DE102010049361A1 - Pressure wave supercharger arrangement for internal combustion engine of e.g. motor car, has channel separated by separator into channel for removal of exhaust gas and another channel formed as rinsing channel for fresh air - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckwellenladeranordnung an einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.The present invention relates to a pressure wave supercharger arrangement on an internal combustion engine of a motor vehicle according to the features in the preamble of
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Druckwellenladers gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 8.The present invention further relates to a method for operating a pressure wave supercharger according to the features in the preamble of
Verbrennungskraftmaschinen nutzen zur Erhöhung ihrer Leistungsausbeute Bauteile, die geeignet sind, angesaugte Frischluft zu verdichten und anschließend dem Verbrennungsvorgang zuzuführen. Diese als Aufladesystem bezeichneten Maschinen nutzen verschiedene physikalische Effekte, um den zuvor genannten Vorgang durchzuführen.Internal combustion engines use to increase their power output components that are suitable to compress fresh air sucked and then fed to the combustion process. These machines, called charging systems, use various physical effects to perform the aforementioned process.
Eine Möglichkeit, die Verbrennungskraftmaschine durch Verdichten der angesaugten Frischluft aufzuladen, besteht in der Nutzung eines Druckwellenladers. Der Wirkungsgrad dieser Druckwellenlader wird durch die mechanischen Bauteile und durch die Möglichkeit der adaptiven Anpassung auf den jeweiligen Betriebszustand des Motors in Form einer Regelung und Steuerung bestimmt.One way to charge the internal combustion engine by compressing the intake fresh air, is the use of a pressure wave supercharger. The efficiency of these pressure wave superchargers is determined by the mechanical components and the possibility of adaptive adaptation to the respective operating state of the engine in the form of a control and regulation.
Der Druckwellenlader ist aus feststehenden und rotierenden Bauteilen aufgebaut. Die feststehenden Bauteile sind: der Gehäusemantel, das Rotorgehäuse, das in Heißgas- und Kaltgasgehäuse aufgeteilt ist, sowie die Zu- und Ableitungen zur Führung der gasförmigen Fluide. Die rotierenden Bauteile werden durch den Zellrotor selbst und gegebenenfalls durch einen Elektromotor zum Antrieb des Zellrotors gebildet.The pressure wave loader is made up of fixed and rotating components. The fixed components are: the housing jacket, the rotor housing, which is divided into hot gas and cold gas housing, and the supply and discharge lines for guiding the gaseous fluids. The rotating components are formed by the cell rotor itself and optionally by an electric motor for driving the cell rotor.
Aus der
Durch die Anpassung des Betriebes des Druckwellenladers an den Ist-Betriebszustand der Brennkraftmaschine werden Pumpverluste der Brennkraftmaschine minimiert. Auch kann auf diese Weise das Ansprechverhalten des Druckwellenladers verbessert werden und es können die Bedingungen für eine Abgasnachbehandlung optimiert werden. Ein zu steuernder oder zu regelnder Betriebsparameter des Druckwellenladers ist der Gehäuseversatz.By adjusting the operation of the pressure wave supercharger to the actual operating state of the internal combustion engine, pumping losses of the internal combustion engine are minimized. Also, in this way, the response of the pressure wave supercharger can be improved and it can be the conditions optimized for exhaust aftertreatment. An operating parameter of the pressure wave charger to be controlled or regulated is the housing offset.
Für den Serieneinsatz eines Druckwellenladers, beispielsweise an einer Verbrennungskraftmaschine im Kraftfahrzeugbereich, gelten hohe Anforderungen an die Einsatzbedingungen sowie die Lebensdauererwartung. Hier ist es beispielsweise vorstellbar, dass der Druckwellenlader bei –20°C und bei +50°C Außentemperatur und über einen Lebenszyklus von mehreren Jahren hinweg einwandfrei funktionieren muss. Auch die Abgastemperaturen von 900°C und höher wirken sich negativ auf die Langlebigkeit und die einwandfreie Funktion des Druckwellenladers aus.For the series use of a pressure wave supercharger, for example, on an internal combustion engine in the automotive sector, high demands on the conditions of use and the life expectancy apply. Here, for example, it is conceivable that the pressure wave loader must function flawlessly at -20 ° C and at + 50 ° C outside temperature and over a life cycle of several years. Also, the exhaust gas temperatures of 900 ° C and higher have a negative effect on the longevity and proper functioning of the pressure wave supercharger.
