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DE10048237A1 - Abgasturbolader, aufgeladene Brennkraftmaschine und Verfahren hierzu - Google Patents

Abgasturbolader, aufgeladene Brennkraftmaschine und Verfahren hierzu

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Publication number
DE10048237A1
DE10048237A1 DE10048237A DE10048237A DE10048237A1 DE 10048237 A1 DE10048237 A1 DE 10048237A1 DE 10048237 A DE10048237 A DE 10048237A DE 10048237 A DE10048237 A DE 10048237A DE 10048237 A1 DE10048237 A1 DE 10048237A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
exhaust gas
turbine
internal combustion
combustion engine
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10048237A
Other languages
English (en)
Inventor
Werner Bender
Helmut Daudel
Helmut Finger
Peter Fledersbacher
Siegfried Sumser
Friedrich Wirbeleit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumser Siegfried Dipl-Ing 70327 Stuttgart De
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
3K Warner Turbosystems 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 DaimlerChrysler AG, 3K Warner Turbosystems GmbH filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE10048237A priority Critical patent/DE10048237A1/de
Priority to JP2002530509A priority patent/JP2004510094A/ja
Priority to EP01978360A priority patent/EP1320670A1/de
Priority to PCT/EP2001/010525 priority patent/WO2002027164A1/de
Publication of DE10048237A1 publication Critical patent/DE10048237A1/de
Priority to US10/401,273 priority patent/US20030230085A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Eine mit Abgasrückführung versehene Brennkraftmaschine weist einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie auf. Zur Verbesserung des Abgasverhaltens ist die Abgasturbine mit zwei separaten, druckdicht gegeneinander abgeschirmten Einströmkanälen ausgebildet, wobei ein Einströmkanal mit einer Abgasleitung kommuniziert, von der eine Rückführungsleitung der Abgasrückführung abzweigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasturbolader, eine auf­ geladene Brennkraftmaschine und ein Verfahren hierzu nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, 7 bzw. 14.
Aus der Druckschrift DE 197 34 494 C1 ist eine aufgeladene Brennkraftmaschine bekannt, deren Abgasturbolader eine Abgas­ turbine mit variabler Turbinengeometrie aufweist. Durch die Verstellung der variablen Turbinengeometrie kann der wirksame Strömungseintrittsquerschnitt in der Turbine zum Turbinenrad verändert werden, wodurch der Abgasgegendruck in dem Leitungs­ strang zwischen dem Zylinderauslass der Brennkraftmaschine und dem Einlass der Turbine gezielt beeinflusst und dadurch die Leistungsaufnahme der Turbine und entsprechend die Verdichter­ leistung des Verdichters eingestellt werden können. Zur Verbes­ serung des Abgasverhaltens der Brennkraftmaschine, insbesondere zur NOx-Reduktion, ist eine Abgasrückführungsvorrichtung zur Rückführung von Abgas aus dem Abgasstrang in den Ansaugtrakt vorgesehen. In Abhängigkeit von Zustandsgrößen und Betriebspa­ rametern der Brennkraftmaschine wird die Höhe des rückgeführten Abgasmassenstromes eingestellt.
Werden in derartigen aufgeladenen Brennkraftmaschinen mit Ab­ gasrückführung einflutige Turbinen mit variabler Turbinengeo­ metrie eingesetzt, so wird das zum Rückführen der gewünschten Abgasmenge nötige Druckgefälle zur Frischluftseite durch das Aufstauen des gesamten Abgasmassenstromes erzielt. Mit zunehmendem rückgeführtem Massenstrom wird jedoch der Ladungswechsel in den Zylindern negativ beeinflusst und der Kraftstoff­ verbrauch erhöht.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den Schadstoffausstoß und den Kraftstoffverbrauch in aufgeladenen Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung zu reduzieren.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruches 1, 7 bzw. 14 gelöst. Die Unteransprüche geben bevor­ zugte Weiterbildungen an.
