DE102014203084A1 - Supercharged internal combustion engine e.g. petrol engine, has inlet openings comprising flows of turbine, where flows of turbine are connected by release of bypass in upstream of running wheel and in downstream of inlet openings - Google Patents

Supercharged internal combustion engine e.g. petrol engine, has inlet openings comprising flows of turbine, where flows of turbine are connected by release of bypass in upstream of running wheel and in downstream of inlet openings Download PDF

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Jörg Kemmerling
Andreas Kuske
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Jens Dunstheimer
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Abstract

The engine has a double-flow turbine comprising a running wheel (3) stored in a turbine housing (2) on a rotatable shaft (4). Two inlet openings (6, 7) comprise two flows (8, 9) of the turbine and connect the flows to the running wheel. The flows are separated from each other by a housing wall (5) such that the effluent streams of the flows to be conducted are disconnected from each other on the running wheel. The flows of the turbine within the housing are connected with one another by release of a bypass in upstream of the running wheel and in downstream of the inlet openings. The double-flow turbine is designed as an alternating current turbine or a twin current turbine.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der

  • – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder via Abgasabführsystem aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt,
  • – mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden,
  • – die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, und
  • – die beiden Gesamtabgasleitungen mit einer zweiflutigen Turbine, die mindestens ein in einem Turbinengehäuse auf einer drehbaren Welle gelagertes Laufrad umfasst, in der Art verbunden sind, dass jeweils eine Gesamtabgasleitung mit einer der beiden Fluten der zweiflutigen Turbine verbunden ist, wobei die beiden Fluten bis hin zu dem mindestens einen Laufrad mittels Gehäusewandung voneinander getrennt sind und innerhalb des Turbinengehäuses durch Freigeben mindestens eines Überströmkanals stromaufwärts des mindestens einen Laufrades miteinander verbindbar sind.
The invention relates to a supercharged internal combustion engine having at least one cylinder head with at least two cylinders, in which
  • Each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases out of the cylinder via the exhaust gas removal system and an exhaust gas line adjoins each outlet opening,
  • At least two cylinders are configured in such a way that they form two groups each having at least one cylinder,
  • - Combine the exhaust gas lines of the cylinder of each cylinder group to form an exhaust manifold to form an overall exhaust line, and
  • - The two total exhaust gas lines with a twin-bladed turbine, which comprises at least one mounted in a turbine housing on a rotatable shaft impeller, are connected in such a way that in each case an overall exhaust gas line is connected to one of the two floods of the twin-bladed turbine, the two floods up to the at least one impeller by means of housing wall are separated from each other and within the turbine housing by releasing at least one overflow upstream of the at least one impeller are connected to each other.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.Furthermore, the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Ottomotoren, Dieselmotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes gasoline engines, diesel engines, but also hybrid internal combustion engines that use a hybrid combustion process, as well as hybrid drives, which in addition to the internal combustion engine comprise an electric motor which can be connected to the internal combustion engine, which receives power from the internal combustion engine or as switchable auxiliary drive additionally delivers power.

Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der Zylinder miteinander verbunden werden. Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme des Ventiltriebs. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane – in der Regel in Gestalt von Ventilen – und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung dieser Steuerorgane. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder und das Füllen der Brennräume, d. h. das Ansaugen des Frischgemisches bzw. der Ladeluft über die Einlassöffnungen.Internal combustion engines have a cylinder block and a cylinder head, which are connected to form the cylinder. The cylinder head is usually used to hold the valve train. In order to control the charge cycle, an internal combustion engine requires controls - usually in the form of valves - and actuators to operate these controls. The required for the movement of the valves valve actuating mechanism including the valves themselves is referred to as a valve train. As part of the charge exchange, the exhaust of the combustion gases via the outlet openings of the at least two cylinders and the filling of the combustion chambers, d. H. the intake of the fresh mixture or the charge air via the inlet openings.

Die Abgasleitungen, die sich an die Auslassöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert und werden zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung oder aber gruppenweise zu zwei oder mehreren Gesamtabgasleitungen zusammengeführt. Das Zusammenführen von Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung wird im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Abgaskrümmer bezeichnet.The exhaust pipes, which connect to the outlet openings, are at least partially integrated in the cylinder head according to the prior art and are combined to form a common overall exhaust gas line or in groups to two or more total exhaust gas lines. Merging exhaust pipes to an overall exhaust line is referred to generally and in the context of the present invention as an exhaust manifold.

Auf welche Weise die Abgasleitungen der Zylinder im Einzelfall zusammengeführt werden, d. h. die konkrete Auslegung des Abgasabführsystems, hängt im Wesentlichen davon ab, hinsichtlich welcher Betriebsbereiche das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine optimiert werden soll.In what way the exhaust pipes of the cylinders are merged in an individual case, d. H. The concrete design of the Abgasabführsystems depends essentially on which operating ranges, the performance of the internal combustion engine to be optimized.

Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, bei denen im Abgasabführsystem mindestens eine Turbine eines Abgasturboladers vorgesehen ist und die im unteren Drehzahl bzw. Lastbereich, d. h. bei kleineren Abgasmengen, ein zufriedenstellendes Betriebsverhalten aufweisen sollen, wird eine sogenannte Stoßaufladung angestrebt, d. h. bevorzugt.In supercharged internal combustion engines in which at least one turbine of an exhaust gas turbocharger is provided in the Abgasabführsystem and in the lower speed or load range, d. H. For smaller quantities of exhaust gas, to have a satisfactory performance, a so-called shock charging is sought, d. H. prefers.

Dabei sollen die – insbesondere während des Ladungswechsels – im Abgasabführsystem ablaufenden dynamischen Wellenvorgänge zum Zwecke der Aufladung und zur Verbesserung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine genutzt werden.The purpose is to use the dynamic wave processes which take place in the exhaust gas removal system, in particular during the charge exchange, for the purpose of charging and for improving the operating behavior of the internal combustion engine.

Die Evakuierung der Verbrennungsgase aus einem Zylinder der Brennkraftmaschine im Rahmen des Ladungswechsels beruht im Wesentlichen auf zwei unterschiedlichen Mechanismen. Wenn sich zu Beginn des Ladungswechsels das Auslassventil nahe des unteren Totpunktes öffnet, strömen die Verbrennungsgase aufgrund des gegen Ende der Verbrennung im Zylinder vorherrschenden hohen Druckniveaus und der damit verbundenen hohen Druckdifferenz zwischen Brennraum und Abgasleitung mit hoher Geschwindigkeit durch die Auslassöffnung in das Abgasabführsystem. Dieser druckgetriebene Strömungsvorgang wird durch eine hohe Druckspitze begleitet, die auch als Vorauslassstoß bezeichnet wird und sich entlang der Abgasleitung mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzt, wobei sich der Druck mit zunehmender Wegstrecke infolge Reibung mehr oder weniger stark abbaut, d. h. verringert.The evacuation of the combustion gases from a cylinder of the internal combustion engine in the context of the charge exchange is based essentially on two different mechanisms. When, at the beginning of the charge cycle, the exhaust valve opens near bottom dead center, the combustion gases flow at high speed through the exhaust port into the exhaust system due to the high pressure level prevailing in the cylinder at the end of the combustion and the associated high pressure difference between the combustion chamber and the exhaust pipe. This pressure-driven flow process is accompanied by a high pressure peak, which is also referred to as Vorlassstoß and propagates along the exhaust pipe at the speed of sound, whereby the pressure degrades more or less with increasing distance due to friction, d. H. reduced.

Im weiteren Verlauf des Ladungswechsels gleichen sich die Drücke im Zylinder und in der Abgasleitung an, so dass die Verbrennungsgase primär nicht mehr druckgetrieben evakuiert, sondern infolge der Hubbewegung des Kolbens ausgeschoben werden.In the course of the charge cycle, the pressures in the cylinder and in the exhaust line are the same, so that the combustion gases are primarily not evacuated pressure driven, but are ejected as a result of the stroke of the piston.

Bei niedrigen Lasten bzw. Drehzahlen, d. h. geringen Abgasmengen, kann der Vorauslassstoß in vorteilhafter Weise zur Stoßaufladung genutzt werden, womit auch hohe Turbinendruckverhältnisse bei niedrigen Turbinendrehzahlen erzielt werden können. Auf diese Weise können mittels Abgasturboaufladung auch bei nur geringen Abgasmengen, d. h. bei niedrigen Lasten bzw. niedrigen Drehzahlen, hohe Ladedruckverhältnisse, d. h. hohe Ladedrücke auf der Einlassseite generiert werden.At low loads or speeds, ie small amounts of exhaust gas, the Vorlassstoß in be used advantageously for shock charging, which also high turbine pressure ratios can be achieved at low turbine speeds. In this way, by means of turbocharging even with only small amounts of exhaust gas, ie at low loads or low speeds, high boost pressure ratios, ie high boost pressures are generated on the inlet side.

Die Stoßaufladung erweist sich als besonders vorteilhaft bei der Beschleunigung des Turbinenlaufrades, d. h. bei der Erhöhung der Turbinendrehzahl, die im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine bzw. bei geringer Last spürbar absinken kann und häufig bei erhöhter Lastanforderung mittels Abgasstrom möglichst verzögerungsfrei wieder angehoben werden soll. Die Trägheit des mindestens einen Laufrades und die Reibung in der Wellenlagerung verzögern in der Regel eine Beschleunigung des Laufrades auf höhere Drehzahlen und damit einen unmittelbaren Anstieg des Ladedrucks.The bumping proves to be particularly advantageous in the acceleration of the turbine wheel, d. H. when increasing the turbine speed, which can drop noticeably in idling mode of the engine or at low load and often with increased load request by means of exhaust gas flow should be raised as quickly as possible again. The inertia of the at least one impeller and the friction in the shaft bearing delay usually an acceleration of the impeller to higher speeds and thus an immediate increase in boost pressure.

