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Die
Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, die pro
Zylinder einen ersten Auslasskanal und einen zweiten Auslasskanal
aufweist, und mit einem ersten Abgaskanal, dem ein erster Abgasturbolader
nachgeschaltet ist, und mit einem zweiten Abgaskanal, dem ein zweiter
Abgasturbolader nachgeschaltet ist. Die Erfindung betrifft ferner
ein Verfahren zum Betreiben einer solchen mehrzylindrigen Brennkraftmaschine.
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Mehrzylindrige
Brennkraftmaschinen mit zwei Auslasskanälen pro Zylinder
sind beispielsweise aus der
DE 102 29 116 A1 bekannt, in der vorgeschlagen
wird, die ersten und zweiten Auslasskanäle eines jeden
Zylinders über getrennt steuerbare erste und zweite Auslassventile
dieses Zylinders mit Abgas zu beaufschlagen, wobei dem ersten Auslassventil
der erste Auslasskanal und dem zweiten Auslassventil der zweite
Auslasskanal zugeordnet ist. Die jeweils ersten Auslasskanäle
aller Zylinder der Brennkraftmaschine führen hierbei in
einen ersten Abgaskanal, nämlich einen ersten Abgaskrümmer, und
die jeweils zweiten Auslasskanäle aller Zylinder führen
hierbei in einen zweiten Abgaskanal, nämlich einen zweiten
Abgaskrümmer, wobei der erste und der zweite Abgaskrümmer
eine Turbine eines Abgasturboladers beaufschlagen. Die Abgasbeaufschlagung
des jeweils ersten oder zweiten Auslasskanals eines jeden Zylinders
der Brennkraftmaschine erfolgt hierbei durch eine Steuerung der Öffnung
der ersten und/oder zweiten Auslassventile. Ist nur das jeweils erste
Auslassventil geöffnet, wird auch nur der jeweils erste
Auslasskanal und damit der erste Abgaskrümmer beaufschlagt.
Sind beide Auslassventile geöffnet, werden sowohl der erste
als auch der zweite Auslasskanal eines jeden Zylinders und damit
sowohl der erste wie auch der zweite Abgaskrümmer beaufschlagt,
so dass die Turbine des Abgasturboladers von beiden Abgaskrümmern
mit dem Abgasvolumenstrom der Brennkraftmaschine aus beiden Abgaskrümmern
beaufschlagt wird. Der erste bzw. der zweite Abgaskrümmer
einer solchen Brennkraftmaschine sind für die Förderung
eines größeren oder kleineren Abgasvolumenstroms
mit unterschiedlichen Querschnittsflächen versehen. Aus
der
DE 10 2005 055 996 ist
eine ähnliche Brennkraftmaschine mit zwei Abgaskrümmern
bekannt, wobei der jeweils erste und zweite Abgaskrümmer
von einem ersten bzw. zweiten Auslassventil eines jeden Zylinders
der Brennkraftmaschine mit Abgas beaufschlagt wird, und wobei dem
ersten Abgaskrümmer ein erster Abgasturbolader und dem
zweiten Abgaskrümmer ein zweiter Abgasturbolader zugeordnet
ist und die beiden Abgasturbolader unterschiedlich dimensionierte Turbinen
aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, durch Abschalten
jeweils eines der beiden Auslassventile eines jeden Zylinders der
Brennkraftmaschi ne nur einen Abgasturbolader mit dem Abgas der Brennkraftmaschine
zu beaufschlagen, oder aber bei Betrieb beider Auslassventile eines
jeden Zylinders der Brennkraftmaschine beide Abgasturbolader zu
betreiben. Daran ist nachteilig, dass im Betrieb nur eines Abgasturboladers
das Abgas der Brennkraftmaschine (eines jeden Zylinders der Brennkraftmaschine)
lediglich durch ein Auslassventil ausgeschoben wird. Zwar werden
hierdurch positive Systemeigenschaften wie günstiges Ansprechverhalten
des Turboladers und Drehmoment im niedrigen Drehzahlbereich erreicht,
allerdings wird durch den beschriebenen Ausschiebvorgang des Abgases
durch nur ein Auslassventil ein deutlich erhöhter Ladungswechselverlust
bewirkt. Ferner ist an einigen im Stand der Technik bekannten Krümmerausführungen
deren konstruktive Komplexität nachteilig, insbesondere das
Vorhandensein von Kreuzungspunkten der Verrohrung der Abgaskrümmer
sowie eine in ungünstigen Fällen mechanische Anfälligkeit.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Reduzierung der Ladungswechselverluste im
Betrieb nur eines von zwei Abgasturboladern sowie eine Simplifizierung
der Abgaskrümmer-Geometrie. Ferner soll in bestimmten Ausführungsformen
eine Vereinfachung des Ventiltriebs sowie die Darstellung einer
Zündfolgetrennung im Betrieb mit zwei Abgasturboladern
erreicht werden. Ein möglichst universeller Verbrauch wird
angestrebt.
