DE102004036384A1 - Internal combustion engine has exhaust gases of first and second exhaust manifolds acting upon first and second worm drives of compressor respectively in low to medium RPM range of engine - Google Patents

Internal combustion engine has exhaust gases of first and second exhaust manifolds acting upon first and second worm drives of compressor respectively in low to medium RPM range of engine Download PDF

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Abstract

The internal combustion engine has several cylinders with two exhaust gas manifolds (3,4) in a first and a second group, and two fresh air compressor units (8,9) driven by exhaust gases and the first of which can be isolated by a shut-off device (10). The second fresh air compressor has at least two worm drives which interact with the exhaust gases. In the low to medium RPM range one worm drive (11) is acted upon exhaust gases of the first exhaust manifold group (5) and the second (12) by exhaust gases of the second group (6), while in the upper RPM range exhaust gas from both manifold groups act upon both worm drives.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotor mit mehreren, mindestens zwei, Zylindern, deren Abgase mit Krümmern zu mindestens einer ersten und zweiten Abgasgruppe zusammenfassbar sind und zwei Frischluftverdichtereinheiten, die von den Abgasen antriebbar sind und die Frischluft des Verbrennungsmotors verdichten, wobei der erste Frischluftverdichtereinheit durch ein Absperrmittel abschaltbar ist.The The present invention relates to an internal combustion engine having a plurality, at least two, cylinders whose exhaust gases with manifolds to at least a first and second exhaust group are summarized and two fresh air compressor units, the are driven by the exhaust gases and the fresh air of the engine compact, wherein the first fresh air compressor unit by a Shut-off is switched off.

Bei Mehrzylindermotoren werden jeweils die Hälfte der Zylinder zu jeweils einer Abgasgruppe zusammengefaßt, so dass zwei Abgasgruppen entstehen. Die Abgase dieser Abgasgruppen treiben heutzutage oftmals Turbinen zweier baugleicher Turbolader an, um die für den Verbrennungsprozeß benötigte Frischluft zu verdichten. Da die Turbolader im unteren bis mittleren Drehzahlbereich nicht optimal arbeiten, ist es mittlerweile Stand der Technik, in diesen Drehzahlbereichen die Abgasgruppen zusammenzufassen und nur noch einen Turbolader zur Verdichtung der Frischluft zu betreiben. Der zweite Turbolader wird mit einem minimalen Abgasstrom lediglich auf Drehzahl gehalten. Die Zusammenfassung der Abgasströme, wie sie beispielsweise in der DE 44 44 098 A1 gelehrt wird, hat sich jedoch bisweilen als nachteilig erwiesen.In multi-cylinder engines, each half of the cylinders are combined into one exhaust group, so that two exhaust groups arise. Nowadays, the exhaust gases of these exhaust groups often drive turbines of two identical turbochargers in order to compress the fresh air required for the combustion process. Since the turbochargers do not operate optimally in the low to medium engine speed range, it is now state of the art to combine the exhaust groups in these engine speed ranges and to operate only one turbocharger for compressing the fresh air. The second turbocharger is only kept at speed with a minimum exhaust flow. The summary of the exhaust gas flows, as for example in the DE 44 44 098 A1 However, it has sometimes proved disadvantageous.

Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zustellen, der die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.It Therefore, the object of the present invention was an internal combustion engine to disposal deliver, which does not have the disadvantages of the prior art.

Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verbrennungsmotor gemäß Patentanspruch 1, bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 beansprucht.Is solved the task with an internal combustion engine according to claim 1, preferred embodiment the internal combustion engine according to the invention are in the claims 2 to 8 claimed.

Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zur erwarten, dass es mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor gelingt auch in mittleren bis unteren Drehzahlbereich Turbolader mit guten Wirkungsgraden zur Verfügung zustellen, ohne dass die beiden Abgasgruppen gasseitig zusammengeführt werden müssen. Der erfindungsgemäße Motor ist einfach und kostengünstig herzustellen und zu betreiben.It was for the expert very much amazing and not to expect it with the internal combustion engine according to the invention also succeeds in medium to low speed turbocharger with good efficiencies available without the Both exhaust groups must be merged on the gas side. Of the Motor according to the invention is easy and inexpensive manufacture and operate.

