DE10132672A1 - Exhaust gas turbocharger for internal combustion engine enables different flow rates through exhaust gas openings to be set by altering valve body position - Google Patents
Exhaust gas turbocharger for internal combustion engine enables different flow rates through exhaust gas openings to be set by altering valve body positionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to an exhaust gas turbocharger for a Internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
Aus der Druckschrift DE 198 57 234 C2 ist ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine bekannt, dessen Abgasturbine einen zweiflutigen Spiralkanal umfasst, wobei jede Abgasflut im Spiralkanal mit je einer Abgasleitung kommuniziert, über die Abgas aus je einer Zylinderbank der Brennkraftmaschine zuzuführen ist. Eine der beiden Abgasleitungen ist mit einer Abgasrückführleitung zur Rückführung von Abgas in den Ansaugtrakt verbunden, wobei der rückgeführte Abgasmassenstrom über eine Ventileinrichtung einzustellen ist. Außerdem ist ein die Abgasturbine überbrückender Bypass vorgesehen, der über ein Bypassventil zu öffnen ist, welches mit beiden Abgasleitungen verbunden ist. From the document DE 198 57 234 C2 is an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, whose exhaust gas turbine a double spiral duct, with each exhaust gas flow in the Spiral channel communicates with one exhaust pipe, via the exhaust gas each to supply a cylinder bank of the internal combustion engine is. One of the two exhaust pipes is with a Exhaust gas recirculation line for the return of exhaust gas into the intake tract connected, wherein the recirculated exhaust gas mass flow over a Set valve device is. Moreover, one is the Exhaust gas bypass bridging provided, the over a Bypass valve is open, which is connected to both exhaust pipes is.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine kann last- und zustandsabhängig das Abgasrückführventil und/oder das Abblaseventil geöffnet werden, um zur Reduzierung der Stickoxidemissionen einen Teilmassestrom des Abgases in den Ansaugtrakt rückzuführen bzw. um Abgas abzublasen und eine mechanische und thermische Überlastung des Motors und des Turboladers zu vermeiden. Die Einstellung der Ventile erfolgt hierbei über Stellsignale einer Regel- und Steuereinheit. During operation of the internal combustion engine can load and Depending on the status, the exhaust gas recirculation valve and / or the blow-off valve are opened to reduce nitrogen oxide emissions Part mass flow of the exhaust gas in the intake or recycle Blow off exhaust gas and a mechanical and thermal To avoid overloading the engine and the turbocharger. The The valves are adjusted via control signals of a control and control unit.
Eine zweiflutige Gasturbine eines Abgasturboladers ist auch aus der DE 198 36 677 A1 bekannt. Gemäß dieser Druckschrift ist auf das Turbinengehäuse ein Drehventil aufgesetzt, welches im Strömungsweg eines Bypass zur Abgasturbine liegt und einen hohlzylindrischen Drehkörper mit zwei Abströmöffnungen für jede Abgasflut aufweist. Die Abströmöffnungen sind als Nuten in die Wandung des Drehkörpers eingebracht, die in Umfangsrichtung des Drehkörpers verlaufen und parallel zueinander angeordnet sind und beide die gleiche Länge aufweisen. Bei einer Rotation des Drehkörpers kommen die Abströmöffnungen gleichzeitig in Öffnungs- bzw. in Sperrposition, so dass aus beiden Abgasfluten gleichmäßig über den Bypass abgeleitet wird. A double-flow gas turbine of an exhaust gas turbocharger is also off DE 198 36 677 A1. According to this document is on the turbine housing a rotary valve placed, which in the Flow path of a bypass to the exhaust gas turbine is located and a hollow cylindrical rotary body with two outlet openings for each Exhaust gas flow has. The outflow openings are as grooves in the Wall of the rotary body introduced in the circumferential direction of the Run rotary body and are arranged parallel to each other and both have the same length. During a rotation of the Rotary bodies enter the outflow openings simultaneously Open or in locked position, so that from both exhaust gas flows is evenly discharged through the bypass.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, mit einfachen Mitteln einen Abgasturbolader mit einer zweiflutigen Abgasturbine zu schaffen, bei der auch eine asymmetrische Abblasung aus den beiden Abgasfluten möglich ist. Starting from this prior art, the invention is the Problem based, with simple means an exhaust gas turbocharger with a double-flow exhaust gas turbine, in which too an asymmetric blow-off from the two exhaust gas floods possible is.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. This problem is inventively with the features of Claim 1 solved.