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Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst
durch eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, die pro Zylinder einen
ersten Auslasskanal und einen zweiten Auslasskanal aufweist, und
mit einem ersten Abgaskanal, dem ein erster Abgasturbolader nachgeschaltet
ist, und mit einem zweiten Abgaskanal, dem ein zweiter Abgasturbolader
nachgeschaltet ist. Es ist vorgesehen, dass bei mindestens einem der
Zylinder der erste und der zweite Auslasskanal mit dem ersten Abgaskanal
verbunden sind, und dass bei mindestens einem weiteren der Zylinder
der erste Auslasskanal mit dem ersten Abgaskanal und der zweite
Auslasskanal mit dem zweiten Abgaskanal verbunden ist. Die Trennung
der der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Abgaswege geschieht demzufolge
nicht mehr (notwendig) zylinderindividuell, sondern in einer solchen
Art und Weise, die auf das Gesamtsystem der Brennkraftmaschine abstellt. Die
Zylinder weisen demzufolge, wie aus dem Stand der Technik bekannt,
zwei Auslasskanäle auf. Diese sind bei mindestens einem
Zylinder derart ausgestaltet, dass sie beide mit dem ersten Abgaskanal
verbunden sind, wohingegen sie bei mindestens einem weiteren Zylinder
in aus dem Stand der Technik bekannter Weise mit den beiden Abgaskanälen
verbunden sind, nämlich der erste Auslasskanal mit dem ersten
Abgaskanal und der zweite Auslasskanal mit dem zweiten Abgaskanal.
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In
einer Ausführungsform sind die Abgaskanäle als
Abgaskrümmer ausgebildet. Die Auslasskanäle sind
demzufolge als Abgasweg zwischen dem einem Zylinder der Brennkraftmaschine
zugeordneten Auslassventil und einem Eintritt in den Abgaskanal
ausgebildet, die Abgaskanäle als solche in aus dem Stand
der Technik bekannter Art und Weise als Abgaskrümmer, insbesondere
nämlich als Fächerkrümmer.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist mindestens einem der
Abgasturbolader ein Bypass zugeordnet. Der Bypass erlaubt es, wie
aus dem Stand der Technik bekannt, den Betriebspunkt des Abgasturboladers
durch gezieltes Vorbeileiten des Abgasvolumenstroms einstellen zu
können und einen gewünschten Betrieb durch Steuerung
der Beaufschlagung mit dem Abgasvolumenstrom zu ermöglichen.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist mindestens einer der
Abgaskanäle einen motorseitigen Kanalabschnitt und ein
abgasturboladerseitiges Kanalstück auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Kanalabschnitte
an einer Einmündung zusammengeführt und diese
Einmündung mit nur einem Kanalstück verbunden.
Mehrere Kanalabschnitte, also die motorseitigen Bereiche von Abgaskanälen,
sind hierbei an der Einmündung zusammengeführt,
beispielsweise in der Art eines Fächerkrümmers,
wobei diese Einmündung mit nur einem Kanalstück,
also dem abgasturboladerseitigen Abschnitt des Abgaskanals, verbunden
ist. Hierbei ist es möglich, dass beispielsweise ein Kanalabschnitt
mehrerer Zylinder an der Einmündung zusammengeführt werden,
von der aus das Kanalstück zum Abgasturbolader führt.
Es ist ebenso möglich, dass mehrere Kanalabschnitte eines
Zylinders, beispielsweise diejenigen, die dem ersten und der zweiten
Auslasskanal mit dem ersten und zweiten Auslassventil zugeordnet
sind, an der Einmündung zusammengeführt werden
und über das eine Kanalstück zu dem Abgasturbolader
führen. Insbesondere ist es möglich, dass mehrere
Kanalabschnitte mehrerer Zylinder, beispielsweise nur vom ersten
Abgaskanal mit dem ersten Auslassventil oder nur vom zweiten Abgaskanal mit
dem zweiten Auslassventil zusammengeführt werden und/oder
dass mehrere Kanalabschnitte eines oder mehrerer Zylinder, beispielsweise
die ersten und zweiten Auslasskanäle eines Zylinders oder die
ersten und zweiten Auslasskanäle mehrerer Zylinder, an
der Einmündung zusammengeführt und von dort über
das eine Kanalstück mit dem Abgasturbolader verbunden sind.