Um die im Abgasabführsystem ablaufenden dynamischen Wellenvorgänge, insbesondere die Vorauslassstöße, für die Stoßaufladung zur Verbesserung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine nutzen zu können, müssen die Druckspitzen bzw. Vorauslassstöße im Abgasabführsystem erhalten werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Druckschwankungen in den Abgasleitungen verstärken, zumindest aber nicht gegenseitig abschwächen bzw. aufheben.To be able to use the running in the Abgasabführsystem dynamic wave processes, in particular the Vorlassstöße for the supercharging to improve the performance of the engine, the pressure peaks or Vorlassstöße must be obtained in Abgasabführsystem. It is particularly advantageous if the pressure fluctuations in the exhaust pipes increase, but at least not attenuate or cancel each other out.

Zielführend ist es daher, die Zylinder in der Weise zu gruppieren bzw. die Abgasleitungen in der Weise zusammenzuführen, dass die hohen Drücke, insbesondere die Vorauslassstöße der einzelnen Zylinder, im Abgasabführsystem erhalten werden.It is therefore desirable to group the cylinders in such a way or to merge the exhaust pipes in such a way that the high pressures, in particular the Vorlassstöße the individual cylinders are obtained in Abgasabführsystem.

Eine Brennkraftmaschine, bei der die Zylinder gruppiert sind, ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert, dass sie zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden. Die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe führen unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammen. Die Zylinder sind dabei in der Art konfiguriert, dass sich die dynamischen Wellenvorgänge in den Abgasleitungen der Zylinder einer Gruppe möglichst wenig nachteilig beeinflussen.An internal combustion engine in which the cylinders are grouped is also an object of the present invention. According to the invention, at least two cylinders are configured in such a way that they form two groups, each with at least one cylinder. The exhaust gas lines of the cylinders of each cylinder group lead together to form an exhaust gas manifold, forming an exhaust gas manifold. The cylinders are configured in such a way that the dynamic wave processes in the exhaust pipes of the cylinders of a group have the least adverse effect.

Bei einem Zylinderkopf mit vier in Reihe angeordneten Zylindern ist es diesbezüglich vorteilhaft, zwei Zylinder, die einen Zündabstand von 360°KW aufweisen, jeweils zu einer Zylindergruppe zusammen zu fassen. Wird beispielweise die Zündung in den Zylindern gemäß der Zündfolge 1 – 2 – 4 – 3 bzw. gemäß der Zündfolge 1 – 3 – 4 – 2 initiiert, ist es vorteilhaft, die außenliegenden Zylinder zu einer ersten Gruppe und die innenliegenden Zylinder zu einer zweiten Gruppe zusammenzufassen.In a cylinder head with four cylinders arranged in series, it is advantageous in this regard, two cylinders, which have a firing interval of 360 ° KW, each to form a cylinder group together. If, for example, the ignition in the cylinders is initiated in accordance with the ignition sequence 1 - 2 - 4 - 3 or in accordance with the ignition sequence 1 - 3 - 4 - 2, it is advantageous for the outer cylinders to form a first group and the inner cylinders for a second group summarize.

Die Stoßaufladung hat aber auch Nachteile. So verschlechtert sich in der Regel der Ladungswechsel infolge der Druckschwankungen im Abgasabführsystem. Die Zylinder einer Gruppe können sich beim Ladungswechsel gegenseitig behindern, d. h. beeinträchtigen. Die Druckwellen, die von einem Zylinder ausgehen, laufen nicht nur durch die mindestens eine Abgasleitung dieses Zylinders, sondern vielmehr auch entlang der Abgasleitungen der anderen Zylinder dieser Gruppe und zwar gegebenenfalls bis zu der am Ende der jeweiligen Leitung vorgesehenen Auslassöffnung. Während des Ladungswechsels bereits in eine Abgasleitung ausgeschobenes bzw. abgeführtes Abgas kann somit erneut in den Zylinder gelangen und zwar infolge der Druckwelle, die von einem anderen Zylinder ausgeht. Als nachteilig erweist es sich insbesondere, wenn gegen Ende des Ladungswechsels an der Auslassöffnung eines Zylinders Überdruck herrscht bzw. sich die Druckwelle eines anderen Zylinders die Abgasleitung entlang in Richtung Auslassöffnung ausbreitet, was der Evakuierung der Verbrennungsgase aus diesem Zylinder entgegenwirkt. Die Verbrennungsgase werden in dieser Phase des Ladungswechsels maßgeblich infolge der Hubbewegung des Kolbens ausgeschoben. Im Einzelfall kann sogar Abgas, das aus einem Zylinder stammt, in einen anderen Zylinder gelangen, bevor dessen Auslass schließt. Der verschlechterte Ladungswechsel führt insbesondere bei steigender Last und zunehmender Drehzahl zu Nachteilen. Das im Zylinder befindliche Abgas, d. h. der im Zylinder verbleibende Restgasanteil, hat maßgeblich Einfluss auf das Klopfverhalten einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei die Gefahr einer klopfenden Verbrennung mit zunehmendem Abgasanteil steigt.The bumping but also has disadvantages. As a rule, the charge cycle deteriorates as a result of pressure fluctuations in the exhaust gas removal system. The cylinders of a group can interfere with each other during the charge cycle, d. H. affect. The pressure waves emanating from a cylinder, not only run through the at least one exhaust pipe of this cylinder, but also along the exhaust pipes of the other cylinders of this group and possibly up to the provided at the end of each pipe outlet. Exhaust gas that has already been ejected or discharged into an exhaust gas line during the charge exchange can therefore again enter the cylinder as a result of the pressure wave that emanates from another cylinder. It proves to be disadvantageous, in particular, if overpressure prevails at the outlet opening of one cylinder towards the end of the charge change or if the pressure wave of another cylinder propagates along the exhaust pipe in the direction of the outlet opening, which counteracts the evacuation of the combustion gases from this cylinder. The combustion gases are significantly pushed out in this phase of the charge change as a result of the stroke of the piston. In some cases, even exhaust gas that originates from one cylinder can get into another cylinder before its outlet closes. The deteriorated charge cycle leads to disadvantages especially with increasing load and increasing speed. The exhaust gas in the cylinder, d. H. the residual gas content remaining in the cylinder has a decisive influence on the knocking behavior of a spark-ignited internal combustion engine, whereby the risk of knocking combustion increases with increasing proportion of exhaust gas.

Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass eine Turbine ohne stoßweise und ohne wechselnd teilbeaufschlagt zu werden am effektivsten betrieben wird. Um eine stromabwärts der Zylinder im Abgasabführsystem vorgesehene Turbine bei hohen Motordrehzahlen optimal betreiben zu können, sollte die Turbine mit einem zeitlich möglichst konstanten Abgasdruck beaufschlagt werden, weshalb ein sich wenig verändernder Druck stromaufwärts der Turbine bevorzugt wird, um eine sogenannte Stauaufladung zu realisieren.Furthermore, it must be taken into account that a turbine is operated most effectively without intermittent and without alternating partial loading. In order to be able to optimally operate a turbine provided downstream of the cylinders in the exhaust-gas removal system at high engine speeds, the turbine should be subjected to an exhaust gas pressure that is as constant as possible in time, which is why a slightly changing pressure upstream of the turbine is preferred in order to realize a so-called congestion charging.

Durch ein entsprechend großes Abgasvolumen stromaufwärts der Turbine können die Druckpulsationen in den Abgasleitungen geglättet werden. Insofern erweist sich die Gruppierung der Zylinder, bei der die Abgasleitungen gruppenweise zusammengeführt werden, wodurch das Volumen des Abgasabführsystems stromaufwärts der Turbine in mehrere Teilvolumina aufgeteilt wird, als kontraproduktiv.By a correspondingly large volume of exhaust gas upstream of the turbine, the pressure pulsations in the exhaust pipes can be smoothed. In this respect, the grouping of the cylinders, in which the exhaust pipes are combined in groups, whereby the volume of Abgasabführsystems upstream of the turbine is divided into several sub-volumes proves to be counterproductive.

Vielmehr wäre es hinsichtlich einer Stauaufladung vorteilhaft, die Abgasleitungen sämtlicher Zylinder zu einer einzigen Gesamtabgasleitung zusammenzuführen, um das Abgasvolumen des Abgasabführsystems stromaufwärts einer in dieser Gesamtabgasleitung angeordneten Turbine weitestgehend zu vergrößern, d. h. zu maximieren und die Druckschwankungen zu minimieren. Rather, in terms of congestion charging, it would be advantageous to merge the exhaust lines of all cylinders into a single overall exhaust line to maximize, ie, maximize, exhaust gas volume of the exhaust exhaust system upstream of a turbine disposed in this overall exhaust line and to minimize pressure fluctuations.

Bei der Optimierung des Abgasabführsystems sowohl hinsichtlich niedriger Motordrehzahlen als auch hinsichtlich hoher Motordrehzahlen bzw. bei der Optimierung des Abgasabführsystems sowohl hinsichtlich geringer Abgasmengen als auch hinsichtlich größerer Abgasmengen ergibt sich somit bei der Gestaltung des Abgasabführsystems ein Zielkonflikt. Eine Gruppierung der Zylinder zur Realisierung einer Stoßaufladung führt zu einem günstigen Betriebsverhalten bei niedrigen Motordrehzahlen, wohingegen bei höheren Motordrehzahlen Nachteile inkaufzunehmen sind. Wird hingegen stromaufwärts der Turbine ein möglichst großes Abgasvolumen realisiert, um bei höheren Motordrehzahlen die Vorteile einer Stauaufladung nutzen zu können, verschlechtert sich das Betriebsverhalten bei niedrigen Drehzahlen, das so genannte Low End Torque.In the optimization of the Abgasabführsystems both in terms of low engine speeds and high engine speeds or in optimizing the Abgasabführsystems both in terms of small amounts of exhaust gas as well as in terms of larger amounts of exhaust thus results in the design of Abgasabführsystems a conflict of goals. A grouping of the cylinders for the realization of a bumping leads to a favorable performance at low engine speeds, whereas disadvantages are to be taken into account at higher engine speeds. If, on the other hand, the largest possible volume of exhaust gas is realized upstream of the turbine, in order to be able to use the advantages of a static charge at higher engine speeds, the performance at low speeds, the so-called low end torque, deteriorates.

