DE19849495A1

DE19849495A1 - Turbocharged internal combustion engine has exhaust gas turbine bypass open and connection between exhaust section turbine closed with changeover valve open and vice-versa

Info

Publication number: DE19849495A1
Application number: DE19849495A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Mades
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: DE19849495C2

Abstract

The engine (1) has a number of exhaust gas system sections between the cylinder outlets and turbine (3) and an adjustable changeover valve (17) upstream of the turbine variable between open and closed positions. At least two exhaust system sections (10,11) branch off the engine exhaust outlet and lead to the turbine. The bypass line (16) branches off one of the exhaust gas sections and the changeover valve is mounted near this branch. In the valve open position the bypass line is open and the connection between the exhaust section and turbine is closed and vice-versa.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer die Abgasturbine überbrückenden Umgehungsleitung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a supercharged internal combustion engine a bypass line bridging the exhaust gas turbine after Preamble of claim 1.

Aus der Druckschrift US 46 85 302 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader bekannt, dessen Turbine im Ab gasstrang der Brennkraftmaschine einen im Ansaugtrakt angeord neten Verdichter zur Erhöhung des Ladedrucks antreibt. Die Tur bine ist mit einer variabel einstellbaren Turbinengeometrie ausgestattet, die es erlaubt, den Druck im Abgasstrang zwischen dem Zylinderauslaß und dem Turbineneintritt lastabhängig verän derlich einzustellen.From US 46 85 302 is an internal combustion engine known with an exhaust gas turbocharger, the turbine in the Ab gas train of the internal combustion engine is arranged in the intake tract drives the compressor to increase the boost pressure. The door bine comes with a variably adjustable turbine geometry equipped, which allows the pressure in the exhaust line between change the cylinder outlet and the turbine inlet depending on the load set accordingly.

Um bei den hohen auftretenden Abgasgegendrücken eine Bauteil überlastung zu vermeiden, ist stromauf der Turbine ein Über brückungskanal mit einem Überlastventil vorgesehen, das bei Er reichen eines Druck-Grenzwertes öffnet, so dass ein Teil des Abgasstromes abgeleitet und der Druck im Abgasstrang abgebaut wird.A component at the high exhaust gas backpressures that occur Avoiding overload is an overflow upstream of the turbine bridging channel provided with an overload valve, which at Er range of a pressure limit opens so that part of the Exhaust gas flow derived and the pressure in the exhaust line reduced becomes.

Aus der gattungsbildenden Druckschrift JP 5-71356 A - In: Pa tent Abstracts of Japan, Sect. M, Vol. 17 (1993), Nr. 392 (M- 1450) ist eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit vier Zylin dern bekannt, deren im Abgasstrang angeordnete Turbine in Ab hängigkeit des Lastzustandes entweder nur von den Abgasen eines Teils der Zylinder oder von den Abgasen sämtlicher Zylinder be aufschlagt wird. Im Teillastbereich werden die Abgase sämtli cher Zylinder der Turbine des Abgasturboladers zugeführt. Im oberen Lastbereich bzw. bei hoher Drehzahl wird nur der Ab gasstrom von zwei Zylindern der Turbine zugeführt und der Ab gasstrom der beiden anderen Zylinder zur Turbine unterbrochen. Hierfür sind zwei Ventile vorgesehen, jeweils eines in einer Abgasleitung zwischen den Zylinderauslässen von zwei Zylindern und der Turbine und eines in einer von dieser Abgasleitung ab zweigenden Umgehungsleitung. Bei hoher Last/Drehzahl wird über das erste Ventil die Verbindung zwischen den beiden Zylindern und der Turbine unterbrochen und über das zweite Ventil die Um gehungsleitung zur Ableitung des Abgases geöffnet. Die Abgase der beiden anderen Zylinder werden unabhängig vom Zustand der Brennkraftmaschine sowohl bei geringer Last als auch bei hoher Last der Abgasturbine zugeführt.From the generic publication JP 5-71356 A - In: Pa tent Abstracts of Japan, Sect. M, Vol. 17 (1993), No. 392 (M- 1450) is a supercharged internal combustion engine with four cylinders known, whose turbine arranged in the exhaust line in Ab dependence of the load state either only on the exhaust gases of one Part of the cylinder or from the exhaust gases of all cylinders is opened. In the part load range, the exhaust gases are all cher cylinder of the turbine of the exhaust gas turbocharger supplied. in the upper load range or at high speed only the Ab gas flow from two cylinders to the turbine and the Ab gas flow from the other two cylinders to the turbine is interrupted. Two valves are provided for this, one in each Exhaust pipe between the cylinder outlets of two cylinders and the turbine and one in one of this exhaust pipe branching bypass. At high load / speed is over the first valve is the connection between the two cylinders and the turbine interrupted and the order via the second valve bypass line to discharge the exhaust gas opened. The exhaust gases the other two cylinders are independent of the state of the Internal combustion engine both at low load and at high Load fed to the exhaust gas turbine.

