DE102014018730A1

DE102014018730A1 - Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen

Info

Publication number: DE102014018730A1
Application number: DE102014018730.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Wolf
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2015-07-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, mit wenigstens einer von Luft durchströmbaren Luftleitung (14), mit wenigstens einem in der Luftleitung (14) angeordneten Verdichter (16) zum Verdichten der Luft, mit wenigstens einer an einer stromab des Verdichters (16) angeordneten Abzweigstelle (A) und an einer stromauf des Verdichters (16) angeordneten Zuführstelle (Z) mit der Luftleitung (14) fluidisch verbundenen Umluftleitung (46), über welche zumindest ein Teil der verdichteten Luft an der Abzweigstelle (A) abzweigbar und zur Zuführstelle (Z) rückführbar ist, mit einem Ventilelement (48), mittels welchem ein von der Luft durchströmbarer Strömungsquerschnitt der Umluftleitung (46) einstellbar ist, und mit wenigstens einer Entlüftungseinrichtung (50) zum Entlüften wenigstens einer Komponente einer Tankanlage der Verbrennungskraftmaschine, wobei die Entlüftungseinrichtung (50) eine Strahlpumpe (52) zum Entlüften der wenigstens einen Komponente und zumindest eine einerseits mit der Strahlpumpe (52) und andererseits an einer stromab des Verdichters (16) angeordneten Verbindungsstelle (V) mit der Luftleitung (14) fluidisch verbundene Entlüftungsleitung (56) umfasst, über welche der Strahlpumpe (52) zumindest ein Teil der verdichteten Luft als Treibmedium zum Entlüften der wenigstens einen Komponente zuführbar ist, wobei mittels des Ventilelements (48) ein von der verdichteten Luft durchströmbarer zweiter Strömungsquerschnitt der Entlüftungsleitung (56) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise bereits der DE 10 2004 021 387 A1 bekannt und weist wenigstens eine von Luft durchströmbare Luftleitung auf, über welche die Verbrennungskraftmaschine während ihres Betriebs Luft ansaugt. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen in der Luftleitung angeordneten Verdichter, mittels welchem die die Luftleitung durchströmende Luft verdichtet wird. Darüber hinaus ist eine Umluftleitung vorgesehen, welche an einer bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch die Luftleitung stromab des Verdichters angeordneten Abzweigstelle fluidisch mit der Luftleitung und an einer stromauf des Verdichters angeordneten Zuführstelle mit der Luftleitung fluidisch verbunden ist. Dadurch kann über die Umluftleitung zumindest ein Teil der mittels des Verdichters verdichteten Luft an der Abzweigstelle abgezweigt und zur Zuführstelle zurückgeführt werden. Mit anderen Worten kann zumindest ein Teil der verdichteten Luft an der Abzweigstelle in die Umluftleitung einströmen, wobei dieser abgezweigte Teil der verdichteten Luft die Umluftleitung durchströmen kann. Mittels der Umluftleitung wird der abgezweigte Teil zur Zuführstelle geleitet, an welcher die die Umluftleitung durchströmende Luft wieder in die Luftleitung einströmen kann, wobei die aus der Umluftleitung ausströmende und an der Zuführstelle in die Luftleitung einströmende Luft stromauf des Verdichters in die Luftleitung einströmt.
Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine ein Ventilelement, mittels welchem ein von der Luft durchströmbarer Strömungsquerschnitt der Umluftleitung einstellbar ist. Beispielsweise ist das Ventilelement zwischen wenigstens einer den Strömungsquerschnitt und somit die Umluftleitung freigebenden ersten Stellung und wenigstens einer den Strömungsquerschnitt und somit die Umluftleitung fluidisch versperrenden zweiten Stellung verstellbar. In der ersten Stellung kann Luft die Umluftleitung durchströmen, sodass zumindest ein Teil der verdichteten Luft an der Abzweigstelle abgezweigt wird und die Umluftleitung durchströmt. In der zweiten Stellung ist die Umluftleitung mittels des Ventilelements fluidisch versperrt, sodass die verdichtete Luft nicht von der Abzweigstelle über die Umluftleitung zur Zuführstelle zurückgeführt werden kann.
Das Ventilelement wird üblicherweise auch als Schubumluftventil bezeichnet, wobei das Ventilelement und die Umluftleitung dazu genutzt werden, dass ein besonders vorteilhaftes Ansprechverhalten des Verdichters realisiert wird. Der Verdichter ist beispielsweise Bestandteil eines Abgasturboladers, wobei die Umluftleitung und das Ventilelement dazu genutzt werden, das so genannte Turboloch des Verdichters zu vermeiden oder zumindest gering zu halten. Durch das Abzweigen und Rückführen zumindest eines Teils der verdichteten Luft von der Abzweigstelle zur Zuführstelle kann nämlich ein übermäßiger Druckaufbau stromab des Verdichters vermieden werden, sodass ein übermäßiges, durch den Druckaufbau verursachtes Abbremsen des Verdichters vermieden werden kann.
