[2.1.] Aufladeeinrichtungen für Brennkraftmaschinen erhöhen den Luftdurchsatz eines

Verbrennungsmotors durch Vorverdichtung der zur Verbrennung des Kraftstoffs benötigten Luft. Durch den Einsatz von Aufladeeinrichtungen lassen sich höhere Leistungsdichten von

Brennkraftmaschinen bei gleichbleibendem Hubraum, verbesserten Kraftstoffverbräuchen und niedriger liegenden Abgasemissionen erzielen.

[2.1.1.] Bei mechanischen Ladern besteht eine mechanische Kopplung zwischen Lader und der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine. Die erforderliche Verdichtungsleistungeines mechanischen Laders wird folglich von der Leistung der Brennkraftmaschine abgezweigt. Bei den ferner als Ladern eingesetzten Abgasturboladern wird die zur Verdichtung der Luft erforderliche Verdichtungsleistung aus dem Abgas der Brennkraftmaschine gewonnen. Es besteht eine strömungstechnische Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine, d. h. deren Auslasstrakt und dem Turbinenlaufrad des Abgasturboladers, welches seinerseits die Verdichterstufe des Abgasturboladers im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine antreibt. Bei Druckwellenladern, die einen elektrischen Antrieb zur besseren individuellen Ansteuerung in allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine aufweisen können, wird die zur Verdichtung der zur Verbrennung erforderlichen Luft nötige Verdichterleistung ebenfalls aus dem Abgas der

Verbrennungskraftmaschine gewonnen.

[2.1.2.] Mit den erwähnten Aufladeeinrichtungen lässt sich grundsätzlich das Drehmoment kleinerer Verbrennungskraftmaschinen auf das Drehmomentniveau von Brennkraftmaschinen mit größerem Hubraum anheben. Abgasturbolader bieten durch den höheren effektiven Mitteldruck und durch Nutzung der Energie des Abgasstromes der Brennkraftmaschine zudem deutliche Verbrauchsvorteile.

[2.1.3.] Es sind ferner elektrisch betreibbare Ladeluftverdichter bekannt, zum Anschluss an eine Brennkraftmaschine, welche einen Elektromotor mit einem Stator und einen Rotor zum Antrieb des Verdichterrades des Ladeluftverdichters umfassen. Das Verdichterrad ist in einem mit wenigstens einem Lufteinlass und einem Luftauslass versehenen Verdichterradgehäuse angeordnet. Der Lufteinlass und der Luftauslass sind über einen im Verdichtergehäuse verlaufenden Strömungskanal miteinander verbunden. Durch Drehung des Verdichterrades in einem Verdichtungsabschnitt des Strömungskanales wird eine Verdichtung der Ladeluft erzielt (EP1 520089 Bl).

[2.1.4.] Außerdem ist ein Luftfilter für eine Brennkraftmaschine bekannt mit einem Gehäuse in dem ein Filtermitteleinsatz angeordnet ist, das Gehäuse weist einen Rohlufteinlaß und einen Reinluftauslaß auf. In dem Gehäuse ist ein von der Mündung des Reinluftauslasses her in den Reinluftraum sich erstreckendes Reinluftdämpferrohr vorgesehen, dieses weist an seiner

Wandung Bohrungen auf. Das Reinluftdämpferrohr hat die Aufgabe, die Pulsationsschwingungen der Ansaugluft zu verringern. Da das Reinluftrohr einen bestimmten Durchmesser und eine bestimmte Länge aufweisen muß, um den gewünschten Effekt zu erzielen, ist der Bauraum für diese Anordnung erheblich. Gerade bei Anwendung einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug ist es erforderlich den Bauraum des Ansaugtraktes möglichst gering zu halten.

[2.1.5.] Die Dl zeigt in der Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einem mehrstufigen Verdichter, der, wie aus Absatz [0030] bekannt, auch als Axialverdichter ausgeführt sein kann.

