DE102008029197A1

DE102008029197A1 - Vorrichtung und Verfahren zur selektiven Zylinderabschaltung eines aufladbaren Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102008029197A1
Application number: DE102008029197A
Authority: DE
Inventors: Panagiotis Dr. Grigoriadis
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur selektiven Zylinderabschaltung eines mehrstufig aufladbaren Verbrennungsmotors (2) mit mindestens zwei Zylindern (3.1), die zuschaltbar (3.1) und abschaltbar sind. Der Verbrennungsmotor (2) umfasst mindestens eine Hochdruckstufe (4) und mindestens eine Niederdruckstufe (5).
Erfindungsgemäß ist der von dem Verdichter (4.1) der Hochdruckstufe (4) verdichtete Frischluftmassenstrom nur zu einem Teil den zugeschalteten Zylindern (3.1), mindestens ein Zylinder (3.1) und maximal Gesamtzylinderanzahl (3.1) minus eins, zuführbar, und der Abgasmassenstrom ist von der Gesamtanzahl der zugeschalteten Zylinder (3.1) über die Turbine (4.2) der Hochdruckstufe (4) entspannbar.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur selektiven Zylinderabschaltung eines aufladbaren Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor umfasst mindestens eine Hochdruckstufe und mindestens eine Niederdruckstufe.
Stand der Technik
Aus der GB 2 430 708 A ist ein Verbrennungsmotor mit selektiv ab- und zuschaltbaren Zylindern bekannt. Der Verbrennungsmotor umfasst zwei Abgasturbolader mit je einem Verdichter und einer Turbine. Ein Abgassystem des Verbrennungsmotors stellt eine Verbindung zwischen allen Zylindern und den beiden Turbinen der Abgasturbolader her. Mittels Ventilen im Abgassystem kann der Abgasmassenstrom wahlweise über die eine, die andere oder beide Turbinen geleitet werden. Die Ventile werden abhängig von der Anzahl der abgeschalteten Zylinder gesteuert.
Ein Schwerpunkt von Entwicklungsarbeiten bei Verbrennungsmotoren zielt auf die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen ab. Dabei soll die erzielbare Leistung und das Ansprechverhalten möglichst beibehalten werden.
Eine mögliche Maßnahme ist hierbei die Abgasturboaufladung. Insbesondere seit Einführung der variablen Turbinengeometrie konnte sich die Abgasturboaufladung als geeignetes Mittel zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei Dieselmotoren durchsetzen.
Auch bei Ottomotoren findet die Abgasturboaufladung zunehmend Anwendung. Aufgrund der relativ hohen Abgastemperaturen im Volllastbetrieb kann die variable Turbinengeometrie jedoch nur mit sehr hohem Kostenaufwand eingesetzt werden. Üblicherweise werden Ottomotoren daher mit Wastegate-Turboladern ausgestattet, wobei dabei immer der Kompromiss zwischen Ansprechverhalten und der erzielbaren Leistung gefunden werden muss.
Ein bereits erprobtes, jedoch auch kostenintensives Verfahren ist die Kombination aus variablem Steuertrieb und dem Schichtbrennverfahren.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe der Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zugrunde, welche die Betriebscharakteristik und das Ansprechverhalten der Abgasturbolader verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Ein Aspekt der Erfindung liegt neben der selektiven Zylinderauswahl in einer Anordnung und einem Betrieb der Abgasturbolader dahingehend, dass diese in jedem Betriebsbereich des Verbrennungsmotors (Teillast, Übergang von Teillast in Volllast, Volllast sowie Übergang von Volllast in Teillast) stets in einem optimalen Leistungsbereich arbeiten. Neben der Berücksichtigung der optimalen Betriebsbereiche der Abgasturbolader liegt ein weiterer Aspekt auf der Verringerung von deren Ansprechzeiten.
