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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine.
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Brennkraftmaschinen sind hinlänglich bekannt und sind üblicherweise zum Antrieb eines Fahrzeugs vorgesehen, z.B. in Gestalt eines V8-Biturbomotors. Um gezielt den Verbrauch solcher Brennkraftmaschinen zu drosseln, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, wahlweise einzelne Zylinder der Brennkraftmaschine abzuschalten und den Betrieb mit einer reduzierten Anzahl an tatsächlich genutzten Zylindern, d. h. den Betrieb unter Zylinderabschaltung, aufrechtzuerhalten.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit der das Konzept der Zylinderabschaltung weiter verbessert werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit einer primären Zylinderbank und einer sekundären Zylinderbank, wobei ein erster Zylinder der primären Zylinderbank und ein erster Zylinder der sekundären Zylinderbank über eine gemeinsame erste Zuleitung mit einem ersten Turbolader verbunden sind, wobei ein zweiter Zylinder der primären Zylinderbank und ein zweiter Zylinder der sekundären Zylinderbank über eine gemeinsame zweite Zuleitung mit einem zweiten Turbolader verbunden sind, wobei in einem vom Vollbetrieb abweichenden Betriebsmodus der Brennkraftmaschine der zweite Zylinder der primären Zylinderbank und der zweite Zylinder der sekundären Zylinderbank abgeschaltet sind.
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Gegenüber dem Stand der Technik lässt sich mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine das Abgas der nicht-abgeschalteten Zylinder auf den ersten Turbolader lenken im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem das Abgas zwischen dem ersten und dem zweiten Turbolader aufgeteilt wird. Infolgedessen lassen sich gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Aufteilen des Abgases mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine höhere Ladedrehzahlen, höhere Ladedrücke und damit höhere Drehmomente verwirklichen. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise bei einem Fahrzeug, in das die Brennkraftmaschine verbaut ist, der Fahrkomfort gegenüber denen aus dem Stand der Technik bekannten verbessern, ohne auf die verbrauchsreduzierende Wirkung einer Zylinderanschaltung verzichten zu müssen. Außerdem erlaubt die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mechanische Komponenten vom Motor zu entfernen, die im Stand der Technik zur Steuerung der Zylinderabschaltung erforderlich sind. Der Verzicht auf solche Komponenten, wie z.B. Aktuatoren, Kabelstränge oder Leitungen, führt daher in vorteilhafter Weise zu Gewichtseinsparungen. Zudem wird die Brennkraftmaschine dadurch entfeinert, sodass überflüssige mechanische Schaltelemente an der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine weggelassen werden können.
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Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug, insbesondere für dessen Antrieb vorgesehen. Dabei werden im Vollbetrieb alle Zylinder der Brennkraftmaschine zum Antrieb genutzt, d. h. gezündet. Beim vom Vollbetrieb abweichenden Betriebsmodus wird nur ein Teil, vorzugsweise die Hälfte aller Zylinder, für den Betrieb der Brennkraftmaschine genutzt, um dadurch den Verbrauch gegenüber dem Vollbetrieb zu drosseln bzw. zu reduzieren. Insbesondere wird beim vom Vollbetrieb abweichenden Betrieb Abgas aus dem ersten Zylinder der primären Zylinderbank und aus dem ersten Zylinder der sekundären Zylinderbank auf den ersten Turbolader geleitet. Weiterhin ist es vorgesehen, dass im vom Vollbetrieb abweichenden Betrieb ein Zündabstand zwischen den Zündungen der einzelnen noch im Betrieb befindlichen Zylindern im Wesentlichen konstant bleibt, um bei der Brennkraftmaschine für ein gewisses Maß an Laufruhe zu sorgen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die primäre Zylinderbank und die sekundäre Zylinderbank um einen Bankwinkel zueinander geneigt sind, wobei die erste Zuleitung vorzugsweise in einem vom Bankwinkel aufgespannten Bereich über der primären Zylinderbank und der sekundären Zylinderbank angeordnet ist. D. h. die erste Zuleitung ist an der heißen Seite innen an der primären Zylinderbank und der sekundären Zylinderbank bzw. zumindest teilweise zwischen der ersten und der zweiten Zylinderbank angeordnet. Dadurch lassen sich vergleichsweise kurze Abgaswege realisieren, was sich ebenfalls positiv auf den Ladedruck am ersten Turbolader auswirkt. Vorzugsweise ist der Bankwinkel kleiner als 180°. Weiterhin ist es vorzugweise vorgesehen, dass die zweite Zuleitung ebenfalls in dem vom Bankwinkel aufgespannten Bereich über der primären Zylinderbank und der sekundären Zylinderbank angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Zuleitung eine Lambda-Sonde aufweist. Da der erste Zylinder der primären Zylinderbank und der erste Zylinder der sekundären Zylinderbank im vom Vollbetrieb abweichenden Betriebsmodus genutzt werden und deren Abgase über die gemeinsame erste Zuleitung auf den ersten Turbolader geleitet werden, kann die Lambda-Sonde in der ersten Zuleitung ohne störenden Frischlufteinfluss – wie es beim Stand der Technik regelmäßig der Fall ist – ein Kraftstoffgemisch messen und anschießend die Kraftstoffeinspritzung regeln. Dadurch ist in vorteilhafter Weise eine Lambdaregelung auch im vom Vollbetrieb abweichenden Betriebsmodus möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Turbolader und der zweite Turbolader einen Twin-Turbolader bilden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die primäre Zylinderbank und die sekundäre Zylinderbank jeweils vier Zylinder aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um einen V8-Biturbomotor.
