdichtung der angesaugten Luft angehobenen Lufttemperaturen die Gefahr des Klopfens und damit ernsthafter Motorschaden. Man ist daher haufig ge zwungen, das Verdichtungsverhaltnis der Brennkraftmaschine zu reduzieren und gegebenenfalls auch zusätzlich den Zündzeitpunkt in Richtung auf eine verbrauchsgünstige Spätzündung zu verstellen.In supercharged internal combustion engines results from the Compression of the intake air, raised air temperatures the danger knocking and serious engine damage. One is therefore often ge forced to reduce the compression ratio of the internal combustion engine and optionally also the ignition timing in the direction of a fuel-efficient late ignition to adjust.

Weiter ist es bekannt, hinter dem Luftverdichter einen Ladeluftkühler vorzuse hen, um die Temperatur der verdichteten Luft abzusenken und so die Klopfgefahr zu verringern.It is also known to pre-charge an intercooler behind the air compressor hen to lower the temperature of the compressed air and so the To reduce the risk of knocking.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, daß bei einer Brennkraftmaschine der unter Patentanspruch 1 beschriebenen Art, der Aufladegrad bei verringerter Klopfgefahr erhöht werden soll; ebenso die Grundverdichtung zwecks Wirkungsgradverbesserung bzw. der Ladedruck zwecks Leistungssteigerung.The object of the invention is now that at a Internal combustion engine of the type described in claim 1, the Degree of charging should be increased with a reduced risk of knocking; likewise the Basic compression to improve efficiency or boost pressure to increase performance.

Es wird eine Brennkraftmaschine mit einem zweistufigen Ladeluftverdichter bzw. zwei in Serie geschalteten Ladeluftverdichtern und zwei Ladeluftkühlern, von denen einer der Zwischenkühlung zwischen den Verdichtungsstufen dient, beschrieben.It will be an internal combustion engine with a two-stage charge air compressor or two charge air compressors connected in series and two charge air coolers, one of which is used for intermediate cooling between the compression stages, described.

Um eine Absenkung der Ladelufttemperatur zu erzielen, soll die Ladeluft nach der ersten Verdichterstufe in Ladeluftkühler 1 zwischengekühlt werden und nach Verdichterstufe 2 in einem zweiten Ladeluftkühler erneut abgekühlt werden. Nach dem Ladeluftkühler 2 sind Mittel, zur in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine veränderlichen, adiabaten Teilentspannung der aufgeladenen Luft, vorgesehen.In order to reduce the charge air temperature, the charge air should be intercooled in charge air cooler 1 after the first compressor stage and cooled again in a second charge air cooler after compressor stage 2 . After the charge air cooler 2 , means are provided for, depending on the operating state of the internal combustion engine, variable, adiabatic partial relaxation of the charged air.

Diese Mittel können z. B. aus einem elektromotorisch betätigten Reduzierventil oder einer verstellbaren Drosselvorrichtung bestehen.These funds can e.g. B. from an electromotive operated reducing valve or an adjustable throttle device.

Durch die energetisch günstigere Zwischenkühlung der Ladeluft kann der Aufwand auf der Antriebsseite der Ladeluftverdichter geringer gehalten wer den, bzw. bei gleichem Antriebsbedarf der Lader ein höheres Druck- und Durchsatzniveau erzielt werden. Daraus ergibt sich die Möglichkeit einer stär keren adiabaten Teilentspannung der Ladeluft. Dies ist verbunden mit einer stär keren Abkühlung der Ladeluft, was einen höheren effektiven Ladedruck bei gleichzeitig erhöhter Grundverdichtung erlaubt.Due to the energy-efficient intermediate cooling of the charge air, the Effort on the drive side of the charge air compressor is kept low the, or with the same drive requirement of the loader a higher pressure and Throughput level can be achieved. This results in the possibility of a stronger keren adiabatic partial relaxation of the charge air. This is connected with a strength keren cooling of the charge air, resulting in a higher effective boost pressure at the same time increased basic compression.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die angeführte Art, die Ladeluft zu kühlen, die Temperatur der Ladeluft soweit abgesenkt werden kann (sogar unter Außentemperatur), daß dadurch die Grundverdichtung der aufge ladenen Brennkraftmaschine auf die Grundverdichtung nicht aufgeladener Brennkraftmaschinen angehoben werden kann - oder sogar darüber hinaus. Andererseits kann der Ladedruck über das Niveau bisheriger aufgeladener Brennkraftmaschinen mit einstufiger Ladeluftkühlung angehoben werden. The advantage of the invention is that by the type mentioned, the To cool the charge air, the temperature of the charge air can be reduced as far as possible (even under outside temperature) that the basic compression of the up charged internal combustion engine to the basic compression of uncharged Internal combustion engines can be raised - or even beyond. On the other hand, the boost pressure can be higher than the level of previous charging Internal combustion engines with single-stage charge air cooling are raised.