Aus dem Stand der Technik sind Konzepte bekannt, bei denen sich die beiden Abgaskrümmer der zwei Zylindergruppen miteinander verbinden bzw. voneinander trennen lassen. Das Abgasabführsystem wird dann in Abhängigkeit der Drehzahl bzw. der Gasdynamik konfiguriert, um die Brennkraftmaschine durch Trennen der Abgaskrümmer entsprechend einer Stoßaufladung und durch Verbinden der Abgaskrümmer entsprechend einer Stauaufladung aufladen zu können.Concepts are known from the prior art in which the two exhaust manifolds of the two cylinder groups can be connected or separated from one another. The exhaust gas discharge system is then configured in dependence on the rotational speed or the gas dynamics in order to be able to charge the internal combustion engine by disconnecting the exhaust manifolds in accordance with a bumping charge and by connecting the exhaust manifolds in accordance with a backup charge.

Nachteilig an dem vorstehend beschriebenen Konzept ist, dass durch die Verbindung der Krümmer eine Verbindung nahe der Auslassöffnungen der Zylinder realisiert wird, wodurch die oben beschriebene Restgasproblematik bzw. die damit zusammenhängende Klopfproblematik Vorschub erhält, d. h. verschärft wird.A disadvantage of the above-described concept is that the connection of the manifold a connection is realized near the outlet openings of the cylinder, whereby the residual gas problem or the related Klopfproblematik described above receives feed, d. H. is aggravated.

Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die einen optimierten Betrieb im gesamten Betriebsbereich ermöglicht, insbesondere sowohl bei niedrigen Drehzahlen als auch bei höheren Drehzahlen.In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1 which enables optimized operation over the entire operating range, particularly at low speeds as well as at higher speeds.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.A further sub-task of the present invention is to show a method for operating such an internal combustion engine.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der

  • – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder via Abgasabführsystem aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt,
  • – mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden,
  • – die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, und
  • – die beiden Gesamtabgasleitungen mit einer zweiflutigen Turbine, die mindestens ein in einem Turbinengehäuse auf einer drehbaren Welle gelagertes Laufrad umfasst, in der Art verbunden sind, dass jeweils eine Gesamtabgasleitung mit einer der beiden Fluten der zweiflutigen Turbine verbunden ist, wobei die beiden Fluten bis hin zu dem mindestens einen Laufrad mittels Gehäusewandung voneinander getrennt sind und innerhalb des Turbinengehäuses durch Freigeben mindestens eines Überströmkanals stromaufwärts des mindestens einen Laufrades miteinander verbindbar sind,
und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
  • – mindestens ein translatorisch verschiebbares kolbenartiges Absperrelement vorgesehen ist, welches in einer Ruheposition die beiden Fluten der Turbine voneinander trennt, in einer ersten Arbeitsposition die beiden Fluten der Turbine durch Freigeben des Überströmkanals miteinander verbindet und in einer zweiten Arbeitsposition die beiden Fluten der Turbine durch Freigeben des Überströmkanals miteinander verbindet sowie eine Abblaseleitung freigibt, die stromaufwärts des mindestens einen Laufrades aus dem Abgasabführsystem abzweigt.
The first sub-task is solved by a supercharged internal combustion engine having at least one cylinder head with at least two cylinders, in which
  • Each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases out of the cylinder via the exhaust gas removal system and an exhaust gas line adjoins each outlet opening,
  • At least two cylinders are configured in such a way that they form two groups each having at least one cylinder,
  • - Combine the exhaust gas lines of the cylinder of each cylinder group to form an exhaust manifold to form an overall exhaust line, and
  • - The two total exhaust gas lines with a twin-bladed turbine, which comprises at least one mounted in a turbine housing on a rotatable shaft impeller, are connected in such a way that in each case an overall exhaust gas line is connected to one of the two floods of the twin-bladed turbine, the two floods up to the at least one impeller are separated from each other by means of housing wall and within the turbine housing by releasing at least one overflow channel upstream of the at least one impeller are connected to each other,
and which is characterized in that
  • - At least one translationally displaceable piston-like shut-off is provided, which separates the two floods of the turbine in a rest position, in a first working position, the two floods of the turbine by releasing the overflow channel connects and in a second working position, the two floods of the turbine by releasing the Overflow channel connects to each other and releases a blow-off, which branches off upstream of the at least one impeller from the Abgasabführsystem.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann das Volumen des mit einer einzelnen Flut der Turbine kommunizierenden Abgasabführsystems variiert werden und zwar durch ein Verbinden bzw. Trennen der beiden Fluten der Turbine.In the internal combustion engine according to the invention, the volume of the Abgasabführsystems communicating with a single trough of the turbine can be varied by connecting or disconnecting the two floods of the turbine.

Folglich kann auch das Abgasvolumen bzw. das Abgasabführsystem stromaufwärts des mindestens einen Laufrades der zweiflutigen Turbine an unterschiedliche Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, insbesondere an unterschiedlich große Abgasmengen bzw. unterschiedlich hohe Drehzahlen, angepasst und diesbezüglich optimiert werden.Consequently, the exhaust gas volume or the Abgasabführsystem upstream of the at least one impeller of the twin-flow turbine to different operating conditions of the internal combustion engine, in particular to different levels of exhaust gas or different speeds, adapted and optimized in this regard.

Gegenüber dem Verbinden der beiden Abgaskrümmer hat das erfindungsgemäße Verbinden der beiden Fluten der Turbine den Vorteil, dass der mindestens eine die Abgasvolumen der beiden Zylindergruppen verbindende Überströmkanal weiter entfernt von den Auslassöffnungen der Zylinder angeordnet ist, wodurch die abgasleitungsmäßige Wegstrecke zwischen einem Zylinder der einen Gruppe und einem Zylinder der anderen Gruppe vergrößert wird. Der Gefahr einer gegenseitigen, insbesondere nachteiligen Einflussnahme beim Ladungswechsel wird dadurch entgegen gewirkt. Die oben beschriebene Restgasproblematik bzw. Klopfproblematik entschärft sich bzw. entfällt.Compared with the connection of the two exhaust manifolds, the joining of the two floods of the turbine according to the invention has the advantage that the at least one overflow channel connecting the exhaust gas volumes of the two cylinder groups continues is arranged away from the outlet openings of the cylinder, whereby the exhaust line between a cylinder of one group and a cylinder of the other group is increased. The risk of mutual, in particular adverse influence on the change of charge is counteracted. The residual gas problem or knocking problem described above defuses or disappears.

Die vorstehend beschriebenen Zusammenhänge und Effekte sind insbesondere bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, bei denen die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe jeweils innerhalb des Zylinderkopfes unter Ausbildung eines Abgaskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, von hoher Relevanz, da durch ein Verbinden der Krümmer eine Verbindung realisiert werden würde, die außergewöhnlich nahe an den Auslassöffnungen der Zylinder platziert wäre.The above-described relationships and effects are particularly relevant in supercharged internal combustion engines, in which the exhaust gas lines of the cylinders of each cylinder group each merge within the cylinder head to form an exhaust manifold to an overall exhaust line, of high relevance, since by connecting the manifold a connection would be realized, the would be placed exceptionally close to the outlet ports of the cylinders.

Damit wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, die einen optimierten Betrieb im gesamten Betriebsbereich ermöglicht, insbesondere sowohl bei niedrigen Drehzahlen als auch bei höheren Drehzahlen.Thus, the first object of the invention is solved, namely provided a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1, which allows optimized operation over the entire operating range, in particular both at low speeds and at higher speeds.

Erfindungsgemäß ist ein kolbenartiges Absperrelement vorgesehen, welches translatorisch verschiebbar ausgebildet ist. In der Ruheposition des Absperrelements sind die beiden Fluten der Turbine voneinander getrennt und die Aufladung der Brennkraftmaschine erfolgt mittels Stoßaufladung. Durch Überführen des Absperrelements in eine erste Arbeitsposition wird ein Überströmkanal freigegeben, der die beiden Fluten zur Realisierung einer Stauaufladung miteinander verbindet. Ausgehend von einer ersten Arbeitsposition wird durch weiteres Verschieben des kolbenartigen Absperrelementes in eine zweite Arbeitsposition eine Abblaseleitung freigeben, mittels der Abgas an der Turbine vorbeigeführt werden kann. Hierzu zweigt die Abblaseleitung stromaufwärts des mindestens einen Laufrades aus dem Abgasabführsystem ab.According to the invention a piston-like shut-off element is provided, which is designed to be translationally displaceable. In the rest position of the shut-off the two floods of the turbine are separated from each other and the charging of the internal combustion engine by means of shock charging. By transferring the shutoff element into a first working position, an overflow channel is released, which connects the two floods to realize a jam charge. Starting from a first working position, a blow-off line is released by further displacement of the piston-like shut-off element into a second working position, by means of which exhaust gas can be guided past the turbine. For this purpose, the blow-off line branches off upstream of the at least one impeller from the Abgasabführsystem.

Das erfindungsgemäße Absperrelement hat gegenüber anderen Absperrelementen, wie Klappen und dergleichen, zahlreiche Vorteile, insbesondere hinsichtlich der Dichtigkeit, der Einstellung der abgeblasenen Abgasmenge und der thermischen Belastbarkeit. Die hohe thermische Beanspruchung des Absperrelements resultiert aus der Anordnung im Turbinengehäuse.The shut-off element according to the invention has over other shut-off elements, such as flaps and the like, numerous advantages, in particular with regard to the tightness, the setting of the amount of exhaust gas blown off and the thermal capacity. The high thermal stress of the shutoff results from the arrangement in the turbine housing.

