DE102015203157B4

DE102015203157B4 - Brennkraftmaschine mit innen im Abgastrakt liegender isolierender Metallstruktur

Info

Publication number: DE102015203157B4
Application number: DE102015203157.8A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kindl; Andreas Kuske; Jörg Kemmerling; Vanco Smiljanovski; Franz Arnd Sommerhoff; Frank Wunderlich
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: DE102015203157A1

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit mindestens zwei Zylindern (2), bei der – jeder Zylinder (2) mindestens eine Auslassöffnung (4) aufweist, an die sich jeweils eine Abgasleitung (5, 6) zum Abführen der Abgase durch ein Abgassystem anschließt, – jeder Zylinder (2) mindestens eine Einlassöffnung (10) aufweist, die mit einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft verbunden ist, – mindestens ein erster Abgasturbolader (17) eine im Abgassystem angeordnete erste Turbine (17a) und einen im Ansaugsystem angeordneten ersten Verdichter (17b) und ein zweiter Abgasturbolader (18) eine im Abgassystem angeordnete zweite Turbine (18b) und einen im Ansaugsystem angeordneten zweiten Verdichter (18b) umfassen, – die Abgasleitungen (5, 6) der mindestens zwei Zylinder (2) so konfiguriert sind, dass diese mindestens eine erste und zweite Gruppe bilden, wobei der erste Abgasturbolader (17) der ersten und der zweite Abgasturbolader (18) der zweiten Gruppe zugeordnet ist, – die Ansaugleitungen des Ansaugsystems so konfiguriert sind, dass eine erste Ansaugleitung (12) dem ersten (17) und eine zweite Ansaugleitung (13) dem zweiten Abgasturbolader (18) zugeordnet sind, – wobei die Abgasleitungen (5) der ersten Gruppe zu einer ersten Gesamtabgasleitung (7) und die Abgasleitungen (6) der zweiten Gruppe zu einer zweiten Gesamtabgasleitung (8) zusammenführen, worin die erste Turbine (17a) in der ersten (7) und die zweite Turbine (18a) in der zweiten Gesamtabgasleitung (8) angeordnet ist, – im Abgassystem stromabwärts der Turbinen (17a, 18a) jeweils mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem (19, 20) einer bestimmten Art angