AT526432A4 - Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung - Google Patents

Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung Download PDF

Info

Publication number
AT526432A4
AT526432A4 ATA50665/2022A AT506652022A AT526432A4 AT 526432 A4 AT526432 A4 AT 526432A4 AT 506652022 A AT506652022 A AT 506652022A AT 526432 A4 AT526432 A4 AT 526432A4
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
exhaust gas
turbocharger
speed
Prior art date
Application number
ATA50665/2022A
Other languages
English (en)
Other versions
AT526432B1 (de
Inventor
Kapus Dr Paul
Prevedel Ing Kurt
Original Assignee
Avl List Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avl List Gmbh filed Critical Avl List Gmbh
Priority to ATA50665/2022A priority Critical patent/AT526432B1/de
Priority to DE102023123306.8A priority patent/DE102023123306A1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT526432B1 publication Critical patent/AT526432B1/de
Publication of AT526432A4 publication Critical patent/AT526432A4/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/001—Exhaust gas flow channels or chambers being at least partly formed in the structural parts of the engine or machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F01N13/102—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds having thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/14—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features having thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F02B37/10—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/11—Thermal or acoustic insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0269—Controlling the valves to perform a Miller-Atkinson cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/243—Cylinder heads and inlet or exhaust manifolds integrally cast together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/32—Miller cycle

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit innerer Verbrennung und Fremdzündung mit einem im Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmer (2) und mit einem Abgasturbolader (4), der mit einer elektrischen Maschine (12) in Verbindung steht. Ein hoher Wirkungsgrad kann dadurch erreicht werden, dass im integrierten Abgaskrümmer (2) eine Wärmeisolation vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft auch ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine (1) und ein Verfahren zur Regelung eines derartigen Antriebssystems.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung und Fremdzündung mit einem im Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmer und mit einem Abgasturbolader, der mit einer elektrischen Maschine in Verbindung steht.
Es ist seit langer Zeit bekannt, dass der Wirkungsgrad und die Leistung von Brennkraftmaschinen durch Aufladung mit einem Abgasturbolader verbessert werden können. Bei der Auslegung solcher Abgasturbolader besteht typischerweise ein Zielkonflikt zwischen hohem Wirkungsgrad und großer Leistung auf einer Seite und schnellem Ansprechverhalten auf der anderen Seite. Eine Möglichkeit, eine Verbesserung in beiden Aspekten zu bewirken besteht darin, einen so genannten E-Turbo einzusetzen. Dabei ist eine elektrische Maschine vorgesehen, die bei Bedarf den Abgasturbolader antreibt, wenn nicht ausreichend Leistung an der Turbine zur Verfügung steht. Umgekehrt kann bei höheren Drehzahlen elektrische Maschine als Generator betrieben werden, um Strom zur Aufladung einer Batterie zu erzeugen.
Aus der DE 10 2016 115 125 A oder der DE 20 2015 101 924 U sind solche aufgeladenen Brennkraftmaschinen mit einem E-Turbo bekannt. Es ist auch bekannt, den Abgaskrümmer im Zylinderkopf zu integrieren, was es ermöglicht, den Abgasturbolader in unmittelbarer Nähe des Zylinderkopfs anzuordnen. Ein allgemein bekannter Vorteil des integrierten Abgaskrümmers besteht jedoch darin, die Abgase während der Durchströmung des gekühlten Zylinderkopfs abzukühlen und damit die Einhaltung vorgegebener Temperaturgrenzwerte in der Abgasturbine zu gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung geht von einer Brennkraftmaschine der oben beschriebenen Art aus. Solche Brennkraftmaschinen haben ein sehr gutes Ansprechverhalten, werden aber immer noch als verbesserungsfähig im Hinblick auf ihre Effizienz wahrgenommen. Insbesondere ist es schwierig, in einem gesamten Fahrzyklus eine ausreichende Menge an elektrischer Energie zu erzeugen, um den Verbrauch während des motorischen Betriebs auszugleichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine anzugeben, die eine hohe Effizienz aufweist und deren elektrische Maschine gleichzeitig über einen typischen Fahrzyklus hinweg mindestens so viel elektrischen Strom erzeugt wie verbraucht. Die Brennkraftmaschine soll insbesondere für Hybridantriebe besonders geeignet sein und einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweisen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit hohem Wirkungsgrad zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit denen ein E-Turbo optimal eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß ist im integrierten Abgaskrümmer eine Wärmeisolation vorgesehen. Es ist auf diese Weise möglich, aufgrund der höheren Temperaturen des Abgases in weiten Bereichen des Kennfelds eine höhere Energieausbeute an der Turbine des Abgasturboladers zu erzielen, ohne den Ladungswechsel des Motors dabei unzulässig nachteilig zu belasten.