Der aus dem Stand der Technik bekannte Zielkonflikt, der aus den unterschiedlichen Anforderungen der Stauaufladung bzw. Stoßaufladung an das stromaufwärts des mindestens einen Laufrades befindliche Abgasvolumen resultiert, nämlich einerseits zur Realisierung einer Stoßaufladung bei niedrigen Drehzahlen ein kleines Volumen bereitzustellen, um die Gasdynamik mit hohen Druckimpulsen aufrechtzuhalten, und andererseits zum Zwecke einer Stauaufladung bei höheren Drehzahlen ein möglichst großes Volumen zum Abbau der Druckspitzen und zur Glättung des Abgasdrucks zur Verfügung zu stellen, wird aufgelöst.The conflict of objectives known from the state of the art, which results from the different requirements of accumulating charge or accumulating charge on the exhaust gas volume located upstream of the at least one impeller, namely to provide a small volume for realizing a collision charge at low speeds in order to control the gas dynamics with high pressure impulses maintain, and on the other hand for the purpose of a charge accumulation at higher speeds as large a volume to reduce the pressure peaks and to smooth the exhaust pressure available to be resolved.

Bei hoher Gasdynamik bleiben die beiden Fluten der Turbine und damit die Abgassysteme der Zylindergruppen voneinander getrennt, so dass jede Flut nur mit den Abgasleitungen der Zylindergruppe kommuniziert, aus denen sie originär gespeist wird. Das Abgasvolumen stromaufwärts einer Flut ergibt sich aus dem Volumen der Abgasleitungen des dazugehörigen Krümmers und dem Volumen der Gesamtabgasleitung, die den Krümmer mit der Eintrittsöffnung der entsprechenden Turbinenflut verbindet.At high gas dynamics, the two floods of the turbine and thus the exhaust systems of the cylinder groups remain separated, so that each flood communicates only with the exhaust pipes of the cylinder group, from which it is originally fed. The exhaust gas volume upstream of a flood is determined by the volume of the exhaust pipes of the associated manifold and the volume of the total exhaust gas line, which connects the manifold with the inlet opening of the corresponding turbine tide.

Die vergleichsweise kleinen Volumina stromaufwärts des mindestens einen Laufrades gestatten eine Stoßaufladung. Unter Ausnutzung der sich in den Abgaskrümmern ausbreitenden Druckspitzen kann die zur Verfügung stehende Energie dann bei hohen Turbinenwirkungsgraden in vorteilhafter Weise genutzt werden. Bei Verwendung der Turbine im Rahmen einer Abgasturboaufladung kann auf diese Weise der Ladedruck bei niedrigen Motordrehzahlen gesteigert werden.The comparatively small volumes upstream of the at least one impeller permit bump charging. By exploiting the pressure peaks propagating in the exhaust manifolds, the available energy can then be used advantageously at high turbine efficiencies. When using the turbine as part of an exhaust turbocharging in this way the boost pressure can be increased at low engine speeds.

Die im Rahmen einer Stauaufladung bei hohen Motordrehzahlen als nachteilig anzusehenden Druckschwankungen im Abgasabführsystem können durch Verbinden der beiden Fluten der Turbine geglättet, günstigstenfalls sogar eliminiert werden. Dabei werden die Volumina des Abgasabführsystems stromaufwärts des mindestens einen Laufrades zusammengelegt. Jede einzelne Flut kommuniziert dann nicht mehr nur mit dem Abgassystemvolumen der ihr zugeordneten Zylindergruppe, sondern ebenfalls mit dem Abgassystemvolumen der anderen Zylindergruppe. Es wird damit jeder Flut ein zusätzliches Volumen zur Verfügung gestellt, wodurch sich das Abgasvolumen stromaufwärts jeder Flut vergrößert bzw. stromaufwärts des Laufrades anstatt zwei kleinen Volumina ein großes Volumen bereitsteht. Diese Volumenvergrößerung gewährleistet einen sich wenig verändernden, im Wesentlichen konstanten Abgasdruck stromaufwärts des mindestens einen Laufrades und damit günstige Bedingungen für eine Stauaufladung bei höheren Drehzahlen bzw. größeren Abgasmengen.The pressure fluctuations in the exhaust gas removal system, which are to be regarded as detrimental in the context of congestion charging at high engine speeds, can be smoothed out, at best even eliminated, by connecting the two flows of the turbine. The volumes of Abgasabführsystems be merged upstream of the at least one impeller. Each individual flood then no longer communicates only with the exhaust system volume of the cylinder group assigned to it, but also with the exhaust system volume of the other cylinder group. It is thus provided an additional volume each flood, which increases the exhaust gas volume upstream of each flood or upstream of the impeller instead of two small volumes, a large volume is available. This increase in volume ensures a little changing, substantially constant exhaust gas pressure upstream of the at least one impeller and thus favorable conditions for congestion charging at higher speeds or larger amounts of exhaust gas.

Der Eintrittsbereich einer zweiflutigen Turbine weist zwei Eintrittskanäle auf. Mehrflutige Turbinen eignen sich daher insbesondere für aufgeladene Brennkraftmaschinen, bei denen die Abgasleitungen der Zylinder gruppenweise zusammengeführt werden, um eine Stoßaufladung zu realisieren. Durch die beiden erfindungsgemäß miteinander verbindbaren Fluten der zweiflutigen Turbine ist ein Wechsel zwischen Stoßaufladung und Stauaufladung möglich. Die Turbine kann grundsätzlich mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet werden, die durch Verstellen an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine angepasst werden kann.The inlet region of a double-flow turbine has two inlet channels. Multi-flow turbines are therefore particularly suitable for supercharged internal combustion engines in which the exhaust gas lines of the cylinders are brought together in groups to realize a shock charge. By means of the two floods of the twin-flow turbine which can be connected to one another according to the invention, it is possible to change between shock charging and accumulation charging. The turbine can in principle be equipped with a variable turbine geometry, which can be adjusted by adjusting to the respective operating point of the internal combustion engine.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern unter Ausbildung von zwei Abgaskrümmern zu zwei Gesamtabgasleitungen zusammengeführt. Insofern sind Ausführungsformen mit drei, vier, fünf oder mehr Zylindern, bei denen die Abgasleitungen von mehr als zwei Zylindern zu zwei Gesamtabgasleitungen zusammengeführt werden, ebenfalls erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen.In the internal combustion engine according to the invention, the exhaust gas lines of at least two cylinders are brought together to form two exhaust gas manifolds to two total exhaust gas lines. In this respect, embodiments with three, four, five or more cylinders, in which the exhaust pipes of more than two cylinders are combined to form two total exhaust pipes, are also internal combustion engines according to the invention.

Vorteilhaft können Ausführungsformen sein, bei denen das mindestens eine Absperrelement elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar ist, vorzugsweise mittels der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine.Embodiments may be advantageous in which the at least one shut-off element is electrically, hydraulically, pneumatically, mechanically or magnetically controllable, preferably by means of the engine control of the internal combustion engine.

Der mindestens eine Absperrkörper kann stufig verstellbar, d. h. schaltbar, ausgeführt sein, in der Art, dass er zwischen der Ruheposition und mehreren Arbeitspositionen wechselt und den Überströmkanal bzw. die Abblaseleitung entweder verschließt oder freigibt, was die Steuerung vereinfacht und insbesondere Kostenvorteile bietet.The at least one shut-off can be adjusted in stages, d. H. switchable, be executed, in the way that it alternates between the rest position and multiple working positions and the overflow channel or the Abblaseleitung either closes or releases, which simplifies the control and in particular offers cost advantages.

Das mindestens eine Absperrelement ist aber vorzugsweise stufenlos verstellbar, um beispielweise einen sprunghaften Drehmomentabfall bzw. Drehmomentanstieg bei Versschieben des Absperrelementes, d. h. beim Übergang von der Stoßaufladung zur Stauaufladung und umgekehrt zu vermeiden. Ein stufenloses Verschieben eröffnet zudem die Möglichkeit, die via Abblaseleitung gebypasste Abgasmenge einzustellen, d. h. in vorgebbarer Weise zu bemessen.However, the at least one shut-off element is preferably infinitely adjustable, for example, a sudden torque drop or torque increase when sliding the shut-off, d. H. to avoid the transition from bump charging to congestion charging and vice versa. Stepless shifting also makes it possible to adjust the amount of exhaust gas bypassed via the blow-off line. H. to be measured in a predeterminable way.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine kolbenartige Absperrelement ein freies stempelartiges Ende aufweist, welches den Fluten zugewandt ist. Das stempelartige Ende sorgt für eine hohe mechanische und thermische Belastbarkeit des Absperrelements; insbesondere im Vergleich zu einer Klappe oder einer verschiebbaren dünnen und daher biegbaren Gehäusewandung. Durch Lagerung des stempelartigen Endes in einer Ausnehmung des Turbinengehäuses kann für eine ausreichende Dichtigkeit und zufriedenstellende Trennung der Fluten in der Ruheposition des Absperrelementes gesorgt werden.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the at least one piston-like shut-off element has a free punch-like end, which faces the floods. The stamped end ensures a high mechanical and thermal load capacity of the shut-off element; in particular compared to a flap or a displaceable thin and therefore bendable housing wall. By storage of the stamp-like end in a recess of the turbine housing can be taken care of a sufficient tightness and satisfactory separation of the floods in the rest position of the shut-off.

Vorteilhaft sind daher in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das freie stempelartige Ende in der Ruheposition des mindestens einen kolbenartigen Absperrelements in einer ersten Ausnehmung lagert, welche im Turbinengehäuse vorgesehen ist.In this connection, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the free, stamp-like end in the rest position of the at least one piston-like shut-off element is stored in a first recess, which is provided in the turbine housing, are also advantageous.