Darüber hinaus ist die Verbrennungskraftmaschine mit einer Entlüftungseinrichtung ausgestattet, mittels welcher wenigstens eine Komponente einer Tankanlage der Verbrennungskraftmaschine zu entlüften ist. Unter dem Entlüften ist zu verstehen, dass mittels der Entlüftungseinrichtung Kraftstoffbestandteile beziehungsweise ein Gas, welches Kraftstoffbestandteile enthält, aus der wenigstens einen Komponente angesaugt beziehungsweise abgesaugt werden. Bei der wenigstens einen Komponente handelt es sich beispielsweise um einen Adsorptionsfilter, welcher beispielsweise als Aktivkohlefilter ausgebildet ist und zum Auffangen von flüchtigen Kraftstoffbestandteilen genutzt wird, welche aus einem in einem Tank der Kraftstoffanlage aufgenommenen, flüssigen Kraftstoff ausgasen. Dabei ist beispielsweise der Tank die wenigstens eine Komponenten der Tankanlage. Durch dieses Auffangen der flüchtigen Kraftstoffbestandteile kann vermieden werden, dass diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) in die Umwelt gelangen. Somit ist es mittels der Entlüftungseinrichtung möglich, den Tank zu entlüften, um dadurch die Entstehung eines übermäßigen Drucks in dem Tank zu verhindern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die wenigstens eine Komponente der Tankanlage auf besonders vorteilhafte Weise entlüftet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei welcher die wenigstens eine Komponente der Tankanlage auf besonders vorteilhafte Weise entlüftet werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Entlüftungseinrichtung eine Strahlpumpe zum Entlüften der wenigstens einen Komponente und zumindest eine Entlüftungsleitung umfasst. Die Entlüftungsleitung ist dabei einerseits mit der Strahlpumpe und andererseits an einer stromab des Verdichters angeordneten Verbindungsstelle mit der Luftleitung fluidisch verbunden. Somit ist über die Entlüftungsleitung zumindest ein Teil der verdichteten Luft als Treibmedium der Strahlpumpe zuführbar. Das Treibmedium dient dabei zum Entlüften der wenigstens einen Komponente. Mit anderen Worten dient das Treibmedium dazu, über die Strahlpumpe, welche auch Saugstrahlpumpe bezeichnet wird, ein Saugmedium aus der wenigstens einen Komponente anzusaugen. Bei diesem Saugmedium handelt es sich zumindest um flüchtige Kraftstoffbestandteile beziehungsweise ein flüchtige Kraftstoffbestandteile enthaltendes Gas aus der wenigstens einen Komponente, wobei die Kraftstoffbestandteile beziehungsweise das Gas mittels der Strahlpumpe unter Verwendung der verdichteten Luft als Treibmedium angesaugt und somit aus der wenigstens einen Komponente abgeführt wird. Dadurch kann die wenigstens eine Komponente, welche beispielsweise ein Tank oder ein Adsorptionsfilter ist, entlüftet werden. Handelt es sich bei der wenigstens einen Komponente beispielsweise um einen Adsorptionsfilter, insbesondere Aktivkohlefilter, zum Auffangen von flüchtigen Kraftstoffbestandteilen, so wird das Entlüften auch als Regenerieren oder Regeneration bezeichnet.
Erfindungsgemäß ist mittels des Ventilelements auch ein von der verdichteten Luft durchströmbarer zweiter Strömungsquerschnitt der Entlüftungsleitung einstellbar. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Ventilelement als der Umluftleitung und der Entlüftungsleitung gemeinsames Ventilelement auszugestalten, mittels welchem sowohl der von der verdichteten Luft durchströmbare erste Strömungsquerschnitt der Umluftleitung als auch der von der verdichteten Luft durchströmbare zweite Strömungsquerschnitt der Entlüftungsleitung einstellbar und insbesondere fluidisch versperrbar ist.
