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WO2016045829A1 - Supercharging system for an internal combustion engine and method therefor - Google Patents

Supercharging system for an internal combustion engine and method therefor Download PDF

Info

Publication number
WO2016045829A1
WO2016045829A1 PCT/EP2015/067489 EP2015067489W WO2016045829A1 WO 2016045829 A1 WO2016045829 A1 WO 2016045829A1 EP 2015067489 W EP2015067489 W EP 2015067489W WO 2016045829 A1 WO2016045829 A1 WO 2016045829A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hydraulic
turbine
charging system
valve
hydraulic drive
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/067489
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gabriele Sgroi
Matthias Miller
Steffen Meyer-Salfeld
Daniel Conzelmann
Yvan Gauthier
Giovanni Cornetti
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2016045829A1 publication Critical patent/WO2016045829A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/34Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
    • F02B33/36Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of positive-displacement type
    • F02B33/38Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of positive-displacement type of Roots type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a charging system for an internal combustion engine and a drive device, which is particularly suitable for an auxiliary compressor of such a charging system, and a method, in particular for operating such a charging system.
  • turbocharging almost exclusively takes place. This serves on the one hand to increase the specific engine power and on the other hand to save fuel by otherwise using lost exhaust enthalpy.
  • Unsatisfactory when charging by turbocharger is their transient response, because the boost pressure typically takes about 1 to 3 seconds, because only about sufficient exhaust gas mass flow and thus turbine power boost pressure can be built.
  • the exhaust gas mass flow in turn depends on the boost pressure, so that the structure of both variables is in mutually dependent relationship with each other and thus develops a relatively slow dynamics.
  • the fuel injection amount is limited during construction, since at low boost pressure less air in the cylinders of the internal combustion engine is present and therefore also less oxygen, which is available for combustion. Accordingly, the engine power of the internal combustion engine is dimensioned during the boost pressure construction significantly lower than the stationarily achievable engine power.
  • a hydraulic turbine drive for a compressor for use in internal combustion engines is known.
  • the turbine drive on a turbine wheel with turbine blades.
  • Concentric with the turbine wheel is provided an outer ring having a plurality of nozzles formed therein for accelerating the fluid impinging on the turbine blades by a fluid medium distributed into the nozzles via an inlet channel and an inlet cavity, resulting in rotation of the turbine wheel.
  • a disadvantage of this prior art is that the turbine drive is only suitable for pressures in the range of about 1500 psi, ie in the order of about 100 bar.
  • the charging system with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the transient behavior of turbocharged internal combustion engines is significantly improved by a drivable by a hydraulic drive auxiliary compressor is assigned to the turbocharger, the hydraulic drive when actuated by a hydraulic medium its hydraulic drive energy to the auxiliary compressor mechanically mediated to the auxiliary compressor connect the turbocharger.
  • This advantageously makes it possible to increase the torque which can be achieved transiently or else stationarily by the internal combustion engine.
  • reduced pollutant emissions combined with low fuel consumption can be achieved by the comparatively high compression of the fresh air supplied.
  • the charging system according to the invention is suitable for use in particular in commercial vehicles with integrated therein hydraulic device, such as in excavators or wheel bearings or the like.
  • An embodiment of the invention may consist in that the additional compressor is arranged upstream of the turbocharger in the flow direction of the fresh air gases. As a result, the additional compressor works in the switched-on state as Vorverêtrtre.
  • Another embodiment of the invention may consist in that the additional compressor is downstream of the turbocharger in the flow direction, so that the additional compressor operates in the switched-on state as a post-compressor stage for the coming of the turbocharger air.
  • a hydraulic pump with the hydraulic drive via valve switching means can be connected.
  • the hydraulic pump can be used when the inventive charging system in a commercial vehicle, such as an excavator or wheel loader, be the existing hydraulic pump of the commercial vehicle.
  • the valve switching means may comprise at least one valve which in a
  • the valve switching means at least a first and a second valve, which are arranged in a supply line between the hydraulic pump and the hydraulic drive, wherein the valve switching means release the supply line to the hydraulic drive when both valves are switched to passage, whereas the Supply line is blocked when both valves are switched to the blocking position.
  • Valves arranged in series in the supply line This embodiment opens up an extended range of functions, which comes into play in particular if, according to a preferred embodiment, a hydraulic accumulator is provided which can be filled with the hydraulic medium via a hydraulic pump and which can be connected to the hydraulic drive via the valve switching means.
  • the first valve in the flow direction downstream second valve in its open position connects the hydraulic accumulator via at least one line to the hydraulic drive when the first valve is switched to its blocking position.
  • This allows the hydraulic accumulator or pressure accumulator as needed, i. if there is a transient load request, the stored one within a short time
  • the first valve in its open position connects the hydraulic pump with the hydraulic accumulator via at least one line when the second valve is switched to its blocking position.
  • the second valve ensures that the supply of hydraulic fluid to the hydraulic drive during the filling of the hydraulic accumulator is blocked.
  • a check valve is arranged such that a return flow of the hydraulic medium to the hydraulic pump is blocked via the first valve.
  • a preferred development of the invention with which a largely automated operation of the auxiliary compressor and thus of the charging system is possible, is that a control device for detecting the operating state of the charging system and for controlling the valve switching means is provided, which is associated with the additional compressor, in dependence on detected
  • a transmission can be arranged between the additional compressor and the hydraulic drive in order to convey the drive energy of the hydraulic drive to the auxiliary compressor.
  • a transmission is only required if the speeds of the hydraulic drive and the associated additional compressor differ from each other.
  • the hydraulic drive may comprise a turbine and at least one injector which are arranged relative to one another such that a jet of the hydraulic medium which can be generated by the injector detects at least one turbine active element of the turbine in order to drive the turbine.
  • Embodiment may consist in that the hydraulic drive comprises a Pelton turbine, wherein the turbine active elements are formed as arranged on a circumference of a turbine blades blades and the injector generated by the beam is directed approximately tangentially to the circumference of the turbine wheel to sequentially detect the blades. This is faster
  • the hydraulic drive may comprise a Tesla turbine, wherein the turbine NEN active elements are arranged as arranged on a turbine axis of a turbine wheel and axially spaced apart from each other by slots discs and the jet, which can be generated by the injector, is directed approximately parallel to the surface of at least one of the disks on an outer edge of the disks.
  • An advantageous embodiment of the invention may be that is provided as the hydraulic medium for operating the hydraulic drive diesel fuel.
  • a hydraulic pump for supplying the hydraulic medium a diesel high-pressure pump which is present in any case on a diesel internal combustion engine as standard can be used in a cost-saving manner.
  • the additional compressor may be designed as a positive displacement. Since positive displacement superchargers are typically characterized by a relatively low drive speed level of about 5,000 to 10,000 revolutions per minute, the hydraulic drive for the
  • additional compressors are selected from a wide variety of different and available series hydraulic motor types, including, for example, axial piston, radial piston, external gear, internal gear or vane motors.
  • the additional compressor is designed as a volumetric compressor, preferably as a spiral charger or G-charger, then a fast response can also be achieved for a specially designed additional compressor, especially at relatively low speeds, since spiral-wound or G-type superchargers are used.
  • Chargers belong to the group of displacement loaders.
  • the additional compressor can be realized as a screw compressor or Roots compressor, since such compressors also belong to the group of displacement loaders and thus achieve a relatively high efficiency at low speeds.
  • a drive device which is particularly suitable for an auxiliary compressor of such a charging system, has a turbine with turbine reaction elements for absorbing the kinetic energy of a fluid.
  • at least one injector is provided, which is arranged in such a way to the turbine that a jet of the fluid, which can be generated by the injector, of at least one of the
  • An embodiment of the drive device may consist in that the turbine is designed as a Pelton turbine, wherein the turbine active elements are formed as arranged on a circumference of a turbine blades blades and the injector generated by the beam is directed approximately tangentially to the circumference of the turbine wheel to successively to detect the blades. Since the Pelton turbine typically has an extremely low moment of inertia in relation to the achievable performance, in combination with the characteristic properties of the injector, a fast speed build-up in the drive device is possible.
  • the drive device may consist in that the turbine is designed as a Tesla turbine, wherein the turbine active elements are arranged as arranged on a turbine axis of a turbine wheel and axially spaced from each other by slots discs and the injector generated by the beam about parallel to the surface of at least one the discs is directed to an outer edge of the discs.
  • the turbine is designed as a Tesla turbine, wherein the turbine active elements are arranged as arranged on a turbine axis of a turbine wheel and axially spaced from each other by slots discs and the injector generated by the beam about parallel to the surface of at least one the discs is directed to an outer edge of the discs.
  • Charging system includes the following steps of detecting the current operating condition, in particular the boost pressure of the charging system, the activation of the auxiliary compressor depending on the detected operating state of the charging system, wherein the auxiliary compressor associated hydraulic raulikantrieb is actuated by supplying a hydraulic medium, and
  • auxiliary compressor Deactivating the auxiliary compressor when reaching or exceeding a certain boost pressure levels in the charging system, wherein the hydraulic drive is shut off by shutting off the supply of hydraulic medium to the hydraulic drive.
  • the auxiliary compressor is preferably activated during the boost pressure buildup phase of the supercharging system.
  • a variant of the method may consist in enabling a passage from a hydraulic pump to the hydraulic drive to activate the auxiliary compressor. The then flowing from the hydraulic pump to the hydraulic drive hydraulic medium sets the hydraulic drive in motion, which in turn carries the coupled additional compressor. The auxiliary compressor activated thereby compresses the incoming fresh air and thus supports the turbocharger when building up the boost pressure.
  • a passage from a hydraulic accumulator containing the hydraulic medium to the hydraulic drive is released to activate the additional compressor.
  • An advantageous and expedient development of the method according to the invention is that in the deactivated state of the additional compressor of the hydraulic accumulator is filled with the hydraulic medium by a passage from the hydraulic pump is released to the hydraulic accumulator.
  • FIG. 1 is a diagram of an additional compressor with a hydraulic drive and a transmission arranged therebetween,
  • FIG. 2 is a schematic of a first embodiment of a supercharging system for an internal combustion engine, wherein the supercharging system includes an air cleaner, a turbocharger, a charge air cooler, a throttle, an engine block having a plurality of cylinders, wherein the supercharger is upstream with an associated control unit upstream of the turbocharger, 3 shows a diagram of a second embodiment of the supercharging system, wherein the additional compressor with the associated control unit downstream of the turbocharger,
  • Fig. 4 is a schematic representation of a first embodiment of a circuit arrangement for the hydraulic drive and the auxiliary compressor with a hydraulic pump and a directional control valve, the directional control valve in a first position blocks a connecting line between the hydraulic pump and the hydraulic drive and releases the connecting line in a second position .
  • FIG. 5 is a schematic representation of a second embodiment of the circuit arrangement for the hydraulic drive and the additional compressor
  • FIG. 6 is a diagram of a hydraulic drive formed from a Pelton turbine and a Magnetinjektor,
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the booster compressor together with the hydraulic drive formed by Magnetinjektor and Pelton turbine of FIG. 6,
  • FIG. 8 is a partially sectioned view of the hydraulic drive of Fig. 7,
  • FIG. 9 shows a flow chart with the essential method steps of a first embodiment variant of a method for operating the charging system.
  • FIG. 10 shows a flow chart with the essential method steps of a second variant of the method for operating the charging system.
  • Fig. 1 shows schematically a section of an inventive
  • Charging system 10 for an internal combustion engine wherein the charging system 10 is an additional compressor 11, a hydraulic drive 12 for the auxiliary compressor 11th and a arranged between additional compressor 11 and hydraulic drive 12 transmission 13 has.
  • the auxiliary compressor 11 comprises a compressor housing 11 ' and a compressor wheel 11 " received therein, which is driven by the hydraulic drive 12 via the intermediate gear 13 to suck in fresh air according to arrow 14, to compress and then the compressed air according to
  • the hydraulic drive 12 associated with the auxiliary compressor is preferably designed as a hydraulic motor, for example as an axial piston motor, external gear motor or vane motor, and is operated with a hydraulic medium, which is supplied via a first hydraulic connection 12 ' and can flow away again via a second hydraulic connection 12 "
  • the transmission can be designed as a friction gear
  • the auxiliary compressor 11 serves to support a turbocharger, especially during transient processes, in that the additional compressor compresses air, as long as the turbocharger
  • the additional compressor can be designed as a radial compressor
  • the additional compressor can be used advantageously as a volumetric compressor, eg as a spiral loader a be educated; In this case, an intermediate gear is dispensable, since the additional compressor and the hydraulic drive operate in the same speed range.
  • Spiral loaders are - as is known in the art - the group of
  • FIG. 2 schematically illustrates a first embodiment of the
  • the charging system 10 includes a turbocharger 16 having its compressor side 16 'received in an intake branch 17 of the charging system 10.
  • the turbine side 16 "of the turbocharger 16 is accommodated in an exhaust branch 18, with the compressor side 16 ' and the turbine side 16 " being connected via a shaft 16 "'
  • a charge air cooler 19 downstream of the compressor side 16 'of the turbocharger 16 is arranged to cool down the air compressed by the turbocharger, which then passes into the engine 21 via a throttle valve 20 located downstream of the charge air cooler 19. From the engine 21, the exhaust gas flows into the exhaust branch 18.
  • Part of the exhaust gases becomes via an exhaust gas recirculation line 18 ' , in which an exhaust gas cooler 22 with downstream Exhaust gas recirculation valve 22 'is arranged, branched off and fed back to the input of the internal combustion engine 21.
  • a secondary line 27 is provided, which is arranged parallel to the exhaust gas cooler 22, wherein in the secondary line 27, a valve 27 'is received on the input side, with which the secondary line 27 can be opened or blocked.
  • the majority of the exhaust gases passes in the exhaust branch 18 to the turbine side 16 "of the turbocharger 16, wherein a parallel to the turbine side 16 " extending Wastegate- line can be opened or closed by means of a wastegate valve 23 received therein input side.
  • the exhaust gases flowing through the turbine side 16 " drive the compressor side 16 'of the turbocharger 16 via the shaft 16 "' .
  • the additional compressor 11 is driven by means of - not shown in Fig. 2 - hydraulic drive.
  • an air filter 24 is arranged on the intake side in the intake branch 17.
  • the fresh air flowing through the air filter 24 passes on the one hand to the additional compressor 11 and on the other hand to a parallel to the auxiliary compressor 11 extending bypass line 25 in which a bypass valve 25 ' is added.
  • the charging system 10 is now controlled so that the auxiliary compressor 11 is operated during the supercharger pressure build-up, wherein the bypass valve 25 ' in his
  • the element denoted by reference numeral 11 in FIG. 2 comprises not only the auxiliary compressor but also the associated hydraulic drive and, if necessary, an intermediate transmission.
  • hydraulic connections 11-1 and 11-2 are provided for the supply and removal of a hydraulic medium, which connect the hydraulic drive of the additional compressor with a hydraulic pump.
  • a control device 26 For controlling the auxiliary compressor 11 and the associated hydraulic drive, a control device 26 is provided which is connected electronically via an electrical signal line 26 ' to the auxiliary compressor and the hydraulic drive via valve switching means (to be explained below). In addition, the controller 26 is electronically on Sensors connected to the respective current operating condition of the internal combustion engine 21 and the charging system 10, in particular to detect the boost pressure.
  • FIG. 3 schematically illustrates the charging system 10 according to a second embodiment, which differs from the first embodiment shown in FIG. 2 essentially in that the additional compressor 11 is arranged downstream of the compressor side 16 'of the turbocharger 16 in the intake branch 17, as viewed in the direction of flow of the fresh air is.
  • the same reference numerals designate the same or similar elements as in FIG. 2.
  • the element designated by reference numeral 11 in FIG. 3 includes not only the auxiliary compressor but also the associated hydraulic drive and, if required, one intermediate gearbox.
  • the turbocharger 16 is arranged with its compressor side 16 'seen in the flow direction of the fresh air downstream of the air filter 24 in the intake branch 17.
  • the intercooler 19 is arranged immediately behind the compressor side 16 'of the turbocharger.