Das Ventilgehäuse der Ventileinrichtung ist mit dem Gehäuse der Abgasturbine verbunden und bildet mit diesem ein gemeinsames Bauteil, wobei sowohl eine einstückige Ausführung als auch eine zweistückige Ausführung mit separaten Gehäuseteilen, die jedoch fest verbunden sind, in Betracht kommt. In dem Ventilgehäuse ist ein gemeinsamer Ventilkörper für beide Abgasfluten angeordnet, wobei in dem Ventilkörper für jede Abgasflut jeweils eine Abströmöffnung vorgesehen bzw. über den Ventilkörper zu verstellen ist. Die Abströmöffnungen und die Ventilkörper sind in der Weise aufeinander abgestimmt, dass über eine Änderung der Position des Ventilkörpers unterschiedliche hohe Massenströme durch die erste und durch die zweite Abströmöffnung einstellbar sind. Diese Ausführung ermöglicht eine asymmetrische Abblasung von Abgas aus den beiden Abgasfluten. Es wird hierdurch die Möglichkeit eröffnet, in den beiden Abgasfluten unterschiedliche Druckverhältnisse einzustellen, was sowohl für eine Abgasrückführung insbesondere im Teillastbereich positiv ausgenutzt werden kann als auch für eine variabel einstellbare Anströmung auf das Turbinenrad, beispielsweise im Falle einer halbaxialen und radialen Anströmung des Turbinenrades über jeweils eine Abgasflut, herangezogen werden kann. The valve housing of the valve device is connected to the housing Connected exhaust gas turbine and forms a common with this Component, wherein both a one-piece design and a two-piece design with separate housing parts, however are firmly connected, comes into consideration. In the valve housing is a common valve body for both exhaust gas flows arranged in each case in the valve body for each exhaust gas flow Provided outflow or over the valve body to is wrong. The outflow openings and the valve body are in the way matched that over a change of the Position of the valve body different high mass flows adjustable by the first and by the second outflow opening are. This version allows asymmetric blow-off of exhaust gas from the two exhaust fumes. It is thereby the Possibility opened in the two exhaust fumes to set different pressure conditions, which is both for a Exhaust gas recirculation positively utilized especially in the partial load range can be as well as for a variably adjustable flow on the turbine wheel, for example in the case of a semi-axial and radial flow of the turbine wheel via one in each case Exhaust flow, can be used.
Die verschiedenartigen Anströmungen auf das Turbinenrad über jede Abgasflut können vorteilhaft auch mit einer variablen Turbinengeometrie kombiniert werden, welche im freien Strömungsquerschnitt zum Turbinenrad angeordnet sein kann; die variable Turbinengeometrie kann entweder im Strömungsquerschnitt nur einer Abgasflut zum Turbinenrad oder aber auch in beiden Strömungsquerschnitten beider Abgasfluten angeordnet sein. The different influxes on the turbine wheel over Each exhaust gas flow can also be advantageous with a variable Turbine geometry can be combined, which outdoors Flow cross-section can be arranged to the turbine wheel; the variable Turbine geometry can either only in the flow cross-section an exhaust gas flow to the turbine wheel or in both Flow cross sections of the two exhaust gas flows may be arranged.
Die asymmetrische Abblasung kann beispielsweise durch Abströmöffnungen mit unterschiedlich großem Querschnitt realisiert werden. Bei einer Verstellung des Ventilkörpers werden unterschiedlich große Abschnitte der Abströmöffnungen versperrt bzw. freigegeben, wodurch der aus jeder Abgasflut abzuleitende Abgasmassenstrom individuell beeinflussbar ist. The asymmetric blow-off, for example, by Outflow realized with different size cross section become. When adjusting the valve body blocked different sized sections of the outlet openings or released, allowing the derived from each exhaust flow Exhaust gas mass flow can be influenced individually.
Der Ventilkörper kann entweder einteilig oder zweiteilig ausgeführt sein. In der einteiligen Ausführung ist die Relativposition der beiden Abströmöffnungen zueinander unveränderlich festgelegt. Die asymmetrische Abblasung wird in diesem Fall insbesondere über unterschiedlich große Querschnitte der Abströmöffnungen erreicht. Die Position des Ventilkörpers ist über ein Stellglied zu beeinflussen, wobei im Falle eines einteiligen Ventilkörpers ein einzelnes Stellglied ausreichend ist. Der Ventilkörper kann axial verschoben und/oder um seine Längsachse verdreht werden. The valve body can be either one-piece or two-piece be executed. In the one-piece design is the Relative position of the two outflow openings to each other immutable established. The asymmetric blow-off is in this case in particular over different sized cross sections of Outflow openings reached. The position of the valve body is to influence over an actuator, in the case of a one-piece valve body a single actuator is sufficient is. The valve body can be moved axially and / or around its Be twisted longitudinal axis.
Im Falle eines zweiteiligen Ventilkörpers sind die Abströmöffnungen in unterschiedlichen Teilen des Ventilkörpers angeordnet bzw. werden vom Ventilkörper zwischen Sperr- und Öffnungsposition verstellt. Die beiden Teile des Ventilkörpers sind vorteilhaft entkoppelt und können über jeweils ein Stellglied eingestellt werden. In dieser Ausführung kann eine asymmetrische Abblasung auch bei gleichartigen Abströmöffnungen ausschließlich über eine unterschiedliche Einstellung jedes Ventilkörperteiles erreicht werden. Gegebenenfalls können aber auch bei einem zweiteiligen Ventilkörper Abströmöffnungen mit unterschiedlichem Querschnitt eingesetzt werden. In the case of a two-part valve body are the Outflow openings arranged in different parts of the valve body or are the valve body between barrier and Opening position adjusted. The two parts of the valve body are advantageous decoupled and can each have an actuator be set. In this design can be an asymmetric Blowing even with similar outflow openings exclusively about a different attitude each Valve body part can be achieved. Optionally, but also at a two-piece valve body outlet openings with different cross section are used.