Bei den Vorrichtungen beider Druckschriften ist es möglich, über die Umgehungsleitung den Abgasgegendruck zu reduzieren, wodurch auch der Ladedruck gesenkt und die Bauteilbelastung so wohl des Abgasturboladers als auch der Zylinder verringert wird. Die US-Schrift offenbart aber nur, die Abgase aller Zy linder stromauf der Turbine bei Erreichen eines Druck- Grenzwerts abzuführen, um eine Druckentlastung zu erreichen. Die JP-Schrift zeigt zwar die Ableitung von Abgas von nur einem Teil der Zylinder; dies erfordert aber einen hohen konstrukti ven Aufwand sowohl bei der Rohrführung, bei den Ventilen, bei den Stellgliedern der Ventile als auch bei der Steuerung der Ventile, wodurch die Fehler- und Verschleißanfälligkeit erhöht ist.With the devices of both publications, it is possible to to reduce the exhaust gas back pressure via the bypass line, which also lowers the boost pressure and the component load probably the exhaust gas turbocharger and the cylinder reduced becomes. However, the US document only discloses the exhaust gases of all Zy linder upstream of the turbine when a pressure Limit value to achieve a pressure relief. The JP document shows the discharge of exhaust gas from only one Part of cylinders; however, this requires a high level of construction ven effort both for the pipe routing, for the valves, for the actuators of the valves as well as in the control of the Valves, which increases the susceptibility to errors and wear is.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit einfachen Mittel verschleißarm und mit hoher Funktionstüchtigkeit auszubilden.The invention is based on the problem, a generic Internal combustion engine with simple means wear and with train high functionality.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An spruches 1 gelöst. This problem is solved according to the invention with the features of the Proverb 1 solved.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist konstruktiv einfach aufgebaut. Das Abgas des Motors wird in mindestens zwei Abgas- Leitungsabschnitte stromauf der Turbine aufgeteilt. Gemäß der Neuerung wird nur ein einziges Ventil - das Umschaltventil - benötigt, um bei hoher Last/Drehzahl die Zufuhr von Abgas aus einem der Abgas-Leitungsabschnitte zur Turbine abzusperren und das Abgas in die Umgehungsleitung zu führen. Dadurch verein facht sich sowohl der Aufbau der Brennkraftmaschine als auch der Steuerungsaufwand. Entsprechend muss im Übergang von hoher zu niedriger Last/Drehzahl bzw. von niedriger zu hoher Last/Drehzahl lediglich das Umschaltventil umgeschaltet werden, um das Abgas des schaltbaren Abgas-Leitungsabschnitts von der Turbine zur Umgehungsleitung bzw. umgekehrt umzuleiten.The internal combustion engine according to the invention is structurally simple built up. The engine's exhaust gas is separated into at least two exhaust gas Line sections split upstream of the turbine. According to the The only innovation is a single valve - the changeover valve - needed to turn off the supply of exhaust gas at high load / speed shut off one of the exhaust pipe sections to the turbine and lead the exhaust gas into the bypass line. This unites fuses both the structure of the internal combustion engine as well the control effort. Accordingly, in the transition from high too low load / speed or from low to high Load / speed only the switching valve can be switched, to the exhaust gas of the switchable exhaust pipe section from the Redirect turbine to bypass line or vice versa.

Dieser Aufbau ermöglicht es, einen relativ klein dimensionier ten Abgasturbolader mit geringer Trägheit einzusetzen. Aufgrund der geringeren Trägheit baut der Verdichter im unteren Dreh zahlbereich einen höheren Ladedruck auf, als dies mit einem größeren Verdichter in diesem Drehzahlbereich möglich wäre, so dass sich das Ansprechverhalten verbessert. Bei tiefen Drehzah len wird ein höheres stationäres Drehmoment erzielt. Der kleine Abgasturbolader kann optimal für kleine Drehzahlen ausgelegt werden. Um Überlastungen zu vermeiden, erfolgt im oberen Last /Drehzahlbereich die Abgasabblasung. Durch entsprechende Aus wahl des Laders wird bereits kurz oberhalb der Leerlauf- Drehzahl ein hoher Ladedruck erzielt, ohne dass bei hohen Dreh zahlen Nachteile wie schlechter Verbrauch oder Motorüberlastung auftreten. Zweckmäßig wird der Lader so ausgewählt, als hätte der Motor nur die Hälfte des tatsächlichen Hubraums, d. h. es wird ein im Vergleich zur Motorgröße relativ klein dimensio nierter Lader eingesetzt.This structure enables a relatively small dimension exhaust gas turbocharger with low inertia. Because of the lower inertia, the compressor builds in the lower rotation higher charging pressure than with a larger compressors in this speed range would be possible that the response improves. At low speed len a higher stationary torque is achieved. The small Exhaust gas turbocharger can be optimally designed for low speeds become. To avoid overloading, the upper load is used / Speed range of the exhaust gas blow-off. By appropriate off The choice of loader is made just above the idle A high boost pressure is achieved without speed at high speed pay disadvantages such as poor fuel consumption or engine overload occur. The loader is expediently selected as if it had the engine is only half the actual displacement, d. H. it becomes a relatively small dimension compared to the motor size nated loader used.

