DE102012101204B4 - Pressure wave charger arrangement with exhaust aftertreatment unit - Google Patents
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Abstract
Druckwellenladeranordnung (1) für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei der Druckwellenlader (2) einen Kanal 1 (K1) zum Ansaugen von Frischluft, einen Kanal 2 (K2) zum Abführen der komprimierten Frischluft, einen Kanal 3 (K3) zum Zuführen von Abgas und einen Kanal 4 (K4) zum Abführen von Abgas aufweist und der Druckwellenlader (2) einen Zellrotor (9) aufweist, wobei zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Druckwellenlader (2) eine Abgasnachbehandlungskomponente (5) im Bereich des Kanals 3 (K3) angeordnet ist und die Strömungsrichtung (S) des Abgases in der Abgasnachbehandlungskomponente (5) und die Rotationsachse (11) des Zellrotors (9) parallel verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abgasnachbehandlungskomponente (5) und dem Druckwellenlader (2) ein Heißgasverteiler (17) angeordnet ist, wobei der Heißgasverteiler (17) drei Flansche (22, 23, 24) aufweist, wobei die Flansche als Druckwellenladerflansch (23), als Katalysatorflansch (24) und als Abgasflansch (22) ausgebildet sind und zwischen dem Katalysatorflansch (24) und dem Druckwellenladerflansch (23) der Kanal 3 (K3) ausgebildet ist, wobei sich von dem Katalysatorflansch (24) zu dem Druckwellenladerflansch (23) ein Hosenrohr (20, 25) erstreckt und der Druckwellenlader (2) spiegelsymmetrisch aufgebaut ist und zwei Kanäle 3 (K3) und zwei Kanäle 4 (K4) aufweist, so dass bei 180 Grad Umdrehung des Zellrotors (9) jeweils ein Aufladevorgang beginnt und bei 360 Grad Umdrehung zwei Aufladevorgänge stattfinden.A pressure wave supercharger arrangement (1) for an internal combustion engine, wherein the pressure wave supercharger (2) has a fresh air intake duct 1 (K1), a fresh air discharge duct 2 (K2), a waste gas supply duct 3 (K3) and a duct 4 (K4) for discharging exhaust gas and the pressure wave supercharger (2) comprises a cell rotor (9), wherein between the internal combustion engine and the pressure wave supercharger (2) an exhaust aftertreatment component (5) in the region of the channel 3 (K3) is arranged and the flow direction (S) of the exhaust gas in the exhaust aftertreatment component (5) and the rotation axis (11) of the cell rotor (9) are parallel, characterized in that between the exhaust aftertreatment component (5) and the pressure wave supercharger (2), a hot gas manifold (17) is arranged the hot gas distributor (17) has three flanges (22, 23, 24), wherein the flanges as Druckwellenladerflansch (23), as a catalyst flange (24) and as an exhaust flange (2 2) are formed and between the catalyst flange (24) and the Druckwellenladerflansch (23) of the channel 3 (K3) is formed, extending from the catalyst flange (24) to the Druckwellenladerflansch (23) a downpipe (20, 25) and the Pressure wave loader (2) is constructed mirror-symmetrical and two channels 3 (K3) and two channels 4 (K4), so that at 180 degrees rotation of the cell rotor (9) each start a charging and take place at 360 degrees rotation two charging processes.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckwellenladeranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.The present invention relates to a pressure wave supercharger arrangement for an internal combustion engine according to the features in the preamble of claim 1.
In Kraftfahrzeugen werden Verbrennungskraftmaschinen heutzutage als Hauptantriebsquelle genutzt. Die Verbrennungskraftmaschinen wandeln dabei die in einem Kraftstoff enthaltene chemische Energie durch die Verbrennung in mechanische Fortbewegungsenergie. Während der Verbrennung entsteht jedoch auch Verlustwärme, so dass ein Teil der im Kraftstoff enthaltenen chemischen Energie in Form von Wärme über die Verbrennungskraftmaschine oder aber über das Abgas ungenutzt abgeführt wird. Die Verbrennungskraftmaschine ist dabei dem Carnot-Kreisprozess unterlegen, so dass ihr theoretisch maximaler Wirkungsgrad bei circa 40 % anzusetzen ist.In motor vehicles, internal combustion engines are used today as the main driving source. The internal combustion engines convert the chemical energy contained in a fuel through the combustion into mechanical transportation energy. However, heat loss also occurs during combustion, so that some of the chemical energy contained in the fuel is dissipated unused in the form of heat via the internal combustion engine or via the exhaust gas. The internal combustion engine is inferior to the Carnot cycle, so that their theoretical maximum efficiency is to be set at about 40%.