  • the charge air cooler 19 is seen in the flow direction of the fresh air, the additional compressor 11 with the parallel thereto bypass line 25 downstream, in which the bypass valve 25 ' is added.
  • the throttle valve 20 is arranged in front of the input side of the internal combustion engine 21.
  • the additional compressor 11 thus operates in post-compression function.
  • Charging system is the control device 26, which in this case performs substantially the same functions as in the first embodiment.
  • the control device 26 opens the bypass valve 25 ' in order to guide the incoming air via the bypass line 25 about the additional compressor 11 in order to avoid flow losses.
  • Fig. 4 shows very schematically an embodiment of a circuit arrangement of a hydraulic part of the charging system according to the invention.
  • the auxiliary compressor 11 is associated with a hydraulic drive 12, which drives the auxiliary compressor 11.
  • a hydraulic pump 30 is provided, which is connected to the suction side of a tank 34 with the hydraulic medium and can be designed, for example, as a gear or axial piston pump with a fixed or variable displacement volume ,
  • a valve 31, which is designed as a multi-way valve and is controllable by the control device 26, not shown in FIG.
  • valve 31 shuts off the passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 by the valve 31 connecting a line section of the supply line 32 extending between the hydraulic pump 30 and the valve 31 to a line 33 leading from the valve 31 to the tank 34 leads.
  • the valve 31 releases a passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 by the valve 31 extending between the hydraulic pump 30 and the valve 31 extending line section of the supply line 32 separates from the line 33 and instead connects this line section with a running between the valve 31 and the hydraulic drive line section of the supply line 32.
  • the hydraulic pump 30 can supply the hydraulic drive 12 with the hydraulic medium.
  • the control of the valve 31 by means of the control device 26 in this case so that the valve 31 is switched only during the active operation of the auxiliary compressor 11 in its second position in which the passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 is released, and during the deactivated state of the additional compressor 11 in its first position, ie blocking position, remains switched.
  • FIG. 5 shows a highly diagrammatic view of a modified embodiment of a circuit arrangement of the hydraulic part of the charging system according to the invention, as compared to FIG. 4.
  • This modification differs from the variant illustrated in FIG. 4 essentially in that, instead of the valve 31 (FIG. 4), a valve block 40 with additional functions is provided in order to by means of a hydraulic accumulator or pressure accumulator 49 to be able to supply the hydraulic drive 12 with the hydraulic medium during the active phase of the auxiliary compressor 11.
  • the valve block 40 comprises two valves 41, 42, which are designed as electrically controllable directional valves, in the preferred embodiment as a solenoid valves, and also a pressure sensor 43, a
  • valves 41, 42 are in the leading from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 hydraulic supply line 32 in flow direction - seen consecutively, ie taken in series.
  • the first valve 41 blocks the passage from the hydraulic pump 30 to the second valve 42 and thus to the hydraulic drive 12, by the valve 41 having a first line section of the supply line 32 extending between the hydraulic pump 30 and the first valve 41 with a line 33 connects, which leads from the first valve 41 to the tank 34.
  • the first valve 41 opens a passage to the second valve 42, in which the first valve 41 connects the first line section of the supply line 32 with its second line section, which extends between the first valve 41 and the second valve 42. If in this case the second valve 42 is in its first position, that is to say in its blocking position, then the passage is to the hydraulic drive
  • Hydraulic pump 30 fill the hydraulic accumulator 49 with the hydraulic medium.
  • the valve 42 releases the passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 by connecting the second line section of the supply line to a third line section located between the second valve 42 and the hydraulic drive 12 extends.
  • the hydraulic accumulator 49 can supply the hydraulic drive 12 with the hydraulic medium, since the lines 46 and 47 are connected via the open second valve 42 to the third line section of the supply line 32.
  • the pressure limiting valve 44 is received in the line 47 and thereby serves to secure the maximum permissible pressure for the hydro- memory 49 and the hydraulic drive 12.
  • the coupled to the line 47 pressure sensor 43 is used for pressure detection in the lines 46 and 47 and transmits the corresponding measurement data to the - not shown - control device 26; upon reaching a predetermined pressure threshold, the pressure relief valve 44 is activated, which then opens to relieve the hydraulic accumulator 49 and remove from the hydraulic accumulator 49 a certain amount of hydraulic medium to the tank 34 via line 47 until the pressure falls below the predetermined pressure threshold.
  • the check valve 45 accommodated between the two valves 41, 42 in the second line section of the supply line 32 is upstream of the line 46 in the conveying direction and thereby prevents backflow of the hydraulic medium to the hydraulic pump 30.
  • the control or interaction of the individual elements or components in FIG 5 takes place by means of the control device 26 (not shown in FIG.
  • FIG. 6 shows a sectional view of a realization of the hydraulic drive, which is particularly suitable for driving the auxiliary compressor 11 and is formed by an injector 50 and a Pelton turbine 51.
  • an injector is commonly used in diesel engines to inject fuel into the engine's combustion space
  • a Pelton turbine is typically used in hydroelectric power plants for power generation by converting the pressure and velocity energy of water in the Pelton turbine into rotational energy is then converted by a generator into electrical energy.
  • the injector 50 and the Pelton turbine 51 are positioned to each other so that the outlet-side injector facing the Pelton turbine 51 and the
  • Injektorlteilsachse 50 " along which extends a Injektordruckhunt, approximately tangent to the circumference of the Pelton turbine 51 is aligned so that a generated by the injector 50 and at the injector via a received there injector needle exiting fluid jet 50 ' a respective top and Fluid jet 50 ' facing turbine blade 52 of the turbine 51 detects and thereby set the blade assembly of the turbine 51 to the turbine rotation axis 53 in motion.
  • the fluid which may be, for example, water, diesel fuel, hydraulic oil or the like, fed under high pressure into the injector and greatly accelerated at the outlet side or injection port side injector under pressure release, the fluid jet 50 'is formed, which then successively impinges on the blades 52 arranged on the circumference of the turbine.
  • the injector 50 fulfills the one hand, the function of the beam formation and on the other hand, a valve function of turning on and off the turbine and thus the hydraulic drive.
  • the injector 50 can open and close relatively quickly, so that high dynamics can be achieved during switching on and off operations of the Pelton turbine 51.
  • FIG. 7 shows in a view analogous to FIG. 1 the additional compressor 11 together with an embodiment of the hydraulic drive 12 as part of the charging system according to the invention, wherein the hydraulic drive 12 for the auxiliary compressor 11 by the arrangement comprising the injector 50 and the Pelton turbine 51 Fig. 6 is realized.
  • an injector 50 with a Pelton turbine 51 taking advantage of the low moment of inertia of the Pelton turbine 51 and the rapid beam formation by means of the injector 50, a fast response of the auxiliary compressor, causing high speeds of the Pelton turbine and thus the Hydraulic drive 12 are possible, so that a transmission between additional compressor 11 and hydraulic drive 12 is dispensable.
  • FIG. 8 illustrates the hydraulic drive of FIG. 7, wherein a first hydraulic connection 12 ' serves to supply the hydraulic fluid and to the injector while a second hydraulic port 12 " serves to recirculate the hydraulic fluid and is provided end to a return line 54 of the Pelton turbine 51.
  • a modified embodiment of the arrangement of Figures 7 and 8 is that a turbine is a Tesla turbine
  • the injector is arranged with respect to the Tesla turbine such that a fluid jet generated at its exit-side injector end faces an inlet at the outer edge of and axially spaced from each other on a turbine axis of the Tesla turbine As they pass through the slots, the fluid jet generated by the injector transfers its kinetic energy to the respective surfaces of the discs, whereby the latter are known per se WirkRoci p the Tesla turbine in a rotational movement about its rotation or
  • FIG. 9 shows a flowchart, generally designated by 100, showing the essential method steps of a first embodiment of the method according to the invention, which is implemented in the control device 26 and is used to operate the charging system 10, i. the interaction of the individual components of the charging system is used.
  • the first embodiment of the method corresponds to the circuit arrangement of FIG. 4.
  • a first method step 110 the current operating state of the charging system 10, in particular the charging pressure, is continuously recorded and evaluated or analyzed by means of the control device 26. If the control device 26 recognizes on the basis of the recorded and evaluated measurement data that there is a boost pressure build-up phase, then in an adjoining process step
  • the control device 26 controls electrically the valve switching means 31, whereupon the passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 for the hydraulic fluid via the supply line 32 is released.
  • the hydraulic medium flowing to the hydraulic drive 12 then sets the hydraulic drive 12 in
  • the control device 26 continuously checks whether a predetermined charge pressure has been reached. For this purpose, a comparison of the continuously detected boost pressure measurement data with the predetermined boost pressure level is performed. If this comparison step 130 reveals that the predetermined boost pressure level has been reached or even exceeded, the deactivation or deactivation of the auxiliary compressor 11 takes place in an immediately following method step 140 in that the control device 26 controls the valve switching means 31 in such a way that the passage from the hydraulic pump 30 is shut off to the hydraulic drive 12 for the hydraulic fluid, whereupon the hydraulic drive 12 and thus the
  • step 110 there is a return to step 110. If, however, the comparison step 130 that the predetermined boost pressure level has not yet been reached, while the line for the operation of the auxiliary compressor 11 is kept open until - waited until the predetermined boost pressure level is reached.
  • the predetermined boost pressure level can be calculated according to an embodiment in dependence on the fresh air or gas mass flow through the additional compressor, the gas inlet temperature detected upstream of the auxiliary compressor and the gas pressure detected upstream of the auxiliary compressor in order to reach the additional compressor when it reaches its stuffing limit or Its maximum design of its volume flow or its maximum allowable speed can be switched off. In such a case, the predetermined boost pressure level is determined as a dynamic quantity.
  • FIG. 10 is a flowchart, generally designated 200, showing the essential steps of a second embodiment of the method of the invention implemented in the controller 26 and used to operate the charging system 10, i. the interaction of the individual
  • the second embodiment of the invention In a first method step 210, the current operating state of the charging system, in particular the boost pressure by means of a pressure sensor, which is arranged in the intake branch between the bypass and the engine, continuously recorded and evaluated or analyzed by means of the control device 26 , If the control device 26 recognizes on the basis of the recorded and evaluated measurement data that there is a boost pressure build-up phase, the auxiliary compressor 11 is activated or switched on in a subsequent process step 220; In this case, the control device 26 first checks whether the hydraulic accumulator 49 is sufficiently filled with the hydraulic medium; if the result is positive
  • Test controls the controller 26, the valves 41, 42 of the valve block 40 so that the first valve in its blocking position and the second valve 42 switches to its open position, whereby a passage from the hydraulic accumulator 49 is released to the hydraulic drive 12. If the result of the test is negative, i. if the hydraulic accumulator is not sufficiently filled or empty, the
  • valves 41, 42 Activating the valves 41, 42 such that both the first valve 41 and the second valve 42 switch to open or open position, so that a passage from the hydraulic pump to the hydraulic drive is released; at the same time by the control device - not shown in Figure 5 - valve, which is preferably part of the hydraulic accumulator or the hydraulic accumulator, e.g. in
  • Line 46 may be upstream, connected in blocking position to fluidly decouple the hydraulic accumulator from the unlocked passage. In both cases, the hydraulic fluid then flows to the hydraulic drive 12, whereupon the hydraulic drive 12 starts and drives the auxiliary compressor 11.
  • the control device 26 continuously checks whether a predetermined charge pressure has been reached. For this purpose, a comparison of the continuously detected boost pressure measurement data with the predetermined boost pressure level is performed. If this comparison step 230 reveals that the predetermined charge pressure level has been reached or even exceeded, the deactivation or deactivation of the additional compressor takes place in an immediately following method step 240
  • control device 26 controls the valves 41, 42 of the valve block 40 in such a way that the passage for the hydraulic medium to the hydraulic drive 12 is shut off, whereupon the hydraulic drive 12 and therefore the additional compressor 11 are switched off.
  • the hydraulic accumulator 49 is filled by the controller 26 holding the first valve 41 open and the second
  • Valve 42 blocks and optionally the - not shown in Fig. 5 - valve of Hydraulic accumulator switches in the open position. Subsequently, a return to step 210 takes place. If, however, the comparison step 230 reveals that the predetermined charge pressure level has not yet been reached, then while the line is kept open for the operation of the auxiliary compressor, it is waited until the predetermined charge pressure level is reached.
  • an auxiliary compressor 11 that can be driven by a hydraulic drive 12 is assigned to the turbocharger 16, wherein the hydraulic drive 12 mechanically mediates its hydraulic drive energy to the auxiliary compressor 11 when actuated by means of a hydraulic medium Additional compressor 11 turn on the turbocharger 16.
  • a control device 26 is used to detect the operating state of
  • the valve switching means For switching on or activating the auxiliary compressor 11, a passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive or a passage from the hydraulic medium-containing hydraulic accumulator 49 to the hydraulic drive is released by means of the valve switching means.
  • the auxiliary compressor 11 is preferably activated during the boost pressure buildup phase of the charging system 10.

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Abstract

The invention relates to a supercharging system (10) for an internal combustion engine, said supercharging system having a turbocharger (16). According to the invention, an auxiliary compressor (11) that can be driven by a hydraulic drive (12) is arranged so that it can be connected to the supercharger (16), the hydraulic drive (12), when activated, mechanically transmitting its hydraulic drive energy to the auxiliary compressor (11) by means of a hydraulic medium, in order to connect the auxiliary compressor (11) to the turbocharger (16). Preferably, the auxiliary compressor (11) is connected during the supercharging-pressure build-up phase of the supercharging system (10).

Description

Titel  title
Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine und Verfahren dafür Beschreibung  Charging system for an internal combustion engine and method for description
Die Erfindung betrifft ein Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine und eine Antriebsvorrichtung, die insbesondere für einen Zusatzverdichter eines derartigen Aufladesystems geeignet ist, sowie ein Verfahren insbesondere zum Betreiben eines derartigen Aufladesystems. The invention relates to a charging system for an internal combustion engine and a drive device, which is particularly suitable for an auxiliary compressor of such a charging system, and a method, in particular for operating such a charging system.
Stand der Technik State of the art
Bei Dieselmotoren der neueren Generation erfolgt die Aufladung nahezu ausschließlich durch Turbolader. Dies dient einerseits der Steigerung der spezifischen Motorleistung und andererseits zur Kraftstoffeinsparung, indem ansonsten verlorengehende Abgasenthalpie genutzt wird. Unbefriedigend bei der Aufladung durch Turbolader ist jedoch deren transientes Ansprechverhalten, denn der Ladedruck benötigt typischerweise etwa 1 bis 3 Sekunden, da erst über ausreichend Abgas- Massenstrom und somit Turbinenleistung Ladedruck aufgebaut werden kann. Der Abgas- Massenstrom ist jedoch wiederum abhängig vom Ladedruck, so dass der Aufbau beider Größen in wechselseitigem Abhängigkeitsverhältnis zueinander steht und somit eine relativ langsame Dynamik entwickelt. Zudem ist während des Aufbaus die Kraftstoffeinspritzmenge begrenzt, da bei niedrigem Ladedruck weniger Luft in den Zylindern der Brennkraftmaschine vorhanden ist und mithin auch weniger Sauerstoff, der zur Verbrennung nutzbar ist. Dementsprechend ist die Motorleistung der Brennkraftmaschine während des Ladedruckaufbaus deutlich niedriger bemessen als die stationär erzielbare Motorleistung. In new generation diesel engines, turbocharging almost exclusively takes place. This serves on the one hand to increase the specific engine power and on the other hand to save fuel by otherwise using lost exhaust enthalpy. Unsatisfactory when charging by turbocharger, however, is their transient response, because the boost pressure typically takes about 1 to 3 seconds, because only about sufficient exhaust gas mass flow and thus turbine power boost pressure can be built. However, the exhaust gas mass flow in turn depends on the boost pressure, so that the structure of both variables is in mutually dependent relationship with each other and thus develops a relatively slow dynamics. In addition, the fuel injection amount is limited during construction, since at low boost pressure less air in the cylinders of the internal combustion engine is present and therefore also less oxygen, which is available for combustion. Accordingly, the engine power of the internal combustion engine is dimensioned during the boost pressure construction significantly lower than the stationarily achievable engine power.