Die Aufteilung in zwei Abgas-Leitungsabschnitte bietet bei Vier-Zylinder-Motoren den Vorteil, dass die Auslasskanäle von jeweils zwei Zylindern mit gleichem Zündabstand gekoppelt wer den können. Dadurch kann im Zwei-Zylinder-Betrieb das Prinzip der Stoßaufladung durch Auslassdruckwellen genutzt werden.The division into two exhaust pipe sections offers at Four-cylinder engines have the advantage that the exhaust ports from each coupled two cylinders with the same firing interval that can. This allows the principle in two-cylinder operation shock charging can be used by outlet pressure waves.

Zweckmäßig werden die Zylinder des Motors in Zylindergtuppen zusammengefasst und es wird jeder Zylindergruppe ein Abgas- Leitungsabschnitt zwischen dem Ausgang der Zylinder der betref fenden Zylindergruppe und der Turbine zugeordnet, wodurch kon struktiv eine Vereinfachung erreicht wird.The cylinders of the engine are expediently arranged in cylinder groups summarized and each cylinder group is an exhaust Line section between the output of the cylinder concerned fenden cylinder group and the turbine assigned, whereby kon structurally simplification is achieved.

In vorteilhafter Weiterbildung werden die beiden Abgas- Leitungsabschnitte stromauf der Turbine in einen gemeinsamen Leitungsstrang zusammengeführt, welcher in den Turbineneintritt mündet. In dieser Ausführung ist das Umschaltventil zweckmäßig im Mündungsbereich der beiden Abgas-Leitungsabschnitte angeord net, wobei die Umgehungsleitung im Mündungsbereich abzweigt bzw. vom Mündungsbereich fortgeführt ist. Der Ventilkörper des Umschaltventils öffnet und schließt die Mündung eines Abgas- Leitungsabschnitts in den anderen Abgas-Leitungsabschnitt bzw. in die Umgehungsleitung durch Umschaltung zwischen seinen Schaltpositionen in Abhängigkeit des Motor-Betriebszustandes.In an advantageous development, the two exhaust gas Line sections upstream of the turbine in a common Line strand merged, which enters the turbine flows. In this version, the changeover valve is useful arranged in the mouth area of the two exhaust pipe sections net, the bypass branching off in the mouth area or continued from the mouth area. The valve body of the Switch valve opens and closes the mouth of an exhaust gas Line section in the other exhaust gas line section or into the bypass line by switching between its Switching positions depending on the engine operating status.

Das Umschaltventil ist bevorzugt als Ein/Aus-Schaltelement aus gebildet, das entweder nur die eine oder nur die andere Schalt position einnimmt. Diese Art der Einstellung ermöglicht es, bei zwei Abgas-Leitungsabschnitten je nach Position des Umschalt ventils dem Lader entweder das gesamte Abgas oder nur die Hälf te des Abgases zuzuführen.The changeover valve is preferably made as an on / off switching element formed that either only one or only the other switching takes position. This type of setting allows for two exhaust pipe sections depending on the position of the switch valve either all or all of the exhaust gas to the loader to supply the exhaust gas.

Es kann aber auch zweckmäßig sein, das Umschaltventil kontinu ierlich zwischen seinen beiden Schaltpositionen verstellbar auszubilden. Hierbei werden Zwischenpositionen zwischen den Schaltpositionen zugelassen, die eine kontinuierliche Zuführung bzw. Ableitung von Abgas erlauben, so dass die Turbine bei al len Lastzuständen an der Leistungsgrenze betrieben werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass eine Überlastung eintritt.However, it can also be expedient to continuously switch the switching valve Adjustable between its two switching positions to train. Here, intermediate positions between the Switching positions permitted, the continuous feeding allow or discharge of exhaust gas, so that the turbine at al len load states can be operated at the power limit, without the risk of overloading.

