DE102004036384A1

DE102004036384A1 - Register-Turboaufladung

Info

Publication number: DE102004036384A1
Application number: DE102004036384A
Authority: DE
Inventors: Stefan Rueth
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-03-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mehreren, mindestens zwei, Zylindern, deren Abgase mit Krümmern zu mindestens einer ersten und zweiten Abgasgruppe zusammenfassbar sind, und zwei Frischluftverdichtereinheiten, die von den Abgasen antreibbar sind und die Frischluft des Verbrennungsmotors verdichten, wobei die erste Frischluftverdichtereinheit durch ein Absperrmittel abschaltbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotor mit mehreren, mindestens zwei, Zylindern, deren Abgase mit Krümmern zu mindestens einer ersten und zweiten Abgasgruppe zusammenfassbar sind und zwei Frischluftverdichtereinheiten, die von den Abgasen antriebbar sind und die Frischluft des Verbrennungsmotors verdichten, wobei der erste Frischluftverdichtereinheit durch ein Absperrmittel abschaltbar ist.

Bei Mehrzylindermotoren werden jeweils die Hälfte der Zylinder zu jeweils einer Abgasgruppe zusammengefaßt, so dass zwei Abgasgruppen entstehen. Die Abgase dieser Abgasgruppen treiben heutzutage oftmals Turbinen zweier baugleicher Turbolader an, um die für den Verbrennungsprozeß benötigte Frischluft zu verdichten. Da die Turbolader im unteren bis mittleren Drehzahlbereich nicht optimal arbeiten, ist es mittlerweile Stand der Technik, in diesen Drehzahlbereichen die Abgasgruppen zusammenzufassen und nur noch einen Turbolader zur Verdichtung der Frischluft zu betreiben. Der zweite Turbolader wird mit einem minimalen Abgasstrom lediglich auf Drehzahl gehalten. Die Zusammenfassung der Abgasströme, wie sie beispielsweise in der DE 44 44 098 A1 gelehrt wird, hat sich jedoch bisweilen als nachteilig erwiesen.

Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zustellen, der die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verbrennungsmotor gemäß Patentanspruch 1, bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 beansprucht.

Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zur erwarten, dass es mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor gelingt auch in mittleren bis unteren Drehzahlbereich Turbolader mit guten Wirkungsgraden zur Verfügung zustellen, ohne dass die beiden Abgasgruppen gasseitig zusammengeführt werden müssen. Der erfindungsgemäße Motor ist einfach und kostengünstig herzustellen und zu betreiben.

Erfindungsgemäß weist der Verbrennungsmotor eine erste und eine zweite Frischluftverdichtereinheit auf, wobei die erste Frischluftverdichtereinheit mit Absperrmitteln abschaltbar bzw. mit so wenig Abgas beaufschlagbar ist, dass sie nur auf Drehzahl gehalten wird aber keine Verdichtung erfolgt. Die zweite Frischluftverdichtereinheit weist hingegen zwei Antriebsmittel auf, die mit den Abgasen zusammenwirken.

Vorzugsweise wird im unteren bis mittleren Drehzahlbereich, im unteren Lastbereich und/oder bei niedriger Drehzahl im oberen Lastbereich des Verbrennungsmotors, dass eine Antriebsmittel mit den Abgasen der ersten Abgasgruppe und das zweite Antriebsmittel mit den Abgasen der zweiten Abgasgruppe beaufschlagt. Diese bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass auch im unteren bis mittleren Drehzahlbereich die Abgase der beiden Abgasgruppen nicht zusammengefaßt werden müssen, um den Turbolader zu betreiben. Im oberen Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors hingegen werden vorzugsweise beide Antriebsmittel mit den Abgasen der zweiten Abgasgruppe beaufschlagt. In diesem Drehzahlbereich ist die erste Frischluftverdichtereinheit nicht mehr abgasseitig abgeschaltet, so dass diese Verdichtereinheit mit den Abgasen der ersten Abgasgruppe beaufschlagt wird.