Vorteilhaft ist eine Abgasrückführungsvorrichtung zwischen einer der beiden Abgasleitungen und dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine vorgesehen, wobei die Abgasrückführleitung der Abgasrückführungsvorrichtung über eine der beiden Abströmöffnungen der Ventileinrichtungen zu öffnen bzw. zu schließen ist. Die zweite Abströmöffnung ist bevorzugt zur Öffnung und Schließung eines Bypass zur Umgehung der Abgasturbine vorgesehen. Diese Ausführung kann insbesondere in Kombination mit einem zweiteiligen Ventilkörper mit entkoppelter Einstellung jeder Abströmöffnung eingesetzt werden. Bei gekoppelten Abströmöffnungen - entweder in einteiliger oder in zweiteiliger Ausführung des Ventilkörpers - sind vorteilhaft beide Abgasfluten über die Abströmöffnungen mit einem Bypass zur Umgehung der Turbine verbunden. Advantageously, an exhaust gas recirculation device between one of the two exhaust pipes and the intake of the Internal combustion engine provided, wherein the exhaust gas recirculation line of the Exhaust gas recirculation device via one of the two Outflow openings of the valve devices to open or close is. The second outflow opening is preferred for opening and Closure of a bypass to bypass the exhaust gas turbine provided. This embodiment can be used in particular in combination with a two-piece valve body with decoupled setting each Outflow opening can be used. At coupled Outlet openings - either in one-piece or two-piece Design of the valve body - are advantageous both exhaust gas flows via the outflow openings with a bypass to bypass the Turbine connected.
Die beiden Abgasfluten weisen in vorteilhafter Weiterbildung unterschiedliche Querschnittsgeometrien auf, wodurch unterschiedliche Druckverhältnisse in den Abgasfluten und auch unterschiedliche Strömungsverhältnisse in Richtung auf das Turbinenrad realisierbar sind. Bei entkoppelten Abströmöffnungen kann es hierbei zweckmäßig sein, die Abgasflut mit kleinerem Querschnitt mit derjenigen Abgasleitung zu verbinden, von der die Abgasrückführleitung zum Ansaugtrakt abzweigt, da in der kleineren Abgasflut höhere Drücke realisierbar sind, die ein positives, eine Abgasrückführung begünstigendes Druckgefälle in Richtung Ansaugtrakt unterstützen. The two exhaust gas flows point in an advantageous development different cross-sectional geometries, thereby different pressure conditions in the exhaust gas flows and also different flow conditions in the direction of the Turbine are feasible. With decoupled outflow openings It may be useful here, the exhaust gas flow with smaller Cross section to connect with that exhaust pipe, from the the exhaust gas recirculation line branches off to the intake tract, since in the smaller exhaust gas higher pressures can be realized, the one positive, an exhaust gas recirculation favoring pressure gradient in Support direction intake.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen: Further advantages and expedient designs are the further Claims, the description of the figures and the drawings remove. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einer Abgasturbine mit zwei Abgasfluten, die jeweils mit einer Abgasleitung verbunden sind, wobei über jede Abgasleitung die Abgase einer Zylinderbank der Brennkraftmaschine abzuführen sind, Fig. 1 is a schematic representation of a supercharged internal combustion engine with an exhaust gas turbine with two exhaust gas flows, which are each connected to an exhaust pipe, wherein the exhaust gases of one cylinder bank of the engine are to be paid on each exhaust line,
Fig. 2 eine zweiteilige Ventileinrichtung, die in das Turbinengehäuse des Abgasturboladers integriert ist, Fig. 2 is a two-part valve device which is integrated into the turbine housing of the turbocharger,
Fig. 3 eine einteilige, in das Turbinengehäuse integrierte Ventileinrichtung, Fig. 3 is a one-piece, integrated in the turbine housing valve means,
Fig. 4 ein Schaubild mit der Motorbremsleistung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, dargestellt für minimale und maximale Abblasung, Fig. 4 is a diagram showing the engine braking performance in dependence on the engine speed, shown for minimum and maximum blow-off,
Fig. 5 ein Schaubild mit dem Turbineneintrittsdruck in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, dargestellt für jede der beiden Turbinen-Abgasfluten in Abhängigkeit vom Grad der Abblasung, FIG. 5 is a graph of turbine inlet pressure versus engine speed plotted for each of the two turbine exhaust flows, depending on the degree of blowdown; FIG.
Fig. 6 ein Schaubild mit dem Ladedruck und dem Turbineneintrittsdruck in Abhängigkeit von der Zeit während der Hochlaufphase des Turboladers. Fig. 6 is a graph showing the boost pressure and the turbine inlet pressure as a function of time during the acceleration phase of the turbocharger.
In den folgenden Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the following figures are the same components with the same Provided with reference numerals.
