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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine und ein Kraftfahrzeug.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In der Deutschen Patentanmeldung
DE 197 06 859 A1 ist eine Brennkraftmaschine beschrieben, die mit einer mindestens zweistufigen Ladeluftverdichtung mit einer Zwischenkühlung und einer Nachkühlung in Verbindung mit einer anschließenden Teilentspannung der Ladeluft ausgestattet ist. Der Verdichtungsprozess der Ladeluft wird in mindestens zwei Stufen durchgeführt. Nach der ersten Verdichterstufe erfolgt eine Wärmeabgabe in einem Ladeluftkühler, welcher als Zwischenkühler dient. Hiernach wird die bereits vorverdichtete Luft erneut verdichtet und in einem zweiten Ladeluftkühler nachgekühlt. Anschließend erfolgt die adiabate Teilentspannung der Ladeluft.
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Allerdings sind für diese Art der Luftverdichtung zwei Ladeluftkühler vorgesehen, d. h. ein erster Ladeluftkühler zur Zwischenkühlung und ein zweiter Ladeluftkühler zur Nachkühlung. Das geht mit zusätzlichen Herstellungs- und Montagekosten einher. Des Weiteren ist für die beiden Ladeluftkühler im Motorraum des Kraftfahrzeugs ein größerer Bauraum erforderlich.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Brennkraftmaschine bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühlungssystem für doppelt aufgeladene Motoren, mit einem ersten Turbolader, welcher Ladeluft in einer ersten Verdichterstufe verdichtet, mit einem zweiten Turbolader, welcher die im ersten Turbolader verdichtete Luft in einer zweiten Verdichterstufe weiter verdichtet und welcher die weiter verdichtete Luft dann der Brennkraftmaschine zuführt, mit einem zwischen dem ersten und dem zweiten Turbolader vorgesehenen Ladeluftkühler, der dazu ausgelegt ist, die durch den ersten Turbolader verdichteten Luft zu kühlen.
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Ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
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Indem die Luft im Anschluss an die erste Verdichterstufe gekühlt wird, kann das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden, da der zweite Turbolader aufgrund der gekühlten Luft eine größere Luftmenge verdichten und anschließend der Brennkraftmaschine zuführen kann.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, die Luftmenge die der Brennkraftmaschine durch den zweiten Turbolader zugeführt wird, zu erhöhen. Dazu wird die Luft, nachdem sie in durch den ersten Turbolader verdichtet wurde, zunächst gekühlt, bevor sie dann dem zweiten Turbolader zugeführt wird. Der zweite Turbolader kann dadurch eine größere Menge an Luft verdichten und diese der Brennkraftmaschine zuführen. Dadurch kann mehr Kraftstoff der Brennkraftmaschine zugeführt und die Leistung der Brennkraftmaschine wird erhöht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der erste Turbolader über eine erste Rohrleitung mit dem Ladeluftkühler verbunden, um die in der ersten Verdichterstufe verdichteten Luft dem Ladeluftkühler zuzuführen. Dadurch wird die in der ersten Verdichterstufe verdichtete, heiße Luft zunächst gekühlt, so dass dem anschließenden zweiten Turbolader eine größere Luftmenge zum Verdichten zugeführt werden kann. Die größere Luftmenge, die durch den zweiten Turbolader verdichtet wird, wird dann wieder der Brennkraftmaschine zugeführt. Eine der Brennkraftmaschine zugeführte höhere Luftmenge bedeutet, dass der Brennkraftmaschine auch mehr Kraftstoff zugeführt wird und dadurch die Brennkraftmaschine eine höhere Leistung erzielt.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Ladeluftkühler über eine zweite Rohrleitung mit dem zweiten Turbolader verbunden, um die in der ersten Verdichterstufe verdichtete Luft und die in dem Ladeluftkühler gekühlte Luft dem zweiten Turbolader zuführen. Der zweite Turbolader ist also in der Lage, eine größere Luftmenge zu verdichten, da diese bereits zuvor gekühlt wurde. Dadurch wird die Leistung der Brennkraftmaschine erhöht und dementsprechend deren Ansprechcharakteristik verbessert.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist dass der zweite Turbolader über eine dritte Rohrleitung mit der Brennkraftmaschine verbunden, um die in der zweiten Verdichterstufe verdichtete Luft der Brennkraftmaschine zuzuführen. Eine weitere Kühlung der ausgangsseitig des zweiten Turboladers vorhandenen Luft und vor einem Zuführen der Luft zur Brennkraftmaschine ist damit nicht erforderlich, da der Brennkraftmaschine aufgrund der Kühlung der ausgangsseitig der ersten Verdichterstufe bereitgestellten Luft bereits eine größere Luftmenge zugeführt wird und dadurch die Leistung der Brennkraftmaschine bereits gesteigert wird.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind dass der Ladeluftkühler und die Brennkraftmaschine über eine vierte Rohrleitung, in welcher vorzugsweise eine Ventileinrichtung angeordnet ist, miteinander verbunden. Vorzugsweise ist die Ventileinrichtung als Rückschlagventil ausgebildet. Dadurch kann verhindert werden, dass eine zu große Luftmenge dem zweiten Turbolader zum Verdichten zugeführt wird. Ein Teil der Luft wird in diesem Fall also über die vierte Rohrleitung direkt der Brennkraftmaschine zugeführt.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die vierte Rohrleitung zwischen dem Ladeluftkühler und der Brennkraftmaschine mit der zweiten Rohrleitung, welche den zweiten Turbolader mit dem Ladeluftkühler verbindet, verbunden. Dadurch wird bei Bedarf ein Teil der Luft statt dem zweiten Turbolader direkt der Brennkraftmaschine zugeführt.