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Weiter
wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
insbesondere nach einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen, wobei jeder Auslasskanal mittels eines
steuerbaren Auslassventils mit Abgas beaufschlagbar ist. Hierbei
ist vorgesehen, dass im Betrieb mit nur einem Abgasturbolader mindestens
ein Zylinder, dessen erster und zweiter Auslasskanal mit dem ersten
Abgaskanal verbunden sind, eine verkürzte Auslasszeit aufweist,
und/oder mindestens ein Zylinder bzw. ein weiterer Zylinder, dessen
erster Auslasskanal mit dem ersten Abgaskanal und dessen zweiter
Auslasskanal mit dem zweiten Abgaskanal verbunden ist, eine längere
Auslasszeit aufweist. Mit kürzerer oder längerer
Auslasszeit ist hierbei eine Veränderung der im Normalbetrieb üblichen
Auslasszeit gemeint. Beispielsweise ist, bei einem angenommenen
Normalbetrieb von 190° Kurbelwellenwinkel für
die Auslasszeit eine verkürzte Auslasszeit eine solche
von beispielsweise 160° Kurbelwellenwinkel und eine verlängerte
Auslasszeit beispielsweise eine solche von 200° Kurbelwellenwinkel.
Hierbei wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Zylinder, deren
erster und zweiter Auslasskanal mit dem ersten Abgaskanal verbunden sind,
einen größeren Durchlassquerschnitt für
das Abgas aufweisen als ein anderer Zylinder, dessen erster Auslasskanal
mit dem ersten Abgaskanal und dessen zweiter Auslasskanal mit dem
zweiten Abgaskanal verbunden ist, wenn ein Betrieb mit nur einem
Abgasturbolader stattfindet, nämlich beispielsweise demjenigen,
der dem ersten Abgaskanal zugeordnet ist.
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In
einer weiteren Verfahrensausbildung ist vorgesehen, dass im Betrieb
mit beiden Abgasturboladern mindestens ein Zylinder, dessen erster
und zweiter Auslasskanal mit dem ersten Abgaskanal verbunden sind,
eine verkürzte Auslasszeit aufweist, und/oder mindestens
ein Zylinder bzw. mindestens ein weiterer Zylinder, dessen erster
Auslasskanal mit dem ersten Abgaskanal und dessen zweiter Auslasskanal
mit dem zweiten Abgaskanal verbunden ist, eine längere
Auslasszeit aufweist.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus Kombinationen derselben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert, ohne aber hierauf beschränkt zu sein.
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Es
zeigen:
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1 eine
Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern und zwei Abgaskanälen;
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2 eine
solche Brennkraftmaschine mit einer anderen Anordnung der Abgaskanäle;
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3 ein
Diagramm zur Darstellung von Öffnungszeiten von Ein- und
Auslassventilen solcher Brennkraftmaschinen im Ein-Turbolader-Betrieb
und
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4 ein
solches Diagramm für einen Zwei-Turbolader-Betrieb.
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1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 2,
nämlich einem ersten Zylinder 2.1, einem zweiten
Zylinder 2.2, einem dritten Zylinder 2.3 und einem
vierten Zylinder 2.4. Jeder der Zylinder 2 weist
zwei Auslassventile 3 auf, nämlich ein erstes Auslassventil 3.1 und
ein zweites Auslassventil 3.2 (der Einfachheit halber nur
für den ersten Zylinder 2.1 dargestellt). Die
Brennkraftmaschine 1 weist eine variable Ventilsteuerung
auf, so dass festgelegt werden kann, welches der Auslassventile 3 eines
jeden Zylinders 2 als erstes Auslassventil 3.1 oder
als zweites Auslassventil 3.2 geschaltet ist. Es ist demzufolge nicht
zwingend erforderlich, dass das in der Zylinderreihenfolge erste
Auslassventil 3 das erste Auslassventil 3.1 und
das in der Zylinderreihenfolge zweite Auslassventil 3 das
zweite Auslassventil 3.2 ist, vielmehr kann diese Reihenfolge
umgekehrt sein, nämlich so, dass das in der Zylinderreihenfolge
erste Auslassventil 3 das zweite Auslassventil 3.2 und
das in der Zylinderreihenfolge zweite Auslassventil 3 das erste
Auslassventil 3.1 ist – bezogen auf ihre funktionale
Schaltung. Die Brennkraftmaschine 1 weist, den Auslassventilen 3 zugeordnet,
jeweils einen Auslasskanal 4 auf, bei zwei Auslassventilen 3 pro
Zylinder 2 demzufolge zwei Auslasskanäle 4,
nämlich einen ersten Auslasskanal 4.1 und einen
zweiten Auslasskanal 4.2. Jeder Auslasskanal 4 mündet
in einen Abgaskanal 5, wobei jedem Abgaskanal 5 eine
Turbine 6 eines Abgasturboladers 7 mit Verdichter 8 zur
Förderung von Verbrennungsluft 9 und Zuführung
zur Brennkraftmaschine 1 über einen Ansaugkrümmer 10 aufweist.