Aus dem Stand der Technik gibt es verschiedene Ansätze, die über das Abgas bzw. über den Motorblock abgeführte Wärmeenergie weiter im Kraftfahrzeug zu nutzen. Beispielsweise wird durch den Seebeck-Effekt mittels thermischer Generatoren die Wärmeenergie dazu genutzt, zusätzliche elektrische Energie zu erzeugen. Ebenfalls ist es möglich, über Wärmetauscher beispielsweise dem Abgas Wärmeenergie zu entziehen und diese entzogene Wärme zum Aufheizen des Kühlwassers für die Fahrzeuginnenraumheizung während der Kaltstartphase zu nutzen.From the state of the art, there are various approaches to continue to use the heat energy dissipated via the exhaust gas or via the engine block in the motor vehicle. For example, the heat energy is used by the Seebeck effect by means of thermal generators to generate additional electrical energy. It is also possible, for example, to extract heat energy from the exhaust gas via heat exchangers and to use this extracted heat to heat the cooling water for the vehicle interior heating during the cold start phase.
Um in möglichst vielen Drehzahlbereichen mit der Verbrennungskraftmaschine einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, werden häufig Aufladeverfahren eingesetzt, wobei mittels eines Verdichters die zur Verbrennung genutzte Frischluft vor dem Ladungswechsel komprimiert wird. Beispielsweise geschieht dies mit einem Turbolader, einem Kompressor oder aber auch mit einem Druckwellenlader.In order to achieve high efficiency in as many speed ranges with the internal combustion engine, charging methods are frequently used, wherein by means of a compressor, the fresh air used for combustion is compressed before the charge cycle. For example, this is done with a turbocharger, a compressor or even with a pressure wave charger.
Bei einem Druckwellenlader wird die Energie des Abgasstroms dazu genutzt, die angesaugte Frischluft in einer Verdichtungszelle eines Zellrotors zu verdichten, woraufhin die verdichtete Frischluft dem Verbrennungsmotor und das Abgas nach der Verdichtung dem weiteren Abgastrakt zugeführt werden. Sowohl das Abgas als auch die angesaugte Frischluft stehen dabei in direktem Gaskontakt. Der Druckwellenlader reagiert dabei sehr empfindlich auf äußere und innere Einflüsse, beispielsweise auf die Gasleckage aufgrund zu hoher Spaltmaße oder aber verschiedene, sich einstellende Volumenströme oder aber thermodynamische Zustände der in ihr strömenden Medien. Insbesondere bei Einsatz von Abgasnachbehandlungskomponenten, beispielsweise in Form von Katalysatoren, ergeben sich Zielkonflikte bei der Auslegung und dem Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Druckwellenlader als Aufladeeinheit. In a pressure wave supercharger, the energy of the exhaust gas flow is used to compress the intake fresh air in a compression cell of a cell rotor, whereupon the compressed fresh air to the internal combustion engine and the exhaust gas are supplied after compression to the other exhaust tract. Both the exhaust gas and the intake fresh air are in direct gas contact. The pressure wave loader reacts very sensitively to external and internal influences, for example gas leakage due to excessively high gap dimensions or different, adjusting volumetric flows or thermodynamic states of the media flowing in it. In particular, when using exhaust aftertreatment components, for example in the form of catalysts, conflicting goals arise in the design and operation of an internal combustion engine with a pressure wave supercharger as a charging unit.