Der Erfindung liegt darüber hinaus die Erkenntnis zugrunde, dass bei modernen Verbrennungskraftmaschinen, welche beispielsweise nach dem so genannten Downsizing-Prinzip ausgestaltet und mit einem Verdichter zum Versorgen der Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft ausgestattet sind, eine hinreichende Spülmenge zum Entlüften der wenigstens einen Komponente erforderlich ist, wobei zur Realisierung dieser hinreichenden Spülmenge die Strahlpumpe zum Einsatz kommt. Diese arbeitet nach dem Venturi-Prinzip beziehungsweise weist eine Venturidüse auf, mittels welcher unter Verwendung des Treibmediums das Saugmedium angesaugt werden kann. Dadurch können Gase, welche beispielsweise flüchtige Kraftstoffbestandteile umfassen, aus der wenigstens einen Komponente auch dann abgesaugt werden, wenn in der Luftleitung, welche beispielsweise ein Saugrohr ist, gegenüber der wenigstens einen Komponente ein Überdruck herrscht. Üblicherweise ist die Strahlpumpe beziehungsweise ihre Venturidüse parallel zum Verdichter angeordnet, sodass die Strahlpumpe auch als Nebenstrom-Strahlpumpe oder Nebenstromventuri bezeichnet wird. Es hat sich gezeigt, dass die Lösung mit Nebenstromventuri insbesondere bei Hochleistungsmotoren üblicherweise zu sehr hohen Drehzahlen des Verdichters beziehungsweise eines den Verdichter umfassenden Abgasturboladers führen kann, sodass die Leistung des Abgasturboladers begrenzt werden muss. In diesem Fall ist es wünschenswert, die Saugstrahlpumpe (Nebenstromventuri) als schaltbare Strahlpumpe auszugestalten.
Um nun eine solche schaltbare Strahlpumpe auf besonders einfache Weise zu realisieren, wird das Ventilelement genutzt, welchem erfindungsgemäß eine Doppelfunktion zukommt. Das Ventilelement wird nämlich zum einen als Schubumluftventil genutzt, mittels welchem der erste Strömungsquerschnitt der Umluftleitung eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, eine Strömung zumindest eines Teils der verdichteten Luft von der Abzweigstelle zurück zur Zuführstelle mittels des Ventilelements einzustellen.
Zum anderen wird das Ventilelement genutzt, um die Strahlpumpe bedarfsgerecht zuzuschalten beziehungsweise zu aktivieren und abzuschalten. Zum Zuschalten beziehungsweise Aktivieren der Strahlpumpe gibt das Ventilelement die Entlüftungsleitung frei, sodass zumindest ein Teil der verdichteten Luft als Treibmedium zur Strahlpumpe strömen kann. Dann kann mithilfe des Treibmediums das Saugmedium angesaugt werden, wodurch die wenigstens eine Komponente entlüftet wird. Ist eine solche Entlüftung der wenigstens einen Komponente der Tankanlage nicht erwünscht, so wird beispielsweise der zweite Strömungsquerschnitt der Entlüftungsleitung mittels des Ventilelements fluidisch versperrt, sodass die Strahlpumpe nicht mit dem Treibmedium (verdichtete Luft) versorgt wird und demzufolge das Saugmedium nicht ansaugt. Durch diese Doppelfunktion ist es möglich, mit einer nur geringen Teileanzahl und somit mit einem nur geringen Gewicht, geringen Kosten und einem geringen Bauraumbedarf der Verbrennungskraftmaschine die Strahlpumpe als schaltbare Strahlpumpe realisieren zu können. Um den Bauraumbedarf besonders gering zu halten, ist das Ventilelement vorzugsweise in ein Verdichtergehäuse des Verdichters integriert. Dies bedeutet, dass der Verdichter beispielsweise ein Verdichtergehäuse aufweist. Das Verdichtergehäuse umfasst beispielsweise einen Aufnahmeraum, in welchem ein Verdichterrad zum Verdichten der Luft aufgenommen ist. Das Verdichterrad ist dabei um eine Drehachse relativ zu dem Verdichtergehäuse drehbar. Um nun den Bauraumbedarf besonders gering zu halten, ist das Ventilelement in das Verdichtergehäuse integriert, sodass nicht nur das Schubumluftventil in das Verdichtergehäuse integriert ist, sondern auch die durch das Ventilelement realisierte Schaltbarkeit der Strahlpumpe.