Die Abgaskanäle 5 sind als erster Abgaskanal 5.1 und
als zweiter Abgaskanal 5.2 ausgebildet, wobei dem ersten
Abgaskanal 5.1 ein erster Turbolader 7.1 und dem
zweiten Abgaskanal 5.2 ein zweiter Turbolader 7.2 zugeordnet
ist. Der erste Abgaskanal 5.1 weist darüber hinaus
einen Bypass 11 auf, der es gestattet, im ersten Abgaskanal 5.1 von der
Brennkraftmaschine 1 zugeführtes Abgas an der Turbine 6 des
ersten Abgasturboladers 7.1 vorbeizuleiten. Auf diese Weise
lässt sich das Betriebsverhalten des ersten Abgasturboladers 7.1 durch
gezielte Beaufschlagung mit dem Abgasvolumenstrom, der im ersten
Abgaskanal 5.1 geführt ist, steuern.
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Der
erste Zylinder 2.1 und der vierte Zylinder 2.4 sind
jeweils mit ihren ersten und zweiten Auslasskanälen 4.1, 4.2 an
den ersten Abgaskanal 5.1 angeschlossen, wohingegen der
zweite Zylinder 2.2 und der dritte Zylinder 2.3 der
Brennkraftmaschine 1 mit ihrem ersten Auslasskanal 4.1 an
den zweiten Abgaskanal 5.2 und mit ihrem jeweiligen zweiten
Auslasskanal 4.2 an den ersten Abgaskanal 5.1 angeschlossen
sind. Wird beispielsweise ein Betrieb mit nur dem ersten Turbolader 7.1 gewünscht,
dessen Turbine 6 dem ersten Abgaskanal 5.1 zugeordnet
ist, erfolgt dessen Abgasbeaufschlagung hinsichtlich des ersten
Zylinders 2.1 über dessen beide Auslassventile 3.1 und 3.2,
ebenso hinsichtlich des vierten Zylinders 2.4, bei dem
ebenfalls beide Auslassventile 3 in den ersten Abgaskanal 5.1 öffnen
und beide Auslasskanäle 4, nämlich der
erste Auslasskanal 4.1 und der zweite Auslasskanal 4.2,
in den ersten Abgaskanal 5.1 münden. Hinsichtlich
des zweiten Zylinders 2.2 und des dritten Zylinders 2.3 hingegen
mündet jeweils nur ein Auslasskanal 4, gegebenenfalls
in Abhängigkeit der Schaltung der Auslassventile 3 dieser Zylinder 2 als
jeweils erstes Auslassventil 3.1 oder zweites Auslassventil 3.2,
in den ersten Abgaskanal 5.1, wohingegen das jeweils andere
Auslassventil 3 in den zweiten Abgaskanal 5.2 mündet,
der der Turbine 6 des zweiten Abgasturboladers 7.2 angeschlossen
ist. Wird nun ein Betrieb mit nur dem ersten Abgasturbolader 7.1 gewünscht,
werden lediglich im zweiten Zylinder 2.2 und im dritten
Zylinder 2.3 die Auslassventile 3, die in den
zweiten Abgaskanal 5.2 münden, abgeschaltet. Die
jeweils in Betrieb befindlichen Auslassventile 3 des zweiten
Zylinders 2.2 und des dritten Zylinders 2.3 schieben
das Abgas in den ersten Abgaskanal 5.1 aus, der dem ersten
Turbolader 7.1 angeschlossen ist. Der zweite Abgasturbolader 7.2 wird,
da seine Turbine 6 im zweiten Abgaskanal 5.2 liegt,
der in dieser Betriebsart nicht mit Abgas beaufschlagt wird, nicht
betrieben. Wird ergänzend der Betrieb mit dem zweiten Turbolader 7.2 gewünscht,
werden die im Ein-Turbolader-Betrieb, wie vorstehend beschrieben,
abgeschalteten Auslassventile 3 des zweiten Zylinders 2.2 des
dritten Zylinders 2.3 zugeschaltet, wodurch auch der zweite
Abgaskanal 5.2 und damit die Turbine 6 des zweiten
Abgasturboladers 7.2 mit Abgas beaufschlagt wird und der
Verdichter 8 des zweiten Abgasturboladers 7.2 Verbrennungsluft 9 fördert.