Gleichzeitig ermöglicht es der integrierte Abgaskrümmer, die Strömungswege des Abgases sehr kurz zu halten, was vorteilhaft sowohl für den Wärmeverlust als auch für das Ansprechverhalten des Turboladers und damit der Brennkraftmaschine ist.
Es ist an sich bekannt, eine thermische Isolation an einem Abgaskrümmer vorzusehen, um die Temperatur am Abgasturbolader zu erhöhen. Eine solche Lösung wird beispielsweise in der DE 10 2016 213 386 A beschrieben. Dabei wird die Isolierung allerdings an einem externen Abgaskrümmer vorgesehen und ist in aufwändiger Weise schaltbar ausgestaltet.
Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch bewusst die Abkühlung der Abgase durch das Kühlmedium im Zylinderkopf stark reduziert, wobei jedoch gleichzeitig eine Überhitzung der Abgasturbine durch verschiedene temperatursenkende Maßnahmen der Motorsteuerung und Regelung vermieden wird. Eine typische Reduktion der ansonsten bei einem integrierten Abgaskrümmer üblichen Wärmeabgabe an das Kühlmittel liegt in einem Bereich zwischen 20% bis 50%.
Eine andere sehr wirkungsvolle Maßnahme ist es, ein besonders hohes Verdichtungsverhältnis in Zusammenhang mit einem alternativen Verbrennungsverfahren vorzusehen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bieten sich hierbei insbesondere der Miller-Zyklus und der Atkinson-Zyklus an. Beim Miller-Zyklus wird das Einlassventil im Ansaugtakt vor Erreichen des unteren Totpunkts geschlossen, so dass die Ladeluftmenge begrenzt wird. Dadurch kann die Brennkraftmaschine mit einem als Expansionsverhältnis voll wirksamen sehr hohen geometrischen Verdichtungsverhältnis betrieben werden, ohne während der Gemischverdichtung die Klopfgrenze zu erreichen. Beim Atkinson-Zyklus wird das Einlassventil erst nach dem unteren Totpunkt geschlossen, wodurch ein Teil der Zylinderladung wieder in den Ansaugtrakt zurückfließt, was im Endeffekt eine ähnliche Wirkung hat. Die außerordentlich hohe Expansion im Verbrennungs- und Arbeitstakt äußert sich durch eine vergleichsweise niedrige End-bzw. Abgastemperatur.
Eine weitere Maßnahme in diesem Zusammenhang ist eine externe Abgasrückführung, die vorzugsweise als Niederdruckabgasrückführung ausgebildet ist.
Bevorzugt werden diese Maßnahmen miteinander kombiniert und miteinander abgestimmt. So kann beispielsweise die Menge des rückgeführten Abgases bei der Ventilverstellung berücksichtigt werden. Insbesondere beim Miller-Zyklus und beim Atkinson-Zyklus kann dabei die Zylinderfüllung gut eingestellt werden.
Insgesamt hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Vorsehen eines relativ großen Abgasturboladers bewährt, da auf diese Weise ein Verdichterwirkungsgrad von mehr als 70% bis etwa 75% erzielt werden kann.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist
die Wärmeisolation als isolierende Beschichtung ausgeführt. Eine solche Beschichtung beispielsweise aus einem geeigneten Keramikmaterial hergestellt
Eine alternative Ausführungsvariante vor, dass die Wärmeisolation als isolierender Einsatz ausgeführt ist. Ein sich über den Großteil der Länge des Einsatzes erstreckender Luftspalt isoliert das Abgas gegenüber dem gekühlten Zylinderkopf. Es kann ein isolierender Einsatz auch nur in einem Teil der Kanäle des Krümmers vorgesehen sein, auch wenn dadurch die erzielte Wirkung beschränkt ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine der oben beschriebenen Art und mindestens einer weiteren elektrischen Maschine, die das Kraftfahrzeug alternativ oder zusätzlich zur Brennkraftmaschine antreibt. Es handelt sich also um ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, bei dem die Brennkraftmaschine in den allermeisten Betriebspunkten in einem verbrauchsoptimalen Bereich betrieben oder eben ganz weggeschaltet werden kann. Insbesondere ermöglicht es das Hybridkonzept, eine abgesenkte Volllastkennlinie des Verbrennungsmotors zu realisieren, was wiederum für eine wirkungsgradgünstige Maximierung des Verdichtungsverhältnisses förderlich ist. Auf diese Weise können die bei der Aufladung erzielten Verbrauchsvorteile tatsächlich realisiert werden und gleichzeitig kann eine thermische Überbeanspruchung des Abgasturboladers vermieden werden.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Regelung eines oben beschriebenen Antriebssystems mit einer Brennkraftmaschine, bei dem die Leistung der elektrischen Maschine primär aufgrund einer Differenz zwischen einer Turboladersolldrehzahl und einer Turboladeristdrehzahl bestimmt wird.
