DE3521149A1

DE3521149A1 - Brennkraftmaschine mit mindestens zwei abgasturboladern

Info

Publication number: DE3521149A1
Application number: DE19853521149
Authority: DE
Inventors: Richard van Dipl.-Ing. 7100 Biberach Basshuysen; Otto Dipl.-Ing. 7107 Nordheim Stulle
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1985-06-13
Filing date: 1985-06-13
Publication date: 1986-12-18
Also published as: DE3521149C2

Description

Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Abgasturboladern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit Aufladung durch mindestens zwei Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art (DE-OS 28 55 551) ist in der Zuströmleitung der Turbine des abschaltbaren Abgasturboladers eine einstellbare Drosseleinrichtung vorgesehen, die im unteren und mittleren Leistungsbereich der Brennraf tmaschi ne ganz oder teilweise geschlossen ist, sodaß der gesamte Abgasvolumenstrom der Turbine des ersten, dauernd eingeschalteten Abgasturboladers zugeführt wird, der dadurch mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben und einen höheren Ladedruck und eine größere Luftmenge zur Aufladung zur Verfügung stellen kann. Probleme entstehen jedoch dadurch, daß die einstellbare Drosseleinrichtung von den heißen Abgasen beaufschlagt wird und dadurch in ihrer Betriebssicherheit beeinträchtigt ist. Außerdem ist ein eigener Regelkreis für die Drosseleinrichtung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine der angegebenen Art das Zu- und Abschalten des anderen Abgasturboladers bzw. der anderen Abgasturbolader selbsttätig und ohne Zuhilfenahme von mechanisch bewegten Klappen oder dergleichen im Abgasstr-ang zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In der praktischen Ausführung der Erfindung ist in der Abgasleitung hinter der ersten Turbine ein Strömungswiderstand vorgesehen, und die Zuströmleitung(en) zu

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der anderen Turbine bzw. zu den anderen Turbinen zweigt bzw. zweigen seitlich von der zur ersten Turbine führenden Zuströmleitung ab. Dadurch wird erreicht, daß zunächst, d.h. im unteren und mittleren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine, im wesentlichen der gesamte Abgasvolumenstrom auf die erste Turbine auftrifft und diese durch seine kinetische Energie nach Art einer Stoßaufladung antreibt, während die Turbine(n) des bzw. der anderen Abgasturbolader praktisch nicht beaufschlagt wird bzw. werden. Mit zunehmender Leistung und entsprechend wachsendem Abgasvolumenstrom steigt aufgrund des Strömungswiderstandes in der Auspuffleitung hinter der ersten Turbine der Druck vor der ersten Turbine derart an, daß die ursprüngliche Stoßaufladung zur Stauaufladung wird und nun auch ein Abgasstrom zu der Turbine bzw. den Turbinen des bzw. der anderen Abgasturbolader strömt und diese hochdrehen läßt.

Der Strömungswiderstand in der Abgasleitung hinter der ersten Turbine kann durch eine gegebenenfalls regelbare Blende, aber auch durch einen Abgaskatalysator oder einen Auspuff schal !dämpfer dargestellt werden.

Die Zuströmleitung( en) zu der anderen Turbine bzw. den anderen Turbinen kann bzw. können entgegen der Strömungsrichtung der Abgase in der zur ersten Turbine führenden Zuströmleitung von dieser abzweigen, sodaß im unteren und mittleren Leistungsbereich ein Abzweigen von Abgasen zu der anderen Turbine oder den anderen Turbinen wirksam verhindert ist und praktisch der gesamte Abgasvolumenstrom nur der ersten Turbine zugeführt wird, bis der Abgasdruck vor der ersten Turbine einen bestimmten Wert erreicht hat.