Durch die Schaltbarkeit der Strahlpumpe (Nebenstromventuri) kann beispielsweise bei hohen Lasten der Verbrennungskraftmaschine mit Saugrohrüberdruck, das heißt bei einem in der Luftleitung herrschenden Überdruck, die wenigstens eine Komponente entlüftet werden, jedoch kann bei Volllast der Verbrennungskraftmaschine eine Abschaltung der Strahlpumpe erfolgen, sodass beispielsweise eine höhere Leistung der Verbrennungskraftmaschine bei gleicher Drehzahl des Verdichters beziehungsweise des Abgasturboladers erzielt werden kann. Durch die Integrierung des Ventilelements in das Verdichtergehäuse können der Aufwand für eine weitere Diagnose sowie die zunehmende Bauteilkomplexität verhindert werden. Insgesamt ist erkennbar, dass durch die Schaltbarkeit, das heißt durch die Möglichkeit, die Strahlpumpe zu aktivieren und abzuschalten, eine bedarfsgerechte Entlüftung der wenigstens einen Komponente dargestellt werden kann, ohne dass die Verbrennungskraftmaschine an Nennleistung verliert.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Schnittansicht eines Abgasturboladers einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Entlüftungseinrichtung zum Entlüften wenigstens einer Komponente einer Tankanlage der Verbrennungskraftmaschine, wobei die Entlüftungseinrichtung eine Strahlpumpe zum Entlüften der wenigstens einen Komponenten umfasst;
2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Entlüftungseinrichtung, wobei sich ein Ventilelement, welches sowohl als Schubumluftventil verwendet wird als auch der Entlüftungseinrichtung zugeordnet ist, in einem ersten Schaltzustand befindet;
3 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht der Entlüftungseinrichtung, wobei sich das Ventilelement in einem zweiten Schaltzustand befindet; und
4 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht der Entlüftungseinrichtung, wobei sich das Ventilelement in einem dritten Schaltzustand befindet.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen Abgasturbolader 10 für eine in 1 nicht dargestellte Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und dient zum Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen in 1 ausschnittsweise erkennbaren Ansaugtrakt 12 auf, in welchem eine von Luft durchströmbare Luftleitung 14 angeordnet ist. Die Luftleitung 14 wird beispielsweise auch als Saugrohr bezeichnet, da die Verbrennungskraftmaschine während ihres Betriebs Luft über den Ansaugtrakt 12 beziehungsweise die Luftleitung 14 ansaugt. Mittels des Ansaugtrakts 12 beziehungsweise Luftleitung 14 wird die Luft zu Brennräumen insbesondere in Form von Zylindern der Verbrennungskraftmaschine geführt.
In der Luftleitung 14 ist ein Verdichter 16 des Abgasturboladers 10 angeordnet. Der Verdichter 16 dient zum Verdichten der den Ansaugtrakt 12 beziehungsweise die Luftleitung 14 durchströmenden Luft und weist hierzu ein Verdichterrad 18 auf, welches in einem Verdichtergehäuse 20 des Verdichters 16 um eine Drehachse relativ zu dem Verdichtergehäuse 20 aufgenommen ist. Die Drehrichtung des Verdichterrads 18 ist in 1 durch einen Richtungspfeil 22 veranschaulicht.
Aus 1 ist erkennbar, dass der Abgasturbolader 10 darüber hinaus eine Turbine 24 mit einem Turbinengehäuse 26 und einem Turbinenrad 28 umfasst. Das Turbinenrad 28 ist in dem Turbinengehäuse 26 aufgenommen und um die genannte Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse 26 drehbar. Der Abgasturbolader 10 umfasst einen Rotor 30, welcher auch als Laufzeug bezeichnet wird. Der Rotor 30 umfasst das Verdichterrad 18 und das Turbinenrad 28 sowie eine Welle 32, mit welcher das Verdichterrad 18 und das Turbinenrad 28 drehfest verbunden sind. Schließlich umfasst der Abgasturbolader 10 wenigstens ein Gehäuseelement, vorliegend in Form eines Lagergehäuses 34, wobei der Rotor 30 über die Welle 32 an dem Lagergehäuse 34 um die Drehachse relativ zu dem Lagergehäuse 34 drehbar gelagert ist.
Die Turbine 24 ist in einem im Ganzen mit 36 bezeichneten Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Der Abgastrakt 36 umfasst wenigstens eine Abgasverrohrung 38, welche von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Die Turbine 24, insbesondere das Turbinenrad 28, ist dabei in der Abgasverrohrung 38 angeordnet, wobei das Abgas der Verbrennungskraftmaschine mittels der Abgasverrohrung 38 zu der Turbine 24 und insbesondere zum Turbinenrad 28 geleitet wird. In 1 veranschaulichen Richtungspfeile 40 die Strömung des Abgases durch den Abgastrakt 36. Ferner ist in 1 die Drehrichtung des Turbinenrads 28 beziehungsweise des Rotors 30 insgesamt durch einen Richtungspfeil 42 veranschaulicht. Das Turbinenrad 28 und somit der Rotor 30 insgesamt werden mittels des Abgases angetrieben. Da das Verdichterrad 18 über die Welle 32 mit dem Turbinenrad 28 drehfest gekoppelt ist, wird das Verdichterrad 18 vom Turbinenrad 28 angetrieben, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
Richtungspfeile 44 veranschaulichen die Strömung der Luft durch die Luftleitung 14, wobei beispielsweise bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch die Luftleitung 14 stromab des Verdichters 16 eine Drosselklappe in der Luftleitung 14 beziehungsweise im Ansaugtrakt 12 angeordnet ist. Bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt 36 sind stromauf der Turbine 24 die Zylinder angeordnet.