Zweckmäßig ist die Turbine mit variabler Turbinengeometrie ver sehen, über die der wirksame Turbinenquerschnitt der Turbine verändert werden kann. Hierdurch können je nach Betriebszu stand der Brennkraftmaschine verschieden hohe Abgasgegendrüc ke im Abschnitt zwischen den Zylindern und dem Abgas turbolader realisiert werden, wodurch die Leistung der Turbi ne und die Leistung des Verdichters je nach Bedarf einge stellt werden können. Es ist dadurch möglich, auch mit klein dimensionierten Ladern ein großes Leistungsspektrum über ei nen weiten Drehzahlbereich zu erreichen.The turbine is expediently equipped with a variable turbine geometry see about the effective turbine cross section of the turbine can be changed. This can, depending on the operating conditions stood the internal combustion engine different exhaust gas back pressure ke in the section between the cylinders and the exhaust turbochargers can be realized, increasing the performance of the turbi ne and the performance of the compressor as required can be put. This makes it possible even with small dimensioned loaders a wide range of services over egg to achieve a wide speed range.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind ein reduzierter Brennstoffverbrauch sowie die Möglichkeit, auch bei kleinem Lastmoment nach einem Kaltstart Abgas abzublasen und dadurch eine schnellere Erwärmung des Katalysators zu er reichen. Die Temperatur des durch die Umgehungsleitung geführ ten Abgases ist höher als die Temperatur des in der Turbine entspannten Abgases, so dass der Katalysator in kürzerer Zeit auf seine Betriebstemperatur erwärmt wird und das Schadstoff verhalten der Brennkraftmaschine verbessert wird.Further advantages of the internal combustion engine according to the invention are a reduced fuel consumption as well as the possibility, too Blow off exhaust gas at a low load torque after a cold start and thereby faster heating of the catalyst pass. The temperature of the bypass line exhaust gas is higher than the temperature of the turbine relaxed exhaust gas, so that the catalyst in less time is heated to its operating temperature and the pollutant behavior of the internal combustion engine is improved.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun gen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and practical embodiments are the further claims, the description of the figures and the drawing conditions. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, Fig. 1 is a schematic representation of a supercharged internal combustion engine,

Fig. 2 einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit der Zu sammenführung von zwei Abgas-Leitungsabschnitten und einem Umschaltventil, Fig. 2 shows a detail of an internal combustion engine with the reunification to two exhaust conduit sections, and a switching valve,

Fig. 3 ein Schaubild mit Drehmomentverläufen in Abhängigkeit der Drehzahl. Fig. 3 is a graph with torque curves depending on the speed.

Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 eines Kraft fahrzeugs weist einen ersten Abgasturbolader 2 mit einer Turbi ne 3 und einem Verdichter 4 auf, wobei die Turbine 3 im Ab gasstrang 6 von den Abgasen der Brennkraftmaschine 1 angetrie ben wird und über eine Welle 5 den Verdichter 4 im Ansaugtrakt 7 betätigt. Im Verdichter 4 wird Ansaugluft komprimiert, die aus der Atmosphäre mit Umgebungsdruck angesaugt, gegebenenfalls gereinigt und dem Verdichter 4 zugeführt wird. Die im Verdich ter komprimierte Ansaugluft wird gegebenenfalls in einem Lade luftkühler gekühlt und tritt mit dem Ladedruck p_2S in ein Saug rohr der Brennkraftmaschine 1 ein. Über das Saugrohr wird die Ansaugluft Saugkanälen zugeführt, welche in die Zylindereinläs se der Brennkraftmaschine 1 münden.In Fig. 1 illustrated internal combustion engine 1 of a motor vehicle comprises a first turbocharger 2 with a Turbi ne 3 and a compressor 4, whereby the turbine 3 gas line in the From 6 is ration of the exhaust gases of the internal combustion engine 1 is ben and a shaft 5 Compressor 4 in the intake tract 7 is actuated. In the compressor 4 , intake air is compressed, which is drawn in from the atmosphere at ambient pressure, cleaned if necessary and fed to the compressor 4 . The intake air compressed in the compressor is optionally cooled in a charge air cooler and enters the intake pipe p _2S into a suction pipe of the internal combustion engine 1 . Via the intake manifold, the intake air is supplied to suction channels which open into the cylinder inlet of the internal combustion engine 1 .

Die Brennkraftmaschine 1 besteht aus zwei Zylinderbänken bzw. -gruppen 8, 9, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eines Vier-Zylinder-Motors jeweils zwei Zylinder aufweisen. Die Zy linder eins und vier sind in einer ersten Zylindergruppe 8 zu sammengefasst, die Zylinder zwei und drei sind in einer zweiten Zylindergruppe 9 zusammengefasst. Jede Zylindergruppe 8, 9 wird mit dem gleichen Ladedruck p_2S beaufschlagt. Die Auslasskanäle der Zylinder jeweils einer Zylindergruppe werden zusammengefaßt und münden jeweils in einen gemeinsamen Abgas-Leitungsabschnitt 10, 11.The internal combustion engine 1 consists of two cylinder banks or groups 8 , 9 , each of which has two cylinders in the exemplary embodiment of a four-cylinder engine shown. The cylinders one and four are combined in a first cylinder group 8 , the cylinders two and three are combined in a second cylinder group 9 . The same boost pressure p _{2S is} applied to each cylinder group 8 , 9 . The exhaust ports of the cylinders of each cylinder group are combined and each open into a common exhaust pipe section 10 , 11 .