Mit dem kolbenartigen Absperrelement können benachbarte Fluten nicht nur miteinander verbunden bzw. voneinander getrennt werden. Vielmehr kann durch stufenloses Verschieben des stempelartigen Endes in der Ausnehmung auf den Strömungsquerschnitt des Überströmkanals und damit auf das Ausmaß der Interaktion zwischen den Fluten Einfluss genommen werden. Das Trennverhalten der Fluten, d. h. der Trennungsgrad, ist direkt beeinflussbar.With the piston-like shut-off adjacent floods can not only be connected together or separated from each other. Rather, by stepless displacement of the punch-like end in the recess on the flow cross-section of the overflow channel and thus on the extent of the interaction between the floods can be influenced. The separation behavior of the floods, d. H. the degree of separation can be influenced directly.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das freie stempelartige Ende einen ersten zylinderförmigen Abschnitt aufweist. Der zylinderförmige Abschnitt des freien stempelartigen Endes stellt im Zusammenwirken mit einer in der Gestalt korrespondierenden ersten Ausnehmung sicher, dass ein Verklemmen des Absperrelements bei Verdrehen des Absperrelements unterbleibt. Zudem kann ein spitz, d. h. kegelförmig zulaufendes Ende als Zentrierung beim Einfahren des Absperrelements in die erste Ausnehmung dienen.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the free, stamp-type end has a first cylindrical section are advantageous. The cylindrical portion of the free punch-like end, in cooperation with a first recess corresponding in shape, ensures that there is no jamming of the shut-off element upon rotation of the shut-off element. In addition, a pointed, d. H. tapered tapered end serve as centering when retracting the shutoff in the first recess.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das freie stempelartige Ende unter Ausbildung eines Übergangsbereichs in einen zweiten verdickten Abschnitt übergeht, der einen größeren Querschnitt aufweist als das stempelartige Ende. Der zweite verdickte Abschnitt dient der Lagerung des Absperrelements beim Verschieben, d. h. in jeder Position.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the free, stamp-like end merges into a second thickened section to form a transition region, which cross section has a larger cross section than the stamped end, are advantageous. The second thickened portion serves to support the shut-off element when moving, d. H. in every position.

Dadurch, dass der zweite Abschnitt einen größeren Querschnitt aufweist, wird ein Übergangsbereich ausgebildet, der sich ausgehend vom zweiten verdickten Abschnitt zum stempelartigen Ende hin verjüngt. Diese Ausbildung des Absperrelements gestattet in vorteilhafter Weise die Steuerung der abgeblasenen Abgasmenge in der zweiten Arbeitsposition bei miteinander verbundenen Fluten.Characterized in that the second portion has a larger cross-section, a transition region is formed, which tapers from the second thickened portion to the punch-like end. This design of the shut-off advantageously allows the control of the amount of exhaust gas blown off in the second working position with interconnected floods.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der zweite verdickte Abschnitt zylinderförmig ausgebildet ist. Die Gründe sind die bereits im Zusammenhang mit der zylinderförmigen Gestalt des ersten Abschnitts Genannten, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the second thickened section is cylindrical are advantageous. The reasons are those already mentioned in connection with the cylindrical shape of the first section, which is why the corresponding statements are made.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang des Weiteren Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Übergangsbereich trichterförmig ausgebildet ist.In this connection, furthermore, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the transition region is funnel-shaped are advantageous.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Übergangsbereich kegelstumpfförmig ausgebildet ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the transition region is frusto-conical are advantageous.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Übergangsbereich in der Ruheposition des mindestens einen kolbenartigen Absperrelements in einer zweiten Ausnehmung lagert, welche im Turbinengehäuse vorgesehen ist und deren Gestalt mit der des Übergangsbereichs korrespondiert.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous, in which the transitional area in the rest position of the at least one piston-like shut-off element is stored in a second recess which is provided in the turbine housing and whose shape corresponds to that of the transitional area.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine kolbenartige Absperrelement zwischen der Ruheposition und einer ersten Arbeitsposition schaltbar ist.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the at least one piston-like shut-off element between the rest position and a first working position is switchable.

Diese Ausführung des Absperrelements gestattet ein Trennen und ein Verbinden der benachbarten Fluten, wohingegen das Trennverhalten der Fluten, d. h. der Trennungsgrad, nicht beeinflusst werden kann, da dies ein stufenloses Verschieben des Absperrelements erfordert.This embodiment of the shut-off element allows separation and connection of the adjacent floods, whereas the separation behavior of the floods, i. H. the degree of separation, can not be influenced, since this requires a continuous displacement of the shutoff.

Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine kolbenartige Absperrelement stufenlos verstellbar ist.Therefore, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the at least one piston-like shut-off element is infinitely adjustable are also advantageous.

Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine kolbenartige Absperrelement zwischen einer ersten Arbeitsposition und einer zweiten Arbeitsposition zwecks Einstellung der abgeblasenen Abgasmenge stufenlos verstellbar ist.Particularly advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the at least one piston-like shut-off element between a first working position and a second working position for the purpose of adjusting the amount of exhaust gas blown off is infinitely adjustable.

Eine derartige Ausbildung des Absperrelements gestattet eine stufenlose Steuerung der abgeblasenen Abgasmenge in der zweiten Arbeitsposition bei miteinander verbundenen Fluten, d. h. eine genaue Dosierung der an der Turbine bzw. dem mindestens einen Laufrad vorbeigeführten Abgasmenge.Such a configuration of the shutoff allows infinite control of the amount of exhaust gas blown off in the second working position with interconnected floods, d. H. a precise dosage of the exhaust gas flow past the turbine or the at least one impeller.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die zweiflutige Turbine eine Doppelstromturbine ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the twin-flow turbine is a double-flow turbine are advantageous.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen die zweiflutige Turbine eine Doppelstromturbine ist, bei der die zwei Fluten in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse des mindestens einen Laufrades aufeinander liegend angeordnet sind und zumindest entlang eines bogenförmigen Abschnitts das mindestens eine Laufrad spiralförmig auf unterschiedlich großen Radien umschließen.Embodiments in which the twin-flow turbine is a double-flow turbine are advantageous in which the two floods are arranged in a section perpendicular to the axis of rotation of the at least one impeller and surround the at least one impeller spirally on radii of different sizes at least along an arcuate section.

Eine Doppelstromturbine hat einen im Vergleich zur Zwillingsstromturbine höheren Wirkungsgrad und ein verbessertes Anströmverhalten des Laufrades. Zudem ist die Doppelstromturbine thermisch höher belastbar. Der letztgenannte Vorteil ergibt sich aus der Anordnung der Fluten übereinander.A double-flow turbine has a higher efficiency compared to the twin-flow turbine and an improved flow behavior of the impeller. In addition, the double-flow turbine is thermally more resilient. The latter advantage results from the arrangement of the floods one above the other.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die zweiflutige Turbine eine Zwillingsstromturbine ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the twin-flow turbine is a twin-flow turbine are also advantageous.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen die zweiflutige Turbine eine Zwillingsstromturbine ist, bei der die beiden Fluten nebeneinander angeordnet sind und das mindestens eine Laufrad zumindest entlang eines bogenförmigen Abschnitts spiralförmig auf gleichgroßen Radien umschließen.Embodiments in which the twin-flow turbine is a twin-flow turbine in which the two floods are arranged next to each other and which surround at least one impeller spirally at equal radii along at least one arcuate section are advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Gehäusewandung eine unbewegliche und fest mit dem Gehäuse verbundene Wand ist. Diese Ausführung der Gehäusewandung gewährleistet, dass die vom heißen Abgas in die Gehäusewandung eingebrachte Wärme in vorteilhafter Weise und ausreichendem Maße in das und via Gehäuse abgeführt wird.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the housing wall is an immovable wall fixedly connected to the housing are advantageous. This embodiment of the housing wall ensures that the heat introduced by the hot exhaust gas into the housing wall is dissipated in an advantageous manner and to a sufficient extent into and via the housing.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Abblaseleitung stromabwärts des mindestens einen Laufrades in das Abgasabführsystem mündet. Diese Ausführungsform ermöglicht es, sowohl das abgeblasene Abgas als auch das durch die Turbine hindurchgeführte Abgas in einem gemeinsamen im Abgasabführsystem vorgesehenen Abgasnachbehandlungssystem nachzubehandeln.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the blow-off line opens downstream of the at least one impeller into the exhaust-gas removal system are advantageous. This embodiment makes it possible to treat both the exhaust gas blown off and the exhaust gas passed through the turbine in a common exhaust gas aftertreatment system provided in the exhaust gas removal system.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe innerhalb des Zylinderkopfes unter Ausbildung von zwei Abgaskrümmern jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the exhaust gas lines of the cylinders of each cylinder group within the cylinder head, with the formation of two exhaust manifolds, in each case combine to form an overall exhaust gas line, are advantageous.

Die im Abgasabführsystem vorgesehene zweiflutige Turbine kann dann sehr nah am Auslass der Brennkraftmaschine, d. h. nahe an den Auslassöffnungen der Zylinder, angeordnet werden. Dies hat gleich mehrere Vorteile, insbesondere weil sich die Abgasleitungen zwischen den Zylindern und der Turbine verkürzen.The dual-flow turbine provided in the exhaust-gas removal system can then be located very close to the outlet of the internal combustion engine, i. H. be arranged close to the outlet openings of the cylinder. This has several advantages, especially because shorten the exhaust pipes between the cylinders and the turbine.

Da sich der Weg zur Turbine für die heißen Abgase verkürzt, nimmt auch das Volumen der Abgaskrümmer bzw. des Abgasabführsystems stromaufwärts der Turbine ab. Die thermische Trägheit des Abgasabführsystems nimmt durch Reduzierung der Masse und der Länge der beteiligten Abgasleitungen ebenfalls ab. As the path to the turbine for the hot exhaust gases is shortened, the volume of the exhaust manifold or Abgasabführsystems decreases upstream of the turbine. The thermal inertia of the Abgasabführsystems also decreases by reducing the mass and the length of the involved exhaust pipes.

Auf diese Weise kann die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal genutzt und ein schnelles Ansprechverhalten der Turbine gewährleistet werden.In this way, the exhaust enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust pressure and the exhaust gas temperature, optimally utilized and a rapid response of the turbine can be ensured.