Die
Ferner ist aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Druckwellenladeranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, die unter Eingliederung mindestens einer Abgasnachbehandlungskomponente mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann. Object of the present invention is therefore to provide a pressure wave supercharger assembly for an internal combustion engine, which can be operated with inclusion of at least one exhaust aftertreatment component with a high efficiency.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Druckwellenladeranordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.The aforementioned object is achieved with a pressure wave supercharger according to the features in claim 1.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.Advantageous embodiments of the present invention are part of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Druckwellenladeranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei der Druckwellenlader einen Kanal 1 zum Ansaugen von Frischluft, einen Kanal 2 zum Abführen der komprimierten Frischluft, einen Kanal 3 zum Zuführen von Abgas und einen Kanal 4 zum Abführen von Abgas aufweist und der Druckwellenlader einen Zellrotor aufweist, wobei zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Druckwellenlader eine Abgasnachbehandlungskomponente im Bereich des Kanals 3 angeordnet ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasnachbehandlungskomponente und die Rotationsachse des Zellrotors parallel verlaufen oder wobei zwischen der Abgasnachbehandlungskomponente und dem Druckwellenlader ein Heißgasverteiler angeordnet ist, wobei der Heißgasverteiler drei Flansche aufweist, wobei die Flansche als Druckwellenladerflansch, als Katalysatorflansch und als Abgasflansch ausgebildet sind und zwischen dem Katalysatorflansch und dem Druckwellenladerflansch der Kanal 3 ausgebildet ist, wobei sich von dem Katalysatorflansch zu dem Druckwellenladerflansch ein Hosenrohr erstreckt und der Druckwellenlader spiegelsymmetrisch aufgebaut ist und zwei Kanäle 3 und zwei Kanäle 4 aufweist, so dass bei 180 Grad Umdrehung des Zellrotors jeweils ein Aufladevorgang beginnt und bei 360 Grad Umdrehung zwei Aufladevorgänge stattfinden.The pressure wave supercharger arrangement according to the invention for an internal combustion engine, wherein the pressure wave supercharger has a channel 1 for sucking fresh air, a
Im Rahmen der Erfindung bedeutet dies, dass die Abgasnachbehandlungskomponente im Wesentlichen eine Mittellängsachse aufweist und die Strömungsrichtung des Abgases innerhalb der Abgasnachbehandlungskomponente parallel in Richtung dieser Mittellängsachse verläuft. Die Abgasnachbehandlungskomponente und die Rotationsachse des Zellrotors sind somit im Wesentlichen als auf einer Achse angeordnet anzusehen In the context of the invention, this means that the exhaust aftertreatment component has substantially a central longitudinal axis and the flow direction of the exhaust gas within the exhaust aftertreatment component runs parallel in the direction of this central longitudinal axis. The exhaust aftertreatment component and the axis of rotation of the cell rotor are thus to be regarded as essentially arranged on an axis
Erfindungsgemäß ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass sich das von der Verbrennungskraftmaschine kommende Abgas aufgrund des durch die Abgasnachbehandlungskomponente verursachten Gegendrucks staut und dann durch die Abgasnachbehandlungseinheit strömt. In der Abgasnachbehandlungseinheit, die beispielsweise ein Katalysator sein kann, wird dann vorzugsweise die Abgasströmung homogenisiert bzw. gleichmäßig verteilt. Hierdurch entsteht eine Abgasströmung, die sich über den Querschnitt der Abgasnachbehandlungseinheit homogen, also mit annähernd gleicher Strömungsdichte und annähernd gleicher Strömungsgeschwindigkeit, verteilt. Diese homogene Abgasströmung tritt dann wiederum aus der Abgasnachbehandlungskomponente aus und tritt über eine im Wesentlichen geradlinig verlaufende Rohrleitung, den Kanal 3, in den Druckwellenlader ein.According to the invention, this results in the advantage that the exhaust gas coming from the internal combustion engine accumulates due to the backpressure caused by the exhaust aftertreatment component and then flows through the exhaust aftertreatment unit. In the exhaust gas aftertreatment unit, which may be a catalyst, for example, the exhaust gas flow is then preferably homogenized or evenly distributed. This produces an exhaust gas flow which is distributed homogeneously over the cross section of the exhaust gas aftertreatment unit, ie with approximately the same flow density and approximately the same flow velocity. This homogeneous exhaust gas flow then in turn exits the exhaust aftertreatment component and enters the pressure wave supercharger via a substantially rectilinear pipeline, the channel 3.
In dem Druckwellenlader selber ist der rotierende Zellrotor angeordnet, der aus vielen aneinander gereihten Zellen besteht, die um die Rotationsachse des Zellrotors rotieren. Die homogene, von der Abgasnachbehandlungskomponente kommende Abgasströmung tritt dann auf direktem, im Wesentlichen geradlinigem Strömungsweg in eine jeweilige Zelle des Zellrotors ein und wird dort zur Verdichtung der durch den Kanal 1 angesaugten Frischluft genutzt. In the pressure wave loader itself, the rotating cell rotor is arranged, which consists of many juxtaposed cells that rotate about the axis of rotation of the cell rotor. The homogeneous exhaust gas flow coming from the exhaust aftertreatment component then enters a respective cell of the cell rotor on a direct, essentially rectilinear flow path and is used there to compress the fresh air drawn in through the duct 1.
