DE102007014319A1

DE102007014319A1 - Turbogeladene Brennkraftmaschine mit luftseitiger Verschaltung

Info

Publication number: DE102007014319A1
Application number: DE102007014319A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Dipl.-Ing. Schramm
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2008-05-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit zwei Zylinderbänken (2), mit zwei Turboladern (8) und mit zwei Ladeluftkühlern (18). Es ist vorgesehen, dass die beiden Ladeluftkühler (18) luftausgangsseitig der Turbolader (8) über eine ein Absperrelement (21) aufweisende Verbindungsleitung (22) miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken, zwei Turboladern und mit zwei Ladeluftkühlern.
Die Aufladung von Brennkraftmaschinen durch Abgasturbolader ist bekannt, bei Brennkraftmaschinen mit zwei Zylinderbänken ist es bekannt, zwei Turbolader vorzusehen, wobei jeder Zylinderbank ein Turbolader zugeordnet ist (sogenannter "Biturbo"). Die von den Turboladern gelieferte Ladeluft wird von Ladeluftkühlern vor Eintritt in die Brennkraftmaschine gekühlt. Die bankspezifische Zuordnung von Turboladern bewirkt in bestimmten Fällen durch fertigungsbedingte Toleranzen der Turbolader, also von Turboladerturbinen und von den Turboladern zugeordneten Verdichtern, Ungleichheiten im Berieb der Zylinderbänke durch nicht völlig gleiche Aufladung. Überdies ist eine komplizierte Steuerung und Verschaltung erforderlich, um in weiten Drehzahlbereichen eine wirksame Aufladung bereitzustellen. Häufig ist ein gesonderter dritter Turbolader für höhere Lastbereiche notwendig. Aus der DE 100 60 690 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit zwei kleinen Turboladern bekannt, die zwei Zylinderbänken der Brennkraftmaschine zugeordnet sind, und die im Betrieb mit niedrigen Drehzahlen oder niedriger Last Ladedruck bereitstellen. Im Betrieb mit höherer Last und/oder bei hohen Drehzahlen wird ein dritter, großer Turbolader zugeschaltet, der beide Zylinderbänke gleichermaßen beaufschlagt. Hieran ist der erhebliche Aufwand sowohl in konstruktiver wie auch in regelungstechnischer Sicht nachteilig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine mit Turboaufladung bereitzustellen, die die genannten Nachteile vermeidet und insbesondere in sehr weiten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine Turboaufladung bereitstellt.
Hierzu wird eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken, mit zwei Turboladern und mit zwei Ladeluftkühlern vorgeschlagen. Es ist vorgesehen, dass die beiden Ladeluftkühler luftausgangsseitig der Turbolader über eine ein Absperrelement aufweisende Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Die Brennkraftmaschine weist zwei Zylinderbänke auf, wobei jeder Zylinderbank ein eigener Turbolader zugeordnet ist, und die beiden Turbolader im Wesentlichen gleich ausgestaltet sind. Die Turbolader weisen also keine unterschiedlichen Charakteristika und Spezifikationen in Hinblick auf Ansprechverhalten und Leistung auf. Um im Betrieb mit beiden Turboladern und beiden Zylinderbän ken trotz möglicher, fertigungsbedingter Toleranzen der Turbolader und/oder den diesen zugeordneten Verdichtern einen möglichst guten Gleichlauf der Zylinderbänke und eine möglichst gleichmäßige Versorgung beider Zylinderbänke über beide Ladeluftkühler zu erreichen, sind die Ladeluftkühler luftausgangsseitig der Turbolader (also lufteingangsseitig der Ladeluftkühler) über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden. Diese Verbindungsleitung weist ein Absperrelement auf, das es gestattet, die Verbindung insgesamt aufzuheben (also das Absperrelement vollständig zu schließen), um zu bewirken, dass jede Zylinderbank ausschließlich durch den ihr zugeordneten Turbolader beaufschlagt wird. Das Absperrelement kann ferner vollständig geöffnet werden, um zu bewirken, dass luftausgangsseitig der Turbolader (also lufteingangsseitig der Ladeluftkühler) ein Druck- und Strömungsausgleich stattfindet, um eine Gleichstellung beider Zylinderbänke zu erreichen.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Absperrelement einen einstellbaren Querschnitt aufweist. Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Zuständen offen oder geschlossen ist vorliegend der Querschnitt der Verbindungsleitung einstellbar, insbesondere von geschlossen nach offen stufenlos einstellbar. Auf diese Weise lässt sich eine mehr oder weniger starke Koppelung der Ladeluftstränge erreichen. Es sind Betriebszustände von der vollständigen Koppelung bis hin zur vollständigen Abkoppelung beliebig einstellbar.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindungsleitung stromabwärts der Turbolader sowie stromaufwärts der Ladeluftkühler an Anschlusspunkten angeschlossen. Die vorstehend beschriebene Verbindungsleitung weist folglich Anschlusspunkte auf, die in beiden Ladeluftsträngen (nämlich den Ladeluftsträngen beider Zylinderbänke) stromabwärts der Turbolader und stromaufwärts der Ladeluftkühler liegen).