Die Abgasturbine des neuartigen Abgasturboladers ist zweiflutig ausgebildet und weist zwei Einströmkanäle mit jeweils einem Strömungseintrittsquerschnitt zum Turbinenrad auf, wobei die beiden Einströmkanäle separat ausgebildet und gegeneinander druckdicht abgeschirmt sind, insbesondere auch zur Umgebung hin druckdicht abgeschirmt sind. Zudem weist jeder Einströmkanal einen eigenen Zuströmanschluss für die separate Zuführung von Abgas auf.
Durch diese Ausführung des Abgasturboladers ist es möglich, zwei unabhängige Abgasleitungen zwischen den Zylinderauslässen der Brennkraftmaschine und der Abgasturbine vorzusehen und je­ den Einströmkanal separat mit Abgas zu versorgen. Mit einem derartigen Abgasturbolader kann eine neuartige Brennkraftma­ schine in der Weise ausgebildet werden, dass jede Abgasleitung nur das Abgas eines Teils der Zylinder des Motors aufnimmt und genau eine der beiden Abgasleitungen über eine Rückführleitung der Abgasrückführungsvorrichtung mit dem Ansaugtrakt verbunden wird. Es wird nur der Teil des Motorabgases dieser Abgasleitung entsprechend der erforderlichen Abgasrückführmenge hoch aufge­ staut, wodurch deutlich geringere Ladungswechselnachteile wäh­ rend der Abgasrückführungs-Betriebsweise und ein entsprechend geringerer Kraftstoffverbrauch zu erwarten sind und dennoch das Abgasverhalten positiv beeinflusst werden kann. Vorteilhaft wird der Abgasleitung, von der die Rückführleitung der Abgas­ rückführung abzweigt, das Abgas von einer bestimmten Zylinder­ anzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere einer kleineren Zy­ linderanzahl und gegebenenfalls nur eines Zylinders als der pa­ rallelen Abgasleitung zugeführt, die nicht an der Abgasrückfüh­ rung beteiligt ist.
Aufgrund der zwei separaten und druckdicht gegeneinander abge­ schirmten Einströmkanäle in der Abgasturbine kann zweckmäßig der Abgasgegendruck in derjenigen Abgasleitung bzw. demjenigen Einströmkanal der Turbine, welche bzw. welcher nicht mit der Abgasrückführungsvorrichtung kommuniziert, über die vorteilhaft im Strömungseintrittsquerschnitt dieses Einströmkanals angeord­ nete variable Turbinengeometrie manipuliert werden. Durch Ver­ stellung der variablen Turbinengeometrie kann die Turbinenleis­ tung und damit auch die vom Verdichter abzugebende Arbeit bzw. geförderte Luftmenge in der Weise beeinflusst werden, dass zwi­ schen der an der Abgasrückführung beteiligten Abgasleitung und dem Ansaugtrakt ein die Abgasrückführung ermöglichendes Druck­ gefälle entsteht. Es ist insbesondere möglich, in der befeuer­ ten Antriebsbetriebsweise der Brennkraftmaschine die variable Turbinengeometrie dem zweiten, nicht an der Abgasrückführung beteiligten Einströmkanal der Turbine in Richtung ihrer Offen­ stellung zu versetzen, in der die Turbinengeometrie einen nur geringen Strömungswiderstand im Strömungseintrittsquerschnitt bildet, so dass der Abgasgegendruck in diesem Einströmkanal re­ duziert ist und weniger Verdichterarbeit abgegeben und dement­ sprechend ein geringerer Ladedruck erzeugt wird, der mit dem optimalen Luftverhältnis korrespondiert. Unabhängig von dem Ab­ gasgegendruck in derjenigen Abgasleitung, die mit dem nicht an der Abgasrückführung beteiligten Einströmkanal kommuniziert, kann in der parallelen Abgasleitung, von der die Rückführleitung der Abgasrückführung abzweigt, ein höherer, den Ladedruck auf der Ansaugseite übersteigender Abgasgegendruck zur Rückfüh­ rung von Abgas in den Ansaugtrakt erzeugt werden.