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In einer typischen Ausgestaltung ist der erste Turbolader zum Ansaugen von Luft lufteinlassseitig mit einer Ansaugleitung verbunden, wobei in der Ansaugleitung ein Luftfilter angeordnet ist.
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Vorzugsweise sind die beiden nacheinander angeordneten Turbolader derart dimensioniert, dass der erste Turbolader dazu ausgebildet ist, eine größere Luftmasse zu verdichten als der zweite Turbolader.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Ladeluftkühlungssystems einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs; und
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2 eine schematische Ansicht eines Ladeluftkühlungssystems einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Anderes ausführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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In 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 1 mit einem herkömmlichen Ladeluftkühlungssystem 2. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen ersten und einen zweiten Turbolader 3, 4 auf, die miteinander gekoppelten sind. Jeder der Turbolader 3, 4 weist eine Turbine und einen Verdichter auf. Die Turbine wird durch einen Abgasstrom des Fahrzeugs angetrieben und treibt wiederum den Verdichter an, welcher Luft verdichtet und diese der Brennkraftmaschine 1 zuführt. Die beiden Verdichter der beiden Turbolader 3, 4 sind dazu vorgesehen, eine zweistufige Verdichtung von durch die Brennkraftmaschine 1 angesaugter Luft durchzuführen. Die verdichtete Luft wird anschließend, wie zuvor beschrieben, der Brennkraftmaschine 1 zugeführt.
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Wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt ist, ist der erste Turbolader 1 mit einer Ansaugleitung 5 verbunden, über welche Luft in den Verdichter des ersten Turboladers 3 gesaugt wird. Die Ansaugleitung 5 weist einen Schnorcheleinlass 6 als Lufteinlass für die angesaugte Luft auf. Zwischen der Ansaugleitung 5 und dem Verdichter des ersten Turboladers 3 ist außerdem ein Luftfilter 7 vorgesehen, in welchem die angesaugte Luft zunächst gefiltert wird, bevor sie dem Verdichter des ersten Turboladers 3 zugeführt wird.
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Der Verdichter des ersten Turboladers 3 verdichtet die angesaugte Luft in einer ersten Verdichterstufe. Anschließend wird die verdichtete Luft dem Verdichter des zweiten Turboladers 4 über eine Leitung 8 zuführt, die den ersten und den zweiten Verdichter der beiden Turbolader 3, 4 verbindet. In dem Verdichter des zweiten Turboladers 4 wird die heiße Luft in einer zweiten Verdichterstufe weiter verdichtet. Anschließend wird die verdichtete Luft über eine Leitung 9 dem Ladeluftkühler 10 zugeführt. Die Leitung 9 verbindet den Verdichter des zweiten Turboladers 4 mit dem Ladeluftkühler 10, in welchem die verdichtete Luft gekühlt wird. Anschließend wird die verdichtete und gekühlte Luft der Brennkraftmaschine 1 über eine Leitung 11 zugeführt, die den Ladeluftkühler 10 mit der Brennkraftmaschine 1 verbindet.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist der Verdichter des ersten Turboladers 3 außerdem über eine Leitung 12 zusätzlich mit dem Ladeluftkühler 10 verbunden. Die Leitung 12 zweigt von der Leitung 8 ab, die die beiden Verdichter der Turbolader 3, 4 miteinander verbindet und ist mit der Leitung 9 verbunden, die den Verdichter des zweiten Turboladers 4 mit dem Ladeluftkühler 10 verbindet. Dabei ist eine Ventileinrichtung 13 in der Leitung 12 zwischen dem Verdichter des ersten Turboladers 3 und dem Ladeluftkühler 10 vorgesehen.