Der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine 1 - ein Dieselmotor oder ein Ottomotor - ist ein Abgasturbolader 2 zugeordnet, der eine Abgasturbine 3 im Abgasstrang 4 der Brennkraftmaschine sowie ein Verdichter 5 im Ansaugtrakt 6 umfasst, wobei das Turbinenrad der Abgasturbine 3 von den unter erhöhtem Abgasgegendruck stehenden Abgasen der Brennkraftmaschine angetrieben wird und die Turbinenradbewegung über eine Welle 7 auf das Verdichterrad übertragen wird, durch dessen Bewegung unter nahezu Atmosphärendruck p1 stehende Umgebungsluft angesaugt und auf einen erhöhten Druck p2 verdichtet wird. Stromab des Verdichters 5 befindet sich ein Ladeluftkühler 8 im Ansaugtrakt 6; nach Durchströmen des Ladeluftkühlers 8 wird die abgekühlte Ladeluft unter dem Ladedruck P2s dem Zylindereinlass der Brennkraftmaschine 1 zugeführt. The internal combustion engine illustrated in Figure 1 1 -. A diesel engine or a gasoline engine - is associated with a turbocharger 2 which comprises an exhaust gas turbine 3 in the exhaust line 4 of the internal combustion engine and a compressor 5 in the intake duct 6, wherein the turbine wheel of the exhaust gas turbine 3 from the under increased exhaust gas back pressure standing exhaust gases of the internal combustion engine is driven and the turbine wheel is transmitted via a shaft 7 to the compressor wheel, sucked by the movement under atmospheric pressure near ambient air p 1 standing ambient air and compressed to an elevated pressure p 2 . Downstream of the compressor 5 is a charge air cooler 8 in the intake tract 6 ; After flowing through the charge air cooler 8 , the cooled charge air is supplied to the cylinder inlet of the internal combustion engine 1 under the boost pressure P 2s .
Die Brennkraftmaschine 1 umfasst zwei Zylinderbänke 1A und 1B mit jeweils einer Mehrzahl von Zylindern. Die Abgase der Zylinderbänke 1A und 1B werden separat über zwei Abgasleitungen 4A und 4B des Abgasstranges 4 abgeführt und unter dem Abgasgegendruck p3A bzw. p3B jeweils einer Abgasflut einer Turbinenspirale 19A bzw. 19B der Abgasturbine 3 (siehe Fig. 2 und 3) zugeführt. The internal combustion engine 1 comprises two cylinder banks 1 A and 1 B, each having a plurality of cylinders. The exhaust gases of the cylinder banks 1 A and 1 B are discharged separately via two exhaust gas lines 4 A and 4 B of the exhaust line 4 and under the exhaust back pressure p 3A and p 3B respectively an exhaust gas flow of a turbine volute 19 A and 19 B of the exhaust gas turbine 3 (see FIG . fed 2 and 3).
Weiterhin ist eine Abgasrückführung 9 zur Rückführung eines Teilmassenstromes des Abgases aus dem Abgasstrang 4 in den Ansaugtrakt 6 vorgesehen. Die Abgasrückführung 9 umfasst eine von der ersten Abgasleitung 4A, welche der ersten Zylinderbank 1A zugeordnet ist, stromauf der Abgasturbine 3 abzweigende Rückführleitung 10, die stromab des Ladeluftkühlers 8 in den Ansaugtrakt 6 mündet und in der ein Abgaskühler 11 angeordnet ist. Die Menge rückgeführten Abgases wird über ein Ventil 12A im Bereich der Abzweigung der Rückführleitung 10 von der ersten Abgasleitung 4A reguliert, wobei das Ventil 12A Teil einer Ventileinrichtung 12 ist. Furthermore, an exhaust gas recirculation 9 is provided for returning a partial mass flow of the exhaust gas from the exhaust gas line 4 into the intake tract 6 . Exhaust gas recirculation 9 comprises a return line 10 which branches off upstream of exhaust gas turbine 3 from first exhaust line 4 A, which is assigned to first cylinder bank 1 A, which opens into intake section 6 downstream of intercooler 8 and in which an exhaust gas cooler 11 is arranged. The amount of recirculated exhaust gas is regulated via a valve 12 A in the region of the branch of the return line 10 from the first exhaust line 4 A, wherein the valve 12 A is part of a valve device 12 .
Der Ventileinrichtung 12 ist ein weiteres Ventil 12B zugeordnet, welches in der Abzweigung eines Bypass 13 von der zweiten Abgasleitung 4B zur Umgehung der Abgasturbine 3 angeordnet ist. Der Bypass 13 mündet stromab der Abgasturbine 3 wieder in den Abgasstrang, aus dem das nunmehr entspannte Abgas unter dem Druck p4 abgeleitet bzw. einer katalytischen Reinigung unterzogen wird. Die beiden Ventile 12A und 12B der Ventileinrichtung 12 werden über jeweils ein Stellglied 14A, 14B zwischen ihrer Sperrstellung und ihrer Öffnungsstellung verstellt, wobei die Stellbewegungen der beiden Stellglieder 14A und 14B gekoppelt sein können, wie mit strichpunktierter Linie in Fig. 1 dargestellt. Alternativ hierzu kann es aber auch zweckmäßig sein, die beiden Stellglieder 14A und 14B für die Ventile 12A und 12B unabhängig voneinander betätigbar auszubilden. The valve device 12 is associated with a further valve 12 B, which is arranged in the junction of a bypass 13 of the second exhaust pipe 4 B to bypass the exhaust gas turbine 3 . The bypass 13 opens downstream of the exhaust gas turbine 3 again into the exhaust gas line, from which the now expanded exhaust gas is discharged under the pressure p 4 or subjected to a catalytic purification. The two valves 12 A and 12 B of the valve device 12 are adjusted via an actuator 14 A, 14 B between their blocking position and its open position, wherein the actuating movements of the two actuators 14 A and 14 B may be coupled, as indicated by dotted line in FIG illustrated. 1,. Alternatively, it may also be appropriate to form the two actuators 14 A and 14 B for the valves 12 A and 12 B independently operable.