Erfindungsgemäß weist der Verbrennungsmotor eine erste und eine zweite Frischluftverdichtereinheit auf, wobei die erste Frischluftverdichtereinheit mit Absperrmitteln abschaltbar bzw. mit so wenig Abgas beaufschlagbar ist, dass sie nur auf Drehzahl gehalten wird aber keine Verdichtung erfolgt. Die zweite Frischluftverdichtereinheit weist hingegen zwei Antriebsmittel auf, die mit den Abgasen zusammenwirken.According to the invention the internal combustion engine, a first and a second fresh air compressor unit on, wherein the first fresh air compressor unit with shut-off can be switched off or acted upon with so little exhaust gas that they only held at speed but no compression occurs. The second Fresh air compressor unit, however, has two drive means, which interact with the exhaust gases.

Vorzugsweise wird im unteren bis mittleren Drehzahlbereich, im unteren Lastbereich und/oder bei niedriger Drehzahl im oberen Lastbereich des Verbrennungsmotors, dass eine Antriebsmittel mit den Abgasen der ersten Abgasgruppe und das zweite Antriebsmittel mit den Abgasen der zweiten Abgasgruppe beaufschlagt. Diese bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass auch im unteren bis mittleren Drehzahlbereich die Abgase der beiden Abgasgruppen nicht zusammengefaßt werden müssen, um den Turbolader zu betreiben. Im oberen Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors hingegen werden vorzugsweise beide Antriebsmittel mit den Abgasen der zweiten Abgasgruppe beaufschlagt. In diesem Drehzahlbereich ist die erste Frischluftverdichtereinheit nicht mehr abgasseitig abgeschaltet, so dass diese Verdichtereinheit mit den Abgasen der ersten Abgasgruppe beaufschlagt wird.Preferably is in the lower to medium speed range, in the lower load range and / or at low speed in the upper load range of the internal combustion engine, that a drive means with the exhaust gases of the first exhaust gas group and the second drive means with the exhaust gases of the second exhaust group applied. This preferred embodiment of the present invention Invention has the advantage that even in the lower to medium speed range the exhaust gases of the two exhaust groups are not summarized have to, to operate the turbocharger. In the upper speed range of the internal combustion engine on the other hand, preferably both drive means with the exhaust gases the second exhaust gas group acted upon. In this speed range the first fresh air compressor unit is no longer exhaust switched off, so that this compressor unit with the exhaust gases of the first exhaust gas group is acted upon.

Vorzugsweise ist die Verdichterleistung der beiden Verdichtereinheiten im wesentlichen gleich groß.Preferably is the compressor performance of the two compressor units substantially same size.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite Frischluftverdichtereinheit ein Turbolader mit zwei Schnecken, die jedoch lediglich ein Laufrad zur Verdichtung der Frischluft antreiben.In a preferred embodiment The present invention is the second fresh air compressor unit a turbocharger with two screws, but only one impeller drive to compress the fresh air.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Verdichtereinheit zwei Turbolader auf, die besonders bevorzugt ungefähr jeweils 50% jeweils der Verdichterleistung der zweiten Verdichtereinheit zur Verfügung stellen.In another preferred embodiment The second compressor unit has two turbochargers, which are particularly preferably about each 50% each of the compressor capacity of the second compressor unit to disposal put.

Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor Stellorgane auf, die so einstellbar sind, dass an der Frischluftseite der abgeschalteten Verdichtereinheit immer Ladedruck anliegt. Diese bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass bei zuschalten dieser Verdichtereinheit sofort der entsprechende Ladedruck vorliegt und nicht erst aufgebaut werden muß, was die Ansprechzeit dieses Verdichters reduziert.Preferably has the internal combustion engine according to the invention Actuators that are adjustable so that on the fresh air side the switched-off compressor unit always applies boost pressure. This preferred embodiment The present invention has the advantage that when switch on this compressor unit immediately the corresponding boost pressure is present and does not have to be built first, what the response time of this Reduced compressor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von 1 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.In the following the invention is based on 1 explained. These explanations are merely exemplary and do not limit the general inventive concept.