Der Grundgedanke dabei ist, dass bei einem geringen Leistungsbedarf nur ein „kleiner” Motor, d. h. mindestens ein Zylinder ist abgeschaltet und mindestens ein Zylinder ist zugeschaltet, betrieben wird. Hingegen soll bei höherer Leistungsanforderung dann ein „großer” Motor, d. h. mindestens zwei Zylinder sind zugeschaltet, eingesetzt werden. Durch diese bedarfsweise Umschaltung zwischen „beiden” Motoren sind Kraftstoffeinsparungen erzielbar.
Diese „beiden” Motoren sind vorteilhafterweise jeweils mit einem zu ihrem Schluckverhalten angepassten Abgasturbolader ausgerüstet. Die Anpassung der Abgasturbolader bedeutet hier insbesondere eine an das Motorschluckverhalten angepasste Auswahl der Abgasturbolader. Das Kriterium dafür können die Abgasturboladerkennfelder der Hersteller sein. Die Führung/Leitung des Frischluftmassenstroms wird derart vorgenommen, dass durch den Verdichter der Hochdruckstufe nur ein Teil der Gesamtzylinderanzahl und nicht alle Zylinder mit durch ihn komprimierter Frischluft versorgt werden. Die Turbine der Hochdruckstufe kann hingegen von allen Zylindern mit Abgas beaufschlagt werden. Diese unterschiedliche Zuordnung wird vorgenommen, um insbesondere in der Beschleunigungsphase, die eine Übergangsphase von dem „kleinen” Motor zu dem „großen” Motor darstellt, den dafür erforderlichen Ladedruck möglichst verzögerungsfrei bereitstellen zu können.
Der Verdichter der Hochdruckstufe wird für den „kleinen” Motor ausgelegt, ist jedoch auch beim „großen” Motor involviert, da er vorteilhafterweise bei der „Umschaltung” von dem „kleinen” Motor zu dem „großen” Motor und umgekehrt aktiviert ist.
Je nach Lastbedarf ist der Verdichter der Hochdruckstufe teilweise oder vollständig umgehbar. Diese Umgehung erfolgt vorteilhafterweise mittels eines Bypassventils, welches in der Umgehungsleitung angeordnet ist. Das Bypassventil nimmt die beiden Zustände „offen” und „geschlossen” ein.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht erforderlich, dass mit dem Bypassventil weitere Zustände, beispielsweise „teilweise geöffnet” oder „teilweise geschlossen”, darstellbar sind, da in einem Teillast- oder Beschleunigungs-/Verzögerungsbetrieb das Bypassventil geschlossen ist und einem Teil der Zylinder vom Verdichter der Hochdruckstufe verdichtete Frischluft zugeführt wird und gegebenenfalls dem anderen Teil der Zylinder vom Verdichter der Niederdruckstufe verdichtete Frischluft zugeführt wird. Im Volllastbetrieb ist das Bypassventil geöffnet und allen Zylindern wird nur vom Verdichter der Niederdruckstufe verdichtete Frischluft zugeführt.
Die Turbine der Hochdruckstufe ist abhängig vom Lastbedarf vollständig umgehbar. Diese Umgehung erfolgt vorteilhafterweise mittels eines Bypassventils, welches in der Umgehungsleitung angeordnet ist. Das Bypassventil nimmt die beiden Zustände „offen” und „geschlossen” ein.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht erforderlich, dass mit dem Bypassventil weitere Zustände, beispielsweise „teilweise geöffnet” oder „teilweise geschlossen”, darstellbar sind, da in einem Teillastbetrieb oder Beschleunigungs-/Verzögerungsbetrieb das Bypassventil geschlossen ist und der Abgasmassenstrom von den zugeschalteten Zylindern zuerst über die Turbine der Hochdruckstufe und anschließend über die Turbine der Niederdruckstufe entspannt wird. Im Volllastbetrieb ist das Bypassventil geöffnet und der Abgasmassenstrom von allen Zylindern wird nur über die Turbine der Niederdruckstufe entspannt.