Die Abgasturbine 3 ist mit einer variablen Turbinengeometrie 15 ausgestattet, über die der freie Strömungsquerschnitt zum Turbinenrad der Abgasturbine veränderlich einstellbar ist. The exhaust gas turbine 3 is equipped with a variable turbine geometry 15 , via which the free flow cross section to the turbine wheel of the exhaust gas turbine is variably adjustable.
Weiterhin ist eine Regel- und Steuereinheit 16 vorgesehen, über die die Funktionen der diversen, der Brennkraftmaschine 1 zugeordneten Aggregate einzustellen ist. In Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine sowie der diversen Aggregate werden insbesondere die Ventile 12A und 12B der Ventileinrichtung 12 sowie die variable Turbinengeometrie 15 eingestellt. Furthermore, a control and control unit 16 is provided, via which the functions of the various, the internal combustion engine 1 associated units is set. Depending on the state and operating variables of the internal combustion engine and the various units, in particular the valves 12 A and 12 B of the valve device 12 and the variable turbine geometry 15 are set.
Wie Fig. 2 zu entnehmen, bildet das Turbinengehäuse 18 der Abgasturbine 3 mit dem Ventilgehäuse 20 der Ventileinrichtung 12ein gemeinsames Bauteil; Abgasturbine und Ventileinrichtung sind zu einem Bauteil zusammengefasst. Die Ventileinrichtung 12 umfasst die beiden Ventile 12A und 12B, von denen das erste Ventil 12A einer ersten Abgasflut 19A der Turbinenspirale 19 der Abgasturbine zugeordnet ist und in Öffnungsstellung die erste Abgasflut 19A mit der Rückführleitung 10 der Abgasrückführung verbindet, wohingegen das zweite Ventil 12B die zweite Abgasflut 19B der Turbinenspirale 19 in Öffnungsstellung mit dem Bypass 13 verbindet. In Sperrstellung sind die Ventile 12A und 12B geschlossen, so dass die Kommunikation zwischen den Abgasfluten 19A und 19B und der Rückführleitung 10 bzw. dem Bypass 13 unterbrochen ist; eine Abblasung des in die Abgasfluten 19A und 19B eingeleiteten Abgases ist in Sperrstellung der Ventile unterbunden. As shown in FIG. 2, the turbine housing 18 of the exhaust gas turbine 3 forms a common component with the valve housing 20 of the valve device 12 ; Exhaust gas turbine and valve device are combined into one component. The valve device 12 comprises the two valves 12 A and 12 B, of which the first valve 12 A is associated with a first exhaust gas flow 19 A of the turbine volute 19 of the exhaust gas turbine and in the open position the first exhaust gas flow 19 A connects with the return line 10 of the exhaust gas recirculation, whereas the second valve 12 B, the second exhaust gas flow passage 19 connects B of the turbine scroll 19 in the open position to the bypass. 13 In the blocking position, the valves 12 A and 12 B are closed, so that the communication between the exhaust gas flows 19 A and 19 B and the return line 10 and the bypass 13 is interrupted; a blowdown of the introduced into the exhaust gas flows 19 A and 19 B exhaust gas is prevented in the blocking position of the valves.
Die Ventile 12A und 12B weisen einen Ventilkörper 21 auf, der im Ausführungsbeispiel als Rotationskörper bzw. Drehschieber ausgeführt ist, welcher bei Rotation um seine Längsachse 22 zwischen Sperr- und Öffnungsstellung zu verstellen ist. Der Ventilkörper 21 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zweiteilig ausgeführt und umfasst ein erstes Ventilkörperteil 21A, welches dem ersten Ventil 12A zugeordnet ist, sowie ein zweites Ventilkörperteil 21B, welches dem zweiten Ventil 12B zugeordnet ist. Beide Ventilkörperteile 21A und 21B besitzen die gleiche Längsachse 22 und können zur Überführung zwischen Sperr- und Öffnungsstellung um diese rotieren. Jedem Ventilkörperteil 21A bzw. 21B ist ein eigenes Stellglied zugeordnet, um eine voneinander unabhängige, entkoppelte Verstellung zwischen Schließ- und Öffnungsstellung zu ermöglichen. The valves 12 A and 12 B have a valve body 21 , which is designed in the embodiment as a rotary body or rotary valve, which is to be adjusted during rotation about its longitudinal axis 22 between the locked and open positions. The valve body 21 is designed in two parts in the embodiment of FIG. 2 and includes a first valve body part 21 A, which is associated with the first valve 12 A, and a second valve body part 21 B, which is associated with the second valve 12 B. Both valve body parts 21 A and 21 B have the same longitudinal axis 22 and can rotate to the transfer between the locked and open position to this. Each valve body part 21 A and 21 B is assigned its own actuator to allow independent, decoupled adjustment between closed and open position.