1 zeigt den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1, der im vorliegenden Fall sechs Zylinder 2 aufweist, wobei jeweils drei Zylinder mittels der Krümmer 3 und 4 zu den Abgasgruppen 5, 6 zusammenfassbar sind. Die Abgase der Abgasgruppe 5 werden mittels einer Rohrleitung 26 zu dem Turbolader 8 geleitet, in dem sie die Frischluft für den Verbrennungsprozeß verdichten. Die Rohleitung 26 kann mittels der Klappe 10 abgesperrt bzw. im Querschnitt soweit verringert werden, dass der Turbolader 8 entweder gar nicht oder mittels eines Leckagestroms lediglich auf Drehzahl jedoch nicht zur Verdichtung der Frischluft betrieben wird. Die Abgase der Abgasgruppe 6 werden mittels der Rohrleitungen 28, 29 zu der Twinscroll-Turbine geleitet, die zwei Schnecken 11, 12 aufweist, wobei der Abgasstrom in Leitung 28 die Schnecke 11 und die Abgasstrom in Leitung 29 die Schnecke 12 antreibt. Beide Schnecken treiben ein Laufrad des Turboladers 9 an, das Frischluft für den Verbrennungsprozeß verdichtet. In der Leitung 28 befindet sich eine Klappe 27, die die Leitung 28 unterhalb der Verbindungsleitung 25 absperrt bzw. im Querschnitt soweit reduziert, dass lediglich ein Leckagestrom passieren kann. Im oberen Drehzahlbereich des Motors werden die Abgase der Abgasgruppe 5 über den ersten Turbolader 8 geleitet und verdichten dort die Frischluft 21, die über die Leitung 18 zur Saugseite des Turboladers strömt. Die Abgase der Abgasgruppe 6 werden im oberen Drehzahlbereich zu den beiden Schnecken 11 bzw. 12 gleichmäßig verteilt geleitet und treiben das Laufrad des Turboladers an, um die Frischluft 21, die über die Leitung 24 an der Saugseite des Turboladers anliegt, zu verdichten. Die so verdichtete Frischluft der beiden Turbolader wird in der Leitung 19 zusammengefaßt, über ein Ladekühler 20 geleitet und gelangt über eine Drosselklappe 22 in den Sammler 23, in dem sie auf die 6 Zylinder verteilt wird. Im unteren bis mittleren Drehzahlbereich liegt nicht genug Abgas zum effizienten Betrieb beider Turbolader 8, 9 vor. Deshalb wird die Klappe 10 in der Leitung 26 zumindest soweit geschlossen, dass dieser Turbolader lediglich seine gewünschte Drehzahl behält. Die Klappe 27 wird ebenfalls verschlossen. Der größte Teil des Abgases der Abgasgruppe 5 strömt deshalb via Leitung 25 und 28 zu der Schnecke 11 und treibt diese an. Die Abgase der Abgasgruppe 6 strömen, da das Ventil 27 geschlossen ist, über die Leitung 29 zu der Schnecke 12 und treiben diese an. Der Turbolader 9 verdichtet die Frischluft 21 und leitet diese über Leitung 17 in Leitung 19, wo sie gekühlt und dann auf die Zylinder verteilt wird. In der Leitung 17 befindet sich ein Regelklappe 16 und in der Leitung 18 ein Rückschlagventil 15. Im mittleren bis unteren Drehzahlbereich des Motors wird die Klappe 16 zu mindest teilweise geöffnet, so dass der Druck in Leitung 17 im wesentlichen auch im Bereich des Rückschlagventils 15 anliegt und dieses in die dargestellte Position drückt, in der sie den Turbolader 8 gasseitig von der Frischluftleitung 18 entkoppelt. Dadurch, dass die Klappe 16 geöffnet ist, liegt im Bereich der Turbine des Turboladers 8 der Ladedruck des Turboladers 9 an, so dass dieser bei Inbetriebnahme im oberen Drehzahlbereich nur eine sehr kurze Ansprechzeit aufweist. Die Abgase werden, nach dem sie die Turbolader verlassen haben, in den Vorkatalysatoren 13 vor dem Hauptkatalysator 14 abschließend gereinigt, bevor sie den Auspuff verlassen. Sobald der Verbrennungsmotor wieder Volllast fährt, werden die Klappen 10 und 27 wieder geöffnet und das Ventil 16 geschlossen. Das Rückschlagventil 15 fällt nach unten und öffnet damit die Verbindung zwischen der Saugseite des Turboladers 8 und der Rohrleitung 18. 