Aus der US 2003/0037546 AI ist ein hydraulischer Turbinenantrieb für einen Verdichter zur Verwendung in Verbrennungsmotoren bekannt. Dabei weist der Turbinenantrieb ein Turbinenrad mit Turbinenschaufelblättern auf. Konzentrisch zum Turbinenrad ist ein Außenring mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Düsen vorgesehen, um ein fluides Medium, das über einen Einlasskanal und einen Einlasshohlraum in die Düsen verteilt wird, beschleunigt auf die Turbinenschaufelblätter auftreffen zu lassen, was zur Rotation des Turbinenrads führt. Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist jedoch, dass der Turbinenantrieb lediglich für Drücke im Bereich um etwa 1500 psi, also in der Größenordnung von etwa 100 bar geeignet ist. From US 2003/0037546 AI a hydraulic turbine drive for a compressor for use in internal combustion engines is known. In this case, the turbine drive on a turbine wheel with turbine blades. Concentric with the turbine wheel is provided an outer ring having a plurality of nozzles formed therein for accelerating the fluid impinging on the turbine blades by a fluid medium distributed into the nozzles via an inlet channel and an inlet cavity, resulting in rotation of the turbine wheel. A disadvantage of this prior art, however, is that the turbine drive is only suitable for pressures in the range of about 1500 psi, ie in the order of about 100 bar.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Das Aufladesystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass das transiente Verhalten von turboaufgeladenen Brennkraftmaschinen signifikant verbessert wird, indem ein von einem Hydraulikantrieb antreibbarer Zusatzverdichter dem Turbolader zuschaltbar zugeordnet ist, wobei der Hydraulikantrieb bei Betätigung mittels eines Hydraulikmediums seine hydraulische Antriebsenergie dem Zusatzverdichter mechanisch vermittelt, um den Zusatzverdichter dem Turbolader zuzuschalten. Dadurch ist vorteilhaft eine Erhöhung des von der Brennkraftmaschine transient oder auch stationär erzielbaren Drehmoments möglich. Außerdem lassen sich durch die vergleichsweise hohe Verdichtung der zugeführten Frischluft reduzierte Schadstoffemissionen bei gleichzeitig niedrigem Kraftstoffverbrauch erzielen. The charging system with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the transient behavior of turbocharged internal combustion engines is significantly improved by a drivable by a hydraulic drive auxiliary compressor is assigned to the turbocharger, the hydraulic drive when actuated by a hydraulic medium its hydraulic drive energy to the auxiliary compressor mechanically mediated to the auxiliary compressor connect the turbocharger. This advantageously makes it possible to increase the torque which can be achieved transiently or else stationarily by the internal combustion engine. In addition, reduced pollutant emissions combined with low fuel consumption can be achieved by the comparatively high compression of the fresh air supplied.
Das erfindungsgemäße Aufladesystem eignet sich zur Anwendung insbesondere in Nutzfahrzeugen mit darin integral aufgenommener Hydraulikeinrichtung, wie beispielsweise in Baggern oder Radlagern oder dergleichen. The charging system according to the invention is suitable for use in particular in commercial vehicles with integrated therein hydraulic device, such as in excavators or wheel bearings or the like.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen. Further advantageous developments and refinements of the invention will become apparent from the measures listed in the dependent claims.
Eine Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass der Zusatzverdichter in Strömungsrichtung der Frischluftgase gesehen dem Turbolader vorgeordnet ist. Dadurch arbeitet der Zusatzverdichter im zugeschalteten Zustand als Vorverdichterstufe. Eine andere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass der Zusatzverdichter in Strömungsrichtung dem Turbolader nachgeordnet ist, so dass der Zusatzverdichter im zugeschalteten Zustand als Nachverdichterstufe für die vom Turbolader kommende Luft arbeitet. An embodiment of the invention may consist in that the additional compressor is arranged upstream of the turbocharger in the flow direction of the fresh air gases. As a result, the additional compressor works in the switched-on state as Vorverdichterstufe. Another embodiment of the invention may consist in that the additional compressor is downstream of the turbocharger in the flow direction, so that the additional compressor operates in the switched-on state as a post-compressor stage for the coming of the turbocharger air.
Um den Hydraulikantrieb zum Zuschalten des zugeordneten Zusatzverdichters betätigen zu können, ist eine Hydraulikpumpe mit dem Hydraulikantrieb über Ventilschaltmittel verbindbar. Die Hydraulikpumpe kann bei Anwendung des er- findungsgemäßen Aufladesystems in einem Nutzfahrzeug, wie z.B. einem Bagger oder Radlader, die schon vorhandene Hydraulikpumpe des Nutzfahrzeugs sein. Dazu können die Ventilschaltmittel wenigstens ein Ventil aufweisen, das in einerIn order to operate the hydraulic drive for connecting the associated additional compressor, a hydraulic pump with the hydraulic drive via valve switching means can be connected. The hydraulic pump can be used when the inventive charging system in a commercial vehicle, such as an excavator or wheel loader, be the existing hydraulic pump of the commercial vehicle. For this purpose, the valve switching means may comprise at least one valve which in a
Zuleitung zwischen der Hydraulikpumpe und dem Hydraulikantrieb angeordnet ist, um in seiner Sperrstellung die Zuleitung zum Hydraulikantrieb zu sperren und in seiner auf Durchlass geschalteten Stellung die Zuleitung freizugeben. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weisen die Ventilschaltmittel wenigstens ein erstes und ein zweites Ventil auf, die in einer Zuleitung zwischen der Hydraulikpumpe und dem Hydraulikantrieb angeordnet sind, wobei die Ventilschaltmittel die Zuleitung zum Hydraulikantrieb freigeben, wenn beide Ventile auf Durchlass geschaltet sind, wohingegen die Zuleitung gesperrt ist, wenn beide Ventile in Sperrstellung geschaltet sind. Bevorzugt sind dabei die beidenSupply line between the hydraulic pump and the hydraulic drive is arranged to lock in its blocking position the supply line to the hydraulic drive and release in its switched on passage position, the supply line. According to another embodiment of the invention, the valve switching means at least a first and a second valve, which are arranged in a supply line between the hydraulic pump and the hydraulic drive, wherein the valve switching means release the supply line to the hydraulic drive when both valves are switched to passage, whereas the Supply line is blocked when both valves are switched to the blocking position. Preference is given to the two
Ventile in Reihenschaltung in der Zuleitung angeordnet. Diese Ausführungsform eröffnet einen erweiterten Funktionsumfang, der insbesondere dann zum Tragen kommt, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ein Hydrospeicher vorgesehen ist, der über eine Hydraulikpumpe mit dem Hydraulikmedium befüllbar ist und welcher über die Ventilschaltmittel mit dem Hydraulikantrieb verbindbar ist.Valves arranged in series in the supply line. This embodiment opens up an extended range of functions, which comes into play in particular if, according to a preferred embodiment, a hydraulic accumulator is provided which can be filled with the hydraulic medium via a hydraulic pump and which can be connected to the hydraulic drive via the valve switching means.
Dazu verbindet das dem ersten Ventil in Strömungsrichtung nachgeordnete zweite Ventil in seiner Offenstellung den Hydrospeicher über wenigstens eine Leitung mit dem Hydraulikantrieb, wenn das erste Ventil in seine Sperrstellung geschaltet ist. Dadurch kann der Hydrospeicher bzw. Druckspeicher bei Bedarf, d.h. wenn eine transiente Lastanforderung besteht, innerhalb kurzer Zeit das gespeicherteFor this purpose, the first valve in the flow direction downstream second valve in its open position connects the hydraulic accumulator via at least one line to the hydraulic drive when the first valve is switched to its blocking position. This allows the hydraulic accumulator or pressure accumulator as needed, i. if there is a transient load request, the stored one within a short time
Hydraulikmedium an den Hydraulikantrieb abgeben, um mithin den Zusatzverdichter zuzuschalten bzw. zu aktivieren. Dispense hydraulic medium to the hydraulic drive in order to switch on or activate the additional compressor.
Um den Hydrospeicher während eines deaktivierten Zustands des Zusatzver- dichters mit dem Hydraulikmedium zu befüllen, ist gemäß einer weiterbildendenTo fill the hydraulic accumulator during a deactivated state of the additional compressor with the hydraulic medium is, according to a further education
Maßnahme vorgesehen, dass das erste Ventil in seiner Offenstellung die Hydraulikpumpe mit dem Hydrospeicher über wenigstens eine Leitung verbindet, wenn das zweite Ventil in seine Sperrstellung geschaltet ist. In seiner Sperrstellung stellt das zweite Ventil sicher, dass die Zufuhr des Hydraulikmediums zum Hydraulikantrieb während der Befüllung des Hydrospeichers blockiert ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem zwischen beiden Ventilen verlaufenden Leitungsabschnitt ein Rückschlagventil derart angeordnet ist, dass ein Rückfluss des Hydraulikmediums zur Hydraulikpumpe hin über das erste Ventil blockiert ist. Provided measure that the first valve in its open position connects the hydraulic pump with the hydraulic accumulator via at least one line when the second valve is switched to its blocking position. In its locked position, the second valve ensures that the supply of hydraulic fluid to the hydraulic drive during the filling of the hydraulic accumulator is blocked. According to one embodiment of the invention, it is provided that in a line section extending between the two valves, a check valve is arranged such that a return flow of the hydraulic medium to the hydraulic pump is blocked via the first valve.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung, womit ein weitgehend automatisierter Betrieb des Zusatzverdichters und mithin des Aufladesystems möglich ist, besteht darin, dass eine Steuerungseinrichtung zum Erfassen des Betriebszustands des Aufladesystems und zum Steuern der Ventilschaltmittel vorgesehen ist, die dem Zusatzverdichter zugeordnet ist, um in Abhängigkeit vom erfasstenA preferred development of the invention, with which a largely automated operation of the auxiliary compressor and thus of the charging system is possible, is that a control device for detecting the operating state of the charging system and for controlling the valve switching means is provided, which is associated with the additional compressor, in dependence on detected
Betriebszustand des Aufladesystems die Ventilschaltmittel zu betätigen. Operating state of the charging system to actuate the valve switching means.
Gemäß einer weiterbildenden Maßnahme kann ein Getriebe zwischen dem Zusatzverdichter und dem Hydraulikantrieb angeordnet sein, um die Antriebsener- gie des Hydraulikantriebs dem Zusatzverdichter zu vermitteln. Ein Getriebe ist lediglich dann erforderlich, wenn sich die Drehzahlen des Hydraulikantriebs und des zugeordneten Zusatzverdichters voneinander unterscheiden. According to a further development measure, a transmission can be arranged between the additional compressor and the hydraulic drive in order to convey the drive energy of the hydraulic drive to the auxiliary compressor. A transmission is only required if the speeds of the hydraulic drive and the associated additional compressor differ from each other.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Hydraulikantrieb eine Turbine und wenigstens einen Injektor umfassen, welche derart zueinander angeordnet sind, dass ein vom Injektor erzeugbarer Strahl des Hydraulikmediums wenigstens ein Turbinenwirkelement der Turbine erfasst, um die Turbine anzutreiben. Durch die Kombination eines Injektors mit einer hydraulischen Turbine ist aufgrund der charakteristischen Eigenschaften des Injektors ein hoher Druckbereich in der Größenordnung von einigen kbar bei schnellen Taktzeiten erzielbar. EineAccording to one development of the invention, the hydraulic drive may comprise a turbine and at least one injector which are arranged relative to one another such that a jet of the hydraulic medium which can be generated by the injector detects at least one turbine active element of the turbine in order to drive the turbine. By combining an injector with a hydraulic turbine, a high pressure range on the order of a few kbar can be achieved with fast cycle times due to the characteristics of the injector. A
Ausführungsform kann darin bestehen, dass der Hydraulikantrieb eine Pelton- Turbine umfasst, wobei die Turbinenwirkelemente als an einem Umfang eines Turbinenrads angeordnete Schaufelblätter ausgebildet sind und der vom Injektor erzeugbare Strahl etwa tangential auf den Umfang des Turbinenrads gerichtet ist, um nacheinander die Schaufelblätter zu erfassen. Dadurch ist ein schnellerEmbodiment may consist in that the hydraulic drive comprises a Pelton turbine, wherein the turbine active elements are formed as arranged on a circumference of a turbine blades blades and the injector generated by the beam is directed approximately tangentially to the circumference of the turbine wheel to sequentially detect the blades. This is faster
Drehzahlaufbau in einem aus einem Injektor und einer Pelton-Turbine gebildeten Hydraulikantrieb möglich, da die Pelton-Turbine ein geringes Trägheitsmoment im Verhältnis zur Turbinenleistung aufweist. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Hydraulikantrieb eine Tesla-Turbine umfassen, wobei die Turbi- nenwirkelemente als auf einer Turbinenachse eines Turbinenrads angeordnete und axial voneinander durch Schlitze beabstandete Scheiben ausgebildet sind und der vom Injektor erzeugbare Strahl etwa parallel zur Oberfläche wenigstens einer der Scheiben auf einen Außenrand der Scheiben gerichtet ist. Durch die Kombination eines Injektors mit einer Tesla-Turbine sind bei einem dadurch gebildeten hydraulischen Antrieb nochmals deutlich höhere Drehzahlen erzielbar. Speed build-up in a hydraulic drive formed by an injector and a Pelton turbine possible because the Pelton turbine has a low moment of inertia in relation to the turbine power. According to another embodiment, the hydraulic drive may comprise a Tesla turbine, wherein the turbine NEN active elements are arranged as arranged on a turbine axis of a turbine wheel and axially spaced apart from each other by slots discs and the jet, which can be generated by the injector, is directed approximately parallel to the surface of at least one of the disks on an outer edge of the disks. By combining an injector with a Tesla turbine again significantly higher speeds can be achieved in a hydraulic drive formed thereby.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass als Hydraulikmedium zum Betreiben des Hydraulikantriebs Diesel- Kraftstoff vorgesehen ist. Dadurch kann kostensparend statt einer Hydraulikpumpe für die Zufuhr des Hydraulikmediums eine ohnehin an einem Diesel-Verbrennungsmotor standard- mäßig vorhandene Diesel-Hochdruckpumpe verwendet werden. An advantageous embodiment of the invention may be that is provided as the hydraulic medium for operating the hydraulic drive diesel fuel. As a result, instead of a hydraulic pump for supplying the hydraulic medium, a diesel high-pressure pump which is present in any case on a diesel internal combustion engine as standard can be used in a cost-saving manner.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Zusatzverdichter als Verdrängerlader ausgebildet sein. Da Verdrängerlader typischerweise durch ein relativ niedriges Antriebsdrehzahl-Niveau von etwa 5000 bis 10000 Umdrehungen pro Minute charakterisiert sind, kann der Hydraulikantrieb für denAccording to an advantageous embodiment of the invention, the additional compressor may be designed as a positive displacement. Since positive displacement superchargers are typically characterized by a relatively low drive speed level of about 5,000 to 10,000 revolutions per minute, the hydraulic drive for the
Zusatzverdichter praktischerweise aus einem breiten Spektrum unterschiedlicher und serienverfügbarer Hydraulikmotortypen ausgewählt werden, wozu beispielsweise Axialkolbenmotoren, Radialkolbenmotoren, Außenzahnradmotoren, Innen- zahnradmotoren oder Flügelzellenmotoren zählen. Conveniently, additional compressors are selected from a wide variety of different and available series hydraulic motor types, including, for example, axial piston, radial piston, external gear, internal gear or vane motors.
Ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Zusatzverdichter als volu- metrischer Kompressor, vorzugsweise als Spirallader bzw. G-Lader ausgebildet, so lässt sich für einen derart ausgebildeten Zusatzverdichter ein schnelles Ansprechverhalten auch und gerade bei relativ niedrigen Drehzahlen erzielen, da Spirallader bzw. G-Lader zur Gruppe der Verdrängungslader zählen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Zusatzverdichter als Schraubenkompressor bzw. Rootskompressor realisiert sein, da derartige Kompressoren ebenfalls zur Gruppe der Verdrängungslader zählen und somit bei niedrigen Drehzahlen einen relativ hohen Wirkungsgrad erzielen. If, according to one embodiment of the invention, the additional compressor is designed as a volumetric compressor, preferably as a spiral charger or G-charger, then a fast response can also be achieved for a specially designed additional compressor, especially at relatively low speeds, since spiral-wound or G-type superchargers are used. Chargers belong to the group of displacement loaders. According to a further embodiment of the invention, the additional compressor can be realized as a screw compressor or Roots compressor, since such compressors also belong to the group of displacement loaders and thus achieve a relatively high efficiency at low speeds.
Eine Antriebsvorrichtung, die insbesondere für einen Zusatzverdichter eines derartigen Aufladesystems geeignet ist, weist eine Turbine mit Turbinenwirkelemen- ten zur Aufnahme der kinetischen Energie eines Fluids auf. Dabei ist erfindungsgemäß wenigstens ein Injektor vorgesehen, welcher derart zur Turbine angeord- net ist, dass ein vom Injektor erzeugbarer Strahl des Fluids wenigstens eines derA drive device, which is particularly suitable for an auxiliary compressor of such a charging system, has a turbine with turbine reaction elements for absorbing the kinetic energy of a fluid. In this case, according to the invention, at least one injector is provided, which is arranged in such a way to the turbine that a jet of the fluid, which can be generated by the injector, of at least one of the
Turbinenwirkelemente erfasst, um die Turbine anzutreiben. Im Unterschied zum Stand der Technik gemäß US 2003/0037546 AI ist durch die Kombination eines Injektors mit einer hydraulischen Turbine ein signifikant höherer Druckbereich bis zur Größenordnung von etwa 3000 bar bei sehr schnellen Taktzeiten erzielbar, da mit einem Injektor aufgrund seiner charakteristischen Eigenschaften ein schnelles Öffnen und Schließen möglich ist. Dadurch ist die erfindungsgemäßeTurbine elements detected to drive the turbine. In contrast to The prior art according to US 2003/0037546 AI is achieved by combining an injector with a hydraulic turbine, a significantly higher pressure range up to the order of about 3000 bar at very fast cycle times, as with an injector due to its characteristics rapid opening and closing possible is. As a result, the inventive
Antriebsvorrichtung insbesondere als Hydraulikantrieb für einen Zusatzverdichter geeignet. Drive device particularly suitable as a hydraulic drive for an additional compressor.
Eine Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung kann darin bestehen, dass die Turbi- ne als Pelton-Turbine ausgebildet ist, wobei die Turbinenwirkelemente als an einem Umfang eines Turbinenrads angeordnete Schaufelblätter ausgebildet sind und der vom Injektor erzeugbare Strahl etwa tangential auf den Umfang des Turbinenrads gerichtet ist, um nacheinander die Schaufelblätter zu erfassen. Da die Pelton-Turbine typischerweise eine extrem geringes Trägheitsmoment im Ver- hältnis zur erzielbaren Leistung aufweist, ist in Kombination mit den charakteristischen Eigenschaften des Injektors ein schneller Drehzahlaufbau in der Antriebsvorrichtung möglich. An embodiment of the drive device may consist in that the turbine is designed as a Pelton turbine, wherein the turbine active elements are formed as arranged on a circumference of a turbine blades blades and the injector generated by the beam is directed approximately tangentially to the circumference of the turbine wheel to successively to detect the blades. Since the Pelton turbine typically has an extremely low moment of inertia in relation to the achievable performance, in combination with the characteristic properties of the injector, a fast speed build-up in the drive device is possible.
Eine andere Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung kann darin bestehen, dass die Turbine als Tesla-Turbine ausgebildet ist, wobei die Turbinenwirkelemente als auf einer Turbinenachse eines Turbinenrads angeordnete und axial voneinander durch Schlitze beabstandete Scheiben ausgebildet sind und der vom Injektor erzeugbare Strahl etwa parallel zur Oberfläche wenigstens einer der Scheiben auf einen Außenrand der Scheiben gerichtet ist. Vorteilhaft sind durch die Kombination eines Injektors mit einer Tesla-Turbine sehr hohe Drehzahlen imAnother embodiment of the drive device may consist in that the turbine is designed as a Tesla turbine, wherein the turbine active elements are arranged as arranged on a turbine axis of a turbine wheel and axially spaced from each other by slots discs and the injector generated by the beam about parallel to the surface of at least one the discs is directed to an outer edge of the discs. By combining an injector with a Tesla turbine, very high speeds are advantageous
Vergleich zum technisch nutzbaren Drehzahlbereich einer Pelton-Turbine erzielbar. Zudem ist auch bei geringen Rotationsgeschwindigkeiten in der Nähe des Turbinenstillstands noch ein relativ hohes Drehmoment erzielbar. Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere zum Betreiben desCompared to the technically usable speed range of a Pelton turbine achievable. In addition, even at low rotational speeds in the vicinity of the turbine standstill still a relatively high torque can be achieved. The inventive method is used in particular for operating the
Aufladesystems und umfasst die folgenden Verfahrensschritte des Erfassens des aktuellen Betriebszustands, insbesondere des Ladedrucks des Aufladesystems, des Aktivierens des Zusatzverdichters in Abhängigkeit vom erfassten Betriebszustand des Aufladesystems, wobei der dem Zusatzverdichter zugeordnete Hyd- raulikantrieb durch Zuführen eines Hydraulikmediums betätigt wird, und desCharging system and includes the following steps of detecting the current operating condition, in particular the boost pressure of the charging system, the activation of the auxiliary compressor depending on the detected operating state of the charging system, wherein the auxiliary compressor associated hydraulic raulikantrieb is actuated by supplying a hydraulic medium, and
Deaktivierens des Zusatzverdichters bei Erreichen oder Überschreiten eines vor- bestimmten Ladedruckniveaus im Aufladesystem, wobei der Hydraulikantrieb durch Absperren der Zufuhr des Hydraulikmediums zum Hydraulikantrieb abgeschaltet wird. Bevorzugt wird der Zusatzverdichter während der Ladedruckaufbauphase des Aufladesystems aktiviert. Deactivating the auxiliary compressor when reaching or exceeding a certain boost pressure levels in the charging system, wherein the hydraulic drive is shut off by shutting off the supply of hydraulic medium to the hydraulic drive. The auxiliary compressor is preferably activated during the boost pressure buildup phase of the supercharging system.
Eine Verfahrensvariante kann darin bestehen, dass zum Aktivieren des Zusatzverdichters ein Durchgang von einer hydraulischen Pumpe zu dem Hydraulikantrieb freigegeben wird. Das dann von der hydraulischen Pumpe zum Hydraulikantrieb strömende Hydraulikmedium setzt den Hydraulikantrieb in Gang, welcher wiederum den angekoppelten Zusatzverdichter mitführt. Der dadurch aktivierte Zusatzverdichter verdichtet die ankommende Frischluft und unterstützt mithin den Turbolader beim Aufbau des Ladedrucks. A variant of the method may consist in enabling a passage from a hydraulic pump to the hydraulic drive to activate the auxiliary compressor. The then flowing from the hydraulic pump to the hydraulic drive hydraulic medium sets the hydraulic drive in motion, which in turn carries the coupled additional compressor. The auxiliary compressor activated thereby compresses the incoming fresh air and thus supports the turbocharger when building up the boost pressure.
Gemäß einer alternativen Verfahrensvariante wird zum Aktivieren des Zusatzverdichters ein Durchgang von einem das Hydraulikmedium enthaltenden Hydro- speicher zum Hydraulikantrieb freigegeben. According to an alternative variant of the method, a passage from a hydraulic accumulator containing the hydraulic medium to the hydraulic drive is released to activate the additional compressor.
Eine vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass im deaktivierten Zustand des Zusatzverdichters der Hydrospeicher mit dem Hydraulikmedium befüllt wird, indem ein Durchgang von der hydraulischen Pumpe zum Hydrospeicher freigegeben wird. An advantageous and expedient development of the method according to the invention is that in the deactivated state of the additional compressor of the hydraulic accumulator is filled with the hydraulic medium by a passage from the hydraulic pump is released to the hydraulic accumulator.
Zeichnungen drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Letztere zeigen in stark schematisch gehaltenen Ansichten: Embodiments of the invention are explained in more detail in the following description and in the accompanying drawings. The latter show in strongly schematic views:
Fig. 1 ein Schema eines Zusatzverdichters mit einem hydraulischen Antrieb und einem dazwischen angeordneten Getriebe, 1 is a diagram of an additional compressor with a hydraulic drive and a transmission arranged therebetween,
Fig. 2 ein Schema einer ersten Ausführungsform eines Aufladesystems für eine Brennkraftmaschine, wobei das Aufladesystem einen Luftfilter, einen Turbolader, einen Ladeluftkühler, eine Drosselklappe, einen Motorblock mit mehreren Zylindern umfasst, wobei der Zusatzverdichter mit einer zugehörigen Steuereinheit zuströmseitig dem Turbolader vorgeordnet ist, Fig. 3 ein Schema einer zweiten Ausführungsform des Aufladesystems, wobei der Zusatzverdichter mit der zugehörigen Steuereinheit abströmseitig dem Turbolader nachgeordnet ist, 2 is a schematic of a first embodiment of a supercharging system for an internal combustion engine, wherein the supercharging system includes an air cleaner, a turbocharger, a charge air cooler, a throttle, an engine block having a plurality of cylinders, wherein the supercharger is upstream with an associated control unit upstream of the turbocharger, 3 shows a diagram of a second embodiment of the supercharging system, wherein the additional compressor with the associated control unit downstream of the turbocharger,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung für den hydraulischen Antrieb und den Zusatzverdichter mit einer Hydraulikpumpe und einem Wegeventil, wobei das Wegeventil in einer ersten Stellung eine Verbindungsleitung zwischen dem Hydraulikpumpe und dem hydraulischen Antrieb sperrt und in einer zweiten Stellung die Verbindungsleitung freigibt, Fig. 4 is a schematic representation of a first embodiment of a circuit arrangement for the hydraulic drive and the auxiliary compressor with a hydraulic pump and a directional control valve, the directional control valve in a first position blocks a connecting line between the hydraulic pump and the hydraulic drive and releases the connecting line in a second position .
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Schaltungsanordnung für den hydraulischen Antrieb und den Zusatzverdichter, 5 is a schematic representation of a second embodiment of the circuit arrangement for the hydraulic drive and the additional compressor,
Fig. 6 ein Schema eines aus einer Pelton-Turbine und einem Magnetinjektor gebildeten hydraulischen Antriebs, 6 is a diagram of a hydraulic drive formed from a Pelton turbine and a Magnetinjektor,
Fig. 7 eine Querschnittansicht des Zusatzverdichters zusammen mit dem aus Magnetinjektor und Pelton-Turbine gebildeten hydraulischen Antrieb von Fig. 6, 7 is a cross-sectional view of the booster compressor together with the hydraulic drive formed by Magnetinjektor and Pelton turbine of FIG. 6,
Fig. 8 eine teilweise im Schnitt gehaltene Ansicht des hydraulischen Antriebs von Fig. 7, 8 is a partially sectioned view of the hydraulic drive of Fig. 7,
Fig. 9 ein Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten einer ersten Ausführungsvariante eines Verfahrens zum Betreiben des Aufladesystems, und 9 shows a flow chart with the essential method steps of a first embodiment variant of a method for operating the charging system, and
Fig. 10 ein Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten einer zweiten Ausführungsvariante des Verfahrens zum Betreiben des Aufladesystems. 10 shows a flow chart with the essential method steps of a second variant of the method for operating the charging system.
Beschreibung der Ausführungsformen Description of the embodiments
Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Fig. 1 shows schematically a section of an inventive
Aufladesystems 10 für eine Brennkraftmaschine, wobei das Aufladesystem 10 einen Zusatzverdichter 11, einen Hydraulikantrieb 12 für den Zusatzverdichter 11 und ein zwischen Zusatzverdichter 11 und Hydraulikantrieb 12 angeordnetes Getriebe 13 aufweist. Der Zusatzverdichter 11 umfasst ein Verdichtergehäuse 11' und ein darin aufgenommenes Verdichterrad 11", das von dem Hydraulikantrieb 12 über das zwischengeordnete Getriebe 13 angetrieben wird, um Frischluft ge- mäß Pfeil 14 anzusaugen, zu verdichten und die dann verdichtete Luft gemäßCharging system 10 for an internal combustion engine, wherein the charging system 10 is an additional compressor 11, a hydraulic drive 12 for the auxiliary compressor 11th and a arranged between additional compressor 11 and hydraulic drive 12 transmission 13 has. The auxiliary compressor 11 comprises a compressor housing 11 ' and a compressor wheel 11 " received therein, which is driven by the hydraulic drive 12 via the intermediate gear 13 to suck in fresh air according to arrow 14, to compress and then the compressed air according to
Pfeil 15 einem - in der Figur nicht dargestellten - Turbolader zuzuführen. Der dem Zusatzverdichter zugeordnete Hydraulikantrieb 12 ist vorzugsweise als Hydraulikmotor, beispielsweise als Axialkolbenmotor, Außenzahnradmotor oder Flügelzellenmotor ausgebildet und wird mit einem hydraulischen Medium betrieben, welches über einen ersten Hydraulikanschluss 12 ' zugeführt wird und über einen zweiten Hydraulikanschluss 12 " wieder abströmen kann. Das Getriebe kann als doppelstufiges Planetengetriebe ausgebildet sein, wodurch typische Übersetzungsverhältnisse im Bereich bis zu 1:10 möglich sind: Alternativ kann das Getriebe als Reibradgetriebe ausgebildet sein. Der Zusatzverdichter 11 dient zur Unterstützung eines Turboladers insbesondere bei transienten Vorgängen, indem der Zusatzverdichter Luft verdichtet, solange der Turbolader noch nicht Leistung in ausreichendem Maße erzeugen kann. Dazu kann der Zusatzverdichter als Radialverdichter ausgebildet sein. Alternativ kann der Zusatzverdichter vorteilhaft als volumetrischer Kompressor, z.B. als Spirallader ausgebildet sein; in diesem Fall ist ein zwischengeordnetes Getriebe verzichtbar, da der Zusatzverdichter und der Hydraulikantrieb etwa im gleichen Drehzahlbereich arbeiten. Spirallader zählen - wie dem Fachmann bekannt ist - zur Gruppe der Arrow 15 a - not shown in the figure - to supply turbocharger. The hydraulic drive 12 associated with the auxiliary compressor is preferably designed as a hydraulic motor, for example as an axial piston motor, external gear motor or vane motor, and is operated with a hydraulic medium, which is supplied via a first hydraulic connection 12 ' and can flow away again via a second hydraulic connection 12 " Alternatively, the transmission can be designed as a friction gear The auxiliary compressor 11 serves to support a turbocharger, especially during transient processes, in that the additional compressor compresses air, as long as the turbocharger For this purpose, the additional compressor can be designed as a radial compressor Alternatively, the additional compressor can be used advantageously as a volumetric compressor, eg as a spiral loader a be educated; In this case, an intermediate gear is dispensable, since the additional compressor and the hydraulic drive operate in the same speed range. Spiral loaders are - as is known in the art - the group of
Verdrängerlader. Fig. 2 veranschaulicht schematisch eine erste Ausführungsform des Supercharger. Fig. 2 schematically illustrates a first embodiment of the
Aufladesystems 10. Das Aufladesystem 10 umfasst einen Turbolader 16, dessen Verdichterseite 16' in einem Ansaugzweig 17 des Aufladesystems 10 aufgenommen ist. Die Turbinenseite 16" des Turboladers 16 ist hingegen in einem Abgaszweig 18 aufgenommen, wobei die Verdichterseite 16' und die Turbinen- seite 16" über eine Welle 16" ' verbunden sind. Im Ansaugzweig 17 ist ein Ladeluftkühler 19 stromabwärts der Verdichterseite 16' des Turboladers 16 angeordnet, um die von dem Turbolader komprimierte Luft herunterzukühlen, die dann über eine Drosselklappe 20, die stromabwärts des Ladeluftkühlers 19 angeordnet ist, in die Brennkraftmaschine 21 gelangt. Aus der Brennkraftmaschine 21 strömt das Abgas in den Abgaszweig 18. Ein Teil der Abgase wird über eine Abgasrückführungsleitung 18', in welcher ein Abgaskühler 22 mit nachgeordnetem Abgasrückführventil 22 ' angeordnet ist, abgezweigt und wieder dem Eingang der Brennkraftmaschine 21 zugeführt. Optional ist ein Nebenleitung 27 vorgesehen, die parallel zum Abgaskühler 22 angeordnet ist, wobei in der Nebenleitung 27 ein Ventil 27' eingangsseitig aufgenommen ist, mit dem die Nebenleitung 27 geöffnet oder blockiert werden kann. Der überwiegende Teil der Abgase gelangt im Abgaszweig 18 zur Turbinenseite 16" des Turboladers 16, wobei eine parallel zur Turbinenseite 16" verlaufende Wastegate- Leitung mittels eines darin eingangsseitig aufgenommenen Wastegate-Ventils 23 geöffnet oder gesperrt werden kann. Die durch die Turbinenseite 16" abströmenden Abgase treiben über die Welle 16" ' die Verdichterseite 16' des Turboladers 16 an. Im Ansaugzweig 17 ist der Zusatzverdichter 11 vorgesehen, der stromaufwärts der Verdichterseite 16' des Turboladers 16, also in Strömungsrichtung der Frischluft gesehen vor diesem angeordnet ist, wobei der Zusatzverdichter 11 mittels des - in Fig. 2 nicht dargestellten - Hydraulikantriebs angetrieben wird. Stromaufwärts des Zusatz- Verdichters 11 ist einlassseitig im Ansaugzweig 17 ein Luftfilter 24 angeordnet.Charging System 10. The charging system 10 includes a turbocharger 16 having its compressor side 16 'received in an intake branch 17 of the charging system 10. On the other hand, the turbine side 16 "of the turbocharger 16 is accommodated in an exhaust branch 18, with the compressor side 16 ' and the turbine side 16 " being connected via a shaft 16 "' In the intake branch 17 is a charge air cooler 19 downstream of the compressor side 16 'of the turbocharger 16 is arranged to cool down the air compressed by the turbocharger, which then passes into the engine 21 via a throttle valve 20 located downstream of the charge air cooler 19. From the engine 21, the exhaust gas flows into the exhaust branch 18. Part of the exhaust gases becomes via an exhaust gas recirculation line 18 ' , in which an exhaust gas cooler 22 with downstream Exhaust gas recirculation valve 22 'is arranged, branched off and fed back to the input of the internal combustion engine 21. Optionally, a secondary line 27 is provided, which is arranged parallel to the exhaust gas cooler 22, wherein in the secondary line 27, a valve 27 'is received on the input side, with which the secondary line 27 can be opened or blocked. The majority of the exhaust gases passes in the exhaust branch 18 to the turbine side 16 "of the turbocharger 16, wherein a parallel to the turbine side 16 " extending Wastegate- line can be opened or closed by means of a wastegate valve 23 received therein input side. The exhaust gases flowing through the turbine side 16 " drive the compressor side 16 'of the turbocharger 16 via the shaft 16 "' . In the intake branch 17 of the additional compressor 11 is provided, which is upstream of the compressor side 16 'of the turbocharger 16, so seen in the flow direction of the fresh air arranged in front of this, the additional compressor 11 is driven by means of - not shown in Fig. 2 - hydraulic drive. Upstream of the additional compressor 11, an air filter 24 is arranged on the intake side in the intake branch 17.