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Ein weiterer Gegentand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einer primären Zylinderbank und einer sekundären Zylinderbank, wobei Abgas aus einem ersten Zylinder der primären Zylinderbank und aus einem ersten Zylinder der sekundären Zylinderbank über eine gemeinsame erste Zuleitung zu einem ersten Turbolader geleitet wird, wobei im Vollbetrieb Abgas aus dem zweiten Zylinder der primären Zylinderbank und aus einem zweiten Zylinder der sekundären Zylinderbank über eine gemeinsame zweite Zuleitung auf einen zweiten Turbolader geleitet wird, wobei in einem vom Vollbetrieb abweichenden Betriebsmodus der zweite Zylinder der primären Zylinderbank und der zweite Zylinder der sekundären Zylinderbank abgeschaltet werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vollbetrieb (links) und in einem vom Vollbetrieb abweichenden Betriebsmodus (rechts).
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2 zeigt ein Abgaskrümmer-System für die Brennkraftmaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt drei Kennlinien für den Betrieb von Brennkraftmaschinen.
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei ist auf der linken Seite der Vollbetrieb der Brennkraftmaschine und auf der rechten Seite der Betrieb bei einer Zylinderabschaltung illustriert. Vorzugsweise handelt es sich um eine Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug, insbesondere um einen V-Motor, mit einer ersten Zylinderbank 21 und einer zweiten Zylinderbank 22, die um einen Bankwinkel, vorzugsweise bis 180°, zueinander geneigt sind. In der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Brennkraftmaschine acht Zylinder, von denen jeweils vier Zylinder der primären Zylinderbank 21 und der sekundären Zylinderbank 22 zugeordnet sind. Insbesondere sind zur Bildung einer Bankverbindung ein erster Zylinder 1 der primären Zylinderbank 21 und ein erster Zylinder 6 der sekundären Zylinderbank 22 über eine erste Zuleitung 11 mit einem ersten Turbolader 31 verbunden. Dadurch wird im Betrieb der Brennkraftmaschine über die gemeinsame erste Zuleitung 11 Abgas vom ersten Zylinder 1 der primären Zylinderbank 21 und vom ersten Zylinder 6 der sekundären Zylinderbank 22 zum ersten Turbolader 31 geleitet, wobei der erste Turbolader 31 das zugeleitete Abgas wiederum zur Bildung des Ladedrucks nutzt. Weiterhin ist es vorgesehen, dass ein zweiter Zylinder 2 der primären Zylinderbank 21 und ein zweiter Zylinder 8 der sekundären Zylinderbank 22 über eine zweite Zuleitung 12 mit einem zweiten Turbolader 32 verbunden sind, wobei in einem Vollbetrieb über die zweite Zuleitung 12 Abgas zum zweiten Turbolader 32 geleitet wird. Darüber hinaus ist es vorzugsweise vorgesehen, dass ein dritter Zylinder 3 der primären Zylinderbank 21 und ein dritter Zylinder 5 der sekundären Zylinderbank 22 über eine dritte Zuleitung 13 mit dem zweiten Turbolader 32 verbunden sind und/oder dass ein vierter Zylinder 4 der primären Zylinderbank 21 und ein vierter Zylinder 7 sekundären Zylinderbank 22 über eine vierte Zuleitung 14 mit dem ersten Turbolader 31 verbunden sind. Im Vollbetrieb der Brennkraftmaschine werden gemäß einer hier dargestellten Zündreihenfolge vorzugsweise nacheinander der erste Zylinder 1 der primären Zylinderbank 11, der dritte Zylinder 3 der primären Zylinderbank 21, der vierte Zylinder 7 der sekundären Zylinderbank 22, der zweite Zylinder 2 der primären Zylinderbank 21, der erste Zylinder 6 der sekundären Zylinderbank 22, der dritte Zylinder 5 der sekundären Zylinderbank 22, der vierte Zylinder 4 der primären Zylinderbank 21 und schließlich der zweite Zylinder 8 der zweiten Zylinderbank 22 gezündet. In einem vom Vollbetrieb abweichenden Betrieb, d. h. bei einer Zylinderabschaltung, werden der zweite Zylinder 2 der primären Zylinderbank 21 und der zweite Zylinder 8 der sekundären Zylinderbank 22 sowie der dritte Zylinder 3 der primären Zylinderbank 21 und der dritte Zylinder 5 der sekundären Zylinderbank 22 abgeschaltet bzw. nicht gezündet. Infolgedessen bleiben die zweite Zuleitung 12 und die dritte Zuleitung 13 bei der Zylinderabschaltung im Wesentlichen abgasfrei. Stattdessen kann das Abgas der Zylinder, die über die erste Zuleitung 11 und die vierte Zuleitung 14 mit dem ersten Turbolader 31 verbunden sind, zum Aufbau des Ladedrucks am ersten Turbolader 31 genutzt werden, was schließlich zu einem höheren Drehmoment der Brennkraftstoffmaschine führt im Vergleich zu einem System, bei dem das Abgas auf den ersten Turbolader 31 und den zweiten Turbolader 32 aufgeteilt wird. Bei einem Halbbetrieb, d. h. bei einer Zylinderabschaltung, bei der jeder zweite Zylinder ungezündet bleibt, werden gemäß einer hier dargestellten Zündreihenfolge vorzugsweise nacheinander der erste Zylinder 1 der primären Zylinderbank 21, der vierte Zylinder 7 der sekundären Zylinderbank 22, der erste Zylinder 6 der sekundären Zylinderbank 22, und schließlich der vierte Zylinder 4 der primären Zylinderbank 21 gezündet. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die erste Zuleitung 11 und/oder die vierte Zuleitung 14 eine Lambda-Sonde umfasst. Dadurch lässt sich die Lambda-Sonde in vorteilhafter Weise auch bei der Zylinderabschaltung nutzen, da hier eine Verfälschung durch eine Frischluftzufuhr im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann.