Um die unterschiedlichen Öffnungsquerschnitte, die in der
Ein-Turbolader-Betriebsart bei dem ersten Zylinder 2.1 und
dem vierten Zylinder 2.4 einerseits im Verhältnis
zum zweiten Zylinder 2.2 und dem dritten Zylinder 2.3 andererseits vorliegen,
auszugleichen, können, wie später beschrieben
werden wird, die Auslass-Zeiten des zweiten Zylinders 2.2 und
des dritten Zylinders 2.3, die im Ein-Turbolader-Betrieb
jeweils nur mit einem Auslassventil 3 betrieben werden,
verlängert und/oder die Auslasszeiten der mit jeweils zwei
Auslassventilen 3 betriebenen Zylinder 2.1 und 2.4 verkürzt
werden. Auf diese Weise ergibt sich hinsichtlich des Abgasausschubs
aus den jeweiligen Zylindern 2 ein gleiches Verhältnis
von Öffnungszeit des jeweiligen Auslassventils 3 zum Öffnungsquerschnitt,
zur Bewirkung eines im Wesentlichen gleichen, auszuschiebenden Abgasvolumens.
Auf diese Weise wird sehr vorteilhaft die Rückwirkung von
auszuschiebenden Abgasvolumina in dem ersten Abgaskanal 5.1 auf
die Auslasskanäle 4 des zwei ten Zylinders 2.2 und
des dritten Zylinders 2.3 verhindert, wodurch auch hier ein
ungehinderter Abgasausstoß erfolgen kann. Hierbei kann
sehr vorteilhaft die bei konventioneller Anordnung gegebene Zündfolgentrennung
beibehalten werden, wobei sich aufgrund der Änderung der
Auslasszeiten die auslassseitige Beeinflussung der in der Zündfolge
nacheinander ausschiebenden Zylinder 2 eben durch diese Änderung
der Auslasszeiten der Auslassventile 3 wirksam verhindern
lässt. Bei Ein-Turbolader-Betrieb mit nur dem ersten Turbolader 7.2 lässt
sich eine gute Ladedruckregulierung in aus dem Stand der Technik
bekannter Weise vorteilhaft über den Bypass 11 bewirken.
Die Ladungswechselverluste im Ein-Turbolader-Betrieb hinsichtlich
des ersten Zylinders 2.1 und des vierten Zylinders 2.4 lassen
sich durch eine Verdoppelung der Ausströmquerschnitte aus
dem Brennraum bei Betrieb mit beiden Auslasskanälen 4 und
beiden Auslassventilen 2 der jeweiligen Zylinder 2 auf
den ersten Abgaskanal 5.1 sehr vorteilhaft reduzieren.
Auf diesen Zylindern 2.1 und 2.4 sind keine Ventiltriebsvariabilitäten
notwendig.
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2 sieht
eine andere Ausführungsform der mehrzylindrige Brennkraftmaschine 1 vor,
die wiederum vier Zylinder 2 aufweist, wie vorstehend zu 1 beschrieben,
nämlich den ersten Zylinder 2.1 bis vierten Zylinder 2.4,
wobei wiederum ein Vierzylinder-Reihenmotor 12 ausgebildet
wird. Die der Brennkraftmaschine 1 zugeordnete Verschaltung
der Abgasturbolader 7 und von deren jeweiligen Turbinen 6 ist
im Wesentlichen identisch, hierzu wird auf 1 verwiesen.
Eine abweichende Ausgestaltung erfahren die Auslasskanäle 4 und
nachgeschalteten Abgaskanäle 5, die nachfolgend
im Einzelnen beschrieben werden. Die Abgaskanäle 5 weisen
hierzu motorseitige Kanalabschnitte 18 auf, die an einer
Einmündung 19 zusammengeführt sind und
in ein abgasturboladerseitiges Kanalstück 20 münden.
