DE102017211675B3

DE102017211675B3 - Apparatus and method for preventing condensate accumulation when charging an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102017211675B3
Application number: DE102017211675.7A
Authority: DE
Inventors: Hans-Günter Grosch; Andreas Kuske; Rainer Lach; Franz Arnd Sommerhoff
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2037-07-08

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zum Aufladen einer Brennkraftmaschine (31) offenbart, die mindestens einen Verdichter (2), mindestens einen Ladeluftkühler (3), mindestens einen Einlass (4) und einen Lader (5) umfasst, die über Strömungskanäle (8, 9, 10) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, wobei in Strömungsrichtung (16) der Ladeluftkühler (3) stromabwärts des Verdichters (2) und der Einlass (4) stromabwärts des Ladeluftkühlers (3) angeordnet sind, und der Lader (5) über einen zwischen dem Ladeluftkühler (3) und dem Einlass (4) angeordneten Bypass-Strömungskanal (10) mit dem Einlass (4) verbunden ist. Der Bypass-Strömungskanal (10) umfasst zwischen dem Ladeluftkühler (3) und dem Lader (5) einen ersten Kanalbereich (6), der in Strömungsrichtung (16) in Bezug auf eine Horizontale (15) aufwärts verläuft, und einen stromabwärts von dem ersten Kanalbereich (6) angeordneten zweiten Kanalbereich (7), der in Strömungsrichtung (16) in Bezug auf die Horizontale (15) abwärts verläuft.

The invention relates to a device (1) for charging an internal combustion engine (31), which comprises at least one compressor (2), at least one charge air cooler (3), at least one inlet (4) and a supercharger (5) which are connected via flow channels (8 , 9, 10) are fluidically interconnected, wherein in the flow direction (16) of the charge air cooler (3) downstream of the compressor (2) and the inlet (4) downstream of the charge air cooler (3) are arranged, and the loader (5) via a between the charge air cooler (3) and the inlet (4) arranged bypass flow channel (10) is connected to the inlet (4). The bypass flow channel (10) comprises between the charge air cooler (3) and the supercharger (5) a first channel region (6) which runs upwards in the flow direction (16) with respect to a horizontal (15) and one downstream of the first one Channel region (6) arranged second channel region (7) which runs in the flow direction (16) with respect to the horizontal (15) downwards.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufladen einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft zudem eine Brennkraftmaschinenanordnung und ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to an apparatus and a method for charging an internal combustion engine. The invention also relates to an internal combustion engine arrangement and a motor vehicle.

Brennkraftmaschinen werden in vielfach, beispielsweise im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen, mit Hilfe von Turboladern aufgeladen. Dies bewirkt eine Steigerung der Effizienz der Kraftmaschine. Die zum Aufladen verwendete Ladeluft wird dabei typischerweise mit Hilfe eines Ladeluftkühlers gekühlt. Während des Kühlprozesses produziert der Ladeluftkühler Kondensat.Internal combustion engines are often charged with the aid of turbochargers, for example in connection with motor vehicles. This causes an increase in the efficiency of the engine. The charge air used for charging is typically cooled by means of a charge air cooler. During the cooling process, the intercooler produces condensate.

Falls in Strömungsrichtung hinter dem Ladeluftkühler ein Lader, zum Beispiel ein Turbolader, insbesondere ein elektrischer Turbolader angeordnet ist, besteht die Gefahr, dass sich Kondensat vor dem elektrischen Turbolader ansammelt. Aus Package-Gründen bzw. Gründen einer volumeneffizienten Anordnung beispielsweise im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den elektrischen Turbolader geodätisch niedriger als den Einlasskrümmer, mit anderem Worten unter dem Einlasskrümmer zu platzieren und über einen Bypass-Strömungskanal zu verbinden. Dies hat insbesondere den Hintergrund, dass der elektrische Turbolader nicht permanent, sondern nur im Zusammenhang mit spezifischen Anwendungsgebieten betrieben wird. Es besteht allerdings die Gefahr, dass beim Starten des elektrischen Turboladers die Menge an Kondensat die zulässige Grenze für den Betrieb des elektrischen Turboladers bzw. elektrischen Kompressors überschreitet bzw. einen Wert erreicht, der die Lebensdauer und Funktionalität des elektrischen Turboladers beeinträchtigt.If, downstream of the intercooler, a supercharger, for example a turbocharger, in particular an electric turbocharger, is arranged downstream of the charge air cooler, there is a risk of condensate accumulating in front of the electric turbocharger. For package reasons or reasons of a volume-efficient arrangement, for example in connection with a motor vehicle, it has proven to be advantageous to place the electric turbocharger geodetically lower than the intake manifold, in other words below the intake manifold and to connect via a bypass flow channel. This has in particular the background that the electric turbocharger is not operated permanently, but only in connection with specific application areas. However, there is a risk that when starting the electric turbocharger, the amount of condensate exceeds the allowable limit for the operation of the electric turbocharger or electric compressor or reaches a value that affects the life and functionality of the electric turbocharger.