Primär soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass es für die Leistung der elektrischen Maschine auch andere Einflussgrößen geben kann, wie etwa den Ladezustand der Batterie, und dass selbstverständlich Randbedingungen eingehalten werden müssen, wie eine maximal zulässige Leistung der elektrischen Maschine. Als Leistung der elektrischen Maschine wird hier sowohl die Antriebsleistung im Fall des Motorbetriebs als auch die Bremsleistung im Fall des Generatorbetriebs verstanden.
Es ist auch vorteilhaft, wenn eine VTG-Stellung aus einem Kennfeld primär in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und vom Sollladedruck bestimmt wird. Es kann aber auch die VTG-Stellung zur Durchführung von längerfristigen Korrekturen benutzt werden, um die Lade/Entlade-Bilanz der Batterie z.B. durch den generatorischen Betrieb des elektrifizierten Abgasturboladers im Gleichgewicht zu halten.
Durch die besondere Ausgestaltung des Antriebssystems ist es insbesondere möglich, eine Optimierung des Gesamtwirkungsgrads dadurch zu erreichen, dass der Ladezustand der Hybridbatterie bei der Regelung des Abgasturboladers berücksichtigt wird. Ist beispielsweise der aktuelle Ladezustand über einem bestimmten Grenzwert, dann kann eine erhöhte Drehmomentanforderung primär über die weitere elektrische Maschine des Hybridantriebs erfolgen und es ist nicht erforderlich, den Abgasturbolader elektrisch zu beschleunigen. Bei geringem Ladezustand kann hingegen durch entsprechende Ansteuerung der elektrischen Maschine des Abgasturboladers schnell Drehmoment aufgebaut werden.
Zusätzlich dazu ist es auch vorteilhaft, wenn bei der Regelung der elektrischen Maschine der Ladzustand einer elektrischen Batterie berücksichtigt wird, die die elektrische Maschine versorgt.
In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Turbine des Abgasturboladers ständig mit dem Vollstrom des Abgases betrieben wird. Damit sind keine Regelungsorgane für die abgasseitige Beaufschlagung der Turbine erforderlich und die Leistungsregelung des Abgasturboladers obliegt allein der motorisch und generatorisch arbeitenden Elektromaschine des Abgasturboladers, was den Aufwand verringert.
Es ist auch günstig, wenn eine Abgasrückführung (AGR) vorgesehen ist, die vorzugsweise als Niederdruckabgasrückführung ausgebildet ist. Die AGR-Menge wird ebenfalls über Kennfelder bestimmt, insbesondere unter Berücksichtigung von Temperatur und Druck. Der Druck wird dabei vor und nach dem AGR-Ventil gemessen. Zusammen mit der Durchflusscharakteristik des AGR-Ventils kann die AGR-Menge an die Soll-AGR-Menge angepasst werden.
Bei Verwendung von Abgasrückführung steigt der Ladedruckbedarf. Insbesondere wird das Wastegate bzw. der VTG-Mechanismus so verstellt, dass der zusätzliche Ladedruckbedarf der AGR durch Schließen des Wastegates bzw. Schließen des VTG Verstellmechanismus berücksichtigt wird. Die Steuerzeit wird so verstellt, dass die Zylinderfüllung an den Bedarf bei AGR angepasst wird. Bei AGR wird im Fall eines Miller-Zyklus ein späterer Einlassschluss gewählt, bei einem Atkinson-Zyklus ein früherer. Auch eine Korrektur des gewünschten generatorischen bzw. motorischen Betriebs der elektrischen Maschine des Abgasturboladers kann so durchgeführt werden.