Vorteilhafterweise erfolgt die Dimensionierung des Verdichters und der Turbine der Hochdruckstufe für einen Volllastbetrieb derjenigen Zylinder, denen über den Verdichter der Hochdruckstufe verdichtete Frischluft zuführbar ist. Ist beispielsweise bei einem Vierzylindermotor zwei Zylindern vom Verdichter der Hochdruckstufe verdichtete Frischluft zuführbar, so werden der Verdichter und die Turbine für einen optimalen Zweizylinder-Volllast-Betrieb ausgelegt.
Die Dimensionierung der Niederdruckstufe erfolgt vorteilhafterweise für einen Volllastbetrieb mit sämtlichen Zylindern.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen keine Veränderungen an den Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile für die Zylinder vorgenommen werden. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden die zylinderspezifischen Kraftstoffmengen und die Führung des Frischluftmassenstroms und des Abgasmassenstroms entsprechend den jeweiligen Anforderungen verändert.
Zeichnungen
Es zeigen:
1a: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Teillastbetrieb;
1b: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem zweiten Teillastbetrieb;
1c: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem dritten Teillastbetrieb;
2: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Übergangsphase vom Teillastbetrieb in den Volllastbetrieb;
3: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Volllastbetrieb;
4: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen selbstzündenden Verbrennungsmotor.
Die 1a zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Ein fremdzündender Verbrennungsmotor 2, beispielsweise ein Ottomotor, umfasst vier Zylinder 3.1, 3.2, von denen zwei Zylinder 3.1 zugeschaltet und zwei Zylinder 3.2 abgeschaltet sind. Die Abschaltung der Zylinder erfolgt hier im doppelten Sinne. Zum einen durch Reduzieren der abgegebenen Leistung auf Werte kleiner Null (Schleppbetrieb) und zum anderen durch Reduzieren der zugeführten Gas- bzw. Luftmenge auf Werte gleich Null. Die Ausführung der Abschaltung der Zylinder 3.2 ist hier derart, dass Einspritzung und Zündung deaktiviert werden und dass die Luftzufuhr durch Schließen der Drosselklappe 9 unterbunden wird.
Der Verbrennungsmotor 2 ist mit einer Hochdruckstufe 4, bestehend aus einem Verdichter 4.1 und einer Turbine 4.2, und einer Niederdruckstufe 5, bestehend aus einem Verdichter 5.1 und einer Turbine 5.2, aufladbar. Der Verdichter 4.1 der Hochdruckstufe 4 ist stromabwärts des Verdichters 5.1 der Niederdruckstufe 5 in einer Frischluftleitung 6 angeordnet. Die Turbine 4.2 der Hochdruckstufe 4 ist stromaufwärts der Turbine 5.2 der Niederdruckstufe 5 in einer Abgasleitung 7 angeordnet.
Stromabwärts des Verdichters 4.1 der Hochdruckstufe 4 ist eine Drosselklappe 8 angeordnet. Stromabwärts des Verdichters 5.1 der Niederdruckstufe 5 ist eine Drosselklappe 9 angeordnet. Stromabwärts der Drosselklappe 9 ist ein Bypassventil 10 angeordnet.
Der Verdichter 4.1 der Hochdruckstufe 4 und die Drosselklappe 8 sind mittels einer Umgehungsleitung 11, die die Drosselklappe 9 und das Bypassventil 10 umfasst, umgehbar. Die Umgehungsleitung 11 zweigt stromabwärts des Verdichters 5.1 der Niederdruckstufe 5 von der Frischluftleitung 6 ab und mündet wieder stromabwärts des Bypassventils 10 in die Frischluftleitung 6 ein.
Die abgeschalteten Zylinder 3.2 sind frischluftseitig mit der Umgehungsleitung 11 verbunden. Die zugeschalteten Zylinder 3.1 sind frischluftseitig mit der Frischluftleitung 6 verbunden.
Stromaufwärts der Turbine 5.2 der Niederdruckstufe 5 ist ein Bypassventil 12 angeordnet. Die Turbine 4.2 der Hochdruckstufe 4 ist mittels einer Umgehungsleitung 13, die das Bypassventil 12 umfasst, umgehbar.