Durch den im Wesentlichen geradlinigen Eintritt der durch die Abgasnachbehandlungskomponente homogenisierten Strömung des Abgases bilden sich unabhängig von Motorentyp, Krümmer und Kanalgestaltung robuste homogene Strömungskennfelder aus. Außerdem ist es hierdurch möglich, in verschiedensten Betriebspunkten sowohl der Verbrennungskraftmaschine als auch korrespondierend dazu des Druckwellenladers eine homogen in den Druckwellenlader eintretende Abgasströmung zu erreichen. Hierbei wird ein stabiles Strömungskennfeld für den Druckwellenlader durch die direkte Anordnung in Strömungsrichtung hinter der Abgasnachbehandlungskomponente erreicht. Als weitere Vorteile ergeben sich eine deutlich kompaktere Bauform aufgrund des geringen Packaging und die direkte Anordnung mit geringem Abstand von Abgasnachbehandlungskomponenten und Druckwellenlader. Weiterhin werden die zur Kopplung der zwei Bauteile benötigten Zwischenrohre reduziert.Due to the substantially straight-line entry of the exhaust gas aftertreatment component homogenized by the exhaust gas aftertreatment component, robust homogeneous flow characteristics are formed independently of the engine type, manifold and duct design. In addition, it is thereby possible to achieve a homogenously entering into the pressure wave supercharger exhaust gas flow at various operating points of both the internal combustion engine and corresponding thereto of the pressure wave supercharger. In this case, a stable flow characteristic field for the pressure wave supercharger is achieved by the direct arrangement in the flow direction behind the exhaust aftertreatment component. As further advantages, a significantly more compact design due to the low packaging and the direct arrangement with a short distance from exhaust aftertreatment components and pressure wave loader. Furthermore, the required for coupling the two components intermediate tubes are reduced.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die verbesserte Lebensdauer in Folge von geringeren bzw. gleichmäßigeren thermischen Ausdehnungen aufgrund der kurzen und direkt aufeinander abgestimmten Baulängen sowie eine höhere Gasdichtigkeit. Im Rahmen der Erfindung ist es somit weiterhin möglich, durch beispielsweise einen heizbaren Katalysator das sich aufbauende Strömungsfeld insbesondere in der Kaltstartphase zu optimieren. Ebenfalls können im Rahmen der Erfindung an dem Druckwellenlader bzw. kurz vor Eintritt in der Gasströmung in den Druckwellenlader Strömungsleitelemente eingesetzt werden, um somit ein Anströmen des Zellrotors unter einem Anstellwinkel zu ermöglichen. Another significant advantage is the improved service life as a result of lower or more uniform thermal expansions due to the short and directly matched lengths and a higher gas tightness. In the context of the invention, it is thus also possible, for example by means of a heatable catalyst, to optimize the developing flow field, in particular in the cold start phase. Likewise, in the context of the invention, flow guidance elements can be used on the pressure wave supercharger or shortly before entry into the gas flow into the pressure wave supercharger in order thus to allow flow of the cell rotor at an angle of attack.
Im Rahmen der Erfindung weist der Druckwellenlader zum Anschluss von Kanal 3 und Kanal 4 eine Heißgasseite auf. Die Heißgasseite befindet sich also auf der Seite des Druckwellenladers, an dem das von der Verbrennungskraftmaschine kommende Abgas in den Zellrotor einströmt und von diesem auch wieder in die weitere Abgasleitung ausströmt. Auf der Seite von Kanal 1 und Kanal 2 befindet sich eine Kaltgasseite, die Kaltgasseite ist also die Seite des Druckwellenladers, von der die angesaugte Frischluft in den Zellrotor gelangt und die komprimierte Frischluft aus dem Zellrotor zu der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird.In the context of the invention, the pressure wave loader for connecting channel 3 and
Im Rahmen der Erfindung kann die Abgasnachbehandlungskomponente bevorzugt ein Katalysator sein. Besonders bevorzugt wird ein Fahrzeugkatalysator eingesetzt, der der Abgasnachbehandlung in Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen dient. Hierdurch können die Schadstoffemissionen drastisch reduziert werden. In dem Inneren des Kraftfahrzeugkatalysators befindet sich bevorzugt ein temperaturstabiler Wabenkörper, der entsprechend beschichtet ist, so dass eine katalytische Abgasnachbehandlung innerhalb des Katalysators erfolgt. Darüber hinaus können in dem Katalysator verschiedene Hochtemperaturwollen, Drahtgestricke oder aber zusätzliche Matten angeordnet sein. Diese Elemente erzeugen in der Abgasströmung einen Staudruck, da sie einen Strömungswiderstand für die Abgasströmung bedeuten.In the context of the invention, the exhaust aftertreatment component may preferably be a catalyst. Particular preference is given to using a vehicle catalytic converter which serves for exhaust gas aftertreatment in vehicles with internal combustion engines. As a result, the pollutant emissions can be drastically reduced. In the interior of the motor vehicle catalyst is preferably a temperature-stable honeycomb body, which is coated accordingly, so that a catalytic exhaust aftertreatment takes place within the catalyst. In addition, various high-temperature wool, wire mesh or additional mats may be arranged in the catalyst. These elements generate a back pressure in the exhaust gas flow since they mean a flow resistance for the exhaust gas flow.