Jede Abgasflut 19A bzw. 19B kommuniziert über jeweils eine Abströmöffnung 23A bzw. 23B im Turbinengehäuse 18 mit der Ventileinrichtung 12, wobei über das Ventil 12A die Abströmöffnung 23A der ersten Abgasflut 19A zu öffnen bzw. zu versperren ist und über das zweite Ventil 12B die Abströmöffnung 23B der zweiten Abgasflut 19B einzustellen ist. In der Darstellung nach Fig. 2 befindet sich das Ventil 12A in seiner Sperrstellung, das zweite Ventil 12B ist dagegen geöffnet. Each exhaust gas flow 19 A and 19 B communicates via a respective discharge opening 23 A and 23 B in the turbine housing 18 with the valve means 12 , via the valve 12 A, the outflow opening 23 A of the first exhaust gas flow 19 A to open or is to block and via the second valve 12 B, the outflow opening 23 B of the second exhaust gas flow 19 B is set. In the illustration of Fig. 2, the valve 12 A is in its blocking position, the second valve 12 B is on the other hand open.
In die Ventilkörperteile 21A und 21B sind Abströmöffnungen 27A und 27B eingebracht, die als radiale Kanäle durch die Ventilkörperteile 21A und 21B hindurchgeführt sind und den ortsfesten Abströmöffnungen 23A und 23B im Turbinengehäuse 18 zugeordnet sind. Bei einer Rotation der Ventilkörperteile 21A und 21B gelangen die Abströmöffnungen 27A und 27B in eine Kommunikationsstellung (Öffnungsstellung) mit den Abströmöffnungen 23A und 23B bzw. in eine Außerkommunikationslage (Sperrstellung). In the valve body parts 21 A and 21 B discharge openings 27 A and 27 B are introduced, which are passed as radial channels through the valve body parts 21 A and 21 B and the stationary outflow openings 23 A and 23 B are assigned in the turbine housing 18 . Upon rotation of the valve body parts 21 A and 21 B enter the outflow openings 27 A and 27 B in a communication position (open position) with the outflow openings 23 A and 23 B or in an external communication position (blocking position).
Die beiden Abgasfluten 19A und 19B weisen einen voneinander abweichenden Querschnitt auf. Die erste Abgasflut 19A, die über das Ventil 12A mit der Abgasrückführung kommuniziert, besitzt ein kleineres Volumen als die zweite Abgasflut 19B, deren Abgas über das zweite Ventil 12B in den Bypass 13 abzublasen ist. Auf Grund der getrennten, entkoppelten Einstellmöglichkeit der beiden Ventile 12A und 12B in Verbindung mit den unterschiedlich großen Volumen der beiden Abgasfluten 19A und 19B kann eine asymmetrische Abblasung des Inhalts der jeweiligen Abgasflut unter Berücksichtigung einer Abgasrückführung im Teillastbereich der Brennkraftmaschine sowie einer Druckentlastung über den Bypass 13 zur Reduzierung thermischer und mechanischer Belastungen im Volllastbereich der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. The two exhaust gas flows 19 A and 19 B have a different cross-section. The first exhaust gas flow 19 A, which communicates with the exhaust gas recirculation via the valve 12 A, has a smaller volume than the second exhaust gas flow 19 B, the exhaust gas is blown off via the second valve 12 B in the bypass 13 . Due to the separate, decoupled adjustment possibility of the two valves 12 A and 12 B in conjunction with the different sized volumes of the two exhaust gas flows 19 A and 19 B, an asymmetric blow-off of the contents of the respective exhaust gas flow, taking into account exhaust gas recirculation in the partial load range of the internal combustion engine and a pressure relief be performed via the bypass 13 to reduce thermal and mechanical loads in the full load range of the internal combustion engine.
Die variable Turbinengeometrie 15 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 als axial in den radialen Strömungsquerschnitt 24 zwischen den Abgasfluten 19A bzw. 19B und dem Turbinenrad 17 realisiert. Das Leitgitter kann hierbei zwei unterschiedliche Gitter 25A und 25B aufweisen, die den Abgasfluten 19A und 19B zugeordnet sind und in den jeweiligen, jeder Abgasflut zugeordneten Abschnitt des Strömungsquerschnitts 24 einzuführen sind. The variable turbine geometry 15 is realized in the embodiment of FIG. 2 as axially in the radial flow cross section 24 between the exhaust gas flows 19 A and 19 B and the turbine wheel 17 . The guide grid may in this case have two different grids 25 A and 25 B, which are associated with the exhaust gas flows 19 A and 19 B and in the respective, each exhaust gas flow associated portion of the flow cross-section 24 are introduced.
Zweckmäßig sind die beiden durch eine Trennwand 26 separierten Abgasfluten 19A und 19B druckdicht gegeneinander abgeschirmt. Suitably, the two separated by a partition 26 exhaust gas flows 19 A and 19 B are pressure-tight shielded from each other.