Aus 1 ist erkennbar, dass die Verbrennungskraftmaschine darüber hinaus eine Umluftleitung 46 aufweist, welche an einer stromab des Verdichters 16 angeordneten Abzweigstelle A fluidisch mit der Luftleitung 14 verbunden ist. Darunter ist zu verstehen, dass die Abzweigstelle A stromab des Verdichterrads 18 angeordnet ist. Ferner ist die Umluftleitung 46 an einer Zuführstelle Z mit der Luftleitung 14 fluidisch verbunden. Dabei ist die Zuführstelle Z in Strömungsrichtung der Luft stromauf des Verdichters 16 angeordnet. Darunter ist zu verstehen, dass die Zuführstelle Z stromauf des Verdichterrads 18 angeordnet ist. Die Umluftleitung 46 kann nämlich in das Verdichtergehäuse 20 integriert sein.
Mittels der Umluftleitung 46 ist an der Abzweigstelle A zumindest ein Teil der mittels des Verdichterrads 18 verdichteten Luft abzweigbar. Dies bedeutet, dass zumindest ein Teil der verdichteten Luft an der Abzweigstelle A in die Umluftleitung 46 einströmen und die Umluftleitung 46 durchströmen kann. Die die Umluftleitung 46 durchströmende Luft wird mittels der Umluftleitung 46 von der Abzweigstelle A zu der Zuführstelle Z rückgeführt und kann an der Zuführstelle Z aus der Umluftleitung 46 aus- und in die Luftleitung 14 einströmen. Somit strömt die zur Zuführstelle Z rückgeführte verdichtete Luft stromauf des Verdichterrads 18 in die Luftleitung 14 ein. Durch dieses Rückführen der verdichteten Luft von der stromab des Verdichterrads 18 angeordneten Abzweigstelle A zur stromauf des Verdichterrads 18 angeordneten Zuführstelle Z ist es möglich, beispielsweise dann, wenn die Drosselklappe plötzlich geschlossen wird, einen übermäßigen Druckanstieg stromab des Verdichterrads 18 zu vermeiden beziehungsweise einen solchen Druckanstieg zu begrenzen.
Darüber hinaus umfasst die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der Verdichter 16, ein Ventilelement 48, welches als Schubumluftventil genutzt wird. Mittels des Ventilelements 48 ist ein von der verdichteten Luft durchströmbarer erster Strömungsquerschnitt der Umluftleitung 46 einstellbar. Wie noch im Folgenden erläutert wird, kann der erste Strömungsquerschnitt der Umluftleitung 46 mittels des Ventilelements 48 fluidisch versperrt werden, sodass die Umluftleitung 46 nicht von verdichteter Luft durchströmt werden kann. Ferner kann das Ventilelement 48 den Strömungsquerschnitt und somit die Umluftleitung 46 freigeben, sodass zumindest ein Teil der verdichteten Luft an der Abzweigstelle A abgezweigt und zur Zuführstelle Z rückgeführt werden kann. Ist die Umluftleitung 46 mittels des Ventilelements 48 versperrt, so erfolgt eine solche Rückführung nicht. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Ventilelement 48 in das Verdichtergehäuse 20 integriert ist. Dies bedeutet beispielsweise, dass das Ventilelement 48 einen Ventilkörper aufweist, mittels welchem der erste Strömungsquerschnitt einstellbar ist. Der Ventilkörper ist bewegbar in einem Gehäuse aufgenommen, sodass der Ventilkörper relativ zu dem Gehäuse bewegbar ist. Bei diesem Gehäuse des Ventilelements handelt es sich beispielsweise um das Verdichtergehäuse 20, sodass das Ventilelement 48 in das Verdichtergehäuse 20 integriert ist.
Die Verbrennungskraftmaschine ist mit Kraftstoff in Form von flüssigem Kraftstoff betreibbar. Hierbei umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine Tankanlage, welche als erste Komponente einen Tank zum Speichern beziehungsweise Aufnehmen des flüssigen Kraftstoffs aufweist. Ferner umfasst die Tankanlage als zweite Komponente einen Filter, welcher beispielsweise als Adsorptionsfilter, insbesondere Aktivkohlefilter, ausgebildet ist. Der Filter ist mit dem Tank verbunden und dient dazu, flüchtige Kraftstoffbestandteile, welche aus dem im Tank aufgenommenen Kraftstoff ausgasen, aufzufangen, sodass vermieden werden kann, dass unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) an die Umgebung gelangen. Durch das Ausgasen des flüssigen Kraftstoffs entsteht in dem Tank ein Gas. Um einen übermäßigen, durch das Gas bewirkten Druckanstieg zu vermeiden, wird das Gas mit den flüchtigen Kraftstoffbestandteilen aus dem Tank abgeführt. Um hierbei zu vermeiden, dass die flüchtigen Kraftstoffbestandteile, das heißt unverbrannte Kohlenwasserstoffe, an die Umgebung gelangen, wird das Gas durch den Filter geleitet, mittels welchem zumindest die flüssigen Kraftstoffbestandteile aus dem Gas gefiltert werden. Mit zunehmendem Filtern des Gases setzt sich der Filter mit flüchtigen Kraftstoffbestandteilen zu, sodass dessen Filterkapazität sukzessive reduziert wird. Um ein vollständiges Zusetzen des Filters zu vermeiden, wird der Filter entlüftet, was auch als Regeneration oder Regenerierung bezeichnet wird. Dieses Entlüften beziehungsweise Regenerieren des Filters und/oder ein Entlüften des Tanks, das heißt ein Abführen des Gases aus dem Tank erfolgt mittels einer im Ganzen mit 50 bezeichneten Entlüftungseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine.