Die Umgehungsleitung 13 zweigt stromaufwärts der Turbine 4.2 der Hochdruckstufe 4 von der Abgasleitung 7 ab und mündet stromaufwärts der Turbine 5.2 der Niederdruckstufe 5 wieder in die Abgasleitung 7 ein.
Die abgeschalteten Zylinder 3.2 und die zugeschalteten Zylinder 3.1 sind abgasseitig mit der Abgasleitung 7 verbunden.
Der Verbrennungsmotor 2 kann mit den zwei zugeschalteten Zylindern 3.1 bis zu einer Leistung betrieben werden, die in diesem Fall bei allen zugeschalteten Zylindern 3.1 der Hälfte der maximal erzielbaren Leistung entspricht. Frischluftseitig sind die Drosselklappe 9 und das Bypassventil 10 (vollständig) geschlossen.
Die Regelung der unteren Teillast erfolgt mittels der Drosselklappe 8. Sofern die Drosselklappe 8 vollständig geöffnet ist, ist ein entdrosselter Betrieb des Verbrennungsmotors 2 in der unteren Teillast möglich.
Abgasseitig ist das Bypassventil 12 (vollständig) geschlossen.
Der Frischluftmassenstrom strömt in Richtung des Pfeils A und wird zuerst von dem Verdichter 5.1 der Niederdruckstufe 5 und anschließend von dem Verdichter 4.1 der Hochdruckstufe 4 verdichtet. Der verdichtete Frischluftmassenstrom wird den beiden zugeschalteten Zylindern 3.1 zugeführt.
Der Abgasmassenstrom der beiden zugeschalteten Zylinder 3.1 strömt in Richtung des Pfeils B und wird zuerst über die Turbine 4.2 der Hochdruckstufe 4 und anschließend über die Turbine 5.2 der Niederdruckstufe 5 entspannt. Den beiden abgeschalteten Zylindern 3.2 wird kein Frischluftmassenstrom zugeführt.
Die 1b zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 für einen Teillastbetrieb des fremdzündenden Verbrennungsmotors 2, wobei zwei Zylinder 3.1 vollständig betrieben werden (vollständig zugeschaltet). Die Abschaltung der zwei Zylinder 3.1.1 umfasst in diesem Fall allein die Reduzierung ihrer Leistungsabgabe auf Null (Leerlauf-Betrieb). Die Einstellung der Last der Zylinder 3.1.1 erfolgt anhand der Drosselklappe 9. Alle vier Zylinder 3.1, 3.1.1 werden mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben, so dass eine Abgasnachbehandlung, beispielsweise mittels eines 3-Wege-Katalysators, optimal betrieben werden kann.
Der Frischluftmassenstrom strömt in Richtung des Pfeils A, wird zuerst von dem Verdichter 5.1 der Niederdruckstufe 5 verdichtet und strömt anschließend in Richtung des Pfeils A2 zu einem kleinen Teil über die teilweise geöffnete Drosselklappe 9 der Umgehungsleitung 11 zu den beiden Zylindern 3.1.1 und in Richtung des Pfeils A1 zu einem großen Teil über den Verdichter 4.1 der Hochdruckstufe 4, bei dem der Frischluftmassenstrom nochmals verdichtet wird, und über die fast vollständig geöffnete Drosselklappe 8 zu den beiden Zylindern 3.1.
Der gesamte Abgasmassenstrom der Zylinder 3.1, 3.1.1 strömt in Richtung des Pfeils B zuerst zu der Turbine 4.2 der Hochdruckstufe 4, bei dem der Abgasmassenstrom entspannt wird, und anschließend zu der Turbine 5.2 der Niederdruckstufe 5, bei dem der Abgasmassenstrom nochmals entspannt wird.
Die 1c zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 für einen Teillastbetrieb des fremdzündenden Verbrennungsmotors 2, wobei zwei Zylinder 3.1 mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben werden (vollständig zugeschaltet). Die Abschaltung der zwei Zylinder 3.1.2 umfasst in diesem Fall allein die Deaktivierung der Einspritzung und der Zündung, so dass diese Zylinder 3.1.2 ausschließlich mit Luft betrieben werden, d. h. es werden die Takte „Luft ansaugen”, „Luft verdichten” und „verdichtete Luft expandieren” durchgeführt. Die diesen Zylindern 3.1.2 zugeführte Luftmenge ist über die Drosselklappe 9 einstellbar.