Die beiden getrennt verlaufenden Abgas-Leitungsabschnitte 10, 11 münden stromauf der Turbine 3 in einen gemeinsamen Leitungs strang 12, über den das Abgas in den Turbineneintritt der Tur bine 3 geleitet wird. Die Abgas-Leitungsabschnitte 10, 11 und der Leitungsstrang 12 bilden den stromauf der Turbine 3 gelege nen Abschnitt des Abgasstranges 6.The two separately running exhaust gas pipe sections 10 , 11 open upstream of the turbine 3 in a common line strand 12 , via which the exhaust gas is passed into the turbine inlet of the turbine 3 . The exhaust pipe sections 10 , 11 and the wiring harness 12 form the upstream of the turbine 3 nen section of the exhaust pipe 6 .

Die Turbine 3 des Laders 2 ist zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbinenquerschnitts mit einer variablen Turbi nengeometrie 13 ausgestattet, mittels der der freie Querschnitt im Düsenkanal der Turbine veränderlich eingestellt werden kann. Bei Reduzierung des Turbinenquerschnitts wird ein höherer Ab gasgegendruck aufgebaut, wobei insbesondere im Motorbremsbe trieb das Abgas im Abgasstrang stromauf der Turbine 3 aufge staut wird. In dieser Staustellung der Turbinengeometrie ist der Strömungsquerschnitt der Turbine auf ein Minimum reduziert und der Abgasgegendruck in den Leitungsabschnitten stromauf der Turbine nimmt ein Maximum ein. Das Abgas strömt mit hoher Ge schwindigkeit durch die freien verbliebenen Kanäle der Turbi nengeometrie und beaufschlagt das Turbinenrad, woraufhin der Verdichter 4 im Ansaugtrakt 7 einen erhöhten Ladedruck p_2S auf baut. Eingangs- und ausgangsseitig liegt am Zylinder ein Über druck an, der dem Abblasen der im Zylinder verdichteten Luft über Bremsventile in den Abgasstrang hinein entgegenwirkt, wo durch eine starke Bremswirkung erreicht wird. Auch im befeuer ten Antriebsbetrieb kann die variable Turbinengeometrie zur Leistungssteigerung herangezogen werden, wobei im Antriebsbe trieb der Turbinenquerschnitt größer ist als im Motorbremsbe trieb; insbesondere im oberen Leistungsbereich ist der Turbi nenquerschnitt maximal. Die Einstellung der Turbinengeometrie erfolgt mittels eines Stellglieds 14.The turbine 3 of the charger 2 is equipped for variable adjustment of the effective turbine cross-section with a variable turbine geometry 13 , by means of which the free cross section in the nozzle channel of the turbine can be variably adjusted. When the turbine cross-section is reduced, a higher gas counterpressure is built up, with the exhaust gas in the exhaust line being accumulated upstream of the turbine 3 , particularly in the engine brake operation. In this stowed position of the turbine geometry, the flow cross section of the turbine is reduced to a minimum and the exhaust gas back pressure in the line sections upstream of the turbine takes a maximum. The exhaust gas flows at high speed through the free remaining channels of the turbine geometry and acts on the turbine wheel, whereupon the compressor 4 in the intake tract 7 builds up an increased boost pressure p _2S . On the input and output sides there is an overpressure on the cylinder, which counteracts the blowing off of the air compressed in the cylinder via brake valves into the exhaust system, where a strong braking effect is achieved. The variable turbine geometry can also be used to increase performance in the drive mode, with the turbine cross-section in the drive unit being larger than in the engine brake unit; especially in the upper performance range, the turbine cross-section is maximum. The turbine geometry is set by means of an actuator 14 .

Die variable Turbinengeometrie kann als axial in den Turbinen querschnitt einschiebbares Leitgitter oder in Form eines radia len Leitgitters mit Leitschaufeln ausgeführt sein. Alternativ hierzu kann die Turbine als Klappenturbine ausgeführt sein bzw. es kann ein Waste-Gate-Lader vorgesehen sein.The variable turbine geometry can be considered axial in the turbines cross-section insertable guide grill or in the form of a radia len guide vanes with guide vanes. Alternatively for this purpose the turbine can be designed as a flap turbine or a waste gate loader can be provided.

Um unzulässig hohe Drücke und dadurch hervorgerufene Bauteil- Überlastungen zu vermeiden, ist eine Abblaseeinrichtung 15 im Abgasstrang 6 vorgesehen, die eine die Turbine 3 des Laders 2 überbrückende Umgehungsleitung 16 mit einem Umschaltventil 17 umfaßt. Mittels der Abblaseeinrichtung 15 kann ein Teil des Ab gasmassenstroms um die Turbine herum geleitet werden. Außer zur Reduzierung des Abgasgegendrucks kann die Abblaseeinrichtung 15 auch bei einem Kaltstart des Motors zur schnellen Erwärmung ei nes stromab der Turbine 3 im Abgasstrang 6 angeordneten Kataly sators 18 eingesetzt werden.In order to avoid impermissibly high pressures and component overloads caused thereby, a blow-off device 15 is provided in the exhaust line 6 , which includes a bypass line 16 bridging the turbine 3 of the charger 2 with a changeover valve 17 . By means of the blow-off device 15 , part of the gas mass flow can be conducted around the turbine. In addition to reducing the exhaust gas back pressure, the blow-off device 15 can also be used in the event of a cold start of the engine for rapid heating of egg nes arranged downstream of the turbine 3 in the exhaust line 6 catalytic converter 18 .