Die vorgeschlagene Maßnahme führt des Weiteren zu einer kompakten Bauweise des Zylinderkopfes und damit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und gestattet ein dichtes Packaging der gesamten Antriebseinheit.The proposed measure further leads to a compact design of the cylinder head and thus the internal combustion engine according to the invention and allows a dense packaging of the entire drive unit.

Die Verkürzung der Leitungslängen und die damit einhergehende Verkleinerung des Abgasvolumens stromaufwärts der Turbine unterstützt die Stoßaufladung im unteren Last- bzw. Drehzahlbereich.The shortening of the line lengths and the concomitant reduction of the exhaust gas volume upstream of the turbine support the boost charging in the lower load or speed range.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Überströmkanal laufradseitig angeordnet ist, d. h. stromaufwärts des mindestens einen Laufrades und benachbart zum Laufrad. Dadurch wird die abgasleitungsmäßige Wegstrecke zwischen den Zylindergruppen nochmals verlängert, insbesondere auch im Vergleich zu einem Anordnen des Überströmkanals im Eintrittsbereich der Turbine. Der Gefahr einer gegenseitigen, insbesondere nachteiligen Einflussnahme beim Ladungswechsel wird dadurch nochmals weiter entgegen gewirkt.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the overflow channel is arranged on the impeller side, are advantageous. H. upstream of the at least one impeller and adjacent to the impeller. As a result, the exhaust-gas route between the cylinder groups is further extended, in particular also in comparison to arranging the overflow channel in the inlet region of the turbine. The risk of reciprocal, in particular disadvantageous influencing the change of charge is thus further counteracted.

Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine einer vorstehend beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem die beiden Fluten der Turbine durch Verschieben des mindestens einen kolbenartigen Absperrelements ausgehend von der Ruheposition in eine erste Arbeitsposition miteinander verbunden werden, insbesondere um von der Stoßaufladung zur Stauaufladung wechseln zu können.The second sub-task underlying the invention, namely to show a method for operating a supercharged internal combustion engine of the type described above, is achieved by a method in which the two floods of the turbine by moving the at least one piston-like shutoff, starting from the rest position into a first working position be connected to each other, in particular in order to switch from the shock charging for congestion charging can.

Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren.The comments made in connection with the internal combustion engine according to the invention also apply to the inventive method.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die beiden Fluten der Turbine miteinander verbunden werden, sobald die Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine eine vorgebbare Drehzahl nmot,down übersteigt.Advantageous are process variants in which the two floods of the turbine are connected to each other as soon as the engine speed n mot of the internal combustion engine exceeds a predefinable engine speed n mot, down .

Vorteilhaft sind auch Verfahrensvarianten, bei denen die beiden Fluten der Turbine miteinander verbunden werden, sobald die Abgasmenge eine erste vorgebbare Abgasmenge übersteigt.Also advantageous are process variants in which the two floods of the turbine are connected to each other as soon as the amount of exhaust gas exceeds a first predetermined amount of exhaust gas.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten, bei denen die beiden Fluten der Turbine miteinander verbunden werden, wenn die Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine eine vorgebbare Drehzahl nmot,down übersteigt bzw. die Abgasmenge der beiden Zylindergruppen die erste vorgebbare Abgasmenge übersteigt und für eine vorgebbare Zeitspanne Δt1 größer ist als diese vorgegebene Drehzahl bzw. die erste vorgegebene Abgasmenge.Are advantageous in this context process variants in which the two inlet passages of the turbine are connected to each other when the rotational speed n mot of the internal combustion engine, a predetermined rotational speed n mot, down exceeds or the amount of exhaust gas of the two cylinder groups exceeds the first predetermined amount of exhaust gas and for a predetermined period of time Δt 1 is greater than this predetermined speed or the first predetermined amount of exhaust gas.

Die Einführung einer zusätzlichen Bedingung für das Verbinden der beiden Fluten soll einen zu häufigen Moduswechsel zwischen Stoßaufladung und Stauaufladung verhindern, insbesondere einen Übergang zur Stauaufladung, wenn die Drehzahl bzw. Abgasmenge nur kurzzeitig den vorgegebenen Wert überschreitet und dann wieder fällt bzw. um den vorgegebenen Wert schwankt, ohne dass das Überschreiten einen Übergang zu Stauaufladung rechtfertigen würde.The introduction of an additional condition for the connection of the two floods to prevent too frequent mode change between supercharging and accumulation charging, in particular a transition to congestion charging when the speed or exhaust gas only briefly exceeds the predetermined value and then falls again or by the predetermined value fluctuates without the passing would warrant a transition to congestion charging.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die Abblaseleitung durch Verschieben des mindestens einen Absperrelements freigegeben wird, wenn die Abgasmenge der beiden Zylindergruppen eine zweite vorgebbare Abgasmenge übersteigt, wozu das mindestens eine Absperrelement in eine zweite Arbeitsposition verschoben wird.Advantageous are process variants in which the blow-off line is released by displacing the at least one shut-off element when the exhaust gas quantity of the two cylinder groups exceeds a second predefinable amount of exhaust gas, for which purpose the at least one shut-off element is displaced to a second operating position.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten, bei denen die via Abblaseleitung an dem mindestens einen Laufrad vorbeigeführte Abgasmenge durch Verschieben des mindestens einen Absperrelements innerhalb der zweiten Arbeitsposition eingestellt wird.In this context, method variants are advantageous in which the amount of exhaust gas led past the at least one impeller via blow-off line is set by displacing the at least one shut-off element within the second working position.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen ausgehend von miteinander verbundenen Fluten die beiden Fluten der Turbine durch Verschieben des mindestens einen Absperrelements in die Ruheposition voneinander getrennt werden, wenn die Drehzahl bzw. die Abgasmenge der beiden Zylindergruppen einen vorgegebenen Wert unterschreitet.Process variants are advantageous in which, starting from interconnected floods, the two flows of the turbine are separated from one another by displacement of the at least one shut-off element when the speed or the exhaust gas quantity of the two cylinder groups falls below a predetermined value.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c und 2d näher beschrieben. Hierbei zeigt:In the following the invention with reference to an embodiment and the 1a . 1b . 1c . 2a . 2 B . 2c and 2d described in more detail. Hereby shows:

1a schematisch den prinzipiellen Aufbau einer Doppelstromturbine geschnitten senkrecht zur Drehachse des Laufrades, 1a schematically the basic structure of a double-flow turbine cut perpendicular to the axis of rotation of the impeller,

1b schematisch den prinzipiellen Aufbau einer Zwillingsstromturbine geschnitten senkrecht zur Drehachse des Laufrades, 1b schematically the basic structure of a twin-flow turbine cut perpendicular to the axis of rotation of the impeller,

1c schematisch die in 1b dargestellte Zwillingsstromturbine entlang des in 1b kenntlich gemachten Schnitts A-A, 1c schematically the in 1b illustrated twin stream turbine along the in 1b indicated section AA,

2a schematisch und entlang der in 2d kenntlich gemachten Linie A-A teils geschnitten ein Fragment des Gehäuses der zweiflutigen Turbine einer ersten Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem in der Ruheposition befindlichen Absperrelement, 2a schematically and along the in 2d Line AA, partially cut away, shows a fragment of the housing of the double-flow turbine of a first embodiment of the supercharged internal combustion engine with a shut-off element in the rest position.

2b schematisch und entlang der in 2d kenntlich gemachten Linie A-A teils geschnitten das in 2a dargestellte Gehäusefragment mit einem in einer ersten Arbeitsposition befindlichen Absperrelement, 2 B schematically and along the in 2d Marked line AA partly cut the in 2a Housing fragment shown with a located in a first working position shut-off,

2c schematisch und entlang der in 2d kenntlich gemachten Linie A-A teils geschnitten das in 2a dargestellte Gehäusefragment mit einem in einer zweiten Arbeitsposition befindlichen Absperrelement, und 2c schematically and along the in 2d Marked line AA partly cut the in 2a Housing fragment shown with a located in a second working position shut-off, and

2d schematisch in der Draufsicht und teils senkrecht zu Verschieberichtung des Absperrelements geschnitten das in den 2a, 2b und 2c dargestellte Gehäusefragment. 2d schematically in plan view and partly perpendicular to the direction of displacement of the shut-off cut into the 2a . 2 B and 2c illustrated housing fragment.

1a zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer Doppelstromturbine 12 geschnitten senkrecht zur Drehachse 4 des Laufrades 3. 1a shows schematically the basic structure of a double-flow turbine 12 cut perpendicular to the axis of rotation 4 of the impeller 3 ,

Die dargestellte Doppelstromturbine 12 ist ein Beispiel für eine zweiflutige Turbine 1, d. h. für eine Turbine 1 mit zwei Fluten 8, 9. Die Turbine 1 verfügt über ein Turbinengehäuse 2, in dem ein Laufrad 3 auf einer drehbaren Welle 4 gelagert ist.The illustrated double-flow turbine 12 is an example of a twin-flow turbine 1 ie for a turbine 1 with two floods 8th . 9 , The turbine 1 has a turbine housing 2 in which an impeller 3 on a rotatable shaft 4 is stored.

Die Doppelstromturbine 12 ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fluten 8, 9 übereinander angeordnet sind und das Laufrad 3 zumindest entlang eines bogenförmigen Abschnitts spiralförmig auf unterschiedlich großen Radien umschließen. Die beiden Eintrittsöffnungen 6, 7 der Doppelstromturbine 12 sind in einem Flansch 10 des Gehäuses 2 radial unterschiedlich weit beabstandet zur Welle 4 der Turbine 1 angeordnet, wobei sich an jede Eintrittsöffnung 6, 7 eine Flut 8, 9 der Turbine 1 anschließt und die beiden Fluten 8, 9 bis hin zum Laufrad 3 mittels Gehäusewandung 5 voneinander getrennt sind. Auf diese Weise werden die Abgasströme der beiden Fluten 8, 9 getrennt voneinander auf das Laufrad 3 geleitet. Beide Fluten 8, 9 sind zum Laufrad 3 hin jeweils über ein kreisbogenförmiges Segment von 180° geöffnet.The double-flow turbine 12 is characterized in that the two floods 8th . 9 are arranged one above the other and the impeller 3 at least along an arcuate portion spirally enclose on different radii. The two inlet openings 6 . 7 the double-flow turbine 12 are in a flange 10 of the housing 2 radially differently spaced apart from the shaft 4 the turbine 1 arranged, being attached to each inlet 6 . 7 a flood 8th . 9 the turbine 1 connects and the two floods 8th . 9 up to the wheel 3 by means of housing wall 5 are separated from each other. In this way, the exhaust gas flows of the two floods 8th . 9 separated from each other on the impeller 3 directed. Both floods 8th . 9 are to the wheel 3 each open over a circular arc segment of 180 °.