In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlusspunkte stromabwärts der Ladeluftkühler angeordnet. Auf diese Weise erfolgt die Druck- und Strömungsvermittlung zwischen den beiden Ladeluftsträngen erst stromabwärts der Ladeluftkühler.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform sind zwischen den Anschlusspunkten und lufteingangsseitig der Ladeluftkühler unabhängig voneinander betätigbare Drosselklappen angeordnet. Auf diese Weise lässt sich jede Zylinderbank über die ihr jeweils zugeordneten Drosselklappe, also die Drosselklappe, die nur in dem Ladeluftstrang der jeweiligen Zylinderbank liegt, unabhängig von der jeweils anderen Zylinderbank in ihrem Betrieb regeln und einstellen. In Verbindung mit der Absperrklappe in der Verbindungsleitung lässt sich somit ein Betrieb der Brennkraftmaschine erzielen, der von einer vollständigen Koppelung der Ladeluftstränge und völliger Gleichstellung der Zylinderbänke einerseits bis hin zur Vollabschaltung einer Zylinderbank durch Schließen der ihr zugeordneten Drosselklappe und beispielsweise Abschalten einer ihr zugeordneten Kraftstoffeinspritzung bei gleichzeitig aufgeladenem Betrieb unter Einsatz des jeweils anderen Abgasturboladers der jeweils anderen Zylinderbank bei geschlossener Absperrklappe reicht. Also auch in Betriebszuständen, in denen im Stand der Technik aus Energieeinsparungsgründen mit nur einer Zylinderbank gefahren wird, ist ein aufgeladener Betrieb möglich, wenn die Absperrklappe in der Verbindungsleitung vollständig geschlossen wird, sodass ein Entweichen von Ladeluftdruck des in Betrieb befindlichen Turboladers verhindert wird. Bei Zuschalten der zweiten Zylinderbank kann die Absperrklappe graduell geöffnet werden, um eine Druckangleichung bei Inbetriebnahme der zweiten Zylinderbank und des zweiten Abgasturboladers zu erreichen, sodass ein möglichst ruckfreies und für den Fahrer des Fahrzeugs nicht spürbares Zuschalten der zweiten Zylinderbank und eine geschmeidige Entfaltung der vollen Motorleistung erfolgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind stromabwärts der Ladeluftkühler Luftansaugkammern angeordnet, die gewissermaßen als Luftsammler dienen und zur Druckvermittlung beziehungsweise zum Druckausgleich vor Beaufschlagung der einzelnen Zylinder der jeweiligen Zylinderbank dienen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformern ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben. Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt eine turbogeladene Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken.
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit zwei Zylinderbänken 2, nämlich einer ersten Zylinderbank 3 und einer zweiten Zylinderbank 4. Jede Zylinderbank 2 weist Zylinder 5 auf, die auf der Abgasseite 6 in einen Abgasstrang 7 münden, in dem jeweils ein Abgasturbolader 8 angeordnet ist, der aus einer Abgasturbine 9 und aus einem dieser zugeordneten Verdichter 10 zum Komprimieren von Ladeluft und Bereitstellung von Ladedruck besteht. Auf diese Weise werden ein erster Turbolader 11 und ein zweiter Turbolader 12 ausgebildet, wobei dem ersten Turbolader 11 ein erster Ladeluftstrang 13 und dem zweiten Turbolader 12 ein zweiter Ladeluftstrang 14 nachgeschaltet ist. Im ersten Ladeluftstrang 13 folgt stromabseitig des ersten Turboladers 11 eine Drosselklappe 15, nämlich eine erste Drosselklappe 16. Entsprechend folgt im zweiten Ladeluftstrang 14 stromabseits des zweiten Turboladers 12 als Drosselklappe 15 eine zweite Drosselklappe 17. Den Drosselklappen 15 sind in jedem Ladeluftstrang 13, 14 Ladeluftkühler 18 nachgeschaltet, die ihrerseits in eine Luftansaugkammer 19 einmünden, von der aus die Zylinder 5 der jeweiligen Zylinderbank 2 mit Ladeluft versorgt werden. Stromabseits der Turbolader 8 und stromaufwärts der Drosselklappen 15 sind in dem ersten Ladeluftstrang 13 und in dem zweiten Ladeluftstrang 14 Anschlusspunkte 20 ausgebildet, zwischen denen eine ein Absperrelement 21 aufweisende Verbindungsleitung 22 besteht.
Durch Öffnen des Absperrelements 21 wird zwischen den beiden Anschlusspunkten 20 über die Verbindungsleitung 22 ein Druckausgleich zwischen dem ersten Ladeluftstrang 13 und dem zweiten Ladeluftstrang 14 bewirkt, der eine möglichst weitgehende Gleichstellung der beiden Zylinderbänke 2 bewirkt. Bei vollständigem Verschluss des Absperrelements 21 kann beispielsweise die erste Zylinderbank weiterhin aufgeladen unter Verwendung des ersten Turboladers 11 gefahren werden, dessen Ladeluftdruck durch die Absperrung des Absperrelements 21 nicht in den zweiten Ladeluftstrang 14 entweichen kann, während die zweite Zylinderbank 4 abgeschaltet ist und der zweite Turbolader 12 außer Betrieb ist. Durch graduelles Öffnen des Absperrelements 21 wird ein zunehmender Druckausgleich auch wieder in den zweiten Ladeluftstrang 14 bewirkt, sodass die zweite Zylinderbank 4 für den Fahrer unmerklich und ruckfrei wieder zugeschaltet werden kann, bis beide Zylinderbänke wieder im Normalbetrieb unter vollständiger Öffnung des Absperrelements 21 arbeiten. Über die Drosselklappen 15 kann hierbei der Betrieb der jeweiligen Zylinderbank 2 unabhängig von der jeweils anderen Zylinderbank geregelt werden.