In Öffnungsstellung des Umschaltventils 17 wird das Abgas unter Umgehung der Turbine 3 aus dem Abgas-Leitungsabschnitt 11 des Abgasstranges 6 stromauf der Turbine 3 abgezweigt und vollstän dig über die Umgehungsleitung 16 abgeleitet. In Schließstellung des Umschaltventils 17 strömt das gesamte Abgas in den gemein samen Leitungsstrang 12 und die Umgehungsleitung 16 ist ver schlossen. Je nach konstruktiver Ausbildung des Umschaltventils 17 sind Zwischenstellungen zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung möglich, in denen ein einstellbarer Anteil des durch den Abgas-Leitungsabschnitt 11 strömenden Abgas massenstromes abgeleitet wird bzw. durch die Turbine strömt.In the open position of the changeover valve 17 , the exhaust gas is bypassed the turbine 3 from the exhaust pipe section 11 of the exhaust line 6 branched upstream of the turbine 3 and completely derived via the bypass line 16 . In the closed position of the changeover valve 17 , all of the exhaust gas flows into the common line 12 and the bypass line 16 is closed. Depending on the design of the switch valve 17 , intermediate positions between the open position and the closed position are possible, in which an adjustable portion of the exhaust gas mass flow flowing through the exhaust pipe section 11 is derived or flows through the turbine.

Über eine Regel- und Steuereinrichtung 19 werden die Funktionen der Brennkraftmaschine 1 bzw. der zugehörigen Komponenten ein gestellt. Die Regel- und Steuereinrichtung 19 erhält über eine Signalleitung 20 als Eingangssignale Informationen über den Be triebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere Bremsbe trieb/befeuerter Antrieb, Motorlast, Motordrehzahl und Motor temperatur. Über Signalleitungen 21, 22 liefert die Regel- und Steuereinrichtung 19 Stellsignale zur Steuerung der Kraftstoff einspritzung sowie zur Steuerung eines Abgas-Rückführungs- Ventils zur Einstellung eines in den Ansaugtrakt rückgeführten Abgas-Massenstromes. Weitere Stellsignale werden über Signal leitungen 23, 24 dem Stellglied 14 zur Einstellung der varia blen Turbinengeometrie 13 der Turbine 3 und dem Umschaltventil 17 der Abblaseeinrichtung 15 zugeführt. In der Regel- und Steu ereinrichtung 19 ist der Zusammenhang zwischen den Eingangs signalen und den Stellsignalen zweckmäßig in Kennfeldern abge legt. Es kann insbesondere ein Kennfeld für die Position des Umschaltventils in Abhängigkeit von Drehzahl, Last, Druck, Tem peratur und rückgeführtem Abgas-Massenstrom vorgesehen sein. The functions of the internal combustion engine 1 and the associated components are set via a regulating and control device 19 . The regulating and control device 19 receives via a signal line 20 as input signals information about the operating state of the internal combustion engine, in particular Bremsbe operated / fired drive, engine load, engine speed and engine temperature. Via signal lines 21 , 22 , the regulating and control device 19 delivers control signals for controlling the fuel injection and for controlling an exhaust gas recirculation valve for setting an exhaust gas mass flow recirculated into the intake tract. Further control signals are supplied via signal lines 23 , 24 to the actuator 14 for setting the variable turbine geometry 13 of the turbine 3 and the changeover valve 17 of the blow-off device 15 . In the regulating and control device 19 , the relationship between the input signals and the actuating signals is expediently stored in characteristic diagrams. In particular, a map for the position of the changeover valve depending on the speed, load, pressure, temperature and recirculated exhaust gas mass flow can be provided.