Während mit der einen der Turbine zugeführten Leitung der Auf­ stau für die Abgasrückführung erfolgt, wird über den Kanal, der mit der variablen Turbinengeometrie korrespondiert, die ge­ wünschte Turbinendrehzahl abgestimmt.
Der erhöhte Abgasgegendruck in der ersten, mit der Abgasrück­ führung kommunizierenden Abgasleitung kann dadurch unterstützt werden, dass in dem Strömungseintrittsquerschnitt, welcher dem der ersten Abgasleitung zugeordneten Einströmkanal zugeordnet ist, ein veränderliches oder unveränderliches Strömungshinder­ nis in Form eines Leitgitters oder einer ähnlichen Ausführung angeordnet ist. Es kann hierbei zweckmäßig sein, zusätzlich o­ der alternativ auch in diesem Strömungseintrittsquerschnitt ei­ ne variable Turbinengeometrie vorzusehen.
Als bevorzugter Turbinentyp wird eine Kombinationsturbine mit einem halbaxialen und einem radialen Strömungseintrittsquer­ schnitt gewählt, wobei die variable Turbinengeometrie zweckmä­ ßig im radialen Strömungseintrittsquerschnitt angeordnet ist und die Abgasrückführung dem halbaxialen Einströmkanal bzw. Strömungseintrittsquerschnitt zugeordnet ist. Derartige Kombi­ nationsturbinen mit einem halbaxialen und einem radialen Strö­ mungseintrittsquerschnitt müssen gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Kombinationsturbinen lediglich in der Weise modifiziert werden, dass die den beiden Strömungseintrittsquer­ schnitten zugeordneten Einströmkanäle gegenseitig druckdicht abgeschlossen werden, um einen unerwünschten Druckausgleich zwischen diesen Einströmkanälen zu verhindern. Dies wird bei­ spielsweise dadurch erreicht, dass ein Strömungsring, welcher zwischen halbaxialem und radialem Strömungseintrittsquerschnitt angeordnet ist, druckdicht mit einer Trennwand zwischen den Einströmkanälen verbunden wird.
In bevorzugter Weiterbildung der Brennkraftmaschine ist eine die beiden Abgasleitungen außerhalb der Abgasturbine verbinden­ de Überbrückungsleitung vorgesehen, die mit einem einstellbaren Umblaseventil ausgestattet ist. Je nach Stellung des Umblase­ ventils kann ein Druckausgleich zwischen den beiden Abgaslei­ tungen zugelassen werden, um insbesondere in einem Motorbetrieb ohne Abgasrückführung in beiden Einströmkanälen der Turbine gleiche Druckverhältnisse zu schaffen. Das Umblaseventil kann vorteilhaft aber auch in eine Position geschaltet werden, in welcher Abgas aus einer der beiden Abgasleitungen oder aus bei­ den Abgasleitungen unter Umgehung der Abgasturbine aus dem Ab­ gasstrang ausgeleitet wird.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun­ gen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Brenn­ kraftmaschine mit einer zweiflutigen Kombinationsturbi­ ne mit halbaxialem und radialem Strömungseintrittsquer­ schnitt,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Kombinationsturbine mit zwei separat und gegeneinander druckdicht ausgebildete Ein­ strömkanälen,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Kombinationsturbine in einer weiteren Ausführung,
Fig. 4 einen Schnitt durch eine zweiflutige Radialturbine,
Fig. 5 ein Schaubild mit dem Verlauf des Abgas- Massendurchsatzes durch eine Turbine in Abhängigkeit des Druckgefälles über der Turbine, dargestellt für je­ de der beiden Einströmkanäle der Kombinationsturbine.
In den folgenden Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Be­ zugszeichen versehen.
Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 - ein Otto- Motor oder ein Dieselmotor - umfasst einen Abgasturbolader 2 mit einer Turbine 3 im Abgasstrang 4 und mit einem Verdichter 5 im Ansaugtrakt 6, wobei die Bewegung des Turbinenrades über ei­ ne Welle 7 auf das Verdichterrad des Verdichters 5 übertragen wird. Die Turbine 3 des Abgasturboladers 2 ist mit einer vari­ ablen Turbinengeometrie 8 ausgestattet, über die in Abhängig­ keit des Zustands der Brennkraftmaschine der wirksame Strö­ mungseintrittsquerschnitt zum Turbinenrad 9 veränderlich einge­ stellt werden kann. Die Turbine 3 ist als zweiflutige Kombina­ tionsturbine mit zwei Fluten bzw. Einströmkanälen 10 und 11 ausgebildet, von denen ein erster Einströmkanal 10 einen halb­ axialen Strömungseintrittsquerschnitt 12 zum Turbinenrad 9 und der zweite Einströmkanal 11 einen radialen Strömungseintritts­ querschnitt 13 zum Turbinenrad 9 aufweist. Die beiden Einström­ kanäle 10 und 11 sind durch eine gehäusefeste Trennwand 14 se­ pariert und gegenseitig druckdicht abgeschirmt.
Die variable Turbinengeometrie 8 befindet sich zweckmäßig im radialen Strömungseintrittsquerschnitt 13 des Einströmkanals 11 und ist insbesondere als Leitgitter mit verstellbaren Leit­ schaufeln oder als ein axial in den radialen Strömungsein­ trittsquerschnitt 13 verschiebbares Leitgitter ausgebildet, wo­ bei in Abhängigkeit der Stellung des Leitgitters ein veränder­ lich einstellbarer Strömungseintrittsquerschnitt zum Turbinen­ rad 9 freigegeben wird.
Jede Flut bzw. jeder Einströmkanal 10 bzw. 11 ist mit einem Zu­ strömanschluss 15 bzw. 16 versehen. Über jeden Zuströmanschluss 15 bzw. 16 ist dem zugeordneten Einströmkanal 10 bzw. 11 sepa­ rat Abgas zuführbar. Die Abgaszuführung erfolgt über zwei unab­ hängig voneinander ausgebildete Abgasleitungen 17 und 18, wel­ che Bestandteil des Abgasstranges 4 sind. Jede Abgasleitung 17 bzw. 18 ist einer definierten Anzahl an Zylinderauslässen der Brennkraftmaschine zugeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine V-förmig ausgebildet und weist zwei Zylin­ derbänke 19 und 20 mit jeweils gleicher Zylinderanzahl auf. Die erste Abgasleitung 17 führt von der ihr zugeordneten Zylinder­ bank 19 zum ersten Einströmkanal 10, die zweite Abgasleitung 18 führt dementsprechend von der zweiten Zylinderbank 20 zum zwei­ ten Einströmkanal 11. Zwischen den beiden Abgasleitungen 17 und 18 ist stromauf der Turbine 3 eine verbindende Überbrückungs­ leitung 21 mit einem einstellbaren Abblase- bzw. Umblaseventil 22 angeordnet. Das Umblaseventil 22 kann in eine Sperrstellung versetzt werden, in der die Überbrückungsleitung 21 abgesperrt ist und ein Druckaustausch zwischen den Abgasleitungen 17 und 18 unterbunden wird, in eine Durchgangsstellung, in der die Ü­ berbrückungsleitung geöffnet ist und ein Druckaustausch ermög­ licht ist, und in eine Abblasestellung versetzt werden, in der Abgas aus einer der beiden Abgasleitungen oder aus beiden Ab­ gasleitungen unter Umgehung der Turbine aus dem Abgasstrang ausgeleitet wird.
Weiterhin ist eine Abgasrückführungsvorrichtung 23 vorgesehen, die eine Rückführleitung 24 zwischen der ersten Abgasleitung 17 und dem Ansaugtrakt 6 unmittelbar stromauf des Zylindereinlas­ ses der Brennkraftmaschine 1 sowie ein Sperrventil 25 oder Rückschlagventil bzw. Flatterventil umfasst, dass zwischen ei­ ner die Rückführleitung 24 blockierenden Sperrstellung und ei­ ner freigebenden Öffnungsstellung verstellbar ist bzw. sich einstellt. Vorteilhaft ist in der Rückführleitung 24 auch ein Abgaskühler 26 angeordnet.