Der Frischluftmassenstrom strömt in Richtung des Pfeils A, wird zuerst von dem Verdichter 5.1 der Niederdruckstufe 5 verdichtet und strömt anschließend in Richtung des Pfeils A2 zu einem kleinen Teil über die teilweise geöffnete Drosselklappe 9 der Umgehungsleitung 11 zu den beiden Zylindern 3.1.1 und in Richtung des Pfeils A1 zu einem großen Teil über den Verdichter 4.1 der Hochdruckstufe 4, bei dem der Frischluftmassenstrom nochmals verdichtet wird, und über die fast vollständig geöffnete Drosselklappe 8 zu den beiden Zylindern 3.1.
Der gesamte Abgasmassenstrom der Zylinder 3.1 und der gesamte ausgestoßene Frischluftmassenstrom der Zylinder 3.1.2 strömt in Richtung des Pfeils B, zuerst zu der Turbine 4.2 der Hochdruckstufe 4 und anschließend zu der Turbine 5.2 der Niederdruckstufe 5.
Die 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in der Übergangsphase vom Teillastbetrieb in den Volllastbetrieb des fremdzündenden Verbrennungsmotors 2. In dieser Übergangsphase, die zur Beschleunigung des Verbrennungsmotors 2 dient, sind alle vier Zylinder 3.1 zugeschaltet, d. h. alle Zylinder 3.1 werden mit Luft versorgt und die Einspritzung und die Zündung ist für alle Zylinder 3.1 aktiv.
Diese dargestellte Vorrichtung 1 kann ebenfalls für die Übergangsphase vom Volllastbetrieb in den Teillastbetrieb, die zur Verzögerung des Verbrennungsmotors 2 dienen kann, gewählt werden.
Der Frischluftmassenstrom wird zuerst von dem Verdichter 5.1 der Niederdruckstufe 5 verdichtet und strömt anschließend zu einem Teil über die fast vollständig geöffnete Drosselklappe 9 der Umgehungsleitung 11 zu den zwei Zylindern 3.1 und zu einem Teil über den Verdichter 4.1 der Hochdruckstufe 4, bei dem der Frischluftmassenstrom nochmals verdichtet wird, und über die fast vollständig geöffnete Drosselklappe 8 zu den anderen zwei Zylindern 3.1.
Der gesamte Abgasmassenstrom aller vier Zylinder 3.1 strömt zuerst zu der Turbine 4.2 der Hochdruckstufe 4, bei dem der Abgasmassenstrom entspannt wird, und anschließend zu der Turbine 5.2 der Niederdruckstufe 5, bei dem der Abgasmassenstrom nochmals entspannt wird.
Für die Dimensionierung bzw. für die geeignete Auswahl eines Aufladesystems wird der Luftbedarf eines Verbrennungsmotors 2 üblicherweise durch seine sogenannten Motorschlucklinien in einem Verdichterkennfeld dargestellt. Zur Erzeugung einer geforderten Antriebsleistung ist eine entsprechende Frischluftmenge erforderlich. Diese kann bei gegebenen Motorschlucklinien auch nur bei einem bestimmten Verdichterdruckverhältnis bereitgestellt werden. Der Verdichter 4.1 der Hochdruckstufe 4 wird so dimensioniert, dass die Motorschlucklinien sowohl in der Teillast, als auch in der Volllast im stabilen Betriebsbereich des Kennfeldes des Verdichters 4.1 liegen. In die Berechnung des Motorschluckbedarfs zur Auslegung der Hochdruckstufe 4 geht nicht, wie sonst üblich, die Gesamtanzahl der Zylinder 3.1, 3.1.1, 3.1.2, 3.2 ein, sondern es geht nur der Teil der Zylinderanzahl 3.1 ein (hier zwei), welcher vom Verdichter 4.1 auch nur mit Luft versorgt wird. Die Antriebsleistung, die für den Verdichter 4.1 in einem stationären Betriebspunkt aufgebracht werden muss, wird von der Turbine 4.2 bereitgestellt. Die Durchsatzcharakteristik der Turbine 4.2 wird daher so gewählt, dass jederzeit eine ausreichende Antriebsleistung für den Verdichter 4.1 in dem gegebenen Betriebspunkt bei einer vorliegenden Turboladerdrehzahl und bei einer vorliegenden Summe aus Frischluft- und Kraftstoffmassenstrom zur Verfügung steht.