Zur Einstellung des Umschaltventils 17 kann die Motortemperatur herangezogen werden, darüberhinaus aber auch insbesondere die Motordrehzahl, die Motorlast sowie der Ladedruck und der Abgas gegendruck. Diese Einflussgrößen können sowohl einzeln als auch in unterschiedlicher Kombination für die Einstellung des Um schaltventils verwendet werden.The engine temperature can be used to set the changeover valve 17 , but moreover in particular the engine speed, the engine load and the boost pressure and the exhaust gas counterpressure. These influencing variables can be used both individually and in different combinations for setting the switching valve.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus dem Bereich des Umschaltven tils dargestellt. Die Abgase aller Zylinder der Brennkraftma schine 1 münden in Abgas-Auslasskanäle 25, von denen die beiden Abgas-Leitungsabschnitte 10 und 11 abzweigen, über die das Ab gas der Brennkraftmaschine der Turbine 3 zuführbar ist. Die beiden Abgas-Leitungsabschnitte 10, 11 münden in den gemeinsa men Leitungsstrang 12, welcher der Turbine 3 zugeführt ist. Im Mündungsbereich 27 der beiden Abgas-Leitungsabschnitte 10, 11 zweigt die Umgehungsleitung 16 von dem Abgas-Leitungsabschnitt 11 ab. Die beiden Abgas-Leitungsabschnitte 10, 11 liegen im Mündungsbereich parallel zueinander, die Umgehungsleitung 16 verläuft im Mündungsbereich 27 koaxial zum schaltbaren Abgas- Leitungsabschnitt 11.In Fig. 2 a section from the area of the Umschaltven valve is shown. The exhaust gases of all cylinders of the internal combustion engine 1 open into exhaust gas outlet channels 25 , from which the two exhaust gas pipe sections 10 and 11 branch, via which the gas from the internal combustion engine can be fed to the turbine 3 . The two exhaust gas pipe sections 10 , 11 open into the common pipe line 12 , which is fed to the turbine 3 . In the mouth area 27 of the two exhaust pipe sections 10 , 11 , the bypass line 16 branches off from the exhaust pipe section 11 . The two exhaust gas line sections 10 , 11 are parallel to one another in the mouth area, the bypass line 16 extends in the mouth area 27 coaxially to the switchable exhaust gas line section 11 .

Weiterhin ist im Mündungsbereich 27 das Umschaltventil 17 ange ordnet, das im Übergang zwischen den beiden Leitungsabschnitten 10, 11 eine Umschaltklappe 26 aufweist. Im gezeigten Ausfüh rungsbeispiel befindet sich die Umschaltklappe 26 annähernd in ihrer Schließstellung, in der die Umgehungsleitung 16 geschlos sen und die Verbindung zwischen beiden Abgas- Leitungsabschnitten geöffnet ist. Wird die Umschaltklappe 26 in ihre Öffnungsstellung überführt, so ist die Verbindung zwischen beiden Abgas-Leitungsabschnitten 10, 11 geschlossen und die Um gehungsleitung 16 geöffnet.Furthermore, the switching valve 17 is arranged in the mouth region 27 , which has a switching flap 26 in the transition between the two line sections 10 , 11 . In the example shown, the switching flap 26 is approximately in its closed position, in which the bypass line 16 is closed and the connection between the two exhaust gas line sections is open. If the switching flap 26 is transferred into its open position, the connection between the two exhaust gas pipe sections 10 , 11 is closed and the bypass pipe 16 is opened.

In Fig. 3 sind mehrere Drehmoment-Verläufe a bis e des im Motor erzeugbaren Drehmoments M_d in Abhängigkeit der Motordrehzahl n dargestellt. Der qualitative Verlauf der Drehmomentkurven stimmt mit den entsprechenden Verläufen des Ladedrucks überein. Die durchgezogene Kurve a repräsentiert den Drehmoment-Verlauf eines herkömmlichen Saugmotors ohne Aufladung. Die Kurve a be wegt sich im Vergleich zu den weiteren Kurven auf dem niedrig sten Niveau; die Kurve fällt mit steigender Drehzahl merklich ab.In FIG. 3, a plurality of torque curves are shown a s a function of the engine speed to be generated in the e of the engine torque M _d. The qualitative course of the torque curves agrees with the corresponding courses of the boost pressure. The solid curve a represents the torque curve of a conventional naturally aspirated engine without charging. Curve a moves at the lowest level compared to the other curves; the curve drops noticeably with increasing speed.

Die gepunktete Kurve b zeigt den Drehmoment-Verlauf für eine Brennkraftmaschine mit ungeregeltem Lader mit Festgeometrie. Das Drehmoment steigt kontinuierlich an und erreicht im oberen Drehzahlbereich ein Maximum.The dotted curve b shows the torque curve for a Internal combustion engine with uncontrolled supercharger geometry. The torque rises continuously and reaches the upper one Speed range a maximum.

Die gestrichelte Kurve c zeigt den Drehmoment-Verlauf für eine Brennkraftmaschine mit Lader mit Festgeometrie und Waste-Gate zur Begrenzung des Abgasgegendrucks und des Ladedrucks. Das Drehmoment steigt im unteren Drehzahlbereich stark an, was auf die Verwendung eines klein dimensionierten Laders mit geringer Trägheit zurückzuführen ist. Durch die Öffnung des Waste-Gate fällt das Drehmoment nach Erreichen eines Maximums wieder kon tinuierlich ab.The dashed curve c shows the torque curve for a Internal combustion engine with a fixed geometry supercharger and waste gate to limit exhaust back pressure and boost pressure. The Torque rises sharply in the lower speed range, leading to the use of a small sized charger with less Inertia. Through the opening of the waste gate the torque drops again after reaching a maximum from time to time.