Innerhalb des Katalysators, insbesondere innerhalb des Wabenkörpers, homogenisiert sich die Abgasströmung derart, dass sowohl bei Durchtritt durch den Katalysator als auch bei Austritt aus dem Katalysator ein homogenes Strömungsfeld des Abgases entsteht. Das homogene Strömungskennfeld des Abgases zeichnet sich dadurch aus, dass die Abgasdichte sowie die Abgasströmungsgeschwindigkeit nahezu überall konstant sind oder aber in den zu erwartenden Bereichen liegen. So kann beispielsweise am Rand des Katalysators eine geringere Strömungsgeschwindigkeit herrschen als im Inneren.Within the catalyst, in particular within the honeycomb body, the exhaust gas flow is homogenized in such a way that a homogeneous flow field of the exhaust gas is formed both when passing through the catalyst and when leaving the catalyst. The homogeneous flow characteristic of the exhaust gas is characterized by the fact that the exhaust gas density and the exhaust gas flow rate are constant almost everywhere or lie in the expected ranges. For example, at the edge of the catalyst a lower flow velocity prevails than inside.
Durch die Anordnung der Hauptströmungsrichtung des Abgases sowie der Rotationsachse des Zellrotors annähernd auf einer Geraden oder aber in einem nur geringen Winkel zueinander, so dass sich eine nahezu geradlinige Strömungsrichtung ergibt, ist erfindungsgemäß ein Betreiben des Druckwellenladers mit hohem Wirkungsgrad möglich. Gasleckagen, Strömungsinhomogenitäten oder aber auch Strömungsabrisse werden dadurch weitestgehend vermieden. By arranging the main flow direction of the exhaust gas and the axis of rotation of the cell rotor approximately on a straight line or at only a slight angle to each other, so that results in a nearly straight flow direction, according to the invention operating the pressure wave supercharger with high efficiency is possible. Gas leaks, flow inhomogeneities or even stalls are thereby largely avoided.
Zur Kopplung zwischen der Abgasnachbehandlungskomponente und dem Heißgasgehäuse des Druckwellenladers ist besonders bevorzugt die Abgasnachbehandlungskomponente in Strömungsrichtung des Abgases dem Druckwellenlader direkt vorgeschaltet, insbesondere unter Eingliederung eines Rohrstutzens, wobei der Rohrstutzen einen im Wesentlichen geradlinig verlaufenden Strömungskanal aufweist. Dem Druckwellenlader selber ist somit ein Rohrstutzen im Bereich des Kanals 3 vorgeschaltet, der die Abgasnachbehandlungskomponente und den Druckwellenlader im Bereich des Kanals 3 miteinander verbindet. Der Rohrstutzen selbst weist dabei einen Strömungskanal, also eine Innenwandung, auf, die einen im Wesentlichen geradlinigen Verlauf besitzt. Der Rohrstutzen selber weist Abmessungen von gegebenenfalls nur wenigen Millimetern bis zu circa maximal 5 cm, insbesondere 10 cm, ganz besonders bevorzugt 15 cm und vorzugsweise 20 cm auf.For coupling between the exhaust aftertreatment component and the hot gas housing of the pressure wave supercharger is particularly preferably the exhaust aftertreatment component in the flow direction of the exhaust gas upstream of the pressure wave supercharger, in particular under inclusion of a pipe socket, wherein the pipe socket has a substantially rectilinear flow channel. The pressure wave loader itself is thus preceded by a pipe socket in the region of the channel 3, which connects the exhaust aftertreatment component and the pressure wave supercharger in the region of the channel 3 with each other. The pipe socket itself has a flow channel, ie an inner wall, which has a substantially rectilinear course. The pipe socket itself has dimensions of possibly only a few millimeters up to a maximum of about 5 cm, in particular 10 cm, very particularly preferably 15 cm and preferably 20 cm.