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In dem Fall, dass die Luftmenge, die durch den Verdichter des ersten Turboladers 3 verdichtet wird, zu groß für den Verdichter des zweiten Turboladers 4 ist, kann zumindest ein Teil der Luft statt dem Verdichter des zweiten Turboladers 4 zugeführt zu werden, diese direkt über die Leitung 12 und die Ventileinrichtung 13 an den Ladeluftkühler 10 geleitet werden. Hierdurch kann ein Rückstau der Luft in den Verdichter des ersten Turboladers 3 verhindert werden. Die Ventileinrichtung 13, beispielsweise eine Rückschlagventileinrichtung, wird dazu geöffnet und lässt Luft von dem Verdichter des ersten Turboladers 3 direkt zu dem Ladeluftkühler 10 strömen, während die Ventileinrichtung 13 die Leitung 12 in der entgegen gesetzte Richtung sperrt, so dass Luft von dem Ladeluftkühler 10 nicht zurück zu dem Verdichter des ersten Turboladers 3 strömen kann.
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Bei dem in 1 gezeigten herkömmlichen System 2 wird die von der Brennkraftmaschine 1 angesaugte Luft von dem Verdichter des ersten Turboladers 3 verdichtet. Die verdichtete heiße Luft wird anschließend von dem Verdichter des zweiten Turboladers 4 weiter verdichtet und dann die Luft anschließend in dem Ladeluftkühler gekühlt, bevor sie der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird. Bei einem solchen herkömmlichen System 2 führt dies dazu, dass der Motor beim Beschleunigen relativ langsam anspricht.
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Gemäß der Erfindung wird daher ein Ladeluftkühlungssystem 14 bereitgestellt, wie es in dem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt ist, welches das Ansprechverhalten oder die Ansprechcharakteristik einer doppelt aufgeladenen Brennkraftmaschine 1, z. B. beim Beschleunigen, verbessert. Das Ladeluftkühlungssystem 14 führt ebenfalls eine zweistufige Verdichtung der von der Brennkraftmaschine 1 angesaugten Luft durch.
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Dazu wird, wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt ist, die durch die Brennkraftmaschine 1 angesaugte Luft zunächst von einem Verdichter eines ersten Turboladers 3 verdichtet und dann in einem angeschlossenen Ladeluftkühler 10 gekühlt. Anschließend wird die gekühlte und in der ersten Verdichterstufe verdichtete Luft einem Verdichter eines zweiten Turboladers 4 zugeführt, welcher mit dem ersten Turbolader 3 gekoppelt ist, und die Luft dort in einer zweiten Verdichterstufe weiter verdichtet. Die durch den Verdichter des zweiten Turboladers 4 verdichtete Luft wird dann der Brennkraftmaschine 1 zugeführt. Indem die Luft vor dem Zuführen zu dem Verdichter des zweiten Turboladers 4, gekühlt wird, kann dem Verdichter des zweiten Turboladers 4 eine größere Luftmasse zugeführt und durch diesen verdichtet werden. Hierdurch kann die Leistung der Brennkraftmaschine 1 erhöht werden und ihr mehr Kraftstoff zugeführt werden, da der Brennkraftmaschine 1 eine größere Menge an verdichteter Luft durch den Verdichter des zweiten Turboladers 4 zur Verfügung gestellt wird.
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Wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt ist, sind der erste und zweite Turbolader 3, 4 der Brennkraftmaschine 1 miteinander gekoppelt. Beide Turbolader 3, 4 weisen jeweils eine Turbine und einen Verdichter auf. Die Turbine wird dabei, wie zuvor beschrieben, durch einen Abgasstrom des Fahrzeugs angetrieben und treibt wiederum den Verdichter an, welcher von der Brennkraftmaschine 1 angesaugte Luft verdichtet und diese der Brennkraftmaschine 1 anschließend zuführt. Die beiden Verdichter der Turbolader 3, 4 sind für eine zweistufige Verdichtung der durch die Brennkraftmaschine 1 angesaugten Luft vorgesehen.
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Der Verdichter des ersten Turboladers 3 ist mit einer Ansaugleitung 5 verbunden über welche Luft angesaugt wird. Dabei ist außerdem z. B. ein Luftfilter 7 in der Ansaugleitung 5 vor dem Verdichter des ersten Turboladers 3 vorgesehen, um die Luft zu filtern bevor sie dem Verdichter zugeführt wird. Der Teil der Ansaugleitung 5 vor dem Luftfilter weist z. B. einen Schnorcheleinlass 6 auf in dem Ausführungsbeispiel in 2.