(DE 10 2009 043 721 AI)

[2.1.6.] Aus der D2 ist aus der Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einem elektrisch

angetriebenen Verdichter (5, 15) bekannt, bei der stromaufwärts des Verdichters (5) ein Luftfilter (21) angeordnet ist. (US 6 363 721 Bl)

[2.1.7.] Aus der D3 ist aus der Figur 1 eine Brennkraftmaschine bekannt, welche einen elektrisch angetriebenen Verdichter (12) und einem zweiten stromabwärts liegenden durch eine

Abgasturbine (32) angetriebenen Verdichter (18) aufweist. Vor dem Einlauf in den ersten Verdichter (12) ist ein Luftfilter (10) angeordnet. (WO 03/060298 AI)

[2.1.8.] Aus D4 ist aus der einzigen Figur einen Anordnung bekannt, bei der ein Verdichter über einen Halter (17) mit dem Verdichtergehäuse (10) verbunden ist. (DE 10 2005 059 438 B3) [2.1.9.] Die Erfindung ist eine Einrichtung zum Verdichten der Ansaugluft, die sich vor dem Luftfilter einer Brennkraftmaschine befindet. Die innovative Lösung besteht darin, einen von der Brennkraftmaschine unabhängigen im Ansaugbereich hegenden Ansaugluftverdichter zu integrieren, der direkt vor einem konisch runden Luftfilter positioniert ist. Der mehrstufige Axialverdichter wird von einem Elektromotor angetrieben. Die Drehzahl wird in Abhängigkeit der Ansaugeschwindigkeit über eine Drehmomentregeier gesteuert. Um ein Stillstehen des Verdichters bei geschlossener Drosselklappenstellung zu verhindern, sorgt ein zusätzlicher Drehzahlschalter für ein Minimum an Drehzahl, damit kein Strömungsabriß an den

Verdichterschaufeln entsteht. Der dabei entstehende Überdruck kann über eine Druckplatte, die gegen eine Rückstellkraft in das konisch runde Diffüsorgehäuse gedrückt wird, durch die

Lüftungsschlitze eines sich dahinter befindenden Deckel entweichen. Der Deckel ist mit dem Diffüsorgehäuse fest verbunden, der mit ringförmig angeordneten Lüftungsschlitzen ausgestattet ist. Auf diese Weise kann sicher gestellt werden, daß zu jedem Zeitpunkt und unabhängig der Drehzahl der Brerinkraftmaschine ausreichend Staudruck zur Verfügung steht. Die Steuerung der gesamten Einheit ist vom Steuergerät der Brennkraftmaschine unabhängig. Die Einrichtung kann daher nachträglich eingebaut werden und ersetzt den Luftfilterkasten. Die Stromzuführ für den Elektromotor erfolgt über den Generator der Brennkraftmaschine.

[2.2.] Die Ansaugluft wird direkt ausgehend vom Lufteiniass in den mehrstufigen Verdichter geleitet. Der Verdichter ist direkt vor dem konisch runden Luftfilter positioniert und erzeugt einen Staudruck. Mit dem im Anschluß des Verdichtergehäuse sich befindenden konisch runden Diffusorgehäuses wird die angestaute Ansaugluft beschleunigt und durch den Luftfilter in den Luftauslass geleitet. Ein weiterer Effekt, der genutzt werden kann, ist der durch den Fahrtwind entstehende Staudruck. Er addiert sich zum Ansaugluftdruck des in den Verdichter strömenden Luftflusses und steigert den Wirkungsgrad bei zunehmender Geschwindigkeit. Der

Drehmomentregler des Elektromotors regelt die Drehzahl proportional zur Ansauggeschwindigeit und des durch den Fahrtwind zusätzlich entstehenden Staudruckes. Dieser Effekt wird im Bereich des Motorsports genutzt. [2.2.1.] Die oben beschriebene und erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eignet sich für aufgeladene und nicht aufgeladene Brennkraftmaschinen. Sie kann als Ergänzung dienen und den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine über den gesamten Drehzahlbereich verbessern. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine beibehalten wird. Bei nicht aufgeladenen Brennkraftmaschine wird kein „Turboloch" erzeugt, lediglich das Drehmoment und die Leistung über den gesamten

Drehzahlbereich konstant erhöht. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen werden die

Anfahrschwächen durch das höhere Drehmoment ab Leerlaufdrehzahl reduziert und das

Drehmoment so wie die Leistung über das gesamte Drehzahlband erhöht.