Die 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 für einen Volllastbetrieb des fremdzündenden Verbrennungsmotors 2, bei dem alle vier Zylinder 3.1 zugeschaltet sind.
Der Frischluftmassenstrom wird zuerst von dem Verdichter 5.1 der Niederdruckstufe 5 verdichtet und strömt anschließend zu einem Teil über die fast vollständig geöffnete Drosselklappe 9 der Umgehungsleitung 11 zu den zwei Zylindern 3.1 und zu einem Teil über den Verdichter 4.1 der Hochdruckstufe 4, bei dem der Frischluftmassenstrom nochmals verdichtet wird, und über die fast vollständig geöffnete Drosselklappe 8 zu den anderen zwei Zylindern 3.1.
Der gesamte Abgasmassenstrom aller vier Zylinder 3.1 strömt über die Umgehungsleitung 13 mit dem vollständig geöffneten Bypassventil 12 zu der Turbine 5.2 der Niederdruckstufe 5, bei dem der Abgasmassenstrom entspannt wird.
Die Dimensionierung der Niederdruckstufe 5 erfolgt für einen optimalen Betrieb in der Volllast mit den vier zugeschalteten Zylindern 3.1 des Verbrennungsmotors 2.
Die 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 für einen selbstzündenden Verbrennungsmotor 2, beispielsweise Dieselmotor.
Die Anordnung der Umgehungsleitung 11 zur teilweisen oder vollständigen Umgehung der Turbine 4.1 der Hochdruckstufe 4 kann auch anders als in den Figuren dargestellt erfolgen. Wesentlich ist lediglich, dass ein Teil der Zylinder 3.1, jedoch nicht alle Zylinder 3.1, 3.1.1, 3.1.2, 3.2, über den Verdichter 4.1 der Hochdruckstufe 4 verdichtete Frischluft erhalten kann, für die übrigen Zylinder 3.1.1, 3.1.2, 3.2 ist diese Zuführung nicht möglich.

1: Vorrichtung
2: Verbrennungsmotor
3.1: zugeschalteter Zylinder
3.1.1: zugeschalteter Zylinder
3.1.2: zugeschalteter Zylinder
3.2: abgeschalteter Zylinder
4: Hochdruckstufe
4.1: Verdichter
4.2: Turbine
5: Niederdruckstufe
5.1: Verdichter
5.2: Turbine
6: Frischluftleitung
7: Abgasleitung
8: Drosselklappe
9: Drosselklappe
10: Bypassventil
11: Umgehungsleitung
12: Bypassventil
13: Umgehungsleitung
A: Pfeil
A1: Pfeil
A2: Pfeil
B: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- GB 2430708 A [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zur selektiven Zylinderabschaltung eines aufladbaren Verbrennungsmotors (2) mit mindestens zwei Zylindern (3.1, 3.1.1, 3.1.2, 3.2), die zuschaltbar (3.1, 3.1.1, 3.1.2) und abschaltbar (3.2) sind, und mindestens einer Hochdruckstufe (4), umfassend einen Verdichter (4.1) und eine Turbine (4.2), und mindestens einer Niederdruckstufe (5), umfassend einen Verdichter (5.1) und eine Turbine (5.2), wobei – in einer Frischluftleitung (6) der Verdichter (5.1) der Niederdruckstufe (5) stromaufwärts des Verdichters (4.1) der Hochdruckstufe (4) angeordnet ist, und – der Verdichter (4.1) der Hochdruckstufe (4) teilweise oder vollständig mittels einer Umgehungsleitung (11) umgehbar ist, und – in einer Abgasleitung (7) die Turbine (5.2) der Niederdruckstufe (5) stromabwärts der Turbine (4.2) der Hochdruckstufe (4) angeordnet ist, und – die Turbine (4.2) der Hockdruckstufe (4) vollständig mittels einer Umgehungsleitung (13) umgehbar ist, und – der von dem Verdichter (4.1) der Hochdruckstufe (4) verdichtete Frischluftmassenstrom nur zu einem Teil den zugeschalteten Zylindern (3.1), mindestens ein Zylinder (3.1) und maximal Gesamtzylinderanzahl (3.1, 3.1.1, 3.1.2, 3.2) minus eins, zuführbar ist, und – der Abgasmassenstrom von der Gesamtanzahl der zugeschalteten Zylinder (3.1, 3.1.1, 3.1.2) über die Turbine (4.2) der Hochdruckstufe (4) entspannbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsleitung (11) ein Bypassventil (10) umfasst, welches entweder den Status „geöffnet” oder den Status „geschlossen” einnimmt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsleitung (13) ein Bypassventil (12) umfasst, welches entweder den Status „geöffnet” oder den Status „geschlossen” einnimmt.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (4.1) der Hochdruckstufe (4) für einen Volllastbetrieb für die über ihn mit verdichteter Frischluft zuführbaren Zylinder (3.1) dimensioniert ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (4.2) der Hochdruckstufe (4) für einen Volllastbetrieb für die über den Verdichter (4.1) mit verdichteter Frischluft zuführbaren Zylinder (3.1) dimensioniert ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (5.1) und die Turbine (5.2) der Niederdruckstufe (5) für einen Volllastbetrieb der Gesamtanzahl der Zylinder (3.1, 3.1.1, 3.1.2) dimensioniert sind.
Verfahren zur selektiven Zylinderabschaltung eines aufladbaren Verbrennungsmotors (2) mit mindestens zwei Zylindern (3.1, 3.1.1, 3.1.2), die zuschaltbar (3.1, 3.1.1, 3.1.2) und abschaltbar (3.2) sind, und mindestens einer Hochdruckstufe (4), umfassend einen Verdichter (4.1) und eine Turbine (4.2), und mindestens einer Niederdruckstufe (5), umfassend einen Verdichter (5.1) und eine Turbine (5.2), und – der Verdichter (5.1) der Niederdruckstufe (5) stromaufwärts des Verdichters (4.1) der Hochdruckstufe (4) angeordnet ist, und – der Verdichter (4.1) der Hochdruckstufe (4) teilweise oder vollständig mittels einer Umgehungsleitung (11) umgehbar ist, und – die Turbine (5.2) der Niederdruckstufe (5) stromabwärts der Turbine (4.2) der Hochdruckstufe (4) angeordnet ist, und – die Turbine (4.2) der Hockdruckstufe (4) vollständig mittels einer Umgehungsleitung (13) umgehbar ist, wobei abhängig von der Lastregelung des Verbrennungsmotors (2) – der von dem Verdichter (4.1) der Hochdruckstufe (4) verdichtete Frischluftmassenstrom nur zu einem Teil den zugeschalteten Zylindern (3.1) zuführbar ist, – der Abgasmassenstrom von der Gesamtanzahl der zugeschalteten Zylinder (3.1, 3.1.1, 3.1.2) über die Turbine (4.2) der Hochdruckstufe (4) entspannbar ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Betrieb des Verbrennungsmotors (2) in der unteren Teillast nur ein Teil der Zylinder (3.1), mindestens ein Zylinder (3.1), zugeschaltet wird, und diesem zugeschalteten Zylinder (3.1) ein über den Verdichter (5.1) der Niederdruckstufe (5) und über den Verdichter (4.1) der Hochdruckstufe (4) verdichteter Frischluftmassenstrom zugeführt wird, und der Abgasmassenstrom dieser zugeschalteten Zylinder (3.1) über die Turbine (4.2) der Hochdruckstufe (4) und die Turbine (5.2) der Niederdruckstufe (5) entspannt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Betrieb des Verbrennungsmotors (2) in der unteren Teillast nur ein Teil der Zylinder (3.1), mindestens ein Zylinder (3.1), zugeschaltet wird, diesem zugeschalteten Zylinder (3.1) ein über