In Fig. 3 ist eine Ventileinrichtung 12 einer alternativen Ausführung dargestellt. Das Turbinengehäuse 18 und das Ventilgehäuse 20 sind wiederum einteilig ausgeführt, die Ventileinrichtung selbst weist jedoch im Unterschied zum vorherigen Ausführungsbeispiel einen nur einteiligen Ventilkörper 21 auf, der als Rotationskörper bzw. Drehschieber ausgebildet ist und Abströmöffnungen 27A und 27B für die Ventile 12A und 12B aufweist, die in Offenstellung der Ventile mit korrespondierenden Abströmöffnungen 23A und 23B der Abgasfluten 19A und 19B kommunizieren. Auf Grund der Einteiligkeit des Ventilkörpers 21 ist die Stellbewegung beider Ventile 12A und 12B gekoppelt. In Öffnungsstellung der Ventile wird der Abgasinhalt aus den Abgasfluten 19A und 19B über den als Hohlzylinder ausgeführten Ventilkörper 21 axial aus der Ventileinrichtung 12 abgeleitet und insbesondere in den Bypass 13 zur Umgehung der Abgasturbine geführt. In Fig. 3, a valve device 12 of an alternative embodiment is shown. The turbine housing 18 and the valve housing 20 are in turn made in one piece, however, the valve device itself has, in contrast to the previous embodiment, a one-piece valve body 21 , which is designed as a rotary body or rotary valve and outflow openings 27 A and 27 B for the valves 12 A and 12 B, which communicate in the open position of the valves with corresponding outflow openings 23 A and 23 B of the exhaust gas flows 19 A and 19 B. Due to the one-piece nature of the valve body 21 , the adjusting movement of both valves 12 A and 12 B is coupled. In the open position of the valves, the exhaust gas content from the exhaust gas flows 19 A and 19 B is discharged via the designed as a hollow cylinder valve body 21 axially from the valve device 12 and guided in particular in the bypass 13 to bypass the exhaust gas turbine.
Die beiden Abströmöffnungen 27A und 27B im Ventilkörper 21 besitzen eine unterschiedliche Querschnittsgeometrie sowie vorteilhaft auch einen unterschiedlichen Flächeninhalt, wodurch eine asymmetrische Abblasung des Abgases in den beiden Abgasfluten 19A und 19B eingestellt werden kann. Zweckmäßig sind die Abströmöffnungen 27A und 27B winkelversetzt auf dem Umfang des Ventilkörpers 21 angeordnet, wodurch die Abströmöffnungen 27A und 27B bei einer Drehung des Ventilkörpers 21 um seine Längsachse 22 zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Überdeckung mit den jeweils korrespondierenden Strömöffnungen 23A und 23B der Abgasfluten gelangen; hierdurch kann ebenfalls eine asymmetrische Abblasung des Gasinhaltes der Abgasfluten eingestellt werden. The two outflow openings 27 A and 27 B in the valve body 21 have a different cross-sectional geometry and advantageously also a different surface area, whereby an asymmetric blow-off of the exhaust gas in the two exhaust gas flows 19 A and 19 B can be adjusted. Appropriately, the outflow openings 27 A and 27 B are arranged angularly offset on the circumference of the valve body 21 , whereby the outflow openings 27 A and 27 B at a rotation of the valve body 21 about its longitudinal axis 22 at different times in overlap with the respective corresponding flow openings 23 A and 23 B get the exhaust fumes; As a result, an asymmetrical blow-off of the gas content of the exhaust gas floods can likewise be set.
Der Ventilkörper 21 ist über das Stellglied 14 zwischen Sperrstellung und Öffnungsstellung zu verstellen. Das Stellglied 14 ist beispielsweise als Druckdose ausgeführt. The valve body 21 is to be adjusted via the actuator 14 between locking position and open position. The actuator 14 is designed for example as a pressure cell.
In Fig. 4 ist die Motorbremsleistung PBr, die über den Turbolader einzustellen ist, in Abhängigkeit von der Motordrehzahl nMot der Brennkraftmaschine dargestellt. Aufgetragen ist ein Bremsleistungsbereich zwischen einer unteren Grenzkurve PBr,min, die die minimale Motorbremsleistung darstellt, und einer oberen Grenzkurve PBr,max, die die maximal erreichbare Motorbremsleistung kennzeichnet. Die minimale Motorbremsleistung PBr,min ist für den Fall einstellbar, dass die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Abströmöffnungen 23A und 23B bzw. 27A und 27B der Ventileinrichtung maximal geöffnet sind, so dass der Abgasinhalt in den beiden Abgasfluten in größtmöglicher Weise abgeleitet wird. In diesem Fall wird das Druckniveau in der Abgasturbine sowie in den Abgasleitungen zwischen dem Zylinderauslass der Brennkraftmaschine und der Abgasturbine auf einen minimalen Wert reduziert, der ein entsprechend geringes Bremsleistungsniveau zur Folge hat. Das Bremsleistungsmaximum PBr,max wird dagegen für den Fall erreicht, dass die Ventile der Ventileinrichtungen sich in Sperrstellung befinden, so dass die Abströmöffnungen geschlossen sind und der Abgasinhalt nicht über die Abströmöffnungen in die Abgasrückführung und/oder den Bypass abgeleitet werden kann. Das Druckniveau ist in diesem Fall am größten, woraus die entsprechend hohe Motorbremsleistung resultiert. In Fig. 4, the engine braking power P Br , which is set via the turbocharger, shown in dependence on the engine speed n Mot of the internal combustion engine. Plotted is a braking power range between a lower limit curve P Br, min , which represents the minimum engine braking power, and an upper limit curve P Br, max , which indicates the maximum achievable engine braking power. The minimum engine braking power P Br, min is adjustable in the event that the outflow openings 23 A and 23 B and 27 A and 27 B of the valve device shown in FIGS . 2 and 3 are maximally open, so that the exhaust gas content in the two exhaust gas flows is derived in the greatest possible way. In this case, the pressure level in the exhaust gas turbine and in the exhaust pipes between the cylinder outlet of the internal combustion engine and the exhaust gas turbine is reduced to a minimum value, which results in a correspondingly low braking power level. The braking power maximum P Br, max is, however, achieved in the event that the valves of the valve devices are in the blocking position, so that the outflow openings are closed and the exhaust gas content can not be discharged via the outflow openings in the exhaust gas recirculation and / or the bypass. The pressure level is greatest in this case, resulting in the correspondingly high engine braking performance.