Die durch den Luftfilter 24 strömende Frischluft gelangt einerseits zum Zusatzverdichter 11 und andererseits zu einer parallel zum Zusatzverdichter 11 verlaufenden Bypassleitung 25, in der ein Bypassventil 25' aufgenommen ist. Das Aufladesystem 10 wird nun so gesteuert, dass der Zusatzverdichter 11 während des Ladedruckauf baus betrieben wird, wobei das Bypassventil 25' in seineThe fresh air flowing through the air filter 24 passes on the one hand to the additional compressor 11 and on the other hand to a parallel to the auxiliary compressor 11 extending bypass line 25 in which a bypass valve 25 ' is added. The charging system 10 is now controlled so that the auxiliary compressor 11 is operated during the supercharger pressure build-up, wherein the bypass valve 25 ' in his
Sperrstellung geschaltet wird und dadurch die Bypassleitung 25 blockiert und nach Erreichen eines vorbestimmten Ladedrucks der Zusatz Verdichter 11 wieder abgeschaltet wird, wobei das Bypassventil 25' in seine Offenstellung geschaltet wird, in welcher die Bypassleitung 25 geöffnet ist und dadurch die aus dem Luft- filter 24 ankommende Frischluft um den Zusatzverdichter 11 herumgelenkt wird, um Strömungsverluste durch Drosseleffekte zu vermeiden. Der Übersichtlichkeit wegen umfasst in Fig. 2 das mit Bezugszeichen 11 bezeichnete Element nicht nur den Zusatzverdichter, sondern auch den zugeordneten Hydraulikantrieb sowie - sofern erforderlich - ein zwischengeordnetes Getriebe. Dabei sind für die Zufuhr bzw. Abfuhr eines Hydraulikmediums Hydraulikanschlüsse 11-1 und 11-2 vorgesehen, die den Hydraulikantrieb des Zusatzverdichters mit einer hydraulischen Pumpe verbinden. Zur Steuerung des Zusatzverdichters 11 und des zugeordneten Hydraulikantriebs ist eine Steuerungseinrichtung 26 vorgesehen, die über eine elektrische Signalleitung 26' mit dem Zusatzverdichter und dem Hyd- raulikantrieb über - nachfolgend noch zu erläuternde - Ventilschaltmittel elektronisch verbunden ist. Außerdem ist die Steuerungseinrichtung 26 elektronisch an Sensoren angeschlossen, um den jeweils aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 21 und des Aufladesystems 10, insbesondere den Ladedruck, zu erfassen. Locking position is switched and thereby blocks the bypass line 25 and after reaching a predetermined charge pressure of the additional compressor 11 is switched off again, wherein the bypass valve 25 'is switched to its open position in which the bypass line 25 is opened and thereby from the air filter 24th incoming fresh air is deflected around the additional compressor 11 to avoid flow losses due to throttle effects. For the sake of clarity, the element denoted by reference numeral 11 in FIG. 2 comprises not only the auxiliary compressor but also the associated hydraulic drive and, if necessary, an intermediate transmission. In this case, hydraulic connections 11-1 and 11-2 are provided for the supply and removal of a hydraulic medium, which connect the hydraulic drive of the additional compressor with a hydraulic pump. For controlling the auxiliary compressor 11 and the associated hydraulic drive, a control device 26 is provided which is connected electronically via an electrical signal line 26 ' to the auxiliary compressor and the hydraulic drive via valve switching means (to be explained below). In addition, the controller 26 is electronically on Sensors connected to the respective current operating condition of the internal combustion engine 21 and the charging system 10, in particular to detect the boost pressure.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch das Aufladesystem 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform, die sich von der in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass der Zusatzverdichter 11 in Strömungsrichtung der Frischluft gesehen stromabwärts der Verdichterseite 16' des Turboladers 16 im Ansaugzweig 17 angeordnet ist. Hinsichtlich der übrigen Details der Ausführungsform von Fig. 3 wird auf die Ausführungen zur Ausführungsform von Fig. 2 verwiesen. Dabei bezeichnen in Fig. 3 gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente wie in Fig. 2. Der Übersichtlichkeit wegen um- fasst in Fig. 3 das mit Bezugszeichen 11 bezeichnete Element nicht nur den Zusatzverdichter, sondern auch den zugeordneten Hydraulikantrieb sowie - sofern erforderlich - ein zwischengeordnetes Getriebe. Der Turbolader 16 ist mit seiner Verdichterseite 16' in Strömungsrichtung der Frischluft gesehen abwärts des Luftfilters 24 im Ansaugzweig 17 angeordnet. Der Ladeluftkühler 19 ist unmittelbar hinter der Verdichterseite 16' des Turboladers angeordnet. Dem Ladeluftkühler 19 ist in Strömungsrichtung der Frischluft gesehen der Zusatzverdichter 11 mit der dazu parallel verlaufenden Bypassleitung 25 nachgeschaltet, in welcher das Bypassventil 25' aufgenommen ist. Nach dem Zusatzverdichter 11 ist vor der Eingangsseite der Brennkraftmaschine 21 die Drosselklappe 20 angeordnet. In dieser zweiten Ausführungsform arbeitet der Zusatzverdichter 11 mithin in nachverdichtender Funktion. Zur Steuerung des Zusatzverdichters 11 und des zugeordneten Hydraulikantriebs sowie der übrigen Komponenten des 3 schematically illustrates the charging system 10 according to a second embodiment, which differs from the first embodiment shown in FIG. 2 essentially in that the additional compressor 11 is arranged downstream of the compressor side 16 'of the turbocharger 16 in the intake branch 17, as viewed in the direction of flow of the fresh air is. With regard to the remaining details of the embodiment of Fig. 3, reference is made to the comments on the embodiment of Fig. 2. In FIG. 3, the same reference numerals designate the same or similar elements as in FIG. 2. For the sake of clarity, the element designated by reference numeral 11 in FIG. 3 includes not only the auxiliary compressor but also the associated hydraulic drive and, if required, one intermediate gearbox. The turbocharger 16 is arranged with its compressor side 16 'seen in the flow direction of the fresh air downstream of the air filter 24 in the intake branch 17. The intercooler 19 is arranged immediately behind the compressor side 16 'of the turbocharger. The charge air cooler 19 is seen in the flow direction of the fresh air, the additional compressor 11 with the parallel thereto bypass line 25 downstream, in which the bypass valve 25 ' is added. After the additional compressor 11, the throttle valve 20 is arranged in front of the input side of the internal combustion engine 21. In this second embodiment, the additional compressor 11 thus operates in post-compression function. To control the auxiliary compressor 11 and the associated hydraulic drive and the other components of the
Aufladesystems gemäß der zweiten Ausführungsform dient die Steuerungseinrichtung 26, welche hierbei im Wesentlichen die gleichen Funktionen wie bei der ersten Ausführungsform ausübt. So öffnet die Steuerungseinrichtung 26 bei deaktiviertem Zusatzverdichter 11 das Bypassventil 25', um die ankommende Luft über die Bypassleitung 25 um den Zusatzverdichter 11 zur Vermeidung von Strömungsverlusten herumzuführen. Charging system according to the second embodiment is the control device 26, which in this case performs substantially the same functions as in the first embodiment. Thus, when the auxiliary compressor 11 is deactivated, the control device 26 opens the bypass valve 25 ' in order to guide the incoming air via the bypass line 25 about the additional compressor 11 in order to avoid flow losses.
Das erfindungsgemäße Aufladesystem ist nicht nur für Wastegate- Konfigurationen geeignet, sondern auch für andere Konfigurationen wie z.B. variable Turbinengeometrien. Fig. 4 zeigt stark schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung eines hydraulischen Teils des erfindungsgemäßen Aufladesystems. Dabei ist dem Zusatzverdichter 11 ein Hydraulikantrieb 12 zugeordnet, welcher den Zusatzverdichter 11 antreibt. Um den Hydraulikantrieb 12 mit einem Hydraulikmedi- um, z.B. Öl, zu versorgen, ist eine Hydraulikpumpe 30 vorgesehen, die saugsei- tig an einen Tank 34 mit dem Hydraulikmedium angeschlossen ist und beispielsweise als Zahnrad- oder Axialkolbenpumpe mit festem oder variablem Verdrängungsvolumen ausgebildet sein kann. Ein Ventil 31, das als Mehrwegeventil ausgebildet und von der - in Fig. 4 nicht dargestellten - Steuerungseinrichtung 26 elektrisch ansteuerbar ist, ist in einer hydraulischen Zuleitung 32 aufgenommen, welche von der Hydraulikpumpe 30 zum Hydraulikantrieb 12 führt. In seiner ersten Stellung sperrt das Ventil 31 den Durchgang von der Hydraulikpumpe 30 zum Hydraulikantrieb 12, indem das Ventil 31 einen sich zwischen der Hydraulikpumpe 30 und dem Ventil 31 erstreckenden Leitungsabschnitt der Zuleitung 32 mit einer Leitung 33 verbindet, welche vom Ventil 31 zu dem Tank 34 führt. Dadurch gelangt in dieser Stellung des Ventils 31 das aus der Hydraulikpumpe kommende Hydraulikmedium wieder zurück in den Tank 34. In seiner zweiten Stellung gibt das Ventil 31 einen Durchgang von der Hydraulikpumpe 30 zum Hydraulikantrieb 12 frei, indem das Ventil 31 den sich zwischen der Hydraulikpumpe 30 und dem Ventil 31 erstreckenden Leitungsabschnitt der Zuleitung 32 von der Leitung 33 trennt und stattdessen diesen Leitungsabschnitt mit einem zwischen dem Ventil 31 und dem Hydraulikantrieb verlaufenden Leitungsabschnitt der Zuleitung 32 verbindet. Über den dadurch hergestellten Durchgang kann die Hydraulikpumpe 30 den Hydraulikantrieb 12 mit dem Hydraulikmedium versorgen. Die Ansteue- rung des Ventils 31 erfolgt mittels der Steuerungseinrichtung 26 dabei so, dass das Ventil 31 nur während des aktiven Betriebs des Zusatzverdichters 11 in seine zweite Stellung geschaltet ist, in welcher der Durchgang von der Hydraulikpumpe 30 zum Hydraulikantrieb 12 freigegeben ist, und während des deaktivierten Zustands des Zusatzverdichters 11 in seiner ersten Stellung, also Sperrstel- lung, geschaltet bleibt. The charging system according to the invention is not only suitable for wastegate configurations, but also for other configurations such as variable turbine geometries. Fig. 4 shows very schematically an embodiment of a circuit arrangement of a hydraulic part of the charging system according to the invention. In this case, the auxiliary compressor 11 is associated with a hydraulic drive 12, which drives the auxiliary compressor 11. In order to supply the hydraulic drive 12 with a hydraulic medium, for example oil, a hydraulic pump 30 is provided, which is connected to the suction side of a tank 34 with the hydraulic medium and can be designed, for example, as a gear or axial piston pump with a fixed or variable displacement volume , A valve 31, which is designed as a multi-way valve and is controllable by the control device 26, not shown in FIG. 4, is received in a hydraulic supply line 32 which leads from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12. In its first position, the valve 31 shuts off the passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 by the valve 31 connecting a line section of the supply line 32 extending between the hydraulic pump 30 and the valve 31 to a line 33 leading from the valve 31 to the tank 34 leads. As a result, in this position of the valve 31, the hydraulic medium coming from the hydraulic pump returns to the tank 34. In its second position, the valve 31 releases a passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 by the valve 31 extending between the hydraulic pump 30 and the valve 31 extending line section of the supply line 32 separates from the line 33 and instead connects this line section with a running between the valve 31 and the hydraulic drive line section of the supply line 32. Via the passage thus produced, the hydraulic pump 30 can supply the hydraulic drive 12 with the hydraulic medium. The control of the valve 31 by means of the control device 26 in this case so that the valve 31 is switched only during the active operation of the auxiliary compressor 11 in its second position in which the passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 is released, and during the deactivated state of the additional compressor 11 in its first position, ie blocking position, remains switched.