[2.2.2.] Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der entstehende Staudruck zwischen Verdichter und Verdichterghäuse. Der Staudruck hat eine dämpfende Wirkung auf die Ansaugluft und reduziert die Pulsationschwingung der Luftsäule im Ansaugtrakt. Die Statoren und Rotoren des Axialverdichters reduzieren zusätzlich die Pulsation der Ansaugluft durch die zugeführte Energie der Verdichterschaufeln. Ein weiterer Pulsationschwingungsabbau wird durch die bewegliche Druckplatte erzeugt, die einen Rückstau der Ansaugluft verhindert. Der Ansaugvorgang wird selbst bei geschlossener Drosselklappenstellung fortgeführt. Der dabei entstehende Überdrück im Diffusorgehäuse wird über die Druckplatte und den dahinter liegenden Deckel abgebaut. Die verdichtete Ansaugluft kann durch die ringförmigen Lüftungsschlitze des Deckels kontrolliert entweichen.

[2.2.3.] Anhand der Zeichnung wird die Erfindung eingehender beschrieben.

Figur 1 zeigt einen schematisch dargestellten Axialverdichter in einem

Verdichtergehäuse mit Halter, einen Luftfilter mit Diffusorgehäuse, eine

Druckplatte mit einem Deckel. [2.2.4.] Die Ansaugluft wird, schematisch durch zwei Pfeile dargestellt, als Rohluft vom

Lufteinlass (1) zum Axialverdichter (2) weitergeleitet. Die Rotoren werden über eine Achse von einem elektromechanischen Wandler (10) angetrieben. Durch die Verdichterschaufeln der Statoren und Rotoren wird die Ansaugluft komprimiert. Es entsteht ein Staudruck zwischen dem Verdichter (2) und dem Verdichtergehäuse (3). Der Halter (9) leitet die verdichtete Ansaugluft weiter zum konisch runden Luftfilter. Die Verbinder zwischen Halter (9) und Verdichtergehäuse (3) sind in Einströmrichtung mit einem Leitwerksprofil versehen. Das Verdichtergehäuse ragt zu etwa 1/7 in das Diffüsorgehäuse (4) und ist am Ende mit einer Abrißkante ausgebildet. Der Halter(9) weist ebenfalls einen Abrißkante auf und bildet zusammen mit der Abrißkante des Verdichtergehäuses den maximalen Staudruckpunkt. Das Diffüsorgehäuse (4) umschließt den konisch runden Luftfilter (7). Die Ansaugluft wird im Diffusorgehäuse(4) beschleunigt und expandiert. Da der Abstand zwischen Luftfilter (8) und Diffüsorgehäuse (4) in

Bewegungsrichtung der Ansaugluft sich verjüngt, kann sich die Ansaugluft nur zum Luftfilter (8) hin ausdehnen. Dadurch wird die Ansaugluft durch den Luftfilter gepresst und der Widerstand im Luftfilter (8) veringert sich dadurch relativ. Es entsteht ein Aufladeeffekt, der den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine steigert. Den Abschluß bilden die Druckplatte (5) mit dem

dahinterliegender Deckel (6), welcher mit dem konisch runden Diffüsorgehäuse (4) verbunden ist. Der Deckel( 6) weist am Rand ringförmig angeordnete Lüftungsschlitze (11) auf. Die Druckplatte (5) ist am äußeren Rand mit einem Konus versehen und wird über eine

Rückstellkraft (7) in das konisch runde Diffüsorgehäuse (4) gedrückt. Bei normalen Ansaugtakt wirkt der Konus der Druckplatte (5) wie eine Dichtung. Die Druckplatte (5) ermöglicht einen sofortigen Druckabbau im Diffüsorgehäuse (4) bei geschlossener Drosselklappenstellung. Ein Rückstau der Ansaugluft wird so verhindert. Die Ansaugluft entweicht durch die ringförmig angeordneten Lüftungsschlitze (11) des Deckels (6). Der Luftauslass (12) ist mit dem Deckel (6) verbunden und ist zugleich Halter für den Luftfilter(8) und dient ebenso als Führung für die Druckplatte (5). Durch den Luftauslass (12) wird die Ansaugluft als Reinluft schematisch durch zwei Pfeile dargestellt und zur Brennkraftmaschine geleitet.