Zum Regenerieren des Aktivkohlefilters beziehungsweise der wenigstens einen Komponente wird der Aktivkohlefilter beispielsweise mit Luft gespült. Diese Luft wird auch als Spülmenge bezeichnet. Die Spülmenge durchströmt den Filter und nimmt dabei die sich im Filter befindenden Kraftstoffbestandteile auf und transportiert die Kraftstoffbestandteile von dem Filter weg. Um eine hinreichend hohe Spülmenge zu realisieren, umfasst die Entlüftungseinrichtung 50 eine in 2 besonders schematisch dargestellte Strahlpumpe 52, welche auch als Saugstrahlpumpe bezeichnet wird. Die Saugstrahlpumpe ist über eine Leitung 54 fluidisch mit der wenigstens einen Komponente (Filter) verbunden, wobei die genannte Spülmenge über die Leitung 54 mittels der Strahlpumpe 52 durch den Filter hindurch angesaugt wird. Die Spülmenge beziehungsweise die Luft, mit welcher der Filter gespült wird, ist ein so genanntes Saugmedium, welches mittels der Strahlpumpe 52 unter Zuhilfenahme eines Treibmediums angesaugt wird. Als das Treibmedium wird mittels des Verdichters 16 verdichtete Luft verwendet. Hierzu umfasst die Entlüftungseinrichtung 50 eine Entlüftungsleitung 56, welche einerseits mit der Strahlpumpe 52 und andererseits an einer stromab des Verdichters 16, das heißt des Verdichterrads 18, angeordneten Verbindungsstelle V fluidisch mit der Luftleitung 14 verbunden ist. Aus 1 ist erkennbar, dass die Abzweigstelle A und die Verbindungsstelle V in einem gemeinsamen Bereich B angeordnet beziehungsweise sehr eng beieinander angeordnet sind. Dabei kann zumindest ein Teil der Entlüftungsleitung 56 in das Verdichtergehäuse 20 integriert sein.
Mittels der Entlüftungsleitung 56 kann zumindest ein Teil der mittels des Verdichterrads 18 verdichteten Luft an der stromab des Verdichterrads 18 angeordneten Verbindungsstelle V abgezweigt werden, sodass zumindest ein Teil der verdichteten Luft an der Verbindungsstelle V aus der Luftleitung 14 aus- und in die Entlüftungsleitung 56 einströmen kann. Mittels der Entlüftungsleitung 56 wird die die Entlüftungsleitung 56 durchströmende Luft als das genannte Treibmedium zur Strahlpumpe 52 geführt. Das Funktionsprinzip der Strahlpumpe 52 ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und wird im Folgenden nicht näher erläutert. Nach diesem bekannten Funktionsprinzip der Strahlpumpe 52 wird mittels des Treibmediums das Saugmedium angesaugt, woraufhin sich das Saugmedium mit dem Treibmedium unter Bildung einer so genannten Mischströmung vermischt. Diese Mischströmung enthält die aus dem Filter abgeführten Kraftstoffbestandteile. Um zu vermeiden, dass die unverbrannten Kraftstoffbestandteile an die Umgebung gelangen, wird die Mischströmung beispielsweise in den Ansaugtrakt 12 geleitet, sodass die Kraftstoffbestandteile (unverbrannte Kohlenwasserstoffe) mittels der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft in die Zylinder transportiert werden können. Dann können die unverbrannten Kraftstoffbestandteile in den Zylindern verbrannt werden.
Um nun die Strahlpumpe 52 auf besonders einfache Weise als schaltbare Strahlpumpe, das heißt als schaltbarer Nebenstromventuri auszubilden, wird das Ventilelement 48 nicht nur als Schubumluftventil verwendet, sondern das Ventilelement 48 ist auch der Entlüftungseinrichtung 50 zugeordnet. Dabei ist mittels des Ventilelements 48 sowohl der genannte erste Strömungsquerschnitt der Umluftleitung 46 als auch ein von der verdichteten Luft durchströmbarer zweiter Strömungsquerschnitt der Entlüftungsleitung 56 einstellbar. Dies bedeutete, dass das Ventilelement 48 ein der Umluftleitung 46 und der Entlüftungsleitung 56 gemeinsames Ventilelement ist, mittels welchem beide Strömungsquerschnitte einstellbar sind.
Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Ventilelement 48 als elektrisch betätigtes Ventil ausgebildet ist. Dabei ist das Ventilelement 48 beispielsweise als Magnetventil ausgebildet, welches – wie im Folgenden noch erläutert wird – zwischen wenigstens drei Schaltzuständen elektrisch umschaltbar ist. Dabei kann das Ventilelement 48 ein erstes Federelement mit einer ersten Federkonstante k1 sowie ein zweites Federelement mit einer zweiten Federkonstante k2 aufweisen.
2 zeigt die Entlüftungseinrichtung 50, wobei sich das Ventilelement 48 in einem ersten Schaltzustand befindet. In dem ersten Schaltzustand ist der erste Strömungsquerschnitt mittels des Ventilelements 48 fluidisch versperrt und der zweite Strömungsquerschnitt ist zumindest teilweise freigegeben. Mit anderen Worten gibt das Ventilelement 48 im ersten Schaltzustand den zweiten Strömungsquerschnitt und somit die Entlüftungsleitung 56 frei, sodass die verdichtete Luft die Entlüftungsleitung 56 durchströmen kann. Die Umluftleitung 46 ist jedoch mittels des Ventilelements 48 versperrt, sodass die verdichtete Luft die Umluftleitung 46 nicht durchströmen kann. In dem ersten Schaltzustand ist somit die Strahlpumpe 52 zugeschaltet beziehungsweise aktiviert, da die Strahlpumpe 52 über die Entlüftungsleitung 56 mit dem Treibmedium (verdichtete Luft) versorgt werden kann. Somit wird im ersten Schaltzustand die wenigstens eine Komponente der Tankanlage entlüftet beziehungsweise regeneriert.
Da die Strahlpumpe 52 das Venturi-Prinzip beziehungsweise wenigstens eine Venturidüse nutzt, um mittels des Treibmediums das Saugmedium anzusaugen, und da die Entlüftungsleitung 56 zum Versorgen der Strahlpumpe 52 mit dem Treibmedium dient, wird die Entlüftungsleitung 56 auch als Venturikanal bezeichnet. Ferner wird die Umluftleitung 46 auch als Umluftkanal oder Schubumluftkanal bezeichnet. In dem ersten Schaltzustand, welcher eine Ruhelage des Ventilelements 48 ist, ist der Schubumluftkanal verschlossen und der Venturikanal ist geöffnet. Der erste Schaltzustand wird beispielsweise bis zu 95% der Volllast der Verbrennungskraftmaschine eingestellt.
3 zeigt die Entlüftungseinrichtung 50, wobei sich das Ventilelement 48 in einem zweiten Schaltzustand befindet. Im zweiten Schaltzustand gibt das Ventilelement 48 sowohl den Venturikanal als auch den Schubumluftkanal frei. Hierdurch ist nicht nur die Strahlpumpe 52 aktiviert beziehungsweise zugeschaltet, sondern es ist auch die Schubumluftfunktion aktiviert, welche auch als Schubabschalten bezeichnet wird.
4 zeigt die Entlüftungseinrichtung 50, wobei sich das Ventilelement 48 in einem dritten Schaltzustand befindet. Im dritten Schaltzustand ist der Schubumluftkanal mittels des Ventilelements 48 verschlossen. Auch der Venturikanal ist mittels dieses Ventilelements 48 verschlossen. Dies bedeutet, dass sowohl die Entlüftungsleitung 56 als auch die Umluftleitung 46 mittels des Ventilelements 48 fluidisch versperrt sind. Darunter ist zu verstehen, dass der jeweilige Strömungsquerschnitt der Entlüftungsleitung 56 beziehungsweise der Umluftleitung 46 versperrt beziehungsweise auf null reduziert ist. Im dritten Schaltzustand ist die Strahlpumpe 52 abgeschaltet beziehungsweise deaktiviert, sodass die wenigstens eine Komponente nicht entlüftet beziehungsweise regeneriert wird. Der dritte Schaltzustand stellt eine Volllastposition dar, welche beispielsweise in einem Bereich von 95% bis 100% der Volllast der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird.
Unter dem der Umluftleitung 46 und der Entlüftungsleitung 56 gemeinsamen Ventilelement 48 ist beispielsweise zu verstehen, dass der genannte Ventilkörper des Ventilelements 48 ein der Umluftleitung 46 und der Entlüftungsleitung 56 gemeinsamer Ventilkörper ist, welcher in dem der Umluftleitung 46 und der Entlüftungsleitung 56 gemeinsamen Gehäuse bewegbar aufgenommen ist. Dies bedeutet, dass sowohl die Umluftleitung 46 und die Entlüftungsleitung 56 an das Gehäuse angeschlossen sind beziehungsweise durch dieses hindurch verlaufen. Bei dem Gehäuse kann es sich um das Verdichtergehäuse 20 handeln.