Sämtliche Stellelemente der diversen verstellbaren Bauteile, insbesondere die variable Turbinengeometrie 8, das Umblaseven­ til 22 und das Sperrventil 25, werden über Stellsignale, die in einer Regel- und Steuerungseinrichtung 27 erzeugbar sind, in ihre gewünschte Position verstellt.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird die Turbinenleistung auf den Verdichter 5 übertragen, der Umgebungsluft mit dem Druck p1 ansaugt und auf einen erhöhten Druck p2 verdichtet. Stromab des Verdichters 5 ist im Ansaugtrakt 6 ein Ladeluftkühler 28 ange­ ordnet, der von der verdichteten Luft durchströmt wird. Nach dem Verlassen des Ladeluftkühlers 28 ist die Luft auf den Lade­ druck p2S verdichtet, mit dem sie in den Zylindereinlass der Brennkraftmaschine eingeleitet wird. Am Zylinderauslass herrscht in der ersten Abgasleitung 17, die der ersten Zylin­ derbank 19 zugeordnet ist, der Abgasgegendruck p31; in der zweiten Abgasleitung 18, die der zweiten Zylinderbank 20 zuge­ ordnet ist, liegt der Abgasgegendruck p32 an. In der Turbine 3 wird das Abgas auf den niedrigen Druck p4 entspannt und im wei­ teren Verlauf zunächst einer katalytischen Reinigung unterzogen und schließlich in die Umgebung abgeblasen.
Im Abgasrückführungsbetrieb in der befeuerten Antriebsbetriebs­ weise wird das Sperrventil 25 der Abgasrückführungsvorrichtung 23 in Öffnungsstellung versetzt, damit Abgas aus der ersten Ab­ gasleitung 17 in den Ansaugtrakt 6 überströmen kann. Um ein die Abgasrückführung ermöglichendes Druckgefälle mit einem den La­ dedruck p2S übersteigenden Abgasgegendruck p31 in der Abgaslei­ tung 17 zu gewährleisten, wird die variable Turbinengeometrie 8 im radialen Strömungseintrittsquerschnitt 13 des zweiten Strö­ mungskanals 11 in eine Stellung versetzt, in der sich ein die Abgasrückführung ermöglichendes Druckgefälle zwischen erster Abgasleitung 17 und Ansaugtrakt 6 einstellt. Ein derartiges Druckgefälle stellt sich unter Beachtung des geforderten Kraft­ stoff-Luft-Verhältnisses insbesondere bei einer in Richtung ih­ rer Öffnungsstellung versetzten Position der variablen Turbi­ nengeometrie 8 ein.
Ein derartiges Druckgefälle kann dadurch unterstützt werden, dass der erste Strömungseintrittsquerschnitt 12 im ersten Ein­ strömkanal 10 verhältnismäßig klein ausgebildet ist und einen Wert annimmt, der vorteilhaft zwar geringfügig größer sein kann als der zweite Strömungseintrittsquerschnitt 13 in Staustellung der variablen Turbinengeometrie, jedoch kleiner ist als dieser Querschnitt in Offenstellung der variablen Turbinengeometrie. Aufgrund des relativ geringen ersten Strömungseintrittsquer­ schnitts 12 kann ein verhältnismäßig hoher Abgasgegendruck p31 in der ersten Abgasleitung 17 erzielt werden. Bei aktiver Ab­ gasrückführung ist insbesondere der Abgasgegendruck p31 in der ersten Abgasleitung 17 höher als der Abgasgegendruck p32 in der zweiten Abgasleitung 18, die keine Verbindung zur Abgasrückfüh­ rungsvorrichtung 23 aufweist.