Das Betriebsverhalten von aktuell bekannten Druckwellenladern, gerade im Zusammenhang mit Abgasanlagensystemen, zeigt eine starke Abhängigkeit gegenüber dem Druckverhältnis zwischen dem Ansaugkanal für Frischluft und dem Auslasskanal des Abgases. Ursächlich hierfür ist, dass für die ideale Druckwellenprozessführung eine möglichst ideal einhundert prozentige Spülung des Zelllrotors nicht ausreichend stattfindet. Der Spülprozess wird somit im Betrieb des Druckwellenladers nie ideal ausgeführt. Der sich einstellende Druckverlust ist durch das Ansaug- und das Abgassystem des Motors bestimmt. Kommt der Druckwellenlader in einen Betriebsbereich mit maximalem Massenstrom, ist eine weitere Durchsatzerhöhung durch einen steigenden Druckverlust der Abgasanlage beschränkt.The operating behavior of currently known pressure wave loaders, especially in connection with exhaust system systems, shows a strong dependence on the pressure ratio between the intake passage for fresh air and the exhaust port of the exhaust gas. The reason for this is that ideally ideal one hundred percent flushing of the cell rotor does not take place sufficiently for the ideal pressure wave process control. The rinsing process is thus never carried out ideally during operation of the pressure wave supercharger. The resulting pressure loss is determined by the intake and exhaust system of the engine. If the pressure wave loader comes in an operating range with maximum mass flow, a further increase in throughput is limited by an increasing pressure loss of the exhaust system.
In der Folge sind aus dem Stand der Technik bekannte Druckwellenlader, insbesondere Druckwellenladeranordnungen, bezüglich der Möglichkeiten zu Anordnung von nachgeschalteten Abgasnachbehandlungseinheiten und der maximal erzielbaren Leistungen begrenzt. Eine dem Druckwellenlader nachgeschaltete Abgasnachbehandlungseinheit, beispielsweise ein Dreiwegekatalysator, ein Oxidationskatalysator, ein Stickoxidspeicherkatalysator oder aber ein SCR-Katalysator oder Partikelfilter, ist bisher nicht möglich.As a result, known from the prior art pressure wave superchargers, in particular pressure wave supercharger arrangements, with respect to the possibilities for arrangement of downstream exhaust aftertreatment units and the maximum achievable achievements limited. An exhaust aftertreatment unit connected downstream of the pressure wave supercharger, for example a three-way catalytic converter, an oxidation catalytic converter, a nitrogen oxide storage catalytic converter or an SCR catalytic converter or particle filter, has hitherto not been possible.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Druckwellenladeranordnung bereit zu stellen, mit der es möglich ist, dem Druckwellenlader eine Abgasnachbehandlungseinheit nachzuschalten sowie die maximal erzielbare Leistung mit einem Druckwellenlader weiter zu steigern und dabei die effektive Leistung des Druckwellenladers weiter zu erhöhen.Object of the present invention is therefore to provide a pressure wave supercharger arrangement, with which it is possible to downstream of the pressure wave supercharger, an exhaust aftertreatment unit and to further increase the maximum achievable performance with a pressure wave supercharger and thereby further increase the effective performance of the pressure wave supercharger.