1 shows the internal combustion engine according to the invention 1 , the six in the present case cylinder 2 each having three cylinders by means of the manifold 3 and 4 to the exhaust groups 5 . 6 are summarized. The exhaust gases of the exhaust group 5 be by means of a pipeline 26 to the turbocharger 8th in which they condense the fresh air for the combustion process. The pipe 26 can by means of the flap 10 shut off or reduced in cross section so far that the turbocharger 8th either not at all or by means of a leakage flow only to speed but not to compress the fresh air is operated. The exhaust gases of the exhaust group 6 be by means of pipelines 28 . 29 passed to the twin scroll turbine, the two snails 11 . 12 wherein the exhaust gas flow in line 28 the snail 11 and the exhaust gas flow in line 29 the snail 12 drives. Both worms drive an impeller of the turbocharger 9 that compresses fresh air for the combustion process. In the line 28 there is a flap 27 that the line 28 below the connecting line 25 shut off or reduced in cross-section so far that only a leakage current can happen. In the upper engine speed range, the exhaust gases of the exhaust group 5 over the first turbocharger 8th guided and compressed there the fresh air 21 over the line 18 flows to the suction side of the turbocharger. The exhaust gases of the exhaust group 6 become the two screws in the upper speed range 11 respectively. 12 Distributed evenly distributed and drive the impeller of the turbocharger to the fresh air 21 over the line 24 on the suction side of the turbocharger, to compact. The thus compressed fresh air of the two turbochargers is in the line 19 summarized, over a charging radiator 20 passed and passes through a throttle 22 in the collector 23 in which it is distributed to the 6 cylinders. In the lower to medium engine speed range, there is not enough exhaust gas for the efficient operation of both turbochargers 8th . 9 in front. That's why the flap 10 in the pipe 26 at least so far closed that this turbocharger retains only its desired speed. The flap 27 is also closed. The largest part of the exhaust gas of the exhaust group 5 therefore flows via line 25 and 28 to the snail 11 and drives them. The exhaust gases of the exhaust group 6 flow as the valve 27 is closed, over the line 29 to the snail 12 and drive these. The turbocharger 9 compacts the fresh air 21 and directs them via line 17 in line 19 where it is cooled and then distributed to the cylinders. In the line 17 there is a control flap 16 and in the line 18 a check valve 15 , In the middle to lower engine speed range of the engine is the flap 16 at least partially open so that the pressure in line 17 essentially also in the area of the check valve 15 abuts and pushes this in the position shown in which they are the turbocharger 8th gas side of the fresh air line 18 decoupled. That's the flap 16 is open, lies in the area of the turbine of the turbocharger 8th the boost pressure of the turbocharger 9 so that it has only a very short response time at startup in the upper speed range. The exhaust gases, after leaving the turbochargers, are stored in the pre-catalysts 13 before the main catalyst 14 finally cleaned before leaving the exhaust. As soon as the combustion engine is running at full throttle again, the flaps become 10 and 27 opened again and the valve 16 closed. The check valve 15 falls down and thus opens the connection between the suction side of the turbocharger 8th and the pipeline 18 ,