Mehrere Kanalabschnitte 18 können hierbei nur
einem Zylinder 2 oder auch mehreren Zylindern 2 angeschlossen
sein. Der erste Zylinder 2.1 und der zweite Zylinder 2.2 sind
beispielsweise mit insgesamt drei motorseitigen Kanalabschnitten 18 einer
Einmündung 19 angeschlossen, was ebenso für
den dritten Zylinder 2.3 und den vierten Zylinder 2.4 gilt,
wobei diese beiden, jeweils zugeordneten Einmündungen 19 und
die abgasturboladerseitigen Kanalstücke 20, die
von der jeweiligen Einmündung 19 abgehen, in dem
ersten Abgaskanal 5.1 fortgeführt und zum ersten
Abgasturbolader 7.1 geführt sind. Der zweite Zylinder 2.2 und
der dritte Zylinder 2.3 sind daneben mit jeweils einem
motorseitigen Kanalabschnitt 18, die in einer Einmündung 19 zusammengeführt
und in einem abgasturboladerseitigen Kanalstück 20 fortgesetzt
werden, dem zweiten Abgaskanal 5.2 und damit dem zweiten
Abgasturbolader 7.2 angeschlossen. Die Auslasskanäle 4 münden
hierzu in Abgaskrümmer 13, nämlich einen
ersten Abgaskrümmer 13.1, der dem ersten Auslasskanal 4.1,
dem zweiten Abgaskanal 4.2 des ersten Zylinders 2.1 und
dem ersten Auslasskanal 4.1 des zweiten Zylinders 2.2 zugeordnet
ist, einen zweiten Abgaskrümmer 13.2, der dem
zweiten Auslasskanal 4.2 des zweiten Zylinders 2.2 und
dem ersten Auslasskanal 4.1 des dritten Zylinders 2.3 zugeordnet
ist, sowie einem dritten Abgaskrümmer 13.3, der
dem zweiten Auslasskanal 4.2 des dritten Zylinders 2.3 und
sowohl dem ersten Auslasskanal 4.1 wie auch dem zweiten
Auslasskanal 4.2 des vierten Zylinders 2.4 zugeordnet
ist. Die Abgaskrümmer 13 werden hierbei als Abgaskanäle 5 ausgebildet
und/oder fortgeführt, nämlich dergestalt, dass
der erste Abgaskrümmer 13.1 und der dritte Abgaskrümmer 13.3 den
ersten Abgaskanal 5.1 mit Abgas beaufschlagen, dem der
erste Abgasturbolader 7.1 stromabwärts nachgeschaltet
ist, und der zweite Abgaskrümmer 13.2 den zweiten
Abgaskanal 5.2 mit Abgas beaufschlagt, dem stromabwärts
der zweite Abgasturbolader 7.2 nachgeschaltet ist. Auf
diese Weise lässt sich sehr einfach eine symmetrische Anordnung
der Auslasskanäle 4 und der Abgaskanäle 5 erzielen,
wodurch einerseits eine sehr gute Entflechtung der Abgaskanäle 4 bewirkt
ist, so dass diese beispielsweise sehr vorteilhaft innerhalb eines
Zylinderkopfes 14 der Brennkraftmaschine 1 ausgebildet werden
können, und andererseits eine sehr hohe Flexibilität
in der Anordnung der den Auslasskanälen 4 beziehungsweise
der Abgaskanälen 5 nachgeordneten Abgasanlage
(nicht dargestellt) erzielt werden. Insbesondere ist es hierbei
möglich, die Abgasanlage „auf Umschlag” auszugestalten,
also dergestalt, dass sie in die eine wie auch in die andere Richtung an
der Brennkraftmaschine 1 angeordnet werden kann, eben aufgrund
ihrer Symmetrie. Die Abgasturbolader 7 können
demzufolge beliebig auf der einen wie auch der anderen Seite der
Brennkraftmaschine (in Richtung der Zylinderbank betrachtet) angeordnet werden;
in 2 ist demzufolge ohne Weiteres auch eine Anordnung
des ersten Turboladers 7.1 und/oder des zweiten Turboladers 7.2 (nur
symbolisch dargestellt) auf der rechten Seite statt, wie vorliegend
gezeigt, auf der linken Seite der Brennkraftmaschine 1 möglich.