Um bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine im unteren und mittleren Leistungsbereich eine besonders wirksame

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Stoßaufladung der ersten Turbine zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Auspuff leitungen der einzelnen Zylinder erst nahe des Eintritts der ersten Turbine zusammenzuführen, sodaß die Abgase aus den einzelnen Zylindern nacheinander stoßweise auf die erste Turbine auftreffen. Die Zustrom! ei tung( en) der anderen Turbine(n) zweigt bzw. zweigen dabei nahe der Ver ei ni gungsstelle der Auspuffleitungen ab. Zur Erhöhung der kinetischen Energie der Abgase können sich die Aus puff leitungen an der VereinigungsstelIe düsenartig verengen.

Die Saugseite der Verdichter der abschaltbaren Abgasturbolader kann zunächst beispielsweise durch eine Rückschlagklappe geschlossen sein, die bei hochdrehendem Verdichter durch den auf der Rückseite der Klappe entstehenden Unterdruck geöffnet wird. Dadurch wird vermieden, daß die von dem Verdichter des dauernd eingeschalteten Abgasturboladers geförderte Luft zum Teil durch den oder die Verdichter des bzw. der abgeschalteten Abgasturbolader abströmen kann. Alternativ kann anstelle einer derartigen Rückschlagklappe auch eine in Abhängigkeit von der Drehzahl des betreffenden Laders und/oder vom Ladedruck gesteuerte Klappe vorgesehen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern in schemati scher Darstellung, und

Fig. 2 einen Schnitt einer Abgasleitung der in Fig. 1 dargestel Iten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit angeschlossenen Abgasturboladern.

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In Fig. 1 ist eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern 2 und 3 dargestellt, deren Verdichter 4 und 5 auf der Saugseite jeweils mit einer Frischluftleitung 6 bzw, 7 und auf der Druckseite über jeweils eine Leitung 8 bzw. 9 mit dem Sammel saugrohr 10 der Brennkraftmaschine 1 in Verbindung steht. Mit 11a bis lld sind die Abgas leitungen der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine 1 bezeichnet» die nahe dem Einlaß 12 der Turbine 13 des ersten Abgasturboladers 2 in einem Rohrstück 14 zusammengeführt sind. An den Auslaß 15 der Turbine 13 schließt sich ein Auspuffrohr 16 an, in dem ein Abgaskatalysator 17 angeordnet ist. Nahe der Vereinigungsstelle der Abgas leitungen 11a - lld zweigt von dem Rohrstück 14 eine Leitung 18 ab, die zum Einlaß 19 der Turbine 20 des zweiten Abgasturboladers 3 führt. An den Auslaß 21 der Turbine 20 schließt sich ein Auspuffrohr 22 an.

In Fig. 2 ist im Teilschnitt der Zylinderkopf 23 der Brennkraftmaschine 1 dargestellt mit einem Auslaßkanal 24, an den beispielsweise die Abgasleitung 11b anschließt. Die Abgasleitung 11b endet in dem Rohrstück 14, in das auch die anderen Abgasleitungen, von denen nur die Mündung der Abgasleitung lic sichtbar ist, einmünden. Im Bereich der Mündungen sind die Abgasleitungen lla - lld, wie aus Fig. 1 ersichtlich, düsenartig verjüngt. Auch das Rohrstück 14 ist zum Eintritt 12 der Turbine 13 hin verjüngt, wie in Fig. 2 dargestellt. Die zur Turbine 20 des zweiten Abgasturboladers 2 führenden Leitung 18 geht von dem Rohrstück 14 nahe der Ver ei ni gungsst eile der Abgasleitungen lla - lld aus. Die Mündung dieser Leitung

18 ist mit 18a bezeichnet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, zweigt die Leitung 18 entgegen der durch den Pfeil 25 veranschaulichten Strömungsrichtung der Abgase in den Abgasleitungen lla - lld und im Rohrstück 14 ab.