Die vorliegende Aufgabe wird weiterhin mit einer Druckwellenladeranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei der Druckwellenlader einen Kanal 1 zum Ansaugen von Frischluft, einen Kanal 2 zum Abführen der komprimierten Frischluft, einen Kanal 3 zum Zuführen von Abgas und einen Kanal 4 zum Abführen von Abgas aufweist und der Druckwellenlader einen Zellrotor aufweist, wobei zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Druckwellenlader eine Abgasnachbehandlungskomponente im Bereich des Kanals 3 angeordnet ist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gelöst, dass zwischen der Abgasnachbehandlungskomponente und dem Druckwellenlader ein Heißgasverteiler angeordnet ist, wobei der Heißgasverteiler drei Flansche aufweist, wobei die Flansche als Druckwellenladerflansch, als Katalysatorflansch und als Abgasflansch ausgebildet sind und der Kanal 3, also der Rohrbereich zwischen dem Katalysatorflansch und dem Druckwellenladerflansch als Hosenrohr ausgebildet ist.The present object is further provided with a pressure wave supercharger assembly for an internal combustion engine, the pressure wave supercharger having a channel 1 for sucking fresh air, a
Der Heißgasverteiler zeichnet sich dadurch aus, dass er auf kompaktem Bauraum die Anschlüsse für den Kanal 3 und den Kanal 4 bereitstellt. So erfolgt eine Kopplung des Heißgasverteilers über den Druckwellenladerflansch an die Heißgasseite des Druckwellenladers und über den Katalysatorflansch an die Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere an einen Katalysator. Durch die Verbindung zwischen Druckwellenladerflansch und Katalysatorflansch wird der Kanal 3 des Druckwellenladers ausgebildet. Ferner umfasst der Heißgasverteiler einen Abgasflansch, wobei die Verbindung zwischen dem Druckwellenladerflansch und dem Abgasflansch den Kanal 4 der Heißgasverteiler ausbildet.The hot gas distributor is characterized in that it provides the connections for the channel 3 and the
Das Hosenrohr, auch als Y-Rohr bezeichnet, nimmt somit einflutig den Abgasstrom im Bereich des Katalysatorflansches auf und teilt diesen in einen zweiflutigen Abgasstrom, so dass dieser im Bereich des Druckwellenladerflansches durch die zwei Hosenarme in die Heißgasseite des Druckwellenladers eintritt. Hierdurch ist es vorzugsweise möglich, einen Druckwellenlader mit einem zweiflutigen Abgasstrom zu beliefern, so dass der Druckwellenlader pro Umdrehung zwei Verdichtungstakte ausführt. Ein Verdichtungstakt ist somit bei 180° Umdrehung und ein zweiter Verdichtungstakt bei weiteren 180° Umdrehung ausgeführt.The bifurcated tube, also referred to as Y-tube, thus absorbs the exhaust gas flow in the region of the catalyst flange in a single flow and divides it into a two-flow exhaust gas flow, so that it enters the hot gas side of the pressure wave loader through the two barb arms in the area of the pressure wave loader flange. As a result, it is preferably possible to supply a pressure wave charger with a double-flow exhaust gas flow, so that the pressure wave loader performs two compression strokes per revolution. A compression stroke is thus executed at 180 ° rotation and a second compression stroke at a further 180 ° rotation.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Aufteilung des Kanals 3 in einen Kanal 3 und einen Kanal 3', so dass über den Kanal 3' optional mehr Abgasstrom in den Druckwellenlader zum Verdichten einleitbar ist. Alternativ kann über den Kanal 3' durch einen Bypass der Abgasstrom den Druckwellenlader derart umgehen, dass das Abgas vom Kanal 3' direkt in den Kanal 4 geleitet wird.Another possibility consists in the division of the channel 3 into a channel 3 and a channel 3 ', so that via the channel 3' optionally more exhaust gas flow into the pressure wave supercharger for compacting can be introduced. Alternatively, via the channel 3 'by a bypass of the exhaust stream bypass the pressure wave supercharger so that the exhaust gas from the channel 3' is passed directly into the
Weiterhin bevorzugt erstreckt sich zwischen dem Druckwellenladerflansch und dem Abgasflansch ein Abgasrohr, das den Kanal 4 ausbildet, vorzugsweise weist das Abgasrohr einen Winkel zwischen 80° und 100° auf, insbesondere einen Winkel von im Wesentlichen 90°. Somit ist es möglich, dass nach der Verdichtung aus dem Druckwellenlader ausströmende Abgas über den Kanal 4, also über das Abgasrohr, dem weiteren Abgasstrang zuzuführen.Further preferably, extends between the Druckwellenladerflansch and the exhaust flange, an exhaust pipe forming the
Aufgrund der Anordnung des Druckwellenladers, insbesondere mit einer geradlinigen Zuströmachse des zur Verdichtung genutzten Abgases, ist es somit möglich, über das abgewinkelte Abgasrohr das Abgas seitlich vom Druckwellenlader abzuführen, so das sich kein Zielkonflikt zwischen Zuführleitung, also Kanal 3, und Abführleitung, also Kanal 4, ergibt. Hierzu wird das Abgasrohr insbesondere zwischen den Armen des Hosenrohrs angeordnet. Das Hosenrohr umgreift also zwischen seinen zwei Hosenarmen bzw. Schenkeln das Abgasrohr, wobei das Abgasrohr dann seitlich gegenüber dem Hosenrohr absteht.Due to the arrangement of the pressure wave supercharger, in particular with a rectilinear inflow axis of the exhaust gas used for compression, it is thus possible to discharge the exhaust laterally from the pressure wave supercharger via the angled exhaust pipe, so there is no conflict of objectives between supply, ie channel 3, and discharge,