Reference list

11

Motor
engine

22nd

Ladeluftfilter
Charge air filter

33rd

Ladeluftkühler
Intercooler

44th

Ausgangsleitung
Output line

55

Kraftstoffzufuhrsystem
Fuel delivery system

66

Entspannungssteuervorrichtung
Relaxation control device

77

Abgasleitung
Exhaust pipe

Fig. 1:
Schaltbild einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit zwei Ladeluftverdichtern und zwei Ladeluftkühlern in Serie. Fig. 1:
Circuit diagram of an internal combustion engine according to the invention with two charge air compressors and two charge air coolers in series.

In der Fig. 1 ist mit 1 eine herkömmliche, beispielsweise vierzylindrige Otto- Brennkraftmaschine bezeichnet, die eine durch zwei Verdichter 2 (in Serie), beispielsweise von einer Abgasturbine angetriebene Turboverdichter (Turbolader), im Druckniveau angehobene Ladung ansaugt.In Fig. 1, 1 denotes a conventional, for example four-cylinder gasoline internal combustion engine, which sucks in a pressure level raised by two compressors 2 (in series), for example driven by an exhaust gas turbine (turbocharger), charge.

Mit 3 sind zwei den Ladeluftverdichtern 2 nachgeschaltete Ladeluftkühler ange geben, in denen das durch die Verdichtung angehobene Temperaturniveau re duziert wird.With 3 are two charge air coolers downstream of the charge air compressors 2 , in which the temperature level raised by the compression is reduced.

In der Ansaugleitung 4 ist weiter ein Kraftstoffzufuhrsystem 5, beispielsweise ein Vergaser oder eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen, dem eine ins gesamt mit 6 bezeichnete Entspannungssteuervorrichtung nachgeschaltet ist. Eine das Abgas der Brennkraftmaschine 1 abführende Abgasleitung ist mit 7 bezeichnet.A fuel supply system 5 , for example a carburetor or a fuel injection device, is also provided in the intake line 4 , followed by an expansion control device, designated as a whole by 6 . An exhaust pipe leading away the exhaust gas of the internal combustion engine 1 is designated by 7 .

Fig. 2:
Schaltbild einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit zwei Ladeluftverdichtern und zwei Ladeluftkühlern in Serie, in welcher die Entspannungssteuervorrichtung 6 vor dem Kraftstoffzufuhrsystem 5 angeordnet ist. Fig. 2:
Circuit diagram of an internal combustion engine according to the invention with two charge air compressors and two charge air coolers in series, in which the expansion control device 6 is arranged in front of the fuel supply system 5 .

Claims

1. Internal combustion engine with two- or multi-stage charge air compression, characterized in that intermediate cooling is carried out between the individual compressor stages and after-cooling after the last compressor stage with subsequent adiabatic partial relaxation via a suitable device, for. B. an electric motor-controlled reducing valve. Furthermore, characterized in that the basic compression of the internal combustion engine is higher than that of conventionally known supercharged internal combustion engines, namely in the area of the basic compression of conventional naturally aspirated engines. Furthermore, characterized in that the charge pressure can be increased significantly while maintaining the previously used basic compression of supercharged internal combustion engines.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the adiabatic partial relaxation depending on the operating state of the Internal combustion engine is adjustable.

3. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the effective boost pressure can be set higher than with conventional supercharged engines with single-stage charge air cooling possible.

4. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the Basic compression is higher than with conventional supercharged engines possible.

5. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the Basic compression and boost pressure above the current state of the art can be lifted out.