Die Verwendung eines elektrisch betriebenen Kompressors zur Erhöhung des Ladedrucks in einer Bypass-Leitung wird beispielsweise in dem Dokument EP 1 355 052 B1 beschrieben. In dem Dokument DE 10 2009 011 634 A1 ist ein Kondensatextraktor für Ladeluftkühlersysteme beschrieben, wobei Kondensat aus dem Ladeluftkühlersystem über eine dafür ausgelegte Öffnung in einem Schlauchelement abgeführt wird. Eine ähnliche Lösung ist in DE 10 2009 042 981 A1 offenbart. In dem Dokument DE 10 2011 056 617 A1 wird ein Ladeluftkühler von einem Verdichter mindestens eines Abgasturboladers und einer Brennkraftmaschine zuzuführender Ladeluft offenbart, wobei zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Ladeluftkühlers mindestens eine Bypassleitung vorgesehen ist und diese Bypassleitung derart dimensioniert ist, dass in Folge des Druckgefälles auf der Einlassseite des Ladeluftkühlers und der Auslassseite desselben sich ansammelndes Kondensat in Richtung auf die Auslassseite abführbar ist. In dem Dokument DE 10 2010 007 092 A1 wird ein Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader beschrieben, wobei ein Ablauf für ein in dem Ladeluftkühler kondensiertes Kondensat vorgesehen ist. In DE 102 38 839 A1 ist ein Ladeluftkühler mit einer Kondensat-Ablassöffnung beschrieben. In DE 10 2012 219 796 A1 wird eine Ladeluftzuführung beschrieben, die einen Kondensatsammelbereich aufweist. In dem Dokument DE 10 2007 033 175 A1 wird eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, einem mechanischen Lader und Ladeluftkühlern beschrieben, wobei ein Kanalbereich zwischen dem Ladeluftkühler und dem Lader aufwärts verläuft. In dem Dokument DE 10 1011 078 457 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler und einer Bypassleitung offenbart, wobei abwärts verlaufende Kanalbereiche vorgesehen sind.The use of an electrically operated compressor to increase the boost pressure in a bypass line is disclosed, for example, in the document EP 1 355 052 B1 described. In the document DE 10 2009 011 634 A1 a condensate extractor for intercooler systems is described, wherein condensate is discharged from the intercooler system via a designated opening in a hose member. A similar solution is in DE 10 2009 042 981 A1 disclosed. In the document DE 10 2011 056 617 A1 a charge air cooler is disclosed by a compressor of at least one exhaust gas turbocharger and an internal combustion engine to be supplied charge air, wherein between the inlet side and the outlet side of the charge air cooler at least one bypass line is provided and this bypass line is dimensioned such that due to the pressure gradient on the inlet side of the charge air cooler and the outlet side the same accumulating condensate can be discharged in the direction of the outlet side. In the document DE 10 2010 007 092 A1 An exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine is described with an exhaust gas turbocharger, wherein a sequence for a condensate condensate in the intercooler is provided. In DE 102 38 839 A1 is a charge air cooler with a condensate discharge opening described. In DE 10 2012 219 796 A1 a charge air supply is described which has a condensate collection area. In the document DE 10 2007 033 175 A1 describes an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger, a mechanical supercharger and intercoolers, wherein a channel region between the intercooler and the supercharger runs upwards. In the document DE 10 1011 078 457 A1 discloses a method for operating an internal combustion engine with a charge air cooler and a bypass line, wherein downwardly extending channel regions are provided.

Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Vorrichtung zum Aufladen einer Brennkraftmaschine und ein vorteilhaftes Verfahren zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Aufladen einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, eine Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 10, ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 und ein Verfahren zum Abführen von Kondensat nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Against the background described, it is an object of the present invention to provide an advantageous device for charging an internal combustion engine and an advantageous method. This object is achieved by an apparatus for charging an internal combustion engine according to claim 1, an internal combustion engine assembly according to claim 10, a motor vehicle according to claim 11 and a method for discharging condensate according to claim 12. The dependent claims contain further, advantageous embodiments of the invention.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufladen einer Brennkraftmaschine bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, die mindestens einen Verdichter, zum Beispiel einen Turbolader, mindestens einen Ladeluftkühler, einen Einlass und einen Lader umfasst. Der Verdichter, der Ladeluftkühler, der Einlass und der Lader sind über Strömungskanäle, strömungstechnisch miteinander verbunden. Dabei ist in Strömungsrichtung des Ladefluids, beispielsweise der Ladeluft, der Ladeluftkühler stromabwärts des Turboladers angeordnet. Der Einlass ist stromabwärts des Ladeluftkühlers angeordnet. Der Lader ist über einen zwischen dem Ladeluftkühler und dem Einlass angeordneten Bypass-Strömungskanal mit dem Einlass verbunden.The internal combustion engine charging device according to the invention relates to an internal combustion engine comprising at least one compressor, for example a turbocharger, at least one intercooler, an inlet and a supercharger. The compressor, the intercooler, the inlet and the supercharger are fluidically interconnected via flow channels. In this case, the charge air cooler is arranged downstream of the turbocharger in the flow direction of the charging fluid, for example, the charge air. The inlet is located downstream of the charge air cooler. The supercharger is connected to the inlet via a bypass flow passage located between the charge air cooler and the inlet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Bypass-Strömungskanal zwischen dem Ladeluftkühler und dem Lader einen ersten Kanalbereich und einen zweiten Kanalbereich umfasst. Der erste Kanalbereich verläuft in Strömungsrichtung in Bezug auf eine Horizontale stromaufwärts. Der zweite Kanalbereich ist stromabwärts von dem ersten Kanalbereich angeordnet und verläuft in Strömungsrichtung in Bezug auf die Horizontale abwärts. Der Lader kann als Turbolader, zum Beispiel als elektrischer Turbolader, ausgestaltet sein.The device according to the invention is characterized in that the bypass flow channel between the charge air cooler and the loader comprises a first channel region and a second channel region. The first channel region extends upstream in the flow direction with respect to a horizontal. The second channel region is located downstream of the first channel region and extends downstream in the flow direction with respect to the horizontal. The loader can be used as a turbocharger, For example, as an electric turbocharger be configured.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass eine Kondensatansammlung an dem Lader, insbesondere wenn dieser nicht betrieben wird, also nicht läuft, vermieden wird. Das durch den ersten Kanalbereich und den zweiten Kanalbereich in dem Bypass-Strömungskanal erzeugte Gefälle bewirkt einen Abtransport von durch den Ladeluftkühler produziertem Kondensat. Der Bypass-Strömungskanal zu dem Lader ist mit anderen Worten als ein umgekehrter Siphon gestaltet. Dadurch, dass der erste Kanalbereich aufwärts führt, wird verhindert, dass Kondenswasser zu dem elektrischen Turbolader fließt, das durch den ersten Kanalbereich zurückfließende Kondenswasser kann so unmittelbar über den den Ladeluftkühler mit dem Einlass verbindenden Strömungskanal direkt zu dem Einlass und damit zu der Verbrennungsmaschine bzw. Brennkraftmaschine geleitet werden.The device according to the invention has the advantage that condensate accumulation on the loader, in particular when it is not operated, ie not running, is avoided. The gradient created by the first channel region and the second channel region in the bypass flow channel causes a removal of condensate produced by the intercooler. The bypass flow channel to the loader is in other words designed as a reverse siphon. Due to the fact that the first channel region leads upwards, condensed water is prevented from flowing to the electric turbocharger; the condensate flowing back through the first channel region can thus flow directly via the flow channel connecting the intercooler to the inlet directly to the inlet and thus to the internal combustion engine or Internal combustion engine are passed.

In einer vorteilhaften Variante ist der Lader in vertikaler Richtung niediger bzw. geodätisch tiefer als der Einlass angeordnet. Der Lader kann also beispielsweise unter dem Einlass angeordnet sein. Dies ermöglicht eine kompakte und platzsparende Bauweise.In an advantageous variant, the loader is arranged lower or geodetically lower than the inlet in the vertical direction. The loader may thus be arranged, for example, under the inlet. This allows a compact and space-saving design.

In einer weiteren Variante umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen ersten Strömungskanal, der den Ladeluftkühler unmittelbar bzw. direkt mit dem Einlass verbindet. Dabei weist der erste Strömungskanal bevorzugt in Strömungsrichtung ein Gefälle auf. Mit anderen Worten wird das Ladefluid, also beispielsweise die Ladeluft, in Bezug auf eine Horizontale abwärts gerichtet zu dem Einlass geleitet. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass angesammeltes Kondensat effizient zum Einlass hin abgeführt werden kann.In a further variant, the device according to the invention comprises a first flow channel, which connects the intercooler directly or directly to the inlet. In this case, the first flow channel preferably has a gradient in the flow direction. In other words, the charge fluid, that is, for example, the charge air, is directed downwardly toward the inlet with respect to a horizontal. Such an arrangement has the advantage that accumulated condensate can be efficiently discharged to the inlet.

Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen ersten Strömungskanal aufweisen, der den Ladeluftkühler unmittelbar bzw. direkt mit dem Einlass verbindet. Dabei ist eine Einlassöffnung ist in den Bypass-Strömungskanal bevorzugt an einer Oberseite des ersten Strömungskanal angeordnet. Eine Anordnung des Eingangs in den Bypass-Strömungskanal an der Oberseite des ersten Strömungskanals hat den Vorteil, dass bereits eine Ansammlung von Kondensat beim Einströmen des Ladefluids in den Bypass-Strömungskanal reduziert oder vollständig vermieden wird.Advantageously, the device according to the invention can have a first flow channel which connects the intercooler directly or directly to the inlet. In this case, an inlet opening is preferably arranged in the bypass flow channel on an upper side of the first flow channel. An arrangement of the inlet in the bypass flow channel at the top of the first flow channel has the advantage that already an accumulation of condensate when flowing the charging fluid into the bypass flow channel is reduced or completely avoided.

Der erste Kanalbereich und/oder der zweite Kanalbereich des Bypass-Strömungskanals weisen/weist vorzugsweise eine Mittelachse auf, die einen Steigungswinkel bzw. Neigungswinkel zwischen 10° und 80° aufweist. Der Steigungswinkel bzw. Neigungswinkel kann insbesondere zwischen 30° und 60° liegen. Dabei bezieht sich der Steigungswinkel bzw. Neigungswinkel auf eine Horizontale. Mit anderen Worten kann der erste Kanalbereich eine Mittelachse mit einem Steigungswinkel in Bezug auf die Horizontale zwischen zwischen 10° und 80°, bevorzugt zwischen 30° und 60°, aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der zweite Kanalbereich eine Mittelachse mit einem Neigungswinkel in Bezug auf die Horizontale zwischen 10° und 80°, vorzugsweise zwischen 30° und 60°, aufweisen. Die genannten Steigungswinkel bzw. Neigungswinkel sind so gewählt, dass eine Kondensatablagerung vor dem Lader effizient vermieden wird und gleichzeitig der Ladefluidstrom durch den Bypass-Strömungskanal nicht behindert wird.The first channel region and / or the second channel region of the bypass flow channel preferably have / has a central axis which has a pitch angle or inclination angle between 10 ° and 80 °. The pitch angle or inclination angle can be in particular between 30 ° and 60 °. In this case, the pitch angle or inclination angle refers to a horizontal. In other words, the first channel region may have a central axis with a pitch angle with respect to the horizontal between between 10 ° and 80 °, preferably between 30 ° and 60 °. Additionally or alternatively, the second channel region may have a central axis with an inclination angle with respect to the horizontal between 10 ° and 80 °, preferably between 30 ° and 60 °. The mentioned pitch angle or inclination angle are chosen so that a condensate deposit in front of the loader is efficiently avoided and at the same time the charging fluid flow through the bypass flow channel is not hindered.