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Nachdem die Luft in dem Verdichter des ersten Turboladers 3 verdichtet wurde, wird sie über eine Leitung 15, die den Verdichter mit dem Ladeluftkühler 10 verbindet, dem Ladeluftkühler 10 zugeführt und dort gekühlt. Anschließend wird die gekühlte und in der ersten Verdichterstufe verdichtete Luft über eine Leitung 16, die den Ladeluftkühler 10 mit dem Verdichter des zweiten Turboladers 4 verbindet, dem Verdichter des zweiten Turboladers 4 zugeführt. Der Verdichter des zweiten Turboladers 4 verdichtet die Luft in einer zweiten Verdichterstufe weiter und führt die verdichtete Luft schließlich über eine Leitung 17 der Brennkraftmaschine 1 zu. Der Verdichter des zweiten Turboladers 4 ist über die Leitung 17 mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden.
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Des Weiteren kann eine zusätzliche Leitung 18 zwischen dem Ladeluftkühler 10 und der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen sein, wobei in der Leitung 18 eine Ventileinrichtung 13 vorgesehen ist, beispielsweise eine Rückschlagventileinrichtung. Die Leitung 18 zweigt von der Leitung 16 ab, die den Ladeluftkühler 10 mit dem Verdichter des zweiten Turboladers 4 verbindet.
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Die Leitung 18 und die Ventileinrichtung 13 dienen dazu, dass im Falle einer zu großen Luftmenge, diese über die Leitung 18 zumindest teilweise direkt der Brennkraftmaschine 1 zugeführt werden kann, ohne zuvor indem Verdichter des zweiten Turboladers 4 verdichtet zu werden. Die Ventileinrichtung 13 öffnet hierzu die Leitung 18 in Richtung der Brennkraftmaschine 1, während sie die Leitung 18 in Richtung des Ladeluftkühlers 10 sperrt, so dass keine Luft aus der Brennkraftmaschine 1 zurück in den Ladeluftkühler 10 strömen kann.
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Der erste Turbolader 3 ist in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel z. B. größer dimensioniert als der zweite Turbolader 4. Beide Turbolader 3, 4 können aber beispielsweise gleich groß dimensioniert sein.
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Wie zuvor beschrieben ist es ein Ziel der Erfindung eine verbesserte Ansprechcharakteristik von doppelt aufgeladenen Motoren bereitzustellen. Indem die durch den ersten Turbolader 3 verdichtete und heiße Luft in einer Kühleinrichtung 10, wie einem Ladeluftkühler 10, zunächst gekühlt wird, bevor sie dem zweiten Turbolader 4 zugeführt wird, kann eine größere Luftmenge dem zweiten Turbolader 4 zugeführt und durch diesen verdichtet und der Brennkraftmaschine 1 zur Verfügung gestellt werden.
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Die gekühlte Ladeluft in dem zweiten Turbolader 4 verbessert das Ansprechverhalten des Turboladers 4. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein reduziertes Luftvolumen zwischen dem zweiten Turbolader 4 und der Ansaugleitung 5 ebenfalls das Ansprechverhalten des Motors 1 weiter verbessert.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Ladeluftkühlungssystem
- 3
- erster Turbolader
- 4
- zweiter Turbolader
- 5
- Ansaugleitung
- 6
- Schnorcheleinlass
- 7
- Luftfilter
- 8
- (Rohr-)Leitung (verbindet den Verdichter des ersten Turboladers mit dem des zweiten Turboladers)
- 9
- (Rohr-)Leitung (verbindet den Verdichter des zweiten Turboladers mit dem Ladeluftkühler)
- 10
- Ladeluftkühler
- 11
- (Rohr-)Leitung (verbindet den Ladeluftkühler mit der Brennkraftmaschine)
- 12
- (Rohr-)Leitung (verbindet den Verdichter des ersten Turboladers zusätzlich mit dem Ladeluftkühler)
- 13
- Ventileinrichtung
- 14
- Ladeluftkühlungssystem
- 15
- (Rohr-)Leitung (verbindet den Verdichter des ersten Turboladers mit dem Ladeluftkühler)
- 16
- (Rohr-)Leitung (verbindet den Ladeluftkühler mit dem Verdichter des zweiten Turboladers)
- 17
- (Rohr-)Leitung (verbindet den Verdichter des zweiten Turboladers mit der Brennkraftmaschine)
- 18
- (Rohr-)Leitung (verbindet den Ladeluftkühler mit der Brennkraftmaschine)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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