den Verdichter (5.1) der Niederdruckstufe (5) und über den Verdichter (4.1) der Hochdruckstufe (4) verdichteter Frischluftmassenstrom zugeführt wird, und ein weiterer Teil der Zylinder (3.1.1), mindestens ein Zylinder (3.1.1), ein über den Verdichter (5.1) der Niederdruckstufe (5) verdichteter Frischluftmassenstrom über die Umgehungsleitung (11) zugeführt wird, und der Abgasmassenstrom der zugeschalteten Zylinder (3.1, 3.1.1) über die Turbine (4.2) der Hochdruckstufe (4) und die Turbine (5.2) der Niederdruckstufe (5) entspannt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (3.1, 3.1.1) mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Betrieb des Verbrennungsmotors (2) in der unteren Teillast nur ein Teil der Zylinder (3.1), mindestens ein Zylinder (3.1), zugeschaltet wird, diesem zugeschalteten Zylinder (3.1) ein über den Verdichter (5.1) der Niederdruckstufe (5) und über den Verdichter (4.1) der Hochdruckstufe (4) verdichteter Frischluftmassenstrom zugeführt wird, und einem weiterem Teil der Zylinder (3.1.2), mindestens ein Zylinder (3.1.2), ein über den Verdichter (5.1) der Niederdruckstufe (5) verdichteter Frischluftmassenstrom über die Umgehungsleitung (11) zugeführt wird, und in den Zylindern (3.1.2) keine Verbrennung erfolgt, und der Abgasmassenstrom der zugeschalteten Zylinder (3.1, 3.1.1) über die Turbine (4.2) der Hochdruckstufe (4) und die Turbine (5.2) der Niederdruckstufe (5) entspannt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Betrieb des Verbrennungsmotors (2) in einer Übergangsphase von der Teillast in die Volllast, sowie von der Volllast in die Teillast, alle Zylinder (3.1) zugeschaltet werden, und einem Teil der zugeschalteten Zylinder (3.1), mindestens ein Zylinder (3.1), ein über den Verdichter (5.1) der Niederdruckstufe (5) und über den Verdichter (4.1) der Hochdruckstufe (4) verdichteter Frischluftmassenstrom zugeführt wird, und dem anderen Teil der zugeschalteten Zylinder (3.1), mindestens ein Zylinder (3.1), ein über den Verdichter (5.1) der Niederdruckstufe (5) verdichteter Frischluftmassenstrom über die Umgehungsleitung (11) zugeführt wird, und der Abgasmassenstrom der Zylinder (3.1) über die Turbine (4.2) der Hochdruckstufe (4) und die Turbine (5.2) der Niederdruckstufe (5) entspannt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Betrieb des Verbrennungsmotors (2) in der Volllast alle Zylinder (3.1) zugeschaltet werden, und allen Zylindern (3.1) ein über den Verdichter (5.1) der Niederdruckstufe (5) verdichteter Frischluftmassenstrom über die Umgehungsleitung (11) zugeführt wird, und der Abgasmassenstrom der Zylinder (3.1) über die Umgehungsleitung (13) der Turbine (5.2) der Niederdruckstufe (5) zugeführt und in dieser entspannt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2) fremdgezündet betrieben wird, und der Frischluftmassenstrom in der Frischluftleitung (6) mittels einer stromabwärts des Verdichters (4.1) der Hochdruckstufe (4) angeordneten Drosselklappe (8) drosselbar ist, und der Frischluftmassenstrom in der Umgehungsleitung (11) mittels einer stromabwärts des Verdichters (5.1) der Niederdruckstufe (5) angeordneten Drosselklappe (9) drosselbar ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2) selbstzündend betrieben wird.