Im Motorbremsbetrieb wird die variable Turbinengeometrie in ih­ re Staustellung überführt, in der der radiale Strömungsein­ trittsquerschnitt 13 auf einen minimalen Wert reduziert wird, wodurch der Abgasgegendruck p32 in der zweiten Abgasleitung 18 auf einen hohen Wert ansteigt, der insbesondere größer ist als der Abgasgegendruck p31 in der ersten, mit der Abgasrückfüh­ rungsvorrichtung 23 kommunizierenden Abgasleitung 17. Hierdurch ist es möglich, sehr hohe Motorbremsleistungen durch eine star­ ke Anhebung des Abgasgegendrucks p32 zu erzielen, ohne die kri­ tische Drehzahlgrenze des Abgasturboladers zu überschreiten, indem die Ventile 22 und 25 in vorteilhafter Weise betätigt werden.
In der Schnittdarstellung nach Fig. 2 ist ein Abgasturbolader 2 mit einer Abgasturbine 3 mit variabler Turbinengeometrie 8 ge­ zeigt. Die Turbine 3 umfasst einen ersten Einströmkanal 10 mit halbaxialem Strömungseintrittsquerschnitt 12 und einen zweiten Einströmkanal 11 mit radialem Strömungseintrittsquerschnitt 13. Über die Strömungseintrittsquerschnitte 12 und 13 ist Abgas aus den Einströmkanälen 10 und 11 dem Turbinenrad 9 zuführbar. Im halbaxialen Strömungseintrittsquerschnitt 12 befindet sich ein Festgitter 29, wohingegen im radialen Strömungseintrittsquer­ schnitt 13 neben einem Leitgitter 30 eine axial in den Strö­ mungseintrittsquerschnitt 13 verschiebliche Matrize 33 angeord­ net ist. Die beiden Einströmkanäle 10 und 11 sind über eine ge­ häusefest Trennwand 14 separiert. Im Bereich der Strömungsein­ trittsquerschnitte 12 und 13 ist ein die beiden Strömungsein­ trittsquerschnitte abteilender, strömungsgünstig konturierter Strömungsring 31 angeordnet, dessen radiale Außenseite dem ra­ dial nach innen gewandten Stirnbereich der Trennungswand 14 zu­ gewandt ist. Für eine druckdichte Abschirmung zwischen den Ein­ strömkanälen 10 und 11 ist zwischen Stirnseite der Trennwand 14 und radial außen liegender Seite des Strömungsrings 31 ein ringförmiges Dichtelement 32 angeordnet.
Die axial verschiebliche Matrize 33 im radialen Strömungsein­ trittsquerschnitt 13 ist an einem Axialschieber 34 befestigt, welcher das Turbinenrad 9 ringförmig umgibt. Das starre Leit­ gitter, das in die bewegliche Matrize eintaucht, ist im gezeig­ ten Beispiel am Strömungsring 31 befestigt.
Der erste Einströmkanal 10, welcher in den halbaxialen Strö­ mungseintrittsquerschnitt 12 mündet, weist ein erheblich klei­ neres Volumen auf als der zweite Einströmkanal 11 mit radialem Strömungseintrittsquerschnitt 13.
Auch die Turbine 3 des Abgasturboladers 2 gemäß Fig. 3 weist einen ersten Einströmkanal 10 mit halbaxialem Strömungsein­ trittsquerschnitt 12 und einen zweiten Einströmkanal 11 mit ra­ dialem Strömungseintrittsquerschnitt 13 auf, die über eine Trennwand 14 abgeteilt sind, wobei die beiden Strömungsein­ trittsquerschnitte 12 und 13 unmittelbar von dem Strömungsring 31 begrenzt werden und zwischen Strömungsring 31 und Trennwand 14 ein Dichtelement 32 angeordnet ist. Das Gitterelement im halbaxialen Strömungseintrittsquerschnitt 12 ist als Festgitter 29 ausgebildet, in radialen Strömungseintrittsquerschnitt 13 ist dagegen ein verstellbares Leitgitter 30 mit verstellbaren Leitschaufeln angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die Volumina von Einströmkanal 10 und 11 etwa gleich groß.