Die 1b und 1c zeigen schematisch den prinzipiellen Aufbau einer Zwillingsstromturbine 11, wobei es sich bei 1b um einen Schnitt senkrecht zur Drehachse 4 des Laufrades 3 handelt und 1c die Zwillingsstromturbine 11 entlang des in 1b kenntlich gemachten Schnitts A-A zeigt.The 1b and 1c schematically show the basic structure of a twin-flow turbine 11 , where it is 1b around a section perpendicular to the axis of rotation 4 of the impeller 3 acts and 1c the twin power turbine 11 along the in 1b marked AA shows.

Es sollen nur die Unterschiede zu der in 1a dargestellten Doppelstromturbine erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1a und die dazugehörige Beschreibung. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.It should only the differences to the in 1a are discussed, which is why reference is otherwise made to 1a and the corresponding description. The same reference numerals have been used for the same components.

Die Zwillingsstromturbine 11 ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fluten 8, 9 nebeneinander angeordnet sind und das Laufrad 3 zumindest entlang eines bogenförmigen Abschnitts spiralförmig auf gleichgroßen Radien umschließen. Die beiden Eintrittsöffnungen 6, 7 der Zwillingsstromturbine 11 sind radial gleichweit beabstandet zur Welle 4 der Turbine 1 im Gehäuse 5 angeordnet.The twin power turbine 11 is characterized in that the two floods 8th . 9 are arranged side by side and the impeller 3 at least along an arcuate portion spirally enclose on equal radii. The two inlet openings 6 . 7 the twin-stream turbine 11 are radially equidistant from the shaft 4 the turbine 1 in the case 5 arranged.

Die Gehäusewandung 5 der Zwillingsstromturbine 11 ist an ihrem freien Ende thermisch wesentlich höher belastet als die der Doppelstromturbine 12, insbesondere im Übergangsbereich zum Laufrad 3, wie aus 1c ersichtlich ist.The housing wall 5 the twin-stream turbine 11 is at its free end thermally much higher load than that of the double-flow turbine 12 , in particular in the transition region to the impeller 3 , like out 1c is apparent.

Die 2a, 2b, 2c und 2d zeigen schematisch und teils geschnitten ein Fragment des Gehäuses 2 der zweiflutigen Turbine 1 einer ersten Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Absperrelement 15 in verschiedenen Positionen.The 2a . 2 B . 2c and 2d show schematically and partly cut a fragment of the housing 2 the twin-flow turbine 1 A first embodiment of the supercharged internal combustion engine with a shut-off 15 in different positions.

Es wird ergänzend zu den 1a, 1b und 1c ausgeführt, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf diese Figuren und die dazugehörige Figurenbeschreibung. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.It will be complementary to the 1a . 1b and 1c Otherwise, reference is made to these figures and the associated description of the figures. The same reference numerals have been used for the same components.

2a zeigt schematisch und entlang der in 2d kenntlich gemachten Linie A-A teils geschnitten das Fragment des Gehäuses 2 einer zweiflutigen Turbine 1 mit einem in der Ruheposition befindlichen Absperrelement 15. 2a shows schematically and along the in 2d marked line AA partly cut the fragment of the housing 2 a twin-flow turbine 1 with a shut-off element in the rest position 15 ,

Um die beiden mittels Gehäusewandung 5 innerhalb des Turbinengehäuses 2 voneinander getrennten Fluten 8, 9 der Turbine 1 durch Freigeben bzw. Versperren eines Überströmkanals 14 stromaufwärts des Laufrades miteinander verbinden bzw. voneinander trennen zu können, ist ein kolbenartiges Absperrelement 15 vorgesehen, das entlang seiner Längsachse 15e translatorisch verschiebbar ist. In der gezeigten Ruheposition sind die beiden Fluten 8, 9 der Turbine 1 voneinander getrennt.To the two by means of housing wall 5 inside the turbine housing 2 separate floods 8th . 9 the turbine 1 by releasing or blocking an overflow channel 14 upstream of the impeller connect or separate from each other, is a piston-like shut-off 15 provided along its longitudinal axis 15e is translationally displaceable. In the rest position shown are the two floods 8th . 9 the turbine 1 separated from each other.

Das kolbenartige Absperrelement 15 verfügt über ein freies stempelartiges Ende 15a, das den Fluten 8, 9 zugewandt ist und das einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 15b aufweist, welches in der Ruheposition in einer ersten Ausnehmung 5a des Turbinengehäuses 2 gelagert ist.The piston-like shut-off element 15 has a free stamped end 15a that the floods 8th . 9 facing and a first cylindrical portion 15b which, in the rest position in a first recess 5a of the turbine housing 2 is stored.

Entlang der Längsachse 15e des Absperrelements 15 geht das freie stempelartige Ende 15a unter Ausbildung eines Übergangsbereichs 15c in einen zweiten verdickten Abschnitt 15d über, der einen größeren Querschnitt aufweist als das stempelartige Ende 15a bzw. der erste zylinderförmige Abschnitt 15b des stempelartigen Endes 15a. Bei der in 2a dargestellten Ausführungsform sind der Übergangsbereich 15c kegelstumpfförmig und der zweite verdickte Abschnitt 15d zylinderförmig ausgebildet. Der Übergangsbereich 15c lagert in der Ruheposition des Absperrelements 15 in einer zweiten Ausnehmung 5c des Turbinengehäuses 2, deren Gestalt mit der des Übergangsbereichs 15c korrespondiert. Der zweite verdickte Abschnitt 15d dient der Lagerung des Absperrelements 15 beim Verschieben, d. h. in jeder Position, wozu der zweite Abschnitt 15d in einer dritten Ausnehmung 5d des Gehäuses 2 verschiebbar gelagert ist. Die Abblaseleitung 13 ist vorliegend versperrt.Along the longitudinal axis 15e of the shutoff element 15 go the free stamped end 15a forming a transitional area 15c in a second thickened section 15d over, which has a larger cross-section than the stamp-like end 15a or the first cylindrical section 15b of the stamp-like finish 15a , At the in 2a embodiment shown are the transition region 15c frusto-conical and the second thickened section 15d cylindrically shaped. The transition area 15c stores in the rest position of the shut-off element 15 in a second recess 5c of the turbine housing 2 whose shape coincides with that of the transition area 15c corresponds. The second thickened section 15d serves to store the shut-off element 15 when moving, ie in any position, including the second section 15d in a third recess 5d of the housing 2 is slidably mounted. The blow-off line 13 is locked here.

Durch Überführen des kolbenartigen Absperrelementes 15 in eine erste Arbeitsposition wird ein Überströmkanal 14 freigegeben und die beiden Fluten 8, 9 der Turbine 1 werden miteinander verbunden, wie in 2b dargestellt. Der Austausch von Abgas zwischen den Fluten 8, 9, das sogenannte Überströmen, wird durch die Pfeile versinnbildlicht.By transferring the piston-like shut-off element 15 in a first working position is an overflow 14 released and the two floods 8th . 9 the turbine 1 are linked together, as in 2 B shown. The exchange of exhaust gas between the floods 8th . 9 The so-called overflowing is symbolized by the arrows.

Durch ein weiteres Verschieben des Absperrelementes 15 in eine zweite Arbeitsposition verlässt das stempelartige Ende 15a die erste Ausnehmung 5a, wodurch die beiden Fluten 8, 9 miteinander verbunden werden und eine Abblaseleitung 13 freigegeben wird, wie 2c entnommen werden kann. Die Abblaseleitung 13 zweigt stromaufwärts des Laufrades aus dem Abgasabführsystem ab und führt das Abgas am Laufrad der Turbine 1 vorbei. Die via Abblaseleitung 13 am Laufrad 3 vorbeigeführte Abgasmenge kann durch Verschieben des Absperrelements 15 innerhalb der zweiten Arbeitsposition genau eingestellt werden.By a further displacement of the shut-off element 15 in a second working position leaves the stamp-like end 15a the first recess 5a , causing the two floods 8th . 9 be connected to each other and a blow-off line 13 is released, like 2c can be removed. The blow-off line 13 branches off the exhaust gas removal system upstream of the impeller and carries the exhaust gas to the impeller of the turbine 1 past. The via blow-off line 13 on the wheel 3 Passing off the amount of exhaust gas can be achieved by moving the shut-off element 15 be precisely set within the second working position.