11
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
22
Zylindercylinder
3, 43, 4
Krümmerelbow
55
erste Abgasgruppefirst exhaust gas group
66
zweite Abgasgruppesecond exhaust gas group
88th
erster Turboladerfirst turbocharger
99
zweiter Turboladersecond turbocharger
1010
Klappeflap
1111
erstes Antriebsmittel (Schnecke)first Drive means (screw)
1212
zweites Antriebsmittel (Schnecke)second Drive means (screw)
1313
Vorkatalysatorprecatalyzer
1414
Hauptkatalysatormain catalyst
1515
Rückschlagklappecheck valve
1616
VentilValve
17, 1917 19
FrischlufthochdruckleitungFresh air high pressure line
18, 2418 24
FrischluftansaugleitungFrischluftansaugleitung
2020
LadeluftkühlerIntercooler
2121
Frischluftfresh air
2222
Drosselklappethrottle
2323
Verteilerdistributor
2525
Verbindungsleitung zwischen den Abgasgruppenconnecting line between the exhaust groups
2626
Abgasleitung zum Turbolader 1 Exhaust pipe to the turbocharger 1
2727
Absperrventilshut-off valve
28, 2928 29
Abgasleitung zum zweiten Turboladerexhaust pipe to the second turbocharger

Claims (8)

Verbrennungsmotor (1) mit mehreren Zylindern (2), deren Abgase mit Krümmern (3, 4) zu mindestens einer ersten und zweiten Abgasgruppe (5, 6) zusammenfassbar sind und zwei Frischluftverdichtereinheiten (8, 9), die von den Abgasen antriebbar sind und die Frischluft des Verbrennungsmotors verdichten, wobei der erste Frischluftverdichtereinheit (8) durch ein Absperrmittel (10) abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Frischluftverdichtereinheit mindestens zwei Antriebmittel (11, 12) aufweist, die mit den Abgasen zusammenwirken.Internal combustion engine ( 1 ) with several cylinders ( 2 ), whose exhaust gases with elbows ( 3 . 4 ) to at least a first and second exhaust group ( 5 . 6 ) and two fresh air compressor units ( 8th . 9 ), which are drivable by the exhaust gases and compress the fresh air of the internal combustion engine, wherein the first fresh air compressor unit ( 8th ) by a shut-off ( 10 ) can be switched off, characterized in that the second fresh air compressor unit at least two drive means ( 11 . 12 ), which cooperate with the exhaust gases. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren bis mittleren Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors das ein Antriebsmittel (11) mit den Abgasen der ersten Abgasgruppe (5) und das zweite Antriebmittel (12) mit den Abgasen der zweiten Abgasgruppe (6) beaufschlagbar ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that in the lower to medium speed range of the internal combustion engine, a drive means ( 11 ) with the exhaust gases of the first exhaust gas group ( 5 ) and the second drive means ( 12 ) with the exhaust gases of the second exhaust gas group ( 6 ) beauf is beatable. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors beide Antriebsmittel (11, 12) mit den Abgasen der zweiten Abgasgruppe (6) beaufschlagt sind.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that in the upper speed range of the internal combustion engine both drive means ( 11 . 12 ) with the exhaust gases of the second exhaust gas group ( 6 ) are acted upon. Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterleistung der beiden Verdichtereinheiten (8, 9) im wesentlichen gleich ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor power of the two compressor units ( 8th . 9 ) is substantially the same. Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Frischluftverdichtereinheit (9) ein Turbolader mit zwei Schnecken ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the second fresh air compressor unit ( 9 ) is a turbocharger with two screws. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Frischluftverdichter zwei Turbolader sind.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the second fresh air compressor two turbochargers are. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, die Turbolader jeweils ungefähr 50% der Verdichterleistung der zweiten Frischluftverdichtereinheit aufweisen.Internal combustion engine according to claim 4, characterized the turbochargers each approximately 50% of the compressor capacity of the second fresh air compressor unit exhibit. Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er Stellorgane (13, 14) aufweist, die so einstellbar sind, dass an der Luftseite der abgeschalteten Frischluftverdichtereinheit Ladedruck anliegt.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that it controls actuators ( 13 . 14 ), which are adjustable so that applied to the air side of the switched-off fresh air compressor unit boost pressure.
DE102004036384A 2004-07-27 2004-07-27 Internal combustion engine has exhaust gases of first and second exhaust manifolds acting upon first and second worm drives of compressor respectively in low to medium RPM range of engine Withdrawn DE102004036384A1 (en)

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