1: Brennkraftmaschine
2: Zylinderbank
3: erste Zylinderbank
4: zweite Zylinderbank
5: Zylinder
6: Abgasseite
7: Abgasstrang
8: Turbolader
9: Abgasturbine
10: Verdichter
11: erster Turbolader
12: zweiter Turbolader
13: erster Ladeluftstrang
14: zweiter Ladeluftstrang
15: Drosselklappe
16: erste Drosselklappe
17: zweite Drosselklappe
18: Ladeluftkühler
19: Luftansaugkammer
20: Anschlusspunkt
21: Absperrelement
22: Verbindungsleitung

Claims

Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken, mit zwei Turboladern und mit zwei Ladeluftkühlern, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ladeluftkühler (18) luftausgangsseitig der Turbolader (8) über eine ein Absperrelement (21) aufweisende Verbindungsleitung (22) miteinander verbunden sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (21) einen einstellbaren Querschnitt aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (22) stromabwärts der Turbolader (8) sowie stromaufwärts der Ladeluftkühler (18) an Anschlusspunkten (20) angeschlossen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusspunkte (20) stromabwärts der Ladeluftkühler (18) angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anschlusspunkten (20) und den Eingangsseiten der Ladeluftkühler (18) unabhängig voneinander betätigbare Drosselklappen (15) angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Ladeluftkühler (18) Luftansaugkammern (19) liegen.