Im Rahmen der Erfindung ist der Druckwellenlader insbesondere spiegelsymmetrisch aufgebaut, so dass zwei Kanäle 3 und zwei Kanäle 4 vorhanden sind, so dass bei 180° Umdrehung des Zellrotors jeweils ein Aufladevorgang beginnt und bei 360° Umdrehung zwei Aufladevorgänge stattfinden. Jeder der zwei Kanäle 3 flutet somit bei 360° Umdrehung des Zellrotors die jeweils korrespondierenden Zellen zwei Mal. Hierzu werden insbesondere zwei Hosenrohre in dem Heißgasverteiler spiegelsymmetrisch angeordnet, wobei ein Arm eines Hosenrohrs dann jeweils einen Kanal 3 ausbildet und der andere Arm einen Kanal 3'. Die zwei Hosenrohre können auch zu einem Kombinationshosenrohr zusammengefasst sein, so dass sich ein einflutiger Eintritt in das Kombinationshosenrohr am Katalysatorflansch ergibt und sich dann in vier Fluten, also vier Hosenrohrarme, aufteilt. Die vier Hosenrohre umgreifen dann bevorzugt das Abgasrohr.In the context of the invention, the pressure wave loader is constructed in particular mirror-symmetrical, so that two channels 3 and two
Weiterhin bevorzugt ist in dem Kanal 3' jeweils ein Steuerelement angeordnet, wobei das Steuerelement insbesondere eine Steuerwalze ist und die eine Steuerwalze beide Kanäle 3' gleichzeitig steuert. Die Steuerwalze ist somit einteilig oder aber auch mehrteilig ausgebildet, jedoch durchgehend, so dass sie beide Kanäle 3' erfasst und die Kanäle 3' sich dann über die Steuerwalze steuern lassen. Durch Verdrehen der Steuerwalze ist es möglich, mehr oder weniger Abgas in die jeweiligen Zellen des Zellrotors strömen zu lassen, den Kanal 3' ganz oder teilweise zu sperren oder aber das Abgas ganz oder teilweise von Kanal 3' über eine Bypassleitung innerhalb der Steuerwalze direkt in den Kanal 4 unter Umgehung des Druckwellenladers strömen zu lassen.Furthermore, a control element is preferably arranged in the channel 3 ', wherein the control element is in particular a control roller and the one control roller simultaneously controls both channels 3'. The control roller is thus formed in one piece or in several parts, but continuously, so that they both channels 3 'detected and the channels 3' can then be controlled by the control roller. By turning the control roller, it is possible to flow more or less exhaust gas into the respective cells of the cell rotor, the channel 3 'completely or partially to block or the exhaust gas wholly or partially from channel 3' via a bypass line within the control roller directly into to flow the
Weiterhin bevorzugt ist die Steuerwalze in einem Steuerwalzenrohr innerhalb des Heißgasverteilers angeordnet, wobei sich zwischen dem Steuerwalzenrohr und dem Abgasflansch ein Bypassrohr erstreckt. Das Bypassrohr dient dann der direkten Überleitung des Abgases vom Kanal 3' in den Kanal 4 bzw. direkt in den Abgasstrang. Das Steuerwalzenrohr selber ist dann bevorzugt derart ausgebildet, dass es sowohl im ersten Kanal 3' als auch im zweiten Kanal 3' angeordnet ist und beide Kanäle sich gleichzeitig über die eine zentrale Steuerwalze steuern lassen.Further preferably, the control roller is arranged in a control roller tube within the hot gas distributor, wherein a bypass tube extends between the control roller tube and the exhaust flange. The bypass pipe is then used for direct transfer of the exhaust gas from the channel 3 'in the
Ferner weist der Heißgasverteiler bevorzugt zwei Abgasrohre auf, wobei die zwei Abgasrohre jeweils einen Winkel zwischen 80° und 100° aufweisen und zwischen den zwei Hosenrohren angeordnet sind. Insbesondere sind die zwei Abgasrohre jedoch auch bei einem Kombinationshosenrohr immer zwischen zwei Armen des Hosenrohrs angeordnet. Weiterhin bevorzugt umgreifen die Abgasrohre das Steuerwalzenrohr. Hierdurch ist es möglich, auf kleinstem Bauraum bei zu vernachlässigender Beeinflussung der Strömung des Abgases den Heißgasverteiler auszubilden, so dass sich die Druckwellenladeranordnung mit optimierter Abgasführung auf der Heißgasseite sowie Abgasnachbehandlungsmöglichkeit durch Anordnung der Abgasnachbehandlungskomponente innerhalb eines Motorraums als Motorperipheriebauteil an einer Verbrennungskraftmaschine anordnen lässt. Die thermischen Beeinflussungen werden ebenfalls auf ein unterkritisches Niveau gebracht, so dass sich ein Betreiben des Druckwellenladers mit hohem Wirkungsgrad ergibt.Furthermore, the hot gas distributor preferably has two exhaust pipes, wherein the two exhaust pipes each have an angle between 80 ° and 100 ° and are arranged between the two pipes. In particular, however, the two exhaust pipes are always arranged in a combination pants tube between two arms of the pants tube. Further preferably, the exhaust pipes surround the control roller tube. This makes it possible to form the hot gas distributor in the smallest space with negligible influence on the flow of exhaust gas, so that the pressure wave supercharger with optimized exhaust system on the hot gas side and exhaust aftertreatment option can be arranged by placing the exhaust aftertreatment within an engine compartment as engine peripheral component on an internal combustion engine. The thermal effects are also brought to a subcritical level, so that there is an operation of the pressure wave supercharger with high efficiency.