Fig. 5 zeigt stark schematisch ein - gegenüber Fig. 4 - abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung des hydraulischen Teils des erfindungsgemäßen Aufladesystems. Diese Abwandlung unterscheidet sich von der in Fig. 4 dargestellten Variante im Wesentlichen dadurch, dass anstelle des Ventils 31 (Fig. 4) ein Ventilblock 40 mit zusätzlichen Funktionen vorgesehen ist, um mittels eines Hydrospeichers bzw. Druckspeichers 49 den Hydraulikantrieb 12 während der aktiven Phase des Zusatzverdichters 11 mit dem Hydraulikmedium versorgen zu können. Dazu umfasst der Ventilblock 40 zwei Ventile 41, 42, welche als elektrisch ansteuerbare Wegeventile, im bevorzugten Ausführungsbei- spiel als Magnetventile, ausgebildet sind, und ferner ein Drucksensor 43, einFIG. 5 shows a highly diagrammatic view of a modified embodiment of a circuit arrangement of the hydraulic part of the charging system according to the invention, as compared to FIG. 4. This modification differs from the variant illustrated in FIG. 4 essentially in that, instead of the valve 31 (FIG. 4), a valve block 40 with additional functions is provided in order to by means of a hydraulic accumulator or pressure accumulator 49 to be able to supply the hydraulic drive 12 with the hydraulic medium during the active phase of the auxiliary compressor 11. For this purpose, the valve block 40 comprises two valves 41, 42, which are designed as electrically controllable directional valves, in the preferred embodiment as a solenoid valves, and also a pressure sensor 43, a
Druckbegrenzungsventil 44 und ein Rückschlagventil 45. Dabei bezeichnen in Fig. 5 gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente bzw. Komponenten wie in Fig. 4. Die Ventile 41, 42 sind in der von der hydraulischen Pumpe 30 zum Hydraulikantrieb 12 führenden hydraulischen Zuleitung 32 in Strömungsrich- tung gesehen hintereinander, d.h. in Reihenschaltung angeordnet aufgenommen.Here, in Fig. 5, like reference numerals designate the same or similar elements or components as in Fig. 4. The valves 41, 42 are in the leading from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 hydraulic supply line 32 in flow direction - seen consecutively, ie taken in series.
In seiner ersten Stellung sperrt das erste Ventil 41 den Durchgang von der Hydraulikpumpe 30 zum zweiten Ventil 42 und somit zum Hydraulikantrieb 12, indem das Ventil 41 einen sich zwischen der Hydraulikpumpe 30 und dem ersten Ventil 41 erstreckenden ersten Leitungsabschnitt der Zuleitung 32 mit einer Leitung 33 verbindet, welche vom ersten Ventil 41 zum Tank 34 führt. In seiner zweiten Stellung öffnet das erste Ventil 41 einen Durchgang zum zweiten Ventil 42, indem das erste Ventil 41 den ersten Leitungsabschnitt der Zuleitung 32 mit ihrem zweiten Leitungsabschnitt verbindet, welcher sich zwischen dem ersten Ventil 41 und dem zweiten Ventil 42 erstreckt. Ist dabei das zweite Ventil 42 in seiner ersten Stellung, also in seiner Sperrstellung, so ist der Durchgang zum HydraulikantriebIn its first position, the first valve 41 blocks the passage from the hydraulic pump 30 to the second valve 42 and thus to the hydraulic drive 12, by the valve 41 having a first line section of the supply line 32 extending between the hydraulic pump 30 and the first valve 41 with a line 33 connects, which leads from the first valve 41 to the tank 34. In its second position, the first valve 41 opens a passage to the second valve 42, in which the first valve 41 connects the first line section of the supply line 32 with its second line section, which extends between the first valve 41 and the second valve 42. If in this case the second valve 42 is in its first position, that is to say in its blocking position, then the passage is to the hydraulic drive
12 abgesperrt. Aufgrund der Offenstellung des ersten Ventils 41 und der Sperrstellung des zweiten Ventils 42 ist jedoch ein Durchgang zum Hydrospeicher 49 freigegeben, da eine von dem zweiten Leitungsabschnitt der Zuleitung 32 abzweigende Leitung 46 an eine Leitung 47 angeschlossen ist, welche zum Hydro- Speicher 49 führt. Dadurch kann in diesem Schaltzustand des Ventilblocks 40 die12 shut off. Due to the open position of the first valve 41 and the blocking position of the second valve 42, however, a passage to the hydraulic accumulator 49 is released because a branched off from the second line section of the feed line 32 line 46 is connected to a line 47, which leads to the hydraulic accumulator 49. As a result, 40 in this switching state of the valve block
Hydraulikpumpe 30 den Hydrospeicher 49 mit dem Hydraulikmedium befüllen. In seiner zweiten Stellung gibt das Ventil 42 bei Offenstellung des ersten Ventils 41 den Durchgang von der Hydraulikpumpe 30 zum Hydraulikantrieb 12 frei, indem es den zweiten Leitungsabschnitt der Zuleitung mit einem dritten Leitungsab- schnitt verbindet, der sich zwischen dem zweiten Ventil 42 und dem Hydraulikantrieb 12 erstreckt. In Offenstellung des zweiten Ventils 42 und bei Sperrstellung des ersten Ventils 41 kann jedoch der Hydrospeicher 49 den Hydraulikantrieb 12 mit dem Hydraulikmedium versorgen, da die Leitungen 46 und 47 über das geöffnete zweite Ventil 42 mit dem dritten Leitungsabschnitt der Zuleitung 32 ver- bunden sind. Das Druckbegrenzungsventil 44 ist in der Leitung 47 aufgenommen und dient dadurch zum Absichern des zulässigen Maximaldrucks für den Hydro- speicher 49 und den Hydraulikantrieb 12. Der an die Leitung 47 angekoppelte Drucksensor 43 dient zur Druckerfassung in den Leitungen 46 und 47 und übermittelt die entsprechenden Messdaten an die - nicht dargestellte - Steuerungseinrichtung 26; bei Erreichen einer vorbestimmten Druckschwelle wird das Druckbegrenzungsventil 44 aktiviert, das dann öffnet, um den Hydrospeicher 49 zu entlasten und aus dem Hydrospeicher 49 eine gewisse Menge des Hydraulikmediums zum Tank 34 über die Leitung 47 abzuführen, bis der Druck unter die vorbestimmte Druckschwelle fällt. Das zwischen den beiden Ventilen 41, 42 im zweiten Leitungsabschnitt der Zuleitung 32 aufgenommene Rückschlagventil 45 ist in Förderrichtung gesehen der Leitung 46 vorgeordnet und verhindert dadurch einen Rückfluss des Hydraulikmediums zur Hydraulikpumpe 30. Die Steuerung bzw. das Zusammenspiel der einzelnen Elemente bzw. Komponenten in Fig. 5 erfolgt mittels der - in Fig. 5 nicht dargestellten - Steuerungseinrichtung 26 derart, dass der Hydrospeicher 49 befüllt wird, wenn der Hydroantrieb 12 eine aus- reichende oder überschüssige Leistung für den Betrieb des Zusatzverdichters 11 bereitstellen kann. Die Entladung des Hydrospeichers 49 erfolgt hingegen dann, wenn eine transiente Last an den Zusatzverdichter 11 abzugeben ist. Hydraulic pump 30 fill the hydraulic accumulator 49 with the hydraulic medium. In its second position, when the first valve 41 is in the open position, the valve 42 releases the passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 by connecting the second line section of the supply line to a third line section located between the second valve 42 and the hydraulic drive 12 extends. In the open position of the second valve 42 and in the blocking position of the first valve 41, however, the hydraulic accumulator 49 can supply the hydraulic drive 12 with the hydraulic medium, since the lines 46 and 47 are connected via the open second valve 42 to the third line section of the supply line 32. The pressure limiting valve 44 is received in the line 47 and thereby serves to secure the maximum permissible pressure for the hydro- memory 49 and the hydraulic drive 12. The coupled to the line 47 pressure sensor 43 is used for pressure detection in the lines 46 and 47 and transmits the corresponding measurement data to the - not shown - control device 26; upon reaching a predetermined pressure threshold, the pressure relief valve 44 is activated, which then opens to relieve the hydraulic accumulator 49 and remove from the hydraulic accumulator 49 a certain amount of hydraulic medium to the tank 34 via line 47 until the pressure falls below the predetermined pressure threshold. The check valve 45 accommodated between the two valves 41, 42 in the second line section of the supply line 32 is upstream of the line 46 in the conveying direction and thereby prevents backflow of the hydraulic medium to the hydraulic pump 30. The control or interaction of the individual elements or components in FIG 5 takes place by means of the control device 26 (not shown in FIG. 5) in such a way that the hydraulic accumulator 49 is filled when the hydraulic drive 12 can provide sufficient or excess power for the operation of the auxiliary compressor 11. The discharge of the hydraulic accumulator 49, however, takes place when a transient load is to be delivered to the auxiliary compressor 11.
Fig. 6 zeigt in einer Schnittansicht eine Realisierung des Hydraulikantriebs, wel- eher insbesondere zum Antrieb des Zusatzverdichters 11 geeignet und aus einem Injektor 50 und einer Pelton-Turbine 51 gebildet ist. Ein derartiger Injektor wird üblicherweise in Dieselmotoren verwendet, um Kraftstoff in den Motorbrennraum einzuspritzen, während eine Pelton-Turbine typischerweise in Wasserkraftwerken stationär betrieben zur Energiegewinnung zum Einsatz kommt, in- dem die Druck- und Geschwindigkeitsenergie von Wasser in der Pelton-Turbine in Rotationsenergie umgewandelt wird, die dann mittels eines Generators in elektrische Energie umgesetzt wird. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind der Injektor 50 und die Pelton-Turbine 51 so zueinander positioniert, dass das austrittsseitige Injektorende der Pelton-Turbine 51 zugewandt und die 6 shows a sectional view of a realization of the hydraulic drive, which is particularly suitable for driving the auxiliary compressor 11 and is formed by an injector 50 and a Pelton turbine 51. Such an injector is commonly used in diesel engines to inject fuel into the engine's combustion space, while a Pelton turbine is typically used in hydroelectric power plants for power generation by converting the pressure and velocity energy of water in the Pelton turbine into rotational energy is then converted by a generator into electrical energy. In the arrangement according to the invention, the injector 50 and the Pelton turbine 51 are positioned to each other so that the outlet-side injector facing the Pelton turbine 51 and the
Injektorlängsachse 50", entlang welcher sich eine Injektordruckkammer erstreckt, etwa tangential zum Umfang der Pelton-Turbine 51 ausgerichtet ist, so dass ein von dem Injektor 50 erzeugter und am Injektorende über eine dort aufgenommene Injektornadel austretender Fluid-Strahl 50' ein jeweils oberstes und dem Fluid-Strahl 50' zugewandtes Turbinenschaufelblatt 52 der Turbine 51 er- fasst und dadurch die Schaufelanordnung der Turbine 51 um deren Turbinendrehachse 53 in Bewegung versetzt. Dazu wird das Fluid, das z.B. Wasser, Dieselkraftstoff, Hydrauliköl oder dergleichen sein kann, unter hohem Druck in den Injektor eingespeist und am austritts- seitigen bzw. spritzlochseitigen Injektorende unter Druckentspannung stark beschleunigt, wobei der Fluid-Strahl 50' gebildet wird, der dann nacheinander auf die am Umfang der Turbine angeordneten Schaufelblätter 52 auftrifft. Der Injektor 50 erfüllt dabei einerseits die Funktion der Strahlbildung und andererseits eine Ventil- Funktion des An- und Ausschaltens der Turbine und mithin des Hydraulikantriebs. Indem der Injektor 50 aufgrund seiner charakteristischen Eigenschaften relativ schnell öffnen und schließen kann, ist eine hohe Dynamik bei Ein- und Ausschaltvorgängen der Pelton-Turbine 51 erzielbar. Ferner sind durch getaktete Ansteuerung des Injektors 50 mittlere Lasten erzeugbar, da mit Injektoren der neueren Generation sehr hohe Drücke im Druckbereich bis zu 3 kbar und sehr schnelle Taktzeiten erzielbar sind. Da die Pelton-Turbine 51 typischerweise ein äußerst geringes Trägheitsmoment im Verhältnis zu ihrer Leistung aufweist, ist zusammen mit den charakteristischen Injektoreigenschaften ein schneller Drehzahlaufbau in der Turbine 51 möglich, was sich unterstützend auf dynamische Vorgänge auswirkt. Eine Effizienzsteigerung der erfindungsgemäßen Anordnung aus Injektor 50 und Pelton-Turbine 51 ist erzielbar, indem im Turbinenraum ein Unterdruck erzeugt wird, da sich geringere Verluste in der Turbine 51 aufgrund unerwünschtem Abbremsen des Fluid-Strahls in Luft ergeben. Injektorlängsachse 50 " , along which extends a Injektordruckkammer, approximately tangent to the circumference of the Pelton turbine 51 is aligned so that a generated by the injector 50 and at the injector via a received there injector needle exiting fluid jet 50 ' a respective top and Fluid jet 50 ' facing turbine blade 52 of the turbine 51 detects and thereby set the blade assembly of the turbine 51 to the turbine rotation axis 53 in motion. For this purpose, the fluid, which may be, for example, water, diesel fuel, hydraulic oil or the like, fed under high pressure into the injector and greatly accelerated at the outlet side or injection port side injector under pressure release, the fluid jet 50 'is formed, which then successively impinges on the blades 52 arranged on the circumference of the turbine. The injector 50 fulfills the one hand, the function of the beam formation and on the other hand, a valve function of turning on and off the turbine and thus the hydraulic drive. By virtue of its characteristic properties, the injector 50 can open and close relatively quickly, so that high dynamics can be achieved during switching on and off operations of the Pelton turbine 51. Furthermore, by clocked control of the injector 50 average loads can be generated because with injectors of the newer generation very high pressures in the pressure range up to 3 kbar and very fast cycle times can be achieved. Since the Pelton turbine 51 typically has an extremely low moment of inertia relative to its power, along with the characteristic injector characteristics, rapid speed build-up in the turbine 51 is possible, which aids in dynamic processes. An increase in efficiency of the inventive arrangement of injector 50 and Pelton turbine 51 can be achieved by a negative pressure is generated in the turbine chamber, as there are lower losses in the turbine 51 due to undesirable braking of the fluid jet in air.
Fig. 7 zeigt in einer zu Fig. 1 analogen Ansicht den Zusatzverdichter 11 zusammen mit einer Ausführungsform des Hydraulikantriebs 12 als Teil des erfindungsgemäßen Aufladesystems, wobei der Hydraulikantrieb 12 für den Zusatzverdichter 11 durch die den Injektor 50 und die Pelton-Turbine 51 umfassende Anordnung gemäß Fig. 6 realisiert ist. Vorteilhaft ergibt sich durch die erfindungsgemäße Kombination eines Injektors 50 mit einer Pelton-Turbine 51 unter Ausnutzung des niedrigen Trägheitsmoments der Pelton-Turbine 51 und der schnellen Strahlbildung mittels des Injektors 50 ein schnelles Ansprechverhalten des Zusatzverdichters, wodurch hohe Drehzahlen der Pelton-Turbine und mithin des Hydraulikantriebs 12 möglich sind, so dass ein Getriebe zwischen Zusatzverdichter 11 und Hydraulikantrieb 12 verzichtbar ist. FIG. 7 shows in a view analogous to FIG. 1 the additional compressor 11 together with an embodiment of the hydraulic drive 12 as part of the charging system according to the invention, wherein the hydraulic drive 12 for the auxiliary compressor 11 by the arrangement comprising the injector 50 and the Pelton turbine 51 Fig. 6 is realized. Advantageously, results from the inventive combination of an injector 50 with a Pelton turbine 51 taking advantage of the low moment of inertia of the Pelton turbine 51 and the rapid beam formation by means of the injector 50, a fast response of the auxiliary compressor, causing high speeds of the Pelton turbine and thus the Hydraulic drive 12 are possible, so that a transmission between additional compressor 11 and hydraulic drive 12 is dispensable.