In einer vorteilhaften Variante umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein Ventil in dem zwischen dem Ladeluftkühler und dem Einlass angeordneten Strömungskanal, beispielsweise in dem oben definierten ersten Strömungskanal. Zusätzlich oder alternativ dazu kann in dem zwischen dem Ladeluftkühler und dem Lader angeordneten Strömungskanal, beispielsweise in dem Bypass-Strömungskanal mindestens ein Ventil angeordnet sein. In dem Bypass-Strömungskanal kann das Ventil vorzugsweise in dem ersten Kanalbereich angeordnet sein. Mit Hilfe der beschriebenen Ventile kann der Ladedruck am Einlass gesteuert oder geregelt werden und in diesem Zusammenhang der Anteil der über den Lader geführten Ladeluft gesteuert oder geregelt werden.In an advantageous variant, the device according to the invention comprises at least one valve in the flow channel arranged between the charge air cooler and the inlet, for example in the above-defined first flow channel. Additionally or alternatively, at least one valve may be arranged in the flow channel arranged between the intercooler and the supercharger, for example in the bypass flow channel. In the bypass flow channel, the valve may preferably be arranged in the first channel region. With the help of the described valves, the boost pressure can be controlled or regulated at the inlet and controlled in this context, the proportion of charge air guided through the loader or regulated.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschinenanordnung umfasst eine Brennkraftmaschine, zum Beispiel einen Verbrennungsmotor, und eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufladen der Brennkraftmaschine.The internal combustion engine arrangement according to the invention comprises an internal combustion engine, for example an internal combustion engine, and a previously described inventive device for charging the internal combustion engine.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und die erfindungsgemäße Brennkraftmaschinenanordnung können in Kraftfahrzeugen, auf Schiffen, Eisenbahnen, im Zusammenhang mit Stationärmotoren etc. Verwendung finden.The device according to the invention and the internal combustion engine arrangement according to the invention can be used in motor vehicles, on ships, railways, in connection with stationary engines, etc.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Brennkraftmaschinenanordnung. Es hat dieselben Eigenschaften, Merkmale und Vorteile, wie die oben beschriebene erfindungsgemäße Brennkraftmaschinenanordnung und Vorrichtung. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, ein Minivan, ein Motorrad oder ein anderes mittels einer Brennkraftmaschine betriebenes Fahrzeug handeln.The motor vehicle according to the invention comprises a previously described internal combustion engine arrangement according to the invention. It has the same characteristics, features and advantages as the engine arrangement and apparatus of the invention described above. The motor vehicle may be, for example, a passenger car, a truck, a minivan, a motorcycle or another vehicle operated by an internal combustion engine.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufladen einer Brennkraftmaschine betrifft eine Brennkraftmaschine, die mindestens einen Verdichter, zum Beispiel einen Turbolader, mindestens einen Ladeluftkühler, mindestens einen Einlass und einen Lader umfasst. Der Verdichter, der Ladeluftkühler, der Einlass und der Lader sind über Strömungskanäle, strömungstechnisch miteinander verbunden. Dabei ist in Strömungsrichtung, also in Strömungsrichtung des Ladefluids, beispielsweise der Ladeluft, der Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters angeordnet. Der Einlass ist stromabwärts des Ladeluftkühlers angeordnet. Der Lader ist über einen zwischen dem Ladeluftkühler und dem Einlass angeordneten Bypass-Strömungskanal mit dem Einlass verbunden.The inventive method for charging an internal combustion engine relates to an internal combustion engine, the at least one compressor, for example a turbocharger, at least one Intercooler, comprising at least one inlet and a loader. The compressor, the intercooler, the inlet and the supercharger are fluidically interconnected via flow channels. In this case, the charge air cooler is arranged downstream of the compressor in the flow direction, ie in the flow direction of the charging fluid, for example, the charge air. The inlet is located downstream of the charge air cooler. The supercharger is connected to the inlet via a bypass flow passage located between the charge air cooler and the inlet.

Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Anteil des den Ladeluftkühler verlassenden Ladefluids, beispielsweise der Ladeluft, durch einen zwischen dem Ladeluftkühler und dem Lader angeordneten ersten Kanalbereich des Bypass-Strömungskanals, der in Strömungsrichtung in Bezug auf eine Horizontale aufwärts verläuft, geleitet wird. Anschließend wird das Ladefluid durch einen zwischen dem Ladeluftkühler und dem Lader angeordneten zweiten Kanalbereich des Bypass-Strömungskanals, der in Strömungsrichtung in Bezug auf die Horizontale abwärts verläuft, geleitet. Vorzugsweise wird das Ladefluid aus dem zweiten Kanalbereich unmittelbar zu dem Lader weitergeleitet. Der Lader kann als Turbolader, zum Beispiel als elektrischer Turbolader, ausgestaltet sein.The method is characterized in that a portion of the charge air leaving the intercooler, for example, the charge air, by a arranged between the intercooler and the supercharger first channel region of the bypass flow channel, which runs in the flow direction with respect to a horizontal upwards, is passed. Subsequently, the charging fluid is passed through a arranged between the charge air cooler and the supercharger second channel region of the bypass flow channel, which runs downstream in the flow direction with respect to the horizontal. Preferably, the charge fluid from the second channel region is forwarded directly to the loader. The supercharger can be designed as a turbocharger, for example as an electric turbocharger.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Vorteile. Es verhindert durch die beschriebene Führung des Ladefluids zunächst in einer Aufwärts- und anschließend in einer Abwärtsrichtung das Ansammeln von Kondensat vor dem Lader.The method according to the invention has the advantages already described in connection with the device according to the invention. It prevents the accumulation of condensate before the loader by the described guidance of the charging fluid first in an upward and then in a downward direction.