In Fig. 5 ist der Turbineneintrittsdruck bzw. Abgasgegendruck p3A und p3B für jede Abgasleitung bzw. für jede Abgasflut in Abhängigkeit der Motordrehzahl nMot dargestellt. Die durchgezogene Linie zeigt den Abgasgegendruck p3A, die gestrichelte Linie den Abgasgegendruck p3B. Der Abgasgegendruck bewegt sich für beide Abgasfluten zwischen einem unteren Minimum und einem oberen Maximum, wobei der der ersten Abgasflut zugeordnete Abgasgegendruck p3A einen größeren Bereich abdeckt als der der zweiten Abgasflut zugeordnete Abgasgegendruck p3B, der sich innerhalb des Abgasdruckbereiches von p3A bewegt. Der Unterschied ist insbesondere auf den unterschiedlichen Querschnitt bzw. das unterschiedliche Volumen der beiden Abgasfluten zurückzuführen, wobei höhere Abgasgegendrücke in der kleineren der beiden Abgasfluten einzustellen sind. Die untere Grenzkurve für jeden Abgasgegendruck p3A bzw. p3B wird erreicht, wenn das jeweils zugeordnete Ventil maximal geöffnet ist. Die obere Grenzkurve wird in geschlossener Ventilstellung erreicht. FIG. 5 shows the turbine inlet pressure or exhaust gas back pressure p 3A and p 3B for each exhaust gas line or for each exhaust gas flow as a function of the engine speed n Mot . The solid line shows the exhaust back pressure p 3A , the dashed line the exhaust back pressure p 3B . The exhaust back pressure moves between both the lower and upper maximum for both exhaust flows, the exhaust back pressure p 3A associated with the first exhaust flow covering a wider range than the exhaust back pressure p 3B associated with the second exhaust flow moving within the exhaust pressure range of p 3A . The difference is due in particular to the different cross-section or the different volume of the two exhaust gas flows, wherein higher exhaust back pressures are to be set in the smaller of the two exhaust gas flows. The lower limit curve for each exhaust gas back pressure p 3A or p 3B is reached when the respectively associated valve is opened to the maximum. The upper limit curve is reached in the closed valve position.
In Fig. 6 sind zeitabhängig der Ladedruck p2 sowie die Abgasgegendrücke p3A und p3B für die Hochlaufphase des Turboladers dargestellt. Die Abgasgegendruckkurve p3A der kleineren Abgasflut bewegt sich im Allgemeinen auf einem höheren Niveau als der mit strichlierter Linie dargestellte Abgasgegendruck p3B der größeren Abgasflut. Der Ladedruck p2 liegt in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine unterhalb des Abgasgegendruckes p3A der ersten, kleineren Abgasflut, wodurch ein positives, eine Abgasrückführung ermöglichendes Druckgefälle zwischen der ersten Abgasflut bzw. der dieser Abgasflut zugeordneten Abgasleitung gegeben ist. Der Abgasgegendruck p3B der zweiten Abgasflut liegt während des Hochlaufens der Turbine im unteren Hochlaufbereich ebenfalls oberhalb des Ladedruckes p2, so dass in diesem Bereich ebenfalls ein positives Druckgefälle von der Abgasseite in Richtung des Ansaugtraktes gegeben ist. Im oberen Betriebsbereich sinkt die Abgasgegendruckkurve p3B der zweiten Abgasflut nach einem kurzen Anstieg auf einen Wert oberhalb der Abgasgegendruckkurve p3A unter das Niveau des Ladedruckes p2 ab. In Fig. 6, the boost pressure p 2 and the exhaust back pressures p 3A and p 3B for the startup phase of the turbocharger are shown time-dependent. The exhaust backpressure curve p 3A of the smaller exhaust gas flow generally moves to a higher level than the exhaust gas back pressure p 3B of the larger exhaust gas flow represented by a dashed line. The boost pressure p 2 is in all operating ranges of the internal combustion engine below the exhaust back pressure p 3A of the first, smaller exhaust gas flow, whereby a positive, an exhaust gas recirculation enabling pressure gradient between the first exhaust gas flow and the exhaust gas line associated with this exhaust gas is given. The exhaust gas back pressure p 3B of the second exhaust gas flow during startup of the turbine in the lower run-up region is likewise above the charge pressure p 2 , so that in this region there is likewise a positive pressure gradient from the exhaust gas side in the direction of the intake tract. In the upper operating range, the exhaust back pressure curve p 3B of the second exhaust gas flow decreases after a short increase to a value above the exhaust back pressure curve p 3A below the level of the boost pressure p 2 .
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