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In 2 ist ein Abgaskrümmer-System für die Brennkraftmaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Zuleitung 11 und die vierte Zuleitung 14 bis zum ersten Turbolader 31 voneinander getrennt sind, d. h. keine gemeinsame Zuleitung bilden. Es ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass die erste Zuleitung 11 und/oder die vierte Zuleitung 14 innen an der heißen Seite angeordnet sind, d. h. in einem Winkelbereich, der durch den Bankwinkel zwischen der primären Zylinderbank 31 und der sekundären Zylinderbank 32 vorgegeben ist. Mit anderen Worten bilden die primäre Zylinderbank 31 und die sekundäre Zylinderbank 32 ein V, an dessen offenen Seite nach innen gerichtet die erste Zuleitung 11 und/oder die vierte Zuleitung 14 angeordnet sind. Dadurch lassen sich in vorteilhafter Weise vergleichsweise kurze Abgaswege von den jeweiligen Zylindern zum ersten Turbolader 31 realisieren.
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In 3 sind Kennlinien für den Betrieb von Brennkraftmaschinen dargestellt, wobei jeweils ein Drehmoment 110 der Brennkraftmaschine in Nm gegen eine Drehzahl 100 in 1/min aufgetragen ist. Als Referenz dient hierbei ein dritter Verlauf 103 (zeigt das „Motorkennfeld VMB“), der das Verhalten im Vollbetrieb repräsentiert. Ein erster Verlauf 101 (zeigt das „Motorkennfeld HMB mit bisheriger ZAS Verschaltung“) und ein zweiter Verlauf 102 (zeigt das „erweiterte Motorkennfeld HMB mit neuer ZAS-Verschaltung) zeigen hingegen das Verhalten bei einem Halbmotorbetrieb, d. h. einer Zylinderabschaltung, bei der die Hälfte der Zylinder abgeschaltet sind, wobei beim ersten Verlauf 101 der erste Turbolader 31 und der zweite Turbolader 32 mit Abgas versorgt werden, wohingegen beim zweiten Verlauf 102 das Abgas nur auf den ersten Turbolader 31 geleitet wird. Die graphische Darstellung lässt erkennen, dass sich höhere Drehmomente für den zweiten Verlauf 102 erzielen lassen. Mit einer solchen Ausweitung steigt die Möglichkeit im zyklusrelevanten Kennfeldbereich größere Strecken oder einen vollständigen Fahrzyklus im verbrauchsarmen vom Vollbetrieb abweichenden Betrieb zu fahren bzw. die Anzahl der verbrauchsteigernden Umschaltungen zwischen den Betriebszuständen zu reduzieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Zylinder der primären Zylinderbank
- 2
- zweiter Zylinder der primären Zylinderbank
- 3
- dritter Zylinder der primären Zylinderbank
- 4
- vierter Zylinder der primären Zylinderbank
- 5
- dritter Zylinder der sekundären Zylinderbank
- 6
- erster Zylinder der sekundären Zylinderbank
- 7
- vierter Zylinder der sekundären Zylinderbank
- 8
- zweiter Zylinder der Sekundären Zylinderbank
- 11
- erste Zuleitung
- 12
- zweite Zuleitung
- 13
- dritte Zuleitung
- 14
- vierte Zuleitung
- 21
- erste Zylinderbank
- 22
- zweite Zylinderbank
- 31
- erster Turbolader
- 32
- zweiter Turbolader
- 100
- Drehzahl [1/min]
- 110
- Drehmoment [Nm]
- 101
- erster Verlauf „Motorkennfeld HMB mit bisheriger ZAS Verschaltung“
- 102
- zweiter Verlauf „Erweitertes Motorkennfeld HMB mit neuer ZAS-Verschaltung“
- 103
- dritter Verlauf „Motorkennfeld VMB“