Um längerfristige Änderungen im Verhalten des Abgasturboladers oder anderer Komponenten auszugleichen, kann eine adaptive Regelung der elektrischen Maschine durch Messung mindestens einer Größe aus einer Gruppe vorgenommen werden, die die Drehzahl des Abgasturboladers, den Ladedruck, die Ladelufttemperatur und den Strom an der elektrischen Maschine sowie den Ladezustand einer Batterie im Antriebsstrang Hybridbatterie umfasst. Dabei werden über einen längeren Zeitraum bestehende Regelabweichungen erfasst und gegebenenfalls Regelparameter angepasst.
° Fig. 1 ein Diagramm, in dem die einzelnen Komponenten eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt sind;
° Fig. 2 und 3 Kennfelder, die den Betrieb der Brennkraftmaschine samt Abgasturbolader erklären; und
° Fig. 4 ein Diagramm, das das Regelungsverhalten erklärt.
Fig. 1 zeigt ein Antriebssystem für ein Hybrid-Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 1 mit einem im Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmer 2, der über eine Abgasleitung 3 mit einem Abgasturbolader 4 in Verbindung steht. Die Brennkraftmaschine 1 ist über ein Getriebe 5 mit einer weiteren elektrischen Maschine 6 verbunden, um alternativ oder gemeinsam Drehmoment an eine Antriebswelle 7 abgeben. Die vorliegende Erfindung grundsätzlich auf alle Arten von Hybridantrieb anwendbar, also nicht nur parallele Hybride wie dargestellt, sondern auch beispielsweise auf serielle Hybride.
Die weitere elektrische Maschine 6 wird über eine Hybridbatterie 8 versorgt und lädt diese im Generatorbetrieb auf.
Der Abgasturbolader 4 besitzt einen Verdichter 9, der über einen Ladeluftkühler 10 Ansaugluft verdichtet der Brennkraftmaschine 1 zuführt. Eine Turbine 11 ist über die Abgasleitung 3 mit dem integrierten Abgaskrümmer 2verbunden. Die Abgasleitung 3 ist möglichst kurz ausgeführt und kann auch entfallen, wenn die Turbine direkt an den Zylinderkopf angebaut ist. Auf der Welle von Verdichter 9 und Turbine 11 ist auch eine elektrische Maschine 12 angeordnet, die den Abgasturbolader 4 wahlweise antreibt oder als Generator Strom erzeugt.
Ein AGR-Kühler 13 und ein stromabwärts davon angeordnetes AGR-Ventil 14 ermöglichen es, Abgas aus einer Abgasleitung 15 stromabwärts der Turbine 11 in eine Ansaugleitung 16 stromaufwärts des Verdichters 9 einzuspeisen.
Die elektrische Maschine 12 wird von einer elektrischen Batterie 17 mit Strom versorgt. Dabei kann es sich um eine 12 V oder 48 V Bordbatterie handeln, es ist aber auch möglich, die Funktionen der elektrischen Batterie 17 und der Hybridbatterie 8 in einer einzigen Batterie zu kombinieren.
Auch die Drehzahl der als dezidierte Hybridmaschine ausgelegten Brennkraftmaschine 1 ist mit etwa 5000 1/min (Linie 25) gegenüber der technisch möglichen Drehzahl von 6000 1/min (Linie 24) begrenzt.
Durch die Regelung des Hybridantriebs wird versucht, Betriebspunkte unterhalb des Bereichs mit dem besten Wirkungsgrad nach Möglichkeit zu vermeiden (Bereich 26, Pfeil 30).
In Fig. 3 ist das Diagramm von Fig. 2 mit den Betriebsbereichen des Abgasturboladers 4 dargestellt. Im unteren Drehzahlbereich sind die Betriebspunkte angesiedelt, in denen die elektrische Maschine 12 den Abgasturbolader 4 antreibt (Bereich 27). Bei höheren Drehzahlen arbeitet die elektrische Maschine 12 im Generatorbetrieb (Bereich 28). Die Grenze zwischen den Bereichen 27 und 28 ist mit 29 gekennzeichnet. Im Bereich 32, der nach oben durch die Linie 31 begrenzt ist, ist der Abgasturbolader 4 nicht aktiv.
In Fig. 4 ist das Verhalten verschiedener Messgrößen in einem transienten Fahrzustand über der Zeit t dargestellt. Ausgangspunkt ist eine Erhöhung der Drehmomentanforderung durch eine Betätigung des Fahrpedals, was aus dem Anstieg der Kurve 36 ersichtlich ist, die die vom Fahrer gewählte Fahrpedalstellung angibt.