Im Ergebnis wird durch die vorliegende Erfindung die Funktionsfähigkeit des unterhalb bzw. vertikal niedriger eines Einlasses bzw. geodätisch tiefer angeordneten Laders im Hinblick auf Beeinträchtigungen durch sich ansammelndes Kondensat sichergestellt. Gleichzeitig wird damit die Lebensdauer des Laders verlängert.As a result, by the present invention, the operability of below or vertically lower of an inlet or geodetically deeper arranged loader with regard to impairments caused by accumulating condensate. At the same time, this extends the life of the loader.

Die Figuren zeigen:

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufladen einer Verbrennungsmaschine.
2 zeigt schematisch eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufladen einer Verbrennungsmaschine.
3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.

The figures show:

1 shows schematically a device according to the invention for charging an internal combustion engine.
2 schematically shows a variant of the inventive device for charging an internal combustion engine.
3 schematically shows a motor vehicle according to the invention.

Die in den 1 und 2 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufladen einer Verbrennungsmaschine 1 umfasst einen Verdichter, zum Beispiel einen Turbolader 2, einen Ladeluftkühler 3, einen Lader, zum Beispiel einen elektrischen Turbolader 5 und einen Einlass 4 zur Verbrennungsmaschine. Bei der Verbrennungsmaschine kann es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, eines Schiffes, eines Schienenfahrzeugs oder einer stationären Kraftmaschinenanordnung handeln. Die genannten Komponenten sind durch Strömungskanäle strömungstechnisch miteinander verbunden. Die Strömungsrichtung des Auflade-Fluids, beispielsweise der Ladeluft, ist durch Pfeile 16 gekennzeichnet.The in the 1 and 2 shown inventive device for charging an internal combustion engine 1 includes a compressor, for example a turbocharger 2 , a charge air cooler 3 , a supercharger, for example an electric turbocharger 5 and an inlet 4 to the combustion engine. The internal combustion engine can be, for example, an internal combustion engine of a motor vehicle, a ship, a rail vehicle or a stationary engine arrangement. The components mentioned are fluidically connected to one another by flow channels. The flow direction of the supercharging fluid, for example the charge air, is indicated by arrows 16 characterized.

Im Einzelnen ist in Strömungsrichtung 16 der Verdichter 2 über einen Strömungskanal 8 mit dem Ladeluftkühler 3 verbunden. Der Ladeluftkühler 3 ist über einen Strömungskanal 9 mit dem Einlass 4 verbunden. Von dem Strömungskanal 9 zweigt ein Bypass-Strömungskanal 10 ab. Dieser verbindet den Ladeluftkühler 3 mit dem Lader 5. Der Lader 5 ist über den Bypass-Strömungskanal 10 mit dem Einlass 4 verbunden. Der Einlass 4 führt das verdichtete Auflade-Fluid, beispielsweise verdichtete Luft, zur Verbrennungsmaschine. Dies ist durch einen Strömungskanal mit der Bezugsziffer 11 angedeutet.In detail, in the flow direction 16 the compressor 2 via a flow channel 8th with the intercooler 3 connected. The intercooler 3 is via a flow channel 9 with the inlet 4 connected. From the flow channel 9 branches a bypass flow channel 10 from. This connects the intercooler 3 with the loader 5 , The loader 5 is via the bypass flow channel 10 with the inlet 4 connected. The inlet 4 leads the compressed charging fluid, such as compressed air, to the internal combustion engine. This is through a flow channel with the reference numeral 11 indicated.

In der erfindungsgemäßen Bauweise ist der Lader in einer vertikalen Richtung 17 unterhalb des Einlasses oder zumindest niedriger als der Einlass 4 bzw. geodätisch tiefer angeordnet. Dies hat Vorteile im Zusammenhang mit der Anordnung der Komponenten auf möglichst kleinem Raum. Aufgrund dieser Anordnung besteht jedoch die Gefahr, dass Kondenswasser über den Bypass-Strömungskanal 10 zum Lader 5 fließt, und dessen Funktionsfähigkeit beeinträchtigt. Der Bypass-Strömungskanal 10 umfasst deshalb einen ersten Kanalbereich 6 und einen in Strömungsrichtung 16 sich an diesen anschließenden zweiten Kanalbereich 7.In the construction according to the invention, the loader is in a vertical direction 17 below the inlet or at least lower than the inlet 4 or geodetically arranged deeper. This has advantages in connection with the arrangement of the components in the smallest possible space. Due to this arrangement, however, there is a risk that condensation through the bypass flow channel 10 to the loader 5 flows, and its functionality is impaired. The bypass flow channel 10 therefore includes a first channel region 6 and one in the flow direction 16 to this subsequent second channel area 7 ,