Vorzugsweise ist die Verdichterleistung der beiden Verdichtereinheiten im wesentlichen gleich groß.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite Frischluftverdichtereinheit ein Turbolader mit zwei Schnecken, die jedoch lediglich ein Laufrad zur Verdichtung der Frischluft antreiben.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Verdichtereinheit zwei Turbolader auf, die besonders bevorzugt ungefähr jeweils 50% jeweils der Verdichterleistung der zweiten Verdichtereinheit zur Verfügung stellen.

Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor Stellorgane auf, die so einstellbar sind, dass an der Frischluftseite der abgeschalteten Verdichtereinheit immer Ladedruck anliegt. Diese bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass bei zuschalten dieser Verdichtereinheit sofort der entsprechende Ladedruck vorliegt und nicht erst aufgebaut werden muß, was die Ansprechzeit dieses Verdichters reduziert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von 1 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
1 zeigt den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1, der im vorliegenden Fall sechs Zylinder 2 aufweist, wobei jeweils drei Zylinder mittels der Krümmer 3 und 4 zu den Abgasgruppen 5, 6 zusammenfassbar sind. Die Abgase der Abgasgruppe 5 werden mittels einer Rohrleitung 26 zu dem Turbolader 8 geleitet, in dem sie die Frischluft für den Verbrennungsprozeß verdichten. Die Rohleitung 26 kann mittels der Klappe 10 abgesperrt bzw. im Querschnitt soweit verringert werden, dass der Turbolader 8 entweder gar nicht oder mittels eines Leckagestroms lediglich auf Drehzahl jedoch nicht zur Verdichtung der Frischluft betrieben wird. Die Abgase der Abgasgruppe 6 werden mittels der Rohrleitungen 28, 29 zu der Twinscroll-Turbine geleitet, die zwei Schnecken 11, 12 aufweist, wobei der Abgasstrom in Leitung 28 die Schnecke 11 und die Abgasstrom in Leitung 29 die Schnecke 12 antreibt. Beide Schnecken treiben ein Laufrad des Turboladers 9 an, das Frischluft für den Verbrennungsprozeß verdichtet. In der Leitung 28 befindet sich eine Klappe 27, die die Leitung 28 unterhalb der Verbindungsleitung 25 absperrt bzw. im Querschnitt soweit reduziert, dass lediglich ein Leckagestrom passieren kann. Im oberen Drehzahlbereich des Motors werden die Abgase der Abgasgruppe 5 über den ersten Turbolader 8 geleitet und verdichten dort die Frischluft 21, die über die Leitung 18 zur Saugseite des Turboladers strömt. Die Abgase der Abgasgruppe 6 werden im oberen Drehzahlbereich zu den beiden Schnecken 11 bzw. 12 gleichmäßig verteilt geleitet und treiben das Laufrad des Turboladers an, um die Frischluft 21, die über die Leitung 24 an der Saugseite des Turboladers anliegt, zu verdichten. Die so verdichtete Frischluft der beiden Turbolader wird in der Leitung 19 zusammengefaßt, über ein Ladekühler 20 geleitet und gelangt über eine Drosselklappe 22 in den Sammler 23, in dem sie auf die 6 Zylinder verteilt wird. Im unteren bis mittleren Drehzahlbereich liegt nicht genug Abgas zum effizienten Betrieb beider Turbolader 8, 9 vor. Deshalb wird die Klappe 10 in der Leitung 26 zumindest soweit geschlossen, dass dieser Turbolader lediglich seine gewünschte Drehzahl behält. Die Klappe 27 wird ebenfalls verschlossen. Der größte Teil des Abgases der Abgasgruppe 5 strömt deshalb via Leitung 25 und 28 zu der Schnecke 11 und treibt diese an. Die Abgase der Abgasgruppe 6 strömen, da das Ventil 27 geschlossen ist, über die Leitung 29 zu der Schnecke 12 und treiben diese an. Der Turbolader 9 verdichtet die Frischluft 21 und leitet diese über Leitung 17 in Leitung 19, wo sie gekühlt und dann auf die Zylinder verteilt wird. In der Leitung 17 befindet sich ein Regelklappe 16 und in der Leitung 18 ein Rückschlagventil 15. Im mittleren bis unteren Drehzahlbereich des Motors wird die Klappe 16 zu mindest teilweise geöffnet, so dass der Druck in Leitung 17 im wesentlichen auch im Bereich des Rückschlagventils 15 anliegt und dieses in die dargestellte Position drückt, in der sie den Turbolader 8 gasseitig von der Frischluftleitung 18 entkoppelt. Dadurch, dass die Klappe 16 geöffnet ist, liegt im Bereich der Turbine des Turboladers 8 der Ladedruck des Turboladers 9 an, so dass dieser bei Inbetriebnahme im oberen Drehzahlbereich nur eine sehr kurze Ansprechzeit aufweist. Die Abgase werden, nach dem sie die Turbolader verlassen haben, in den Vorkatalysatoren 13 vor dem Hauptkatalysator 14 abschließend gereinigt, bevor sie den Auspuff verlassen. Sobald der Verbrennungsmotor wieder Volllast fährt, werden die Klappen 10 und 27 wieder geöffnet und das Ventil 16 geschlossen. Das Rückschlagventil 15 fällt nach unten und öffnet damit die Verbindung zwischen der Saugseite des Turboladers 8 und der Rohrleitung 18.