Im Ergebnis steigt letztlich die Last, also der effektive Mitteldruck (Kurve 37), während sich die Drehzahlen der weiteren elektrischen Maschine 6 (Turboladeristdrehzahl, Kurve 38) und die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 (Kurve 39) wenig verändern.
Genauer betrachtet steigt als Folge der erhöhten Drehmomentanforderung zunächst die Turboladersolldrehzahl (Kurve 40), der dann die
Aus dem Diagramm ist auch ersichtlich, dass der Sollladedruck (Kurve 43), stärker bzw. früher ansteigt als der Istladedruck (Kurve 44), was durch einen Korrekturfaktor (Kurve 45) berücksichtigt wird, der bei der Berechnung der erforderlichen Leistung der elektrischen Maschine (12) eingerechnet wird.
Ein weiterer VTG-Korrekturwert, der durch die Kurve 46 angedeutet ist, ist dazu vorgesehen, durch eine Veränderung der VTG-Stellung (Kurve 47) die Leistung der elektrischen Maschine innerhalb eines gewünschten Korridors zu halten, der sich aus den Maximalleistungen für Motor- bzw. Generatorbetrieb und dem Ladezustand der Batterie ergibt. Bei der in Fig. 4 dargestellten Situation liegt keine Korrektur der VTG-Stellung vor.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Hybridantriebe mit besonders hohem Gesamtwirkungsgrad darzustellen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Brennkraftmaschine (1) mit innerer Verbrennung und Fremdzündung mit einem im Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmer (2) und mit einem Abgasturbolader (4), der mit einer elektrischen Maschine (12) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass im integrierten
    Abgaskrümmer (2) eine Wärmeisolation vorgesehen ist.
    Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolation als isolierende Beschichtung ausgeführt ist.
    Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolation als isolierender Einsatz ausgeführt ist.
    Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) ein hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis aufweist, das vorzugsweise größer ist als 13 und besonders bevorzugt zwischen 14 und 16 liegt.
    Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) eine Ventilsteuerung aufweist, die auf einen Miller- oder Atkinson-Zyklus ausgelegt ist.
    Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und mindestens einer weiteren elektrischen Maschine (6), die das Kraftfahrzeug alternativ oder zusätzlich zur Brennkraftmaschine (1) antreibt.
    Verfahren zur Regelung eines Antriebssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der elektrischen Maschine (12) primär aufgrund einer Differenz zwischen einer
    Turboladersolldrehzahl und einer Turboladeristdrehzahl bestimmt wird.
    Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Turboladersolldrehzahl aus einem Kennfeld primär in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) und vom Sollladedruck bestimmt wird.
    11718
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine VTG-Stellung aus einem Kennfeld primär in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) und vom Sollladedruck bestimmt wird.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Brennkraftmaschine (1) gemäß einem Miller-Zyklus betrieben wird.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) gemäß einem Atkinson-Zyklus betrieben
    wird.
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (11) des Abgasturboladers (4) ständig mit dem Vollstrom
    des Abgases betrieben wird.
    13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführung vorgesehen ist, die vorzugsweise als Niederdruckabgasrückführung ausgebildet ist.
    14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine adaptive Regelung der elektrischen Maschine (12) durch Messung mindestens einer Größe aus einer Gruppe vorgenommen wird, die die Drehzahl des Abgasturboladers (4), den Ladedruck, die Ladelufttemperatur und den Strom an der elektrischen Maschine (12) sowie den Ladezustand
    einer Hybridbatterie (8) umfasst.
    15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regelung der elektrischen Maschine (12) der Ladzustand einer elektrischen Batterie (17) berücksichtigt wird, die die elektrische Maschine
    (12) versorgt.