Der Schnittdarstellung nach Fig. 4 ist eine Radialturbine mit zwei radialen Einströmkanälen 10 und 11 zu entnehmen. Die Ein­ strömkanäle 10 und 11 der Turbine 3, welche auch als Zweiseg­ mentturbine bezeichnet wird, nehmen die Form von Teilspiralen ein und münden auf radial gegenüber liegenden Seiten über ihre Strömungseintrittsquerschnitte 12 bzw. 13 in den das Turbinen­ rad 9 aufnehmenden Turbinenraum. Es kann zweckmäßig sein, einen von 180° verschiedenen Winkel der Mündungsquerschnitte der Ein­ strömkanäle zum Turbinenrad 9 vorzusehen. Das radial das Turbi­ nenrad 9 umgreifende Leitgitter 30 weist verstellbare Leit­ schaufeln auf.
Fig. 5 zeigt ein Schaubild mit dem Verlauf des Turbinendurch­ satzparameters ϕ in Abhängigkeit des Druckgefälles p3/p4 über der Abgasturbine, wobei mit p3 der Abgasgegendruck stromauf der Turbine und mit p4 der entspannte Druck stromab der Turbine be­ zeichnet ist. Dargestellt ist zum Einen der Durchsatzparameter ϕ1 für den ersten Strömungskanal; Durchsatzparameter ϕ1 ist auf­ grund der Festgeometrie in dem dem ersten Einströmkanal zuge­ ordneten Strömungseintrittsquerschnitt als Linie dargestellt.
Der im zweiten Einströmkanal darstellbare Durchsatzparameter ϕ2 ist aufgrund der variabel einstellbaren Turbinengeometrie mit veränderlichem Strömungseintrittsquerschnitt als schraffierte Fläche gekennzeichnet, deren Untergrenze ϕ2,U der Schließstel­ lung der variablen Turbinengeometrie und deren Obergrenze ϕ2,0 der Öffnungsstellung der Turbinengeometrie entspricht. Mit ge­ strichelter Linie ist im Verstellbereich der variablen Turbi­ nengeometrie beispielhaft eine aktuelle Leitgitterposition he­ rausgegriffen, bei der aufgrund des vergleichsweise kleinen Strömungseintrittsquerschnitts im ersten Strömungskanal mit Festgitter und der dadurch bedingten hohen Aufstaufähigkeit in diesem Einströmkanal sich ein hoher Abgasgegendruck p31 im ers­ ten Einströmkanal einstellt, der eine Abgasrückführung begüns­ tigt. Im zweiten Einströmkanal mit variabler Turbinengeometrie liegt dagegen ein geringerer Abgasgegendruck p32 an, wodurch die Turbine in günstigeren Wirkungsgradbereichen betrieben wer­ den kann.

Claims (15)

1. Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer Ab­ gasrückführungsvorrichtung, wobei der Abgasturbolader (2) eine mit variabler Turbinengeometrie (8) ausgestattete Abgasturbine (3) im Abgasstrang (4) und einen Verdichter (5) im Ansaugtrakt (6) der Brennkraftmaschine (1) und die Abgasrückführungsvor­ richtung (23) eine Rückführleitung (24) zwischen Abgasstrang (4) und Ansaugtrakt (6) und ein einstellbares Sperrventil (25) umfasst, mit einer Regel- und Steuerungseinrichtung (27), in der in Abhängigkeit des Zustandes der Brennkraftmaschine (1) Stellsignale zur Einstellung der variablen Turbinengeometrie (8) und des Sperrventils (25) erzeugbar sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abgasturbine (3) zweiflutig mit zwei separaten Einströmkanälen (10, 11) mit jeweils einem Strömungsein­ trittsquerschnitt (12, 13) zum Turbinenrad (9) ausgebildet ist, wobei die beiden Einströmkanäle (10, 11) druckdicht gegeneinander abgeschirmt sind,
dass zumindest ein Strömungseintrittsquerschnitt (12, 13) eines Einströmkanals (10, 11) zum Turbinenrad (9) über die variable Turbinengeometrie (8) veränderlich einstellbar ist,
dass im Abgasstrang (4) zwei separate Abgasleitungen (17, 18) vorgesehen sind, mit denen jeweils ein Teil der Zylin­ derauslässe der Brennkraftmaschine (1) mit jeweils einem Einströmkanal (10, 11) verbunden ist,
dass die Rückführleitung (24) der Abgasrückführungsvorrichtung (23) genau eine der beiden Abgasleitungen (17) mit dem Ansaugtrakt (6) verbindet.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten, mit der Rückführleitung (24) kommunizierenden Abgasleitung (17) eine kleinere Anzahl an Zylinderauslässen zu­ geordnet ist als der zweiten Abgasleitung (18).