1: Verbrennungsmotor
2: Zylinder
3, 4: Krümmer
5: erste Abgasgruppe
6: zweite Abgasgruppe
8: erster Turbolader
9: zweiter Turbolader
10: Klappe
11: erstes Antriebsmittel (Schnecke)
12: zweites Antriebsmittel (Schnecke)
13: Vorkatalysator
14: Hauptkatalysator
15: Rückschlagklappe
16: Ventil
17, 19: Frischlufthochdruckleitung
18, 24: Frischluftansaugleitung
20: Ladeluftkühler
21: Frischluft
22: Drosselklappe
23: Verteiler
25: Verbindungsleitung zwischen den Abgasgruppen
26: Abgasleitung zum Turbolader 1
27: Absperrventil
28, 29: Abgasleitung zum zweiten Turbolader

Claims

Verbrennungsmotor (1) mit mehreren Zylindern (2), deren Abgase mit Krümmern (3, 4) zu mindestens einer ersten und zweiten Abgasgruppe (5, 6) zusammenfassbar sind und zwei Frischluftverdichtereinheiten (8, 9), die von den Abgasen antriebbar sind und die Frischluft des Verbrennungsmotors verdichten, wobei der erste Frischluftverdichtereinheit (8) durch ein Absperrmittel (10) abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Frischluftverdichtereinheit mindestens zwei Antriebmittel (11, 12) aufweist, die mit den Abgasen zusammenwirken.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren bis mittleren Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors das ein Antriebsmittel (11) mit den Abgasen der ersten Abgasgruppe (5) und das zweite Antriebmittel (12) mit den Abgasen der zweiten Abgasgruppe (6) beaufschlagbar ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors beide Antriebsmittel (11, 12) mit den Abgasen der zweiten Abgasgruppe (6) beaufschlagt sind.
Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterleistung der beiden Verdichtereinheiten (8, 9) im wesentlichen gleich ist.
Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Frischluftverdichtereinheit (9) ein Turbolader mit zwei Schnecken ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Frischluftverdichter zwei Turbolader sind.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, die Turbolader jeweils ungefähr 50% der Verdichterleistung der zweiten Frischluftverdichtereinheit aufweisen.
Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er Stellorgane (13, 14) aufweist, die so einstellbar sind, dass an der Luftseite der abgeschalteten Frischluftverdichtereinheit Ladedruck anliegt.