Die strichpunktierte Kurve d zeigt den Drehmoment-Verlauf für eine Brennkraftmaschine mit einem Lader mit variabler Turbinen geometrie. Aufgrund der veränderlichen Einstellung des wirksa men Turbinenquerschnitts kann ein gegenüber Kurve c noch frühe rer Drehmomentanstieg erreicht werden.The dash-dotted curve d shows the torque curve for an internal combustion engine with a supercharger with variable turbines geometry. Due to the variable setting of the effective The turbine cross section can be earlier than curve c rer torque increase can be achieved.

Die fett gestrichelte Kurve e zeigt den Drehmoment-Verlauf für eine Brennkraftmaschine mit einem Lader mit variabler Turbinen geometrie und mit Abgas-Abblasung. Die Kurve e zeigt bei klei nen Drehzahlen den im Vergleich stärksten Anstieg, bedingt durch die variable Einstellung des Turbinenquerschnitts und die klein-dimensionierte Auslegung des Laders mit entsprechend ge ringer Trägheit.The bold dashed curve e shows the torque curve for an internal combustion engine with a supercharger with variable turbines geometry and with exhaust gas blow-off. The curve e shows at klei speeds the greatest increase in comparison through the variable setting of the turbine cross section and the small-sized design of the loader with corresponding ge slight sluggishness.

Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, mehr als zwei Abgas- Leitungsabschnitte stromauf der Turbine vorzusehen. Außerdem kann vorgesehen sein, mehr als einen Abgas-Leitungsabschnitt - gegebenenfalls sämtliche Abgas-Leitungsabschnitte - über ein gemeinsames Umschaltventil je nach Schaltstellung dieses Ven tils entweder mit der Turbine oder mit der Umgehungsleitung zu verbinden.It may be appropriate to use more than two exhaust Provide line sections upstream of the turbine. Moreover can be provided more than one exhaust pipe section - If necessary, all exhaust pipe sections - over one common changeover valve depending on the switching position of this Ven tils either with the turbine or with the bypass line connect.

Claims

1. Supercharged internal combustion engine with a bypass line bridging the exhaust gas turbine, with a plurality of exhaust gas line sections ( 10 , 11 ) between the outlets of the cylinder and the exhaust gas turbine ( 3 ), with an adjustable switching valve ( 17 ) in the exhaust line ( 6 ) arranged upstream of the turbine ( 3 ) and adjustable between the open position and the closed position, characterized in that

1. that at least two exhaust gas pipe sections ( 10 , 11 ) branch off from the exhaust gas outlet ( 25 ) of the internal combustion engine ( 1 ),
2. that the exhaust pipe sections ( 10 , 11 ) of the turbine ( 3 ) can be fed,
3. that the bypass line ( 16 ) branches off from one of the exhaust gas line sections ( 10 , 11 ),
4. that the changeover valve ( 17 ) is arranged in the region of the branching off of the bypass line ( 16 ) from the relevant exhaust gas line section ( 11 ),
5. that in the open position of the changeover valve ( 17 ) the bypass line ( 16 ) is opened and the connection between the relevant exhaust line section ( 11 ) and the turbine ( 3 ) is interrupted,
6. that in the closed position of the changeover valve ( 17 ) the bypass line ( 16 ) is interrupted and the connection between the relevant exhaust gas line section ( 11 ) and the turbine ( 3 ) is open.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the internal combustion engine ( 1 ) has two cylinder groups ( 8 , 9 ), each of which an exhaust pipe section ( 10 , 11 ) is assigned.

3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the exhaust pipe sections ( 10 , 11 ) open upstream of the turbine ( 3 ) in a common line ( 12 ).

4. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the switching valve ( 17 ) in the mouth region ( 27 ) of the exhaust pipe sections ( 10 , 11 ) is arranged.

5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the switching valve ( 17 ) is formed as an on / off switching element.

6. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the switching valve ( 17 ) is adjustable depending on the speed.

7. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the switching valve ( 17 ) is adjustable depending on the load.

8. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the switching valve ( 17 ) is adjustable depending on the pressure.

9. Internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the boost pressure for setting the changeover valve ( 17 ) can be used.

10. Internal combustion engine according to claim 8 or 9, characterized in that the exhaust gas back pressure for adjusting the switching valve ( 17 ) can be used.

11. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 10, characterized in that an exhaust gas recirculation is provided and the recirculated exhaust gas mass flow can be tightened to adjust the changeover valve ( 17 ).

12. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the positions of the switch valve ( 17 ) are stored in a map as a function of pressure, speed, load and / or recirculated exhaust gas mass flow.

13. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 12, characterized in that the exhaust gas turbocharger ( 2 ) has a turbine ( 3 ) with variable turbine geometry ( 13 ).

14. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 13, characterized in that the valve body of the switch valve ( 17 ) is designed as a switch flap ( 26 ).