Der erste Kanalbereich 6 ist in Bezug auf eine Horizontale 15 aufwärts gerichtet. Er umfasst insbesondere eine Mittelachse 26, die mit der Horizontalen 15 einen Steigungswinkel α zwischen 10 und 80°, vorteilhafter Weise zwischen 30° und 60°, einschließt. Der zweite Kanalbereich 7 ist in Bezug auf die Horizontale 15 in Strömungsrichtung 16 abwärts gerichtet. Er umfasst beispielsweise eine Mittelachse 27, die mit der Horizontalen 15 einen Neigungswinkel β zwischen 10° und 80°, vorteilhafterweise zwischen 30° und 60°, einschließt. Vorteilhafterweise ist der Einlass von dem Strömungskanal 9 in den Bypass-Strömungskanal 10 an der Oberseite des Strömungskanals 9 angeordnet. Durch die gezeigte Ausgestaltung wird verhindert, dass Kondensat zu dem Lader fließt und dessen Funktionsfähigkeit beeinträchtigt.The first channel area 6 is in relation to a horizontal 15 upwards. In particular, it comprises a central axis 26 that with the horizontal 15 a pitch angle α between 10 and 80 °, advantageously between 30 ° and 60 °, includes. The second channel area 7 is in relation to the horizontal 15 in the flow direction 16 downwards. It includes, for example, a central axis 27 that with the horizontal 15 an inclination angle β between 10 ° and 80 °, advantageously between 30 ° and 60 °. Advantageously, the inlet is from the flow channel 9 in the bypass flow channel 10 at the top of the flow channel 9 arranged. The embodiment shown prevents condensate from flowing to the loader and impairing its functionality.

In einer bevorzugten Variante weist der den Ladeluftkühler 3 direkt mit dem Einlass 4 verbindende Strömungskanal 9 in Strömungsrichtung 16 ein Gefälle auf. Der Strömungskanal 9 weist also zum Beispiel eine Mittelachse 29 auf, die mit der Horizontalen 15 einen Winkel, der größer ist als 0 Grad, einschließt. Dadurch wird sichergestellt, dass Kondensat in dem Strömungskanal 9 zum Einlass 4 abfließt.In a preferred variant, it has the intercooler 3 directly with the inlet 4 connecting flow channel 9 in the flow direction 16 a gradient. The flow channel 9 Thus, for example, has a central axis 29 up, with the horizontal 15 an angle greater than 0 degrees. This will ensure that condensate in the flow channel 9 to the inlet 4 flows.

In den 1 und 2 ist zwischen dem Ladeluftkühler 3 und dem Einlass 4 ein Ventil 12 angeordnet. Das Ventil 12 ist noch präziser zwischen der Eingangsöffnung zu dem Bypass-Strömungskanal 10 und dem Einlass 4 angeordnet. Weiterhin ist in den 1 und 2 ein weiteres Ventil 13 zwischen dem Ladeluftkühler 3 und dem Lader 5 in dem Bypass-Strömungskanal 10 angeordnet. Bevorzugt ist das Ventil 13 in dem ersten Kanalbereich 6 angeordnet. Beide Ventile 12 und 13 ermöglichen eine Steuerung bzw. Regelung des Luftmassendurchflusses vom Ladeluftkühler 3 zum Einlass 4 und dabei insbesondere den Anteil der über den Lader 5 geleitet wird. Auf diese Weise kann der Ladeluftdruck am Einlass 4 eingestellt werden.In the 1 and 2 is between the intercooler 3 and the inlet 4 a valve 12 arranged. The valve 12 is even more precise between the inlet opening to the bypass flow channel 10 and the inlet 4 arranged. Furthermore, in the 1 and 2 another valve 13 between the intercooler 3 and the loader 5 in the bypass flow channel 10 arranged. The valve is preferred 13 in the first channel area 6 arranged. Both valves 12 and 13 allow control or regulation of the air mass flow rate from the intercooler 3 to the inlet 4 and in particular the proportion of the loader 5 is directed. In this way, the charge air pressure at the inlet 4 be set.

In der in der 2 gezeigten Variante ist im Unterschied zu der in der 1 gezeigten Variante, in der der Bypass-Strömungskanal 10 einen seitlich an dem Einlass 4 angeordneten Eingang 14 in diesen ausweist, der Eingang 14 unten an dem Einlass 4 angeordnet. Weiterhin ist der Lader 5 in der 1 unter dem Einlass 4 angeordnet und in der 2 neben dem Einlass 4 angeordnet. In beiden Varianten ist der Lader 5 aber in vertikaler Richtung 15 niedriger als der Einlass positioniert.In the in the 2 variant shown is unlike that in the 1 shown variant, in which the bypass flow channel 10 one at the side of the inlet 4 arranged entrance 14 in these identifies the entrance 14 down at the inlet 4 arranged. Furthermore, the loader 5 in the 1 under the inlet 4 arranged and in the 2 next to the inlet 4 arranged. In both variants is the loader 5 but in the vertical direction 15 positioned lower than the inlet.