Fig. 8 veranschaulicht den Hydraulikantrieb von Fig. 7, wobei ein erster Hydrau- likanschluss 12' zum Zuführen des fluiden Hydraulikmittels dient und am Injektor vorgesehen ist, während ein zweiter Hydraulikanschluss 12 " zum Rückführen des fluiden Hydraulikmittels dient und endseitig an einer Rückführleitung 54 der Pelton-Turbine 51 vorgesehen ist. Eine abgewandelte Ausführungsform der Anordnung von Fig. 7 und 8 besteht darin, dass als Turbine eine Tesla-Turbine verwendet wird, welche von einem Injektor angetrieben wird. Dazu ist der Injektor bezüglich der Tesla-Turbine derart angeordnet, dass ein an seinem austrittsseitigen Injektorende erzeugter Fluid-Strahl auf einen Einlass am Außenrand von auf einer Turbinenachse der Tesla-Turbine angeordneten und axial voneinander beabstandeten kreisförmigen Scheiben auftrifft, die als Turbinenwirkelemente dienen und in an sich bekannter Weise durch Schlitze voneinander getrennt sind. Beim Durchqueren der Schlitze überträgt der vom Injektor erzeugte Fluid-Strahl seine kinetische Energie auf die jeweiligen Oberflächen der Scheiben, wodurch die letzteren gemäß dem an sich bekannten Wirkprinzip der Tesla-Turbine in eine Rotationsbewegung um ihre Dreh- bzw.FIG. 8 illustrates the hydraulic drive of FIG. 7, wherein a first hydraulic connection 12 ' serves to supply the hydraulic fluid and to the injector while a second hydraulic port 12 " serves to recirculate the hydraulic fluid and is provided end to a return line 54 of the Pelton turbine 51. A modified embodiment of the arrangement of Figures 7 and 8 is that a turbine is a Tesla turbine For this purpose, the injector is arranged with respect to the Tesla turbine such that a fluid jet generated at its exit-side injector end faces an inlet at the outer edge of and axially spaced from each other on a turbine axis of the Tesla turbine As they pass through the slots, the fluid jet generated by the injector transfers its kinetic energy to the respective surfaces of the discs, whereby the latter are known per se Wirkprinzi p the Tesla turbine in a rotational movement about its rotation or
Turbinenachse versetzt werden. Der nach und nach abgebremste Fluid-Strahl tritt schließlich über einen Auslass in der Nähe der Drehachse wieder aus der Tesla-Turbine aus. Vorteilhaft sind durch die erfindungsgemäße Kombination eines Injektors mit einer Tesla-Turbine sehr hohe Drehzahlen im Vergleich zum technisch nutzbaren Drehzahlbereich bei Verwendung einer Pelton-Turbine erzielbar. Dadurch eignet sich ein durch eine derartige Kombination gebildeter hydraulischer Antrieb für einen naturgemäß mit hohen Drehzahlen arbeitenden Zusatzverdichter. Fig. 9 zeigt ein im Ganzen mit 100 bezeichnetes Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das in der Steuerungseinrichtung 26 implementiert ist und zum Betreiben des Aufladesystems 10, d.h. dem Zusammenspiel der einzelnen Komponenten des Aufladesystems dient. Die erste Ausführungsform des Verfahrens korrespondiert mit der Schaltungsanordnung von Fig. 4. In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird mittels der Steuerungseinrichtung 26 der aktuelle Betriebszustand des Aufladesystems 10, insbesondere der Ladedruck laufend erfasst und ausgewertet bzw. analysiert. Erkennt dabei die Steuerungseinrichtung 26 anhand der erfassten und ausgewerteten Messdaten, dass eine Ladedruckauf- bauphase vorliegt, so wird in einem sich daran anschließenden VerfahrensschrittTurbine axis are offset. The progressively decelerated fluid jet eventually exits the Tesla turbine via an outlet near the axis of rotation. Advantageously, very high speeds compared to the technically usable speed range when using a Pelton turbine can be achieved by the inventive combination of an injector with a Tesla turbine. As a result, a hydraulic drive formed by such a combination is suitable for a naturally occurring additional high-speed compressor. FIG. 9 shows a flowchart, generally designated by 100, showing the essential method steps of a first embodiment of the method according to the invention, which is implemented in the control device 26 and is used to operate the charging system 10, i. the interaction of the individual components of the charging system is used. The first embodiment of the method corresponds to the circuit arrangement of FIG. 4. In a first method step 110, the current operating state of the charging system 10, in particular the charging pressure, is continuously recorded and evaluated or analyzed by means of the control device 26. If the control device 26 recognizes on the basis of the recorded and evaluated measurement data that there is a boost pressure build-up phase, then in an adjoining process step
120 der Zusatzverdichter 11 aktiviert bzw. zugeschaltet, indem dazu die Steue- rungseinrichtung 26 den Hydraulikantrieb 12 für den Zusatzverdichter 11 betätigt, d.h. die Steuerungseinrichtung 26 steuert elektrisch die Ventilschaltmittel 31 an, worauf der Durchgang von der Hydraulikpumpe 30 zum Hydraulikantrieb 12 für das Hydraulikmittel über die Zuleitung 32 freigegeben wird. Das zum Hydraulik- antrieb 12 strömende Hydraulikmittel setzt dann den Hydraulikantrieb 12 in120 the additional compressor 11 is activated or switched on by the control The control device 26 controls electrically the valve switching means 31, whereupon the passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive 12 for the hydraulic fluid via the supply line 32 is released. The hydraulic medium flowing to the hydraulic drive 12 then sets the hydraulic drive 12 in
Gang, welcher wiederum den Zusatzverdichter 11 antreibt. In einem weiteren Verfahrensschritt 130 prüft die Steuerungseinrichtung 26 laufend, ob ein vorbestimmter Ladedruck erreicht ist. Dazu wird ein Vergleich der laufend erfassten Ladedruckmessdaten mit dem vorbestimmten Ladedruckniveau durchgeführt. Ergibt dieser Vergleichsschritt 130, dass das vorbestimmte Ladedruckniveau erreicht oder gar überschritten ist, so erfolgt in einem unmittelbar darauf folgenden Verfahrensschritt 140, die Deaktivierung bzw. Abschaltung des Zusatzverdichters 11, indem die Steuerungseinrichtung 26 die Ventilschaltmittel 31 so ansteuert, dass der Durchgang von der Hydraulikpumpe 30 zum Hydraulikantrieb 12 für das Hydraulikmittel abgesperrt wird, worauf der Hydraulikantrieb 12 und mithin derGang, which in turn drives the auxiliary compressor 11. In a further method step 130, the control device 26 continuously checks whether a predetermined charge pressure has been reached. For this purpose, a comparison of the continuously detected boost pressure measurement data with the predetermined boost pressure level is performed. If this comparison step 130 reveals that the predetermined boost pressure level has been reached or even exceeded, the deactivation or deactivation of the auxiliary compressor 11 takes place in an immediately following method step 140 in that the control device 26 controls the valve switching means 31 in such a way that the passage from the hydraulic pump 30 is shut off to the hydraulic drive 12 for the hydraulic fluid, whereupon the hydraulic drive 12 and thus the
Zusatzverdichter 11 abschalten. Anschließend erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 110. Ergibt jedoch der Vergleichsschritt 130, dass das vorbestimmte Ladedruckniveau noch nicht erreicht ist, so wird - während die Leitung für den Betrieb des Zusatzverdichters 11 weiter offengehalten wird - solange abgewartet, bis das vorbestimmte Ladedruckniveau erreicht wird. Switch off additional compressor 11. Subsequently, there is a return to step 110. If, however, the comparison step 130 that the predetermined boost pressure level has not yet been reached, while the line for the operation of the auxiliary compressor 11 is kept open until - waited until the predetermined boost pressure level is reached.
Das vorbestimmte Ladedruckniveau kann gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von dem Frischluft- bzw. Gasmassenstrom durch den Zusatzverdichter, von der zuströmseitig vor dem Zusatzverdichter erfassten Gas- Eintrittstemperatur und von dem zuströmseitig vor dem Zusatzverdichter erfassten Gasdruck berechnet werden, um den Zusatzverdichter bei Erreichen seiner Stopfgrenze bzw. seines konstruktionsbedingt maximal von ihm bewältigbaren Volumenstroms oder seiner maximal zulässigen Drehzahl abschalten zu können. In einem solchen Fall wird das vorbestimmte Ladedruckniveau als dynamische Größe ermittelt. The predetermined boost pressure level can be calculated according to an embodiment in dependence on the fresh air or gas mass flow through the additional compressor, the gas inlet temperature detected upstream of the auxiliary compressor and the gas pressure detected upstream of the auxiliary compressor in order to reach the additional compressor when it reaches its stuffing limit or Its maximum design of its volume flow or its maximum allowable speed can be switched off. In such a case, the predetermined boost pressure level is determined as a dynamic quantity.
Fig. 10 zeigt ein im Ganzen mit 200 bezeichnetes Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das in der Steuerungseinrichtung 26 implementiert ist und zum Betreiben des Aufladesystems 10, d.h. dem Zusammenspiel der einzelnen10 is a flowchart, generally designated 200, showing the essential steps of a second embodiment of the method of the invention implemented in the controller 26 and used to operate the charging system 10, i. the interaction of the individual
Komponenten des Aufladesystems dient. Die zweite Ausführungsform des Ver- fahrens korrespondiert mit der Schaltungsanordnung von Fig. 5. In einem ersten Verfahrensschritt 210 wird mittels der Steuerungseinrichtung 26 der aktuelle Betriebszustand des Aufladesystems, insbesondere der Ladedruck mittels eines Drucksensors, der im Ansauzweig zwischen Bypass und Brennkraftmaschine angeordnet ist, laufend erfasst und ausgewertet bzw. analysiert. Erkennt dabei die Steuerungseinrichtung 26 anhand der erfassten und ausgewerteten Messdaten, dass eine Ladedruckaufbauphase vorliegt, so wird in einem sich daran anschließenden Verfahrensschritt 220 der Zusatzverdichter 11 aktiviert bzw. zugeschaltet; dabei prüft die Steuerungseinrichtung 26 zunächst, ob der Hydrospei- eher 49 ausreichend mit dem Hydraulikmittel befüllt ist; bei positivem Resultat derComponents of the charging system is used. The second embodiment of the invention In a first method step 210, the current operating state of the charging system, in particular the boost pressure by means of a pressure sensor, which is arranged in the intake branch between the bypass and the engine, continuously recorded and evaluated or analyzed by means of the control device 26 , If the control device 26 recognizes on the basis of the recorded and evaluated measurement data that there is a boost pressure build-up phase, the auxiliary compressor 11 is activated or switched on in a subsequent process step 220; In this case, the control device 26 first checks whether the hydraulic accumulator 49 is sufficiently filled with the hydraulic medium; if the result is positive
Prüfung steuert die Steuerungseinrichtung 26 die Ventile 41, 42 des Ventilblocks 40 so an, dass das erste Ventil in seine Sperrstellung und das zweite Ventil 42 in seine Offenstellung schaltet, wodurch ein Durchgang von dem Hydrospeicher 49 zum Hydraulikantrieb 12 freigegeben wird. Bei negativem Resultat der Prüfung, d.h. wenn der Hydrospeicher nicht ausreichend gefüllt oder leer ist, erfolgt dieTest controls the controller 26, the valves 41, 42 of the valve block 40 so that the first valve in its blocking position and the second valve 42 switches to its open position, whereby a passage from the hydraulic accumulator 49 is released to the hydraulic drive 12. If the result of the test is negative, i. if the hydraulic accumulator is not sufficiently filled or empty, the
Ansteuerung der Ventile 41, 42 derart, dass sowohl das erste Ventil 41 als auch das zweite Ventil 42 in Offen- bzw. Durchlassstellung schalten, so dass ein Durchgang von der Hydraulikpumpe zum Hydraulikantrieb freigegeben wird; zugleich wird von der Steuerungseinrichtung ein - in Fig. 5 nicht dargestelltes - Ventil, das bevorzugt Teil des Hydrospeichers oder dem Hydrospeicher, z.B. inActivating the valves 41, 42 such that both the first valve 41 and the second valve 42 switch to open or open position, so that a passage from the hydraulic pump to the hydraulic drive is released; at the same time by the control device - not shown in Figure 5 - valve, which is preferably part of the hydraulic accumulator or the hydraulic accumulator, e.g. in
Leitung 46, vorgeordnet sein kann, in Sperrstellung geschaltet, um den Hydrospeicher von dem freigeschalteten Durchgang fluidisch abzukoppeln. In beiden Fällen strömt dann das Hydraulikmittel zum Hydraulikantrieb 12, worauf sich der Hydraulikantrieb 12 in Gang setzt und den Zusatzverdichter 11 antreibt. In einem weiteren Verfahrensschritt 230 prüft die Steuerungseinrichtung 26 laufend, ob ein vorbestimmter Ladedruck erreicht ist. Dazu wird ein Vergleich der laufend erfassten Ladedruckmessdaten mit dem vorbestimmten Ladedruckniveau durchgeführt. Ergibt dieser Vergleichsschritt 230, dass das vorbestimmte Ladedruckniveau erreicht oder gar überschritten ist, so erfolgt in einem unmittelbar darauf folgenden Verfahrensschritt 240 die Deaktivierung bzw. Abschaltung des ZusatzverdichtersLine 46, may be upstream, connected in blocking position to fluidly decouple the hydraulic accumulator from the unlocked passage. In both cases, the hydraulic fluid then flows to the hydraulic drive 12, whereupon the hydraulic drive 12 starts and drives the auxiliary compressor 11. In a further method step 230, the control device 26 continuously checks whether a predetermined charge pressure has been reached. For this purpose, a comparison of the continuously detected boost pressure measurement data with the predetermined boost pressure level is performed. If this comparison step 230 reveals that the predetermined charge pressure level has been reached or even exceeded, the deactivation or deactivation of the additional compressor takes place in an immediately following method step 240
11, indem die Steuerungseinrichtung 26 die Ventile 41, 42 des Ventilblocks 40 so ansteuert, dass der Durchgang für das Hydraulikmittel zum Hydraulikantrieb 12 abgesperrt wird, worauf der Hydraulikantrieb 12 und mithin der Zusatzverdichter 11 abschalten. In einem folgenden Schritt 250 wird der Hydrospeicher 49 befüllt, indem die Steuerungseinrichtung 26 das erste Ventil 41 offenhält und das zweite11, in that the control device 26 controls the valves 41, 42 of the valve block 40 in such a way that the passage for the hydraulic medium to the hydraulic drive 12 is shut off, whereupon the hydraulic drive 12 and therefore the additional compressor 11 are switched off. In a following step 250, the hydraulic accumulator 49 is filled by the controller 26 holding the first valve 41 open and the second
Ventil 42 sperrt und gegebenenfalls das - in Fig. 5 nicht dargestellte - Ventil des Hydrospeichers in Offenstellung schaltet. Anschließend erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 210. Ergibt jedoch der Vergleichsschritt 230, dass das vorbestimmte Ladedruckniveau noch nicht erreicht ist, so wird - während die Leitung für den Betrieb des Zusatzverdichters weiter offengehalten wird - solange abgewartet, bis das vorbestimmte Ladedruckniveau erreicht wird. Valve 42 blocks and optionally the - not shown in Fig. 5 - valve of Hydraulic accumulator switches in the open position. Subsequently, a return to step 210 takes place. If, however, the comparison step 230 reveals that the predetermined charge pressure level has not yet been reached, then while the line is kept open for the operation of the auxiliary compressor, it is waited until the predetermined charge pressure level is reached.