Die zuvor genannten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar mit den damit einhergehenden Vorteilen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Within the scope of the invention, the abovementioned features can be combined as desired with one another with the attendant advantages, without departing from the scope of the invention.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:Further advantages, features, characteristics and aspects of the present invention are part of 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 aus Vereinfachungsgründen für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung entfällt.In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar components for reasons of simplification, even if a repeated description is omitted.
Der Druckwellenlader
Zur Kopplung zwischen dem Druckwellenlader
Die
Dargestellt bei dem Heißgasverteiler
In dem Kanal 3' K3' ist ein über die gesamte Breite des Heißgasverteilers
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- DruckwellenladeranordnungPressure wave supercharger arrangement
- 2 2
- DruckwellenladerPressure wave supercharger
- 3 3
- Krümmerelbow
- 4 4
- Abgasstrangexhaust gas line
- 5 5
- Abgasnachbehandlungskomponenteexhaust aftertreatment component
- 6 6
-
Eintrittsbereich zu
5 Entry area too5 - 7 7
- homogener Abgasstromhomogeneous exhaust gas flow
- 8 8th
-
Mittellängsachse zu
5 Center longitudinal axis too5 - 9 9
- Zellrotorcell rotor
- 10 10
- Zelle cell
- 11 11
- Rotationsachse axis of rotation
- 12 12
- Heißgasseite Hot gas side
- 13 13
- Rohrstutzen pipe socket
- 14 14
- Hosenrohrarme Y-pipe arms
- 15 15
- Abgasrohr exhaust pipe
- 16 16
- Kaltgasseite Cold-gas side
- 17 17
- Heißgasverteiler Hot gas distributor
- 18 18
- Kombinationshosenrohr Combination Y-pipe
- 19 19
-
Eingang zu
18 Entrance to18 - 20 20
- Hosenrohr zu K3 bzw. K3' Downpipe to K3 or K3 '
- 21 21
-
Hosenrohrarm zu
20 Pants tube arm too20 - 22 22
- Abgasflansch exhaust flange
- 23 23
- Druckwellenladerflansch Druckwellenladerflansch
- 24 24
- Katalysatorflansch catalyst flange
- 25 25
- Hosenrohr zu K3 bzw. K3' Downpipe to K3 or K3 '
- 26 26
- Steuerwalzenrohr Tax roll tube
- 27 27
- Bypassrohr bypass pipe
- K1 K1
- Kanal 1 Channel 1
- K2 K2
-
Kanal 2
Channel 2 - K3 K3
- Kanal 3 Channel 3
- K3' K3 '
- Kanal 3' Channel 3 '
- K4 K4
-
Kanal 4
Channel 4 - Z Z
- Zylindercylinder
- I I
-
Innenraum zu
18 Interior too18 - Ö Ö
- Öffnungenopenings
- α α
- Winkelangle
Claims (9)
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DE102012101204.0A DE102012101204B4 (en) | 2012-02-15 | 2012-02-15 | Pressure wave charger arrangement with exhaust aftertreatment unit |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102012101204.0A DE102012101204B4 (en) | 2012-02-15 | 2012-02-15 | Pressure wave charger arrangement with exhaust aftertreatment unit |
Publications (2)
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DE102012101204A1 DE102012101204A1 (en) | 2013-08-22 |
DE102012101204B4 true DE102012101204B4 (en) | 2016-05-12 |
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EP0072059B1 (en) * | 1981-08-11 | 1986-05-07 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. | Supercharged internal-combustion engine with a filter for exhaust gas particles |
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AT408785B (en) * | 1995-11-30 | 2002-03-25 | Blank Otto Ing | CHARGER FOR THE CHARGE AIR OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
-
2012
- 2012-02-15 DE DE102012101204.0A patent/DE102012101204B4/en not_active Expired - Fee Related
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DE102012101204A1 (en) | 2013-08-22 |
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