    31.08.2022
    BA/iv
ATA50665/2022A 2022-08-31 2022-08-31 Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung AT526432B1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50665/2022A AT526432B1 (de) 2022-08-31 2022-08-31 Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung
DE102023123306.8A DE102023123306A1 (de) 2022-08-31 2023-08-30 Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50665/2022A AT526432B1 (de) 2022-08-31 2022-08-31 Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT526432B1 AT526432B1 (de) 2024-03-15
AT526432A4 true AT526432A4 (de) 2024-03-15

Family

ID=89844127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA50665/2022A AT526432B1 (de) 2022-08-31 2022-08-31 Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT526432B1 (de)
DE (1) DE102023123306A1 (de)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006000237A1 (de) * 2005-05-20 2006-11-23 Denso Corp., Kariya Ladedrucksteuervorrichtung für eine Kraftmaschine
DE202015101924U1 (de) * 2015-03-31 2015-06-03 Ford Global Technologies, Llc Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Turbinen und schaltbaren Auslassöffnungen
DE102016115125A1 (de) * 2015-08-27 2017-03-02 GM Global Technology Operations LLC Turboladesystem mit Elektromotor(en)
DE102016201166B3 (de) * 2016-01-27 2017-05-04 Ford Global Technologies, Llc Fremdgezündete flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit gekühltem Zylinderkopf
DE102016213386A1 (de) * 2016-07-21 2018-01-25 Ford Global Technologies, Llc Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
EP3421762A2 (de) * 2017-06-30 2019-01-02 MAN Truck & Bus AG Aufgeladene brennkraftmaschine
US20190101047A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 IFP Energies Nouvelles Two-valve internal-combustion engine
DE102017220404A1 (de) * 2017-11-15 2019-05-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlregelung einer elektrisch betriebenen Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006000237A1 (de) * 2005-05-20 2006-11-23 Denso Corp., Kariya Ladedrucksteuervorrichtung für eine Kraftmaschine
DE202015101924U1 (de) * 2015-03-31 2015-06-03 Ford Global Technologies, Llc Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Turbinen und schaltbaren Auslassöffnungen
DE102016115125A1 (de) * 2015-08-27 2017-03-02 GM Global Technology Operations LLC Turboladesystem mit Elektromotor(en)
DE102016201166B3 (de) * 2016-01-27 2017-05-04 Ford Global Technologies, Llc Fremdgezündete flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit gekühltem Zylinderkopf
DE102016213386A1 (de) * 2016-07-21 2018-01-25 Ford Global Technologies, Llc Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
EP3421762A2 (de) * 2017-06-30 2019-01-02 MAN Truck & Bus AG Aufgeladene brennkraftmaschine
US20190101047A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 IFP Energies Nouvelles Two-valve internal-combustion engine
DE102017220404A1 (de) * 2017-11-15 2019-05-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlregelung einer elektrisch betriebenen Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102023123306A1 (de) 2024-02-29
AT526432B1 (de) 2024-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2795075B1 (de) Verfahren zum betreiben eines antriebsaggregates und antriebsaggregat
DE102016203823B3 (de) Verfahren zum Betreiben einer abgasturboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit Teilabschaltung
EP2462328B1 (de) Turboaufgeladene hubkolbenkraftmaschine mit angeschlossenem drucktank zur turbolochüberbrückung und verfahren zum betrieb derselben
DE102010027220B4 (de) Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine
DE102011084782B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung
DE102012014713A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
EP3421762B1 (de) Aufgeladene brennkraftmaschine
DE60316064T2 (de) Abgasturbolader
EP2691622A1 (de) Verfahren zum betrieb einer mengengeregelten brennkraftmaschine und brennkraftmaschine
DE10306586A1 (de) Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine
DE102020121905A1 (de) Systeme und verfahren zum steuern einer aufladung während eines motorkaltstarts
EP3303805A1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
DE112005000534B4 (de) Antriebseinheit mit elektrisch angetriebener Aufladevorrichtung
DE102020102957A1 (de) Motor mit elektrischer kompressorverstärkung und eigenem abgasrückführungssystem
DE102012211527B4 (de) Motorbetrieb eines Verbrennungsmotors zum Schutz des Abgasstrangs bei Hochleistung
DE102014019556A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen
AT526432B1 (de) Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung
WO2012113425A1 (de) Abgasturboladeranordnung
DE202015103551U1 (de) Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine mit Teilabschaltung und Zusatzverdichter
DE102012011086A1 (de) Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine
DE102017212065B4 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit parallel angeordneten Turbinen und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
EP1591651B1 (de) Verfahren zur Erhöhung des Drehmomentes bei einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine
DE102008060944A1 (de) Heiß-Gas-Turboaufladung
DE102014220852B4 (de) Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit zusätzlicher Kühlung und Verfahren zur Kühlung einer derartigen Brennkraftmaschine
DE102020211925A1 (de) Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung und Aktor zur Beeinflussung der Füllung, sowie Steuerung eines solchen Verbrennungsmotors