Die 3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 30. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 30 umfasst einen Verbrennungsmotor 31 und eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Aufladen des Verbrennungsmotors 31. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, ein Motorrad, oder ein beliebiges anderes Kraftfahrzeug handeln.The 3 schematically shows a motor vehicle according to the invention 30 , The motor vehicle according to the invention 30 includes an internal combustion engine 31 and a device according to the invention 1 for charging the internal combustion engine 31 , The motor vehicle according to the invention may be, for example, a passenger car, a truck, a motorcycle, or any other motor vehicle.

Claims

Device (1) for charging an internal combustion engine (31), which comprises at least one compressor (2), at least one charge air cooler (3), at least one inlet (4) and a supercharger (5), which via flow channels (8, 9, 10 ) are fluidly connected to each other, wherein in the flow direction (16) the charge air cooler (3) downstream of the compressor (2) and the inlet (4) downstream of the charge air cooler (3) are arranged, and the loader (5) via a between the intercooler ( 3) and the inlet (4) arranged bypass flow channel (10) is connected to the inlet (4), characterized in that the bypass flow channel (10) between the charge air cooler (3) and the loader (5) has a first channel region (6), which runs upwards in the flow direction (16) with respect to a horizontal (15), and a second channel region (7) arranged downstream of the first channel region (6), which in the flow direction (16) with respect to the horizontal (FIG. 15) extends.

Device (1) according to Claim 1 , characterized in that the loader (5) in the vertical direction (17) is arranged lower than the inlet (4).

Device (1) according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that a first flow channel (9) connects the intercooler (3) directly to the inlet (4), wherein the first flow channel (9) in the flow direction (16) has a gradient.

Device (1) according to one of Claims 1 to 3 characterized in that a first flow channel (9) connects the charge air cooler (3) directly to the inlet (4) and an inlet opening in the bypass flow channel (10) is arranged on an upper side of the first flow channel (9).

Device (1) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the first channel region (6) and / or the second channel region (7) of the bypass flow channel (10) has a central axis (26, 27) with respect to a horizontal (15) a pitch angle (α, β) between 10 degrees and 80 degrees.

Device (1) according to Claim 5 , characterized in that the first channel region (6) and / or the second channel region (7) has a central axis (26, 27) with respect to a horizontal (15) a pitch angle (α, β) between 30 degrees and 60 Degree.

Device (1) according to one of Claims 1 to 6 Characterized in that at least one valve (12, 13) in the disposed in the between the charge air cooler (3) and the inlet (4) arranged flow channel (9) and / or between the charge air cooler (3) and the loader (5) Flow channel (9, 10) is arranged.

Device (1) according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the compressor (2) and / or the supercharger (5) are designed as turbochargers.

Device (1) according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the loader (5) is designed as an electric turbocharger.

An internal combustion engine arrangement comprising an internal combustion engine (31) and a device (1) for charging the internal combustion engine (31) according to any one of the preceding claims.

Motor vehicle (30), which an internal combustion engine arrangement according to Claim 10 includes.

Method for charging an internal combustion engine (31) comprising at least one compressor (2), at least one intercooler (3), at least one inlet (4) and a supercharger (5) fluidly connected to one another via flow channels (8, 9, 10) are connected, wherein in the flow direction (16) of the charge air cooler (3) downstream of the compressor (2) and the inlet (4) downstream of the charge air cooler (3) are arranged, and the loader (5) via a between the intercooler (3) and The bypass flow channel (10) arranged at the inlet (4) is connected to the inlet (4), characterized in that a portion of the charge fluid leaving the charge air cooler (3) is arranged between the charge air cooler (3) and the loader (5) first channel region (6) of the bypass flow channel (10), which in the flow direction (16) upwards with respect to a horizontal (15) is passed, and then by a between the intercooler (3) and the L Arranged (5) second channel region (7) of the bypass flow channel (10), which runs in the flow direction (16) with respect to the horizontal (15) downwards, is passed.

Method according to Claim 12 , characterized in that the compressor (2) and / or the supercharger (5) are designed as turbochargers.

Method according to Claim 12 or 13 , characterized in that the loader (5) is designed as an electric turbocharger.