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Die Wirkungsweise der dargestellten Anlage ist folgende:

Im unteren und mittleren Leistungsber.eich der Brennkraftmaschine 1 wird zunächst nur die Turbine 13 des ersten Abgasturboladers 2 von den Abgasen der einzelnen Zylinder in Form einer Stoßaufladung beaufschlagt, da die Zuströmleitung 18 zur Turbine 20 des zweiten Abgasturboladers 2 im Strahlschatten der durch die Abgas leitungen lla - lld und das Rohrstück 14 strömenden Abgase liegt. Mit wachsendem Abgasvolumenstrom bewirkt der durch den Abgaskatalysator 17 in der Auspuffleitung 18 der Turbine 13 dargestellte Strömungswiderstand, daß der Druck vor der Turbine 13 ansteigt, so daß die ursprüngliche Stoßaufladung zur Stauaufladung wird. Mit steigendem Druck vor der Turbine 13 fließt ein immer größerer Volumenstrom durch die Leitung 18 und läßt die Turbine 20 des zweiten Turboladers 3 hochdrehen, sodaß dessen Verdichter 5 ebenfalls Ladeluft durch die Leitung 9 der Brennkraftmaschine 1 fördert. In der Saugleitung 7 des Verdichters 5 ist ein Absperrorgan 26 vorgesehen, das erst dann geöffnet ist, wenn der Abgasturbolader 3 eine bestimmte Drehzahl erreicht hat. Dadurch wird verhindert, daß in dem Betriebsbereich, in dem nur der erste Abgasturbolader 2 arbeitet, die von diesem geförderte Ladeluft zum Teil durch die Leitung 9, den Verdichter 5 und dessen Saugleitung 7 abströmen kann. Die Absperrvorrichtung 25 kann eine einfache Rückschlagklappe sein, sie kann jedoch auch von der Drehzahl des zweiten Abgasturboladers 3 und/oder vom Ladedruck in der Leitung 9 gesteuert werden.

Leerseite -

Claims

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299/SS

AUDI AG, 8070-ITi go Is ta dt

Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Abgasturboladern

Patentansprüche

Brennkraftmaschine mit Aufladung durch mindestens zwei Abgasturbolader mit parallel geschalteten Turbinen, von denen im unteren bis mittleren Leistungsbereich im wesentlichen nur eine (erste) Turbine und im höheren Leistungsbereich auch die andere(n) Turbine(n) mit Abgas beaufschlagt wird bzw. werden, dadurch gekennzeichnet, daß bis zum mittleren Leistungsbereich nur die erste Turbine (13) im wesentlichen von dem gesamten Abgasvolumenstrom in Form einer Stoßaufladung und im höheren Leistungsbereich alle Turbinen (13, 20) in Form einer Stauaufladung von Abgas beaufschlagt werden.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch l_t dadurch gekennzeichnet, daß in der Auspuffleitung (16) hinter der ersten Turbine ein Strömungswiderstand (17) vorgesehen ist und daß die Zuströmleitung(en) (18) zu der anderen Turbine (20) bzw. zu den anderen Turbinen seitlich von der zur ersten Turbine (13) führenden Zuströmleitung (14) abzweigt bzw. abzweigen.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuströmleitung(en) (18) zu der anderen Turbine (20) bzw. den anderen Turbinen entgegen der Strömungsrichtung der Abgase in der zur ersten Turbine (13) führenden Zuströmleitung (14) von dieser abzweigt bzw. abzweigen.
4. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach einem oder

mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuff leitungen (lla-lld) der einzelnen Zylinder erst nahe des Eintritts (12) der ersten Turbine (13) zusammengeführt sind und daß die Zuströmleitung(en) (18) der anderen Turbine(n)

(20) nahe der Vereinigungsstelle abzweigt bzw. abzwei gen.
5. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auspuff leitungen (11a - lld) an der Vereini gungsstelle düsenartig verengen.
6. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Saugleitung (7) des Verdichters (5) des anderen Abgasturbolader (3) bzw. der anderen Abgasturbolader eine Rü/ckschl agklappe (26) vorgesehen ist.

ORIGINAL INSPECTED

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Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Saugleitung (7) des Verdichters (5) des anderen Abgasturboladers (3) bzw. der anderen Abgasturbolader eine in Abhängigkeit von der Drehzahl des betreffenden Laders und/oder vom Ladedruck gesteuerte Absperreinrichtung (26) vorgesehen ist.