Der gegenständliche Anteil der zuvor genannten Aufgabe wird mit einer Druckwellenladeranordnung mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.The objective portion of the aforementioned object is achieved with a pressure wave charger arrangement having the features in
Der verfahrenstechnische Anteil der Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Betreiben einer Druckwellenladeranordnung mit den Merkmalen im Patentanspruch 8 gelöst.The procedural portion of the object is achieved with a method for operating a pressure wave supercharger arrangement having the features in
Eine Druckwellenladeranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Druckwellenlader einen Kanal
Im Rahmen der Erfindung weist der Druckwellenlader vier Hauptkanäle auf. Zum einen bestehen diese Hauptkanäle aus einem Kanal
Erfindungsgemäß ist der Kanal
Bevorzugt ist hierzu der Kanal
An den Kanal
Ein dem Kanal
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist das Trennelement am Austritt des Abgases aus dem Zellrotorgehäuse angeordnet. Bevorzugt ist hierbei das Trennelement direkt in das Heißgasgehäuse integriert und gliedert sich mit entsprechendem Dehnspaltabstand direkt an den Zellrotor an. Durch die verschiedenen thermischen Ausdehnungen ist das Trennelement besonders bevorzugt derart ausgebildet, dass es nicht mit dem rotierenden Zellrotor kollidiert, jedoch gleichzeitig der Abstand zum Zellrotor so klein gehalten wird, dass eine maximale Trennung des Kanals
Besonders bevorzugt ist das Trennelement hierbei als Trennblech ausgebildet. Das Trennblech ist leicht in einen Abgasabführkanal
Besonders bevorzugt ist im Kanal
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist der Eintrittszeitpunkt des Abgases in den Kanal
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Druckwellenladeranordnung mit den Merkmalen nach mindestens einer der vorangegangenen Ausführungen ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas nach der Komprimierung der Frischluft im Wesentlichen vollständig in den Kanal
Bevorzugt wird die Zelle des Zellrotors durch die neu angesaugte Frischluft in den Kanal
Besonders bevorzugt wird hierzu nach Austritt von im Wesentlichen dem gesamten in der Zelle befindlichen Abgas in den Kanal
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kanal
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kanal
Weiterhin wird bevorzugt der Kanal
Hierdurch kann je nach Betriebszustand des Druckwellenladers durch Bestimmung der Öffnungszeitpunkte eine jeweils optimale Füllung der Zellen des Zellrotors eingestellt werden, so dass sich nach Schließen des Kanals
Im Rahmen der Erfindung wird besonders positiv durch die Trennung des Kanals
Besonders bevorzugt wird das Heißgasgehäuse des Druckwellenladers durch ein Trennelement separiert. In dem Heißgasgehäuse selber befindet sich der Kanal
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:Further advantages, features, characteristics and aspects of the present invention will become apparent from the following description. Preferred embodiments are shown in the schematic figures. These are for easy understanding of the invention. Show it:
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar components, even if a repeated description is omitted for reasons of simplicity.
Erfindungsgemäß ist der Kanal
Hierzu zeigt
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
-
Kanal 1
Channel 1 - 22
-
Kanal 2
Channel 2 - 33
-
Kanal 3
Channel 3 - 44
-
Kanal 4
Channel 4 - 4a4a
-
Kanal 4a
Channel 4a - 4b4b
-
Kanal 4b
Channel 4b - 5 5
- Frischluftfresh air
- 66
- LuftfiltersystemAir filtration system
- 77
- Zellecell
- 88th
- Zellrotorcell rotor
- 99
- komprimierte Frischluftcompressed fresh air
- 1010
- Ansaugtraktintake system
- 1111
- Abgasexhaust
- 1212
- Abgasnachbehandlungseinheitexhaust gas treatment unit
- 1313
- HeißgasgehäuseHot gas housing
- 1414
- Flanschflange
- 1515
- TrennblechDivider
- AKAK
- Auslasstraktoutlet zone
- DD
- DruckwellenladerPressure wave supercharger
- αα
- Winkelangle
- ωω
- Drehrichtungdirection of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Effective date: 20141128 |