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 der 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einströmkanal (10) in der Abgasturbine (3), der mit der Rückführleitung (24) der Abgasrückführungsvorrichtung kommuniziert, kleiner ausgebildet ist als der zweite Strömungs­ kanal (11).
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dem ersten Einströmkanal (10) zugeordnete Strömungs­ eintrittsquerschnitt (12) klein ist gegenüber dem dem zweiten Einströmkanal (11) zugeordnete Strömungseintrittsquerschnitt (13) und gegebenenfalls bis auf Null reduzierbar ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Turbinengeometrie (8) im Strömungseintritts­ querschnitt (13) des zweiten, nicht mit der Rückführleitung (24) kommunizierenden Strömungskanals (11) angeordnet ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine die beiden Abgasleitungen (17, 18) verbindende Über­ brückungsleitung (21) mit einem einstellbaren Umblaseventil (22) vorgesehen ist.
7. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Abgasturbine (3) und einem Verdichter (5), der über eine Welle (7) mit der Abgasturbine (3) verbunden ist, wobei die Abgasturbine (3) zweiflutig mit zwei Einströmkanälen (10, 11) mit jeweils einem Strömungseintrittsquerschnitt (12, 13) zum Turbinenrad (9) ausgebildet und in mindestens einem der Strömungseintrittsquerschnitte (12, 13) eine variable Turbinen­ geometrie (8) zur veränderlichen Querschnittseinstellung vorge­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Einströmkanäle (10, 11) separat ausgebildet und druckdicht gegeneinander abgeschirmt sind und jeweils einen Zu­ strömanschluss (15, 16) für die getrennte Zuführung von Abgas aufweisen.
8. Abgasturbolader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (3) als Kombinationsturbine ausgebildet ist und der erste Einströmkanal (10) einen halbaxialen Strö­ mungseintrittsquerschnitt (12) zum Turbinenrad (9) und der zweite Einströmkanal (11) einen radialen Strömungseintrittsquerschnitt (13) aufweist.
9. Abgasturbolader nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Turbinengeometrie (8) im radialen Strömungs­ eintrittsquerschnitt (13) angeordnet ist.
10. Abgasturbolader nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Einströmkanäle (10, 11) durch eine Trennwand (14) im Gehäuse des Laders (2) getrennt sind.
11. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Strömungseintrittsquerschnitten (12, 13) der beiden Einströmkanäle (10, 11) ein Strömungsring (31) vorgese­ hen ist, wobei zwischen Strömungsring (31) und Trennwand (14) ein Dichtelement (32) vorgesehen ist.
12. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Turbinengeometrie (8) als Leitgitter (30) mit verstellbaren Leitschaufeln ausgebildet ist.
13. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Turbinengeometrie (8) als axial in den Strö­ mungseintrittsquerschnitt verstellbares Leitgitter (30) ausge­ bildet ist.
14. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass in der befeuerten Antriebsbetriebsweise das Abgas aus der Abgasleitung (17), die mit dem ersten Einströmkanal (10) in Verbindung steht, in den Ansaugtrakt (6) rückge­ führt wird,
dass im Motorbremsbetrieb die Abgasrückführung unterbunden wird und die variable Turbinengeometrie (8) im zweiten Strömungskanal (11) in eine den Abgasgegendruck erhöhende Stausstellung überführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorbremsbetrieb die Abgasleitungen (17 und 18) durch Öffnung des Umblaseventils (22) verbunden werden und die Brems­ leistung und Turbinendrehzahl durch Abblasen im Umblaseventil (22) geregelt werden.
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