Zusammenfassend ist bei einem Aufladesystem 10 mit einem Turbolader für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, dass ein von einem Hydraulikantrieb 12 antreibbarer Zusatzverdichter 11 dem Turbolader 16 zuschaltbar zugeordnet ist, wobei der Hydraulikantrieb 12 bei Betätigung mittels eines Hydraulikmediums seine hydraulische Antriebsenergie dem Zusatzverdichter 11 mechanisch vermittelt, um den Zusatzverdichter 11 dem Turbolader 16 zuzuschalten. Eine Steuerungseinrichtung 26 dient zum Erfassen des Betriebszustands des In summary, in a supercharging system 10 with a turbocharger for an internal combustion engine, an auxiliary compressor 11 that can be driven by a hydraulic drive 12 is assigned to the turbocharger 16, wherein the hydraulic drive 12 mechanically mediates its hydraulic drive energy to the auxiliary compressor 11 when actuated by means of a hydraulic medium Additional compressor 11 turn on the turbocharger 16. A control device 26 is used to detect the operating state of
Aufladesystems 10 und zum Steuern der Ventilschaltmittel 31 bzw. 40, 41, 42, wobei die Steuerungseinrichtung 26 dem Zusatzverdichter 11 bzw. dem Hydraulikantrieb 12 zugeordnet ist, um in Abhängigkeit vom erfassten Betriebszustand des Aufladesystems 10 die Ventilschaltmittel zu betätigen. Zum Zuschalten bzw. Aktivieren des Zusatzverdichters 11 wird mittels der Ventilschaltmittel ein Durchgang von der hydraulischen Pumpe 30 zu dem Hydraulikantrieb oder ein Durchgang von dem das Hydraulikmedium enthaltenden Hydrospeicher 49 zum Hydraulikantrieb freigegeben. Der Zusatzverdichter 11 wird bevorzugt während der Ladedruckaufbauphase des Aufladesystems 10 aktiviert. Charging system 10 and for controlling the valve switching means 31 and 40, 41, 42, wherein the control device 26 is associated with the additional compressor 11 and the hydraulic drive 12 to operate in response to the detected operating state of the charging system 10, the valve switching means. For switching on or activating the auxiliary compressor 11, a passage from the hydraulic pump 30 to the hydraulic drive or a passage from the hydraulic medium-containing hydraulic accumulator 49 to the hydraulic drive is released by means of the valve switching means. The auxiliary compressor 11 is preferably activated during the boost pressure buildup phase of the charging system 10.

Claims

Patentansprüche claims
1. Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine, wobei das Aufladesystem einen Turbolader aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem Hydraulikantrieb (12) antreibbarer Zusatzverdichter (11) dem Turbolader (16) zuschaltbar zugeordnet ist, wobei der Hydraulikantrieb (12) bei Betätigung mittels eines Hydraulikmediums seine hydraulische Antriebsenergie dem Zusatzverdichter (11) mechanisch vermittelt, um den Zusatzverdichter (11) dem Turbolader (16) zuzuschalten. Charging system for an internal combustion engine, wherein the supercharging system has a turbocharger, characterized in that one of a hydraulic drive (12) drivable additional compressor (11) the turbocharger (16) is assigned switchable, wherein the hydraulic drive (12) when actuated by means of a hydraulic medium its hydraulic drive energy to the auxiliary compressor (11) mechanically mediated to the auxiliary compressor (11) the turbocharger (16) zuzuschalten.
2. Aufladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter (11) in Strömungsrichtung dem Turbolader (16) vorgeordnet ist. 2. Charging system according to claim 1, characterized in that the additional compressor (11) in the flow direction of the turbocharger (16) is arranged upstream.
3. Aufladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter (11) in Strömungsrichtung dem Turbolader (16) nachgeordnet ist. 3. Charging system according to claim 1, characterized in that the additional compressor (11) downstream of the turbocharger (16) is arranged in the flow direction.
4. Aufladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über Ventilschaltmittel (30; 40, 41, 42) eine Hydraulikpumpe (30) mit dem Hydraulikantrieb (12) verbindbar ist. 4. Charging system according to one of claims 1 to 3, characterized in that via valve switching means (30; 40, 41, 42), a hydraulic pump (30) with the hydraulic drive (12) is connectable.
5. Aufladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilschaltmittel wenigstens ein Ventil (30) aufweisen, das in einer Zuleitung (32) zwischen der Hydraulikpumpe (30) und dem Hydraulikantrieb (12) angeordnet ist, um in seiner Sperrstellung die Zuleitung (32) zum Hydraulikantrieb (12) zu sperren und in seiner auf Durchlass geschalteten Stellung die Zuleitung (32) freizugeben. 5. Charging system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the valve switching means comprise at least one valve (30) which is arranged in a feed line (32) between the hydraulic pump (30) and the hydraulic drive (12) in order to Blocked position to block the supply line (32) to the hydraulic drive (12) and release in its switched on passage position the supply line (32).
6. Aufladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilschaltmittel wenigstens ein erstes und ein zweites Ventil (41, 42) aufweisen, die in einer Zuleitung (32) zwischen der Hydraulikpumpe (30) und dem Hydraulikantrieb (12) angeordnet sind, wobei die Ventilschaltmittel (41, 42) die Zuleitung (32) zum Hydraulikantrieb (12) freigeben, wenn beide Ventile (41, 42) auf Durchlass geschaltet sind, wohingegen die Zuleitung (32) gesperrt ist, wenn beide Ventile (42, 42) in Sperrstellung geschaltet sind. 6. Charging system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the valve switching means comprise at least a first and a second valve (41, 42) in a supply line (32) between the hydraulic pump (30) and the hydraulic drive (12). are arranged, wherein the valve switching means (41, 42) the supply line (32) to the hydraulic drive (12) release when both valves (41, 42) are switched to passage, whereas the supply line (32) is locked when both valves (42 , 42) are switched in blocking position.
7. Aufladesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydro- speicher (49) vorgesehen ist, der über eine Hydraulikpumpe (30) befüllbar ist und welcher über Ventilschaltmittel (41, 42) mit dem Hydraulikantrieb (12) verbindbar ist. 7. Charging system according to claim 6, characterized in that a hydraulic accumulator (49) is provided which can be filled via a hydraulic pump (30) and which can be connected via valve switching means (41, 42) to the hydraulic drive (12).
8. Aufladesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dem ersten Ventil (41) in Strömungsrichtung nachgeordnete zweite Ventil (42) in seiner Offenstellung den Hydrospeicher (49) über wenigstens eine Leitung (46, 47) mit dem Hydraulikantrieb (12) verbindet, wenn das erste Ventil (41) in seine Sperrstellung geschaltet ist. 8. Charging system according to claim 7, characterized in that the first valve (41) in the flow direction downstream second valve (42) in its open position the hydraulic accumulator (49) via at least one line (46, 47) connects to the hydraulic drive (12) when the first valve (41) is switched to its blocking position.
9. Aufladesystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (41) in seiner Offenstellung die Hydraulikpumpe (30) mit dem Hydrospeicher (49) über wenigstens eine Leitung (46, 47) verbindet, wenn das zweite Ventil (42) in seine Sperrstellung geschaltet ist. 9. Charging system according to claim 7 or 8, characterized in that the first valve (41) in its open position, the hydraulic pump (30) with the hydraulic accumulator (49) via at least one line (46, 47) connects when the second valve (42 ) is switched to its blocking position.
10. Aufladesystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zwischen beiden Ventilen (41, 42) verlaufenden Leitungsabschnitt ein Rückschlagventil (45) derart angeordnet ist, dass ein Rückfluss des Hydraulikmediums zur Hydraulikpumpe (30) hin über das erste Ventil (41) blockiert ist. 10. Charging system according to one of claims 6 to 9, characterized in that in a between two valves (41, 42) extending line portion, a check valve (45) is arranged such that a return flow of the hydraulic medium to the hydraulic pump (30) through the first Valve (41) is blocked.
11. Aufladesystem nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (26) zum Erfassen des Betriebszustands des Aufladesystems (10) und zum Steuern der Ventilschaltmittel vorgesehen ist, die dem Zusatzverdichter (11) zugeordnet ist, um in Abhängigkeit vom erfassten Betriebszustand des Aufladesystems die Ventilschaltmittel zu betätigen. Charging system according to one of Claims 4 to 10, characterized in that a control device (26) is provided for detecting the operating state of the charging system (10) and for controlling the valve switching means associated with the auxiliary compressor (11) in dependence on detected operating state of the charging system to actuate the valve switching means.
12. Aufladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Getriebe (13) zwischen dem Zusatzverdichter (11) und dem Hydraulikantrieb (12) angeordnet ist, um die Antriebsenergie des Hydraulikantriebs (12) dem Zusatzverdichter (11) zu vermitteln. 12. Charging system according to one of claims 1 to 11, characterized in that a transmission (13) between the auxiliary compressor (11) and the hydraulic drive (12) is arranged to impart the driving energy of the hydraulic drive (12) to the additional compressor (11) ,
13. Aufladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikantrieb (12) eine Turbine (51) und wenigstens einen Injektor (50) umfasst, welche derart zueinander angeordnet sind, dass ein vom Injek- tor (50) erzeugbarer Strahl (50') des Hydraulikmediums wenigstens ein Turbi- nenwirkelement (52) der Turbine (51) erfasst, um die Turbine anzutreiben. 13. Charging system according to one of claims 1 to 12, characterized in that the hydraulic drive (12) comprises a turbine (51) and at least one injector (50), which are arranged to each other such that one of Injek- tor (50) producible jet (50 ' ) of the hydraulic medium detects at least one turbine acting element (52) of the turbine (51) to drive the turbine.
14. Aufladesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikantrieb (12) eine Pelton-Turbine umfasst, wobei die Turbinenwirkelemente (52) als an einem Umfang eines Turbinenrads angeordnete Schaufelblätter ausgebildet sind und der vom Injektor erzeugbare Strahl etwa tangential auf den Umfang des Turbinenrads gerichtet ist, um nacheinander die Schaufelblätter zu erfassen. 14. A charging system according to claim 13, characterized in that the hydraulic drive (12) comprises a Pelton turbine, wherein the turbine active elements (52) are formed as arranged on a circumference of a turbine blades blades and the jet generated by the injector approximately tangential to the circumference of Turbine is directed to sequentially detect the blades.
15. Aufladesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikantrieb (12) eine Tesla-Turbine umfasst, wobei die Turbinenwirkelemente als auf einer Turbinenachse eines Turbinenrads angeordnete und axial voneinander durch Schlitze beabstandete Scheiben ausgebildet sind und der vom Injektor erzeugbare Strahl etwa parallel zur Oberfläche wenigstens einer der Scheiben auf einen Außenrand der Scheiben gerichtet ist. 15. Charging system according to claim 13, characterized in that the hydraulic drive (12) comprises a Tesla turbine, wherein the turbine active elements are arranged as arranged on a turbine axis of a turbine wheel and axially spaced apart from each other by slots discs and the jet can be generated by the injector approximately parallel to Surface of at least one of the discs is directed to an outer edge of the discs.
16. Aufladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikmedium zum Betreiben des Hydraulikantriebs als Diesel- Kraftstoff ausgebildet ist. 16. Charging system according to one of claims 1 to 15, characterized in that the hydraulic medium is designed to operate the hydraulic drive as a diesel fuel.
17. Aufladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter (11) als Verdrängerlader ausgebildet ist. 17. Charging system according to one of claims 1 to 16, characterized in that the additional compressor (11) is designed as a positive displacement.
18. Aufladesystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter (11) als volumetrischer Kompressor, vorzugsweise als Spirallader ausgebildet ist. 18. Charging system according to claim 17, characterized in that the additional compressor (11) is designed as a volumetric compressor, preferably as a spiral loader.
19. Aufladesystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter (11) als Schraubenverdichter ausgebildet ist. 19. Charging system according to claim 17, characterized in that the additional compressor (11) is designed as a screw compressor.
20. Antriebsvorrichtung insbesondere für einen Zusatzverdichter eines 20. Drive device in particular for an additional compressor of a
Aufladesystems, wobei die Antriebsvorrichtung eine Turbine (51) mit Turbinen- wirkelementen (52) zum Aufnehmen der kinetischen Energie eines auftreffenden Fluids aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Injektor (50) vorgesehen ist, welcher derart zur Turbine (51) angeordnet ist, dass ein vom In- jektor (50) erzeugbarer Strahl (50') des Fluids wenigstens eines der Turbinen- wirkelemente (52) erfasst, um die Turbine (51) anzutreiben. Charging system, wherein the drive device comprises a turbine (51) with turbine operating elements (52) for receiving the kinetic energy of an impinging fluid, characterized in that at least one injector (50) is provided, which is arranged in such a way to the turbine (51), that one of the jector (50) producible beam (50 ') of the fluid for sensing at least one of the turbine operating elements (52) to drive the turbine (51).
21. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (51) als Pelton-Turbine ausgebildet ist, wobei die Turbinenwirkelemente (52) als an einem Umfang eines Turbinenrads angeordnete Schaufelblätter ausgebildet sind und der vom Injektor (50) erzeugbare Strahl (50') etwa tangential auf den Umfang des Turbinenrads gerichtet ist, um nacheinander die Schaufelblätter zu erfassen. 21. Drive device according to claim 20, characterized in that the turbine (51) is designed as a Pelton turbine, wherein the turbine active elements (52) are formed as arranged on a circumference of a turbine blades blades and the injector (50) producible jet (50 ' ) is directed approximately tangentially to the circumference of the turbine wheel to sequentially detect the blades.
22. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (51) als Tesla-Turbine ausgebildet ist, wobei die Turbinenwirkelemente als auf einer Turbinenachse eines Turbinenrads angeordnete und axial voneinander durch Schlitze beabstandete Scheiben ausgebildet sind und der vom Injektor (50) erzeugbare Strahl (50') etwa parallel zur Oberfläche wenigstens einer der Scheiben auf einen Außenrand der Scheiben gerichtet ist. 22. Drive device according to claim 20, characterized in that the turbine (51) is designed as a Tesla turbine, wherein the turbine active elements are arranged as arranged on a turbine axis of a turbine wheel and axially spaced apart from each other by slots discs and the injector (50) producible Beam (50 ' ) is directed approximately parallel to the surface of at least one of the discs on an outer edge of the discs.
23. Verfahren insbesondere zum Betreiben des Aufladesystems nach einem der Ansprüche 1 bis 16 mit folgenden Verfahrensschritten: 23. A method in particular for operating the charging system according to one of claims 1 to 16 with the following method steps:
- Erfassen (110; 210) des aktuellen Betriebszustands, insbesondere des Ladedrucks des Aufladesystems;  - detecting (110; 210) the current operating state, in particular the charging pressure of the charging system;
- Aktivieren (120; 220) des Zusatzverdichters in Abhängigkeit vom erfassten Betriebszustand des Aufladesystems, wobei der dem Zusatzverdichter zugeordnete Hydraulikantrieb durch Zuführen eines Hydraulikmediums betätigt wird,  Activating (120; 220) the auxiliary compressor as a function of the detected operating state of the charging system, wherein the hydraulic drive assigned to the auxiliary compressor is actuated by supplying a hydraulic medium,
- Deaktivieren (140; 240) des Zusatzverdichters bei Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten Ladedruckniveaus im Aufladesystem, wobei der Hydraulikantrieb durch Absperren der Zufuhr des Hydraulikmediums abgeschaltet wird.  - deactivating (140; 240) the auxiliary compressor when reaching or exceeding a predetermined boost pressure level in the charging system, wherein the hydraulic drive is shut off by shutting off the supply of the hydraulic medium.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter während der Ladedruckaufbauphase des Aufladesystems aktiviert wird. 24. The method according to claim 23, characterized in that the additional compressor is activated during the boost pressure build-up phase of the charging system.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aktivieren des Zusatzverdichters ein Durchgang von einer hydraulischen Pumpe zu dem Hydraulikantrieb freigegeben wird. 25. The method according to claim 23 or 24, characterized in that for activating the additional compressor, a passage from a hydraulic pump is released to the hydraulic drive.
26. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aktivieren des Zusatzverdichters ein Durchgang von einem das Hydraulikmedium enthaltenden Hydrospeicher (49) zum Hydraulikantrieb freigegeben wird. 26. The method of claim 23 or 24, characterized in that for activating the auxiliary compressor, a passage of a hydraulic medium containing the hydraulic accumulator (49) is released to the hydraulic drive.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass im deaktivierten Zustand des Zusatzverdichters der Hydrospeicher (49) mit dem Hydraulikmedium befüllt wird (250), indem ein Durchgang von der hydraulischen Pumpe zum Hydrospeicher (49) freigegeben wird. 27. The method according to claim 26, characterized in that in the deactivated state of the additional compressor of the hydraulic accumulator (49) is filled with the hydraulic medium (250) by a passage from the hydraulic pump to the hydraulic accumulator (49) is released.
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