2d zeigt schematisch und teils senkrecht zu Verschieberichtung 15e des Absperrelements 15 geschnitten das in den 2a, 2b und 2c dargestellte Gehäusefragment 2. 2d shows schematically and partly perpendicular to the direction of displacement 15e of the shutoff element 15 cut that into the 2a . 2 B and 2c illustrated housing fragment 2 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
zweiflutige Turbine twin-flow turbine
22
Turbinengehäuse, Gehäusefragment Turbine housing, housing fragment
33
Laufrad Wheel
44
Drehachse, Welle Rotation axis, shaft
55
Gehäusewandung housing
5a5a
erste Ausnehmung im Turbinengehäuse first recess in the turbine housing
5c5c
zweite Ausnehmung second recess
5d5d
dritte Ausnehmung third recess
66
erste Eintrittsöffnung first entrance opening
77
zweite Eintrittsöffnung second inlet
88th
erste Flut first tide
99
zweite Flut second tide
1010
Flansch flange
1111
Zwillingsturbine twin turbine
1212
Doppelstromturbine Double-flow turbine
1313
Abblaseleitung blow-off line
1414
Überströmkanal overflow
1515
kolbenartiges Absperrelement piston-like shut-off element
15a15a
freies stempelartiges Ende free stamped end
15b15b
erster Abschnitt first section
15c15c
Übergangsbereich Transition area
15d15d
zweiter Abschnitt second part
15e15e
Verschieberichtung, Längsachse Displacement direction, longitudinal axis

Claims (23)

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder via Abgasabführsystem aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt, – mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, – die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, und – die beiden Gesamtabgasleitungen mit einer zweiflutigen Turbine (1), die mindestens ein in einem Turbinengehäuse (2) auf einer drehbaren Welle (4) gelagertes Laufrad (3) umfasst, in der Art verbunden sind, dass jeweils eine Gesamtabgasleitung mit einer der beiden Fluten (8, 9) der zweiflutigen Turbine (1) verbunden ist, wobei die beiden Fluten (8, 9) bis hin zu dem mindestens einen Laufrad (3) mittels Gehäusewandung (5) voneinander getrennt sind und innerhalb des Turbinengehäuses (2) durch Freigeben mindestens eines Überströmkanals (14) stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (3) miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein translatorisch verschiebbares kolbenartiges Absperrelement (15) vorgesehen ist, welches in einer Ruheposition die beiden Fluten (8, 9) der Turbine (1) voneinander trennt, in einer ersten Arbeitsposition die beiden Fluten (8, 9) der Turbine (1) durch Freigeben des Überströmkanals (14) miteinander verbindet und in einer zweiten Arbeitsposition die beiden Fluten (8, 9) der Turbine (1) durch Freigeben des Überströmkanals (14) miteinander verbindet sowie eine Abblaseleitung (13) freigibt, die stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (3) aus dem Abgasabführsystem abzweigt.A supercharged internal combustion engine having at least one cylinder head with at least two cylinders, in which - each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases from the cylinder via Abgasabführsystem and connects to each outlet an exhaust pipe, - at least two cylinders are configured in the way that they form two groups, each with at least one cylinder, - combine the exhaust gas lines of the cylinders of each cylinder group to form an exhaust gas manifold in each case to form an overall exhaust gas line, and - the two total exhaust gas lines with a twin-flow turbine ( 1 ), which at least one in a turbine housing ( 2 ) on a rotatable shaft ( 4 ) stored impeller ( 3 ), are connected in such a way that in each case a total exhaust gas line with one of the two floods ( 8th . 9 ) of the twin-flow turbine ( 1 ), the two floods ( 8th . 9 ) up to the at least one impeller ( 3 ) by means of housing wall ( 5 ) are separated from each other and within the turbine housing ( 2 ) by releasing at least one overflow channel ( 14 ) upstream of the at least one impeller ( 3 ) are connectable to each other, characterized in that - at least one translationally displaceable piston-like shut-off element ( 15 ) is provided, which in a rest position, the two floods ( 8th . 9 ) of the turbine ( 1 ) separates, in a first working position the two floods ( 8th . 9 ) of the turbine ( 1 ) by releasing the overflow channel ( 14 ) and in a second working position the two floods ( 8th . 9 ) of the turbine ( 1 ) by releasing the overflow channel ( 14 ) and a blow-off line ( 13 ), the upstream of the at least one impeller ( 3 ) branches off from the Abgasabführsystem. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine kolbenartige Absperrelement (15) ein freies stempelartiges Ende (15a) aufweist, welches den Fluten (8, 9) zugewandt ist. Supercharged internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the at least one piston-like shut-off element ( 15 ) a free stamped end ( 15a ), which floods ( 8th . 9 ) is facing. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das freie stempelartige Ende (15a) in der Ruheposition des mindestens einen kolbenartigen Absperrelements (15) in einer ersten Ausnehmung (5a) lagert, welche im Turbinengehäuse (2) vorgesehen ist.Supercharged internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the free punch-like end ( 15a ) in the rest position of the at least one piston-like shut-off element ( 15 ) in a first recess ( 5a ) stored in the turbine housing ( 2 ) is provided. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das freie stempelartige Ende (15a) einen ersten zylinderförmigen Abschnitt (15b) aufweist.Supercharged internal combustion engine according to claim 2 or 3, characterized in that the free punch-like end ( 15a ) a first cylindrical portion ( 15b ) having. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das freie stempelartige Ende (15a) unter Ausbildung eines Übergangsbereichs (15c) in einen zweiten verdickten Abschnitt (15d) übergeht, der einen größeren Querschnitt aufweist als das stempelartige Ende (15a).Supercharged internal combustion engine according to one of claims 2 to 4, characterized in that the free punch-like end ( 15a ), forming a transitional area ( 15c ) into a second thickened section ( 15d ), which has a larger cross-section than the stamp-like end ( 15a ). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite verdickte Abschnitt (15d) zylinderförmig ausgebildet ist.Supercharged internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the second thickened portion ( 15d ) is cylindrical. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (15c) trichterförmig ausgebildet ist.Supercharged internal combustion engine according to claim 5 or 6, characterized in that the transition region ( 15c ) is funnel-shaped. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (15c) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.Supercharged internal combustion engine according to one of claims 5 to 7, characterized in that the transition region ( 15c ) is frusto-conical. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (15c) in der Ruheposition des mindestens einen kolbenartigen Absperrelements (15) in einer zweiten Ausnehmung (5c) lagert, welche im Turbinengehäuse (2) vorgesehen ist und deren Gestalt mit der des Übergangsbereichs (15c) korrespondiert.Supercharged internal combustion engine according to one of claims 5 to 8, characterized in that the transition region ( 15c ) in the rest position of the at least one piston-like shut-off element ( 15 ) in a second recess ( 5c ) stored in the turbine housing ( 2 ) is provided and whose shape with the transition area ( 15c ) corresponds. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine kolbenartige Absperrelement (15) zwischen der Ruheposition und einer ersten Arbeitsposition schaltbar ist. Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one piston-like shut-off element ( 15 ) is switchable between the rest position and a first working position. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine kolbenartige Absperrelement (15) stufenlos verstellbar ist. Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one piston-like shut-off element ( 15 ) is infinitely adjustable. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine kolbenartige Absperrelement (15) zwischen einer ersten Arbeitsposition und einer zweiten Arbeitsposition zwecks Einstellung der abgeblasenen Abgasmenge stufenlos verstellbar ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one piston-like shut-off element ( 15 ) is infinitely adjustable between a first working position and a second working position for the purpose of setting the amount of exhaust gas blown off. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiflutige Turbine (1) eine Doppelstromturbine (12) ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the twin-flow turbine ( 1 ) a double-flow turbine ( 12 ). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiflutige Turbine (1) eine Zwillingsstromturbine (11) ist.Supercharged internal combustion engine according to one of claims 1 to 12, characterized in that the twin-flow turbine ( 1 ) a twin-flow turbine ( 11 ). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewandung (5) eine unbewegliche und fest mit dem Gehäuse (2) verbundene Wand ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the housing wall ( 5 ) an immovable and fixed to the housing ( 2 ) connected wall. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abblaseleitung (13) stromabwärts des mindestens einen Laufrades (3) in das Abgasabführsystem mündet.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the blow-off line ( 13 ) downstream of the at least one impeller ( 3 ) opens into the Abgasabführsystem. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe innerhalb des Zylinderkopfes unter Ausbildung von zwei Abgaskrümmern jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas lines of the cylinder merge each cylinder group within the cylinder head to form two exhaust manifolds in each case to form an overall exhaust gas line. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Überströmkanal (14) laufradseitig angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one overflow channel ( 14 ) is arranged impeller side. Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fluten (8, 9) der Turbine (1) durch Verschieben des mindestens einen kolbenartigen Absperrelements (15) ausgehend von der Ruheposition in eine erste Arbeitsposition miteinander verbunden werden, um von der Stoßaufladung zur Stauaufladung zu wechseln.Method for operating a supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the two floods ( 8th . 9 ) of the turbine ( 1 ) by displacing the at least one piston-like shut-off element ( 15 ) are connected to each other from the rest position to a first working position to change from the bump charging to the jam charging. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fluten (8, 9) der Turbine (1) miteinander verbunden werden, sobald die Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine eine vorgebbare Drehzahl nmot,down übersteigt. Method according to claim 19, characterized in that the two floods ( 8th . 9 ) of the turbine ( 1 ) Be connected to each other, as soon as the engine speed n mot of the internal combustion engine exceeds a predetermined speed n mot, down . Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fluten (8, 9) der Turbine (1) miteinander verbunden werden, sobald die Abgasmenge eine erste vorgebbare Abgasmenge übersteigt.Method according to claim 19 or 20, characterized in that the two floods ( 8th . 9 ) of the turbine ( 1 ) are connected to each other when the amount of exhaust gas exceeds a first predetermined amount of exhaust gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Abblaseleitung (13) durch Verschieben des mindestens einen kolbenartigen Absperrelements (15) freigegeben wird, wenn die Abgasmenge der beiden Zylindergruppen eine zweite vorgebbare Abgasmenge übersteigt, wozu das mindestens eine Absperrelement (15) in eine zweite Arbeitsposition verschoben wird.Method according to one of claims 19 to 21, characterized in that the blow-off line ( 13 ) by displacing the at least one piston-like shut-off element ( 15 ) is released when the exhaust gas amount of the two cylinder groups exceeds a second predetermined amount of exhaust gas, to which the at least one shut-off element ( 15 ) is moved to a second working position. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die via Abblaseleitung (13) an dem mindestens einen Laufrad (3) vorbeigeführte Abgasmenge durch Verschieben des mindestens einen Absperrelements (15) innerhalb der zweiten Arbeitsposition eingestellt wird.Method according to claim 22, characterized in that the via blow-off line ( 13 ) on the at least one impeller ( 3 ) passed by amount of exhaust gas by moving the at least one shut-off element ( 15 ) is set within the second working position.
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