Hinsichtlich der vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerzeiten, insbesondere
Auslasszeiten, der einzelnen, hier nicht dargestellten Auslassventile 3 (vergleiche 1),
wird auf das zu 1 beschriebene verwiesen.
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3 zeigt
ein Diagramm zur Darstellung von Öffnungszeiten von Einlassventilen
(Einlasszeiten 17) und Auslassventilen 3 (Auslasszeiten 16)
einer Brennkraftmaschine 1, wie vorstehend näher
beschrieben, wobei vorliegend die Anordnung von Auslasskanälen 4 und
Abgaskanälen 5 wie in 2 beschrieben
zugrundegelegt wird. Auf der x-Achse des Diagramms in 3 (Abszisse)
ist hierbei ein Kurbelwellenwinkel 15 (in °KW)
zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs und auf der y-Achse (Ordinate)
der jeweilige Zylinder 2.1 bis 2.4 dargestellt.
Beispielhaft dargestellt sind für jeden Zylinder 2.1 bis 2.4 Auslasszeiten 16 und
Einlasszeiten 17, wobei erkennbar ist, dass der zweite
Zylinder 2.2 und der dritte Zylinder 2.3 mit jeweils
nur einem Auslassventil 3 betrieben werden. In 3 nicht
dargestellte, insbesondere konstruktive Bezugszeichen beziehen sich
auf die 1 und 2. Beispielhaft
sind die Auslasszeiten 16 und Einlasszeiten 17,
also die jeweiligen Öffnungszeiten der zugeordneten Einlassventile
beziehungsweise Auslassventile 3, zahlenmäßig
in °KW dargestellt. Der erste Zylinder 2.1 beispielsweise weist
hierbei, da er mit zwei Auslassventilen 3 betrieben wird,
Auslasszeiten 16 für beide seiner Auslassventile 3 von
160°KW auf, was ebenfalls für den vierten Zylinder 2.4 gilt.
Der zweite Zylinder 2.2 und der dritte Zylinder 2.3 hingegen
werden nur mit einem Auslassventil 3 im dargestellten Ein-Turbolader-Betrieb
betrieben, und weisen zur Kompensation des so reduzierten Durchströmungsquerschnitts
des nur einen betriebenen Auslassventils 3 verlängerte
Auslasszeiten 16 von jeweils 200°KW auf. Die Einlasszeiten 17 des
ersten Zylinders 2.1 und des vierten Zylinders 2.4 betragen
hierbei 200°KW, die Einlasszeiten 17 des zweiten
Zylinders 2.2 und des dritten Zylinders 2.3 hingegen
nur jeweils 190°KW. Dadurch, dass der erste Zylinder 2.1 und
der zweite Zylinder 2.4 jeweils mit beiden Auslassventilen 3 betrieben werden,
weisen diese Zylinder 2 einen größeren
Auslassquerschnitt auf als die Zylinder 2, die mit jeweils nur
einem Auslassventil 3 betrieben werden, nämlich der
zweite Zylinder 2.2 und der dritte Zylinder 2.3.
Um diesen Unterschied in den Öffnungsquerschnitten zu kompensieren,
werden die Auslasszeiten 16 des ersten Zylinders 2.1 und
des vierten Zylinders 2.4 verkürzt und die Auslasszeiten 16 des
zweiten Zylinders 2.2 und des dritten Zylinders 2.3 durch
die (insbesondere variable) Ventilsteuerung verlängert.
Hierdurch ist es möglich, mit einer unterschiedlichen Anzahl
von Auslassventilen 3 pro Zylinder 2 zu operieren,
ohne die Zündfolgetrennung aufzugeben, also die auslassseitige
Beeinflussung von in Zündfolge nacheinander Abgas gusschiebenden
Zylindern 2 zu vermeiden.
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4 zeigt,
wie 3, auf der x-Achse (Abszisse) wiederum den zeitlichen
Verlauf durch Angabe des Kurbelwellenwinkels 15 in °KW,
wobei auf der y-Achse (Ordinate) die jeweiligen Zylinder 2,
nämlich der erste Zylinder 2.1 bis zum vierten
Zylinder 2.4, für den Zwei-Turbolader-Betrieb
dargestellt sind, also für einen solchen Betrieb, in dem
beide Abgasturbolader 7 mit Abgas beaufschlagt werden,
demzufolge sämtliche Zylinder 2 unter Verwendung
jeweils beider Auslassventile 3 Abgas ausschieben. Zumindest
die Auslassventile 3 sind hierbei als steuerbare Auslassventile 3 ausgebildet.