Mittels dieses Ventilkörpers ist sowohl der erste Strömungsquerschnitt als auch der zweite Strömungsquerschnitt einstellbar, sodass die Strahlpumpe 52 und somit das Entlüften der wenigstens einen Komponente bedarfsgerecht aktiviert und deaktiviert werden kann. So ist es beispielsweise möglich, bei hohen Lasten, bei denen in der Luftleitung 14, insbesondere gegenüber der wenigstens einen Komponente ein Überdruck herrscht, die wenigstens eine Komponente entlüftet werden kann. Im Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine jedoch kann die Strahlpumpe 52 mittels des Ventilelements 48 abgeschaltet werden, sodass im Vergleich zur zugeschalteten Strahlpumpe 52 eine höhere Leistung bei gleicher Drehzahl des Abgasturboladers 10 erzielt werden kann. Mit anderen Worten ist es möglich, eine bedarfsgerechte Entlüftung der wenigstens einen Komponente zu realisieren, ohne dass die Verbrennungskraftmaschine an Nennleistung verliert.
Bei dem Ventilelement 48 handelt es sich beispielsweise um ein elektrisches Zwei-Wege-Schubumluftventil, mittels welchem jedoch nicht nur der erste Strömungsquerschnitt der Umluftleitung 46, sondern auch der zweite Strömungsquerschnitt der Entlüftungsleitung 56 eingestellt werden kann, um dadurch eine bedarfsgerechte Zuschaltung und Abschaltung der Strahlpumpe 52 zu realisieren.
Bezugszeichenliste

10: Abgasturbolader
12: Ansaugtrakt
14: Luftleitung
16: Verdichter
18: Verdichterrad
20: Verdichtergehäuse
22: Richtungspfeil
24: Turbine
26: Turbinengehäuse
28: Turbinenrad
30: Rotor
32: Welle
34: Lagergehäuse
36: Abgastrakt
38: Abgasverrohrung
40: Richtungspfeil
42: Richtungspfeil
44: Richtungspfeil
46: Umluftleitung
48: Ventilelement
50: Enlüftungseinrichtung
52: Strahlpumpe
54: Leitung
56: Entlüftungsleitung
A: Abzweigstelle
B: Bereich
V: Verbindungsstelle
Z: Zuführstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004021387 A1 [0002]

Claims

Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, mit wenigstens einer von Luft durchströmbaren Luftleitung (14), mit wenigstens einem in der Luftleitung (14) angeordneten Verdichter (16) zum Verdichten der Luft, mit wenigstens einer an einer stromab des Verdichters (16) angeordneten Abzweigstelle (A) und an einer stromauf des Verdichters (16) angeordneten Zuführstelle (Z) mit der Luftleitung (14) fluidisch verbundenen Umluftleitung (46), über welche zumindest ein Teil der verdichteten Luft an der Abzweigstelle (A) abzweigbar und zur Zuführstelle (Z) rückführbar ist, mit einem Ventilelement (48), mittels welchem ein von der Luft durchströmbarer Strömungsquerschnitt der Umluftleitung (46) einstellbar ist, und mit wenigstens einer Entlüftungseinrichtung (50) zum Entlüften wenigstens einer Komponente einer Tankanlage der Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungseinrichtung (50) eine Strahlpumpe (52) zum Entlüften der wenigstens einen Komponente und zumindest eine einerseits mit der Strahlpumpe (52) und andererseits an einer stromab des Verdichters (16) angeordneten Verbindungsstelle (V) mit der Luftleitung (14) fluidisch verbundene Entlüftungsleitung (56) umfasst, über welche der Strahlpumpe (52) zumindest ein Teil der verdichteten Luft als Treibmedium zum Entlüften der wenigstens einen Komponente zuführbar ist, wobei mittels des Ventilelements (48) ein von der verdichteten Luft durchströmbarer zweiter Strömungsquerschnitt der Entlüftungsleitung (56) einstellbar ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (48) in einen ersten Schaltzustand schaltbar ist, in welchem der erste Strömungsquerschnitt fluidisch versperrt und der zweite Strömungsquerschnitt zumindest teilweise freigegeben ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (48) in einen zweiten Schaltzustand schaltbar ist, in welchem beide Strömungsquerschnitte zumindest teilweise freigegeben sind.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (48) in einen dritten Schaltzustand schaltbar ist, in welchem beide Strömungsquerschnitte fluidisch versperrt sind.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (48) als elektrisch betätigtes Ventil ausgebildet ist.