Die Auslasszeiten 16 und die Einlasszeiten 17 sind
wiederum, wie aus 3 bekannt, in ihrem zeitlichen
Ablauf entlang der Abszisse in °KW dargestellt. Gezeigt
ist eine Steuerzeitenstrategie, die im Zwei-Turbolader-Betrieb Anwendung findet,
um die Ladungswechselverluste des zweiten Zylinders 2.2 und
des dritten Zylinders 2.3 zu minimieren und die gewünschte
Kommunikation zwischen beiden Abgaskanälen 5 (vergleiche 1 und 2)
sicherzustellen. Diese Steuerzeitenstrategie ist insbesondere vorteilhaft,
wenn durch Kommunikation zwischen den beiden Abgaskanälen 5 auf
einen Bypass 11 in dem zweiten Abgaskanal 5.2 verzichtet werden
kann, der dem zweiten Zylinder 2.2 und dem dritten Zylinder 2.3 zugeordnet
ist. Der gesamte Bypassmassenstrom fließt hierbei über
den dem ersten Abgasturbolader 7.1 zugeordneten ersten
Abgaskanal 5.1. Die zur Verfügung stehenden Öffnungsquerschnitte
können hierdurch effizient genutzt werden. Die Auslasszeiten 16 des
zweiten Zylinders 2.2 und des dritten Zylinders 2.3 sind
hierbei für deren jeweiliges erstes Auslassventil 3.1 und
zweites Auslassventil 3.2 unterschiedlich, nämlich
beispielsweise 215°KW für das zweite Auslassventil 3.2,
das dem zweiten Abgaskanal 5.2 und damit dem zweiten Abgasturbolader 7.2 zugeordnet
ist, und 150°KW für das jeweils erste Auslassventil 3.1,
das dem ersten Abgaskanal 5.1 und damit dem ersten Abgasturbolader 7.1 zugeordnet
ist. Wahlweise kann das erste Auslassventil 3.1 des zweiten
Zylinders 2.2 und des dritten Zylinders 2.3 deaktivierbar
sein, mit der Folge, dass das Abgas dieses zweiten Zylinders 2.2 und dritten
Zylinders 2.3 über die auf 215°KW verlängerte Auslasszeit 16 ausschließlich
dem zweiten Abgaskanal 5.2 und damit dem zweiten Abgasturbolader 7.2 zugeführt
wird, was insbesondere im Hochlauf dieses zweiten Abgasturboladers 7.2 bei
Zuschaltung vorteilhaft eine große Menge an Energie zuführt.
Ist das auf kleineren Ventilhub auf dem zweiten Zylinder 2.2 und
dem dritten Zylinder 2.3 zugeordnete Auslassventil 3 deaktivierbar,
kann dieses durch gestuftes Zuschalten den zweiten Abgasturbolader 7.2 bei
der Umschaltung zwischen Ein-Turbolader-Betrieb und Zwei-Turbolader-Betrieb
an dem Betriebspunkt des permanent laufenden ersten Abgasturboladers 7.1 heranführen.
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinder
- 2.1
- erster
Zylinder
- 2.2
- zweiter
Zylinder
- 2.3
- dritter
Zylinder
- 2.4
- vierter
Zylinder
- 3
- Auslassventil
- 3.1
- erstes
Auslassventil
- 3.2
- zweites
Auslassventil
- 4
- Auslasskanal
- 4.1
- erster
Auslasskanal
- 4.2
- zweiter
Auslasskanal
- 5
- Abgaskanal
- 5.1
- erster
Abgaskanal
- 5.2
- zweiter
Abgaskanal
- 6
- Turbine
- 7
- Abgasturbolader
- 7.1
- erster
Abgasturbolader
- 7.2
- zweiter
Abgasturbolader
- 8
- Verdichter
- 9
- Verbrennungsluft
- 10
- Ansaugkrümmer
- 11
- Bypass
- 12
- Vierzylinderreihenmotor
- 13
- Abgaskrümmer
- 13.1
- erster
Abgaskrümmer
- 13.2
- zweiter
Abgaskrümmer
- 13.3
- dritter
Abgaskrümmer
- 14
- Zylinderkopf
- 15
- Kurbelwellenwinkel
- 16
- Auslasszeit
- 17
- Einlasszeit
- 18
- Kanalabschnitt
- 19
- Einmündung
- 20
- Kanalstück
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10229116
A1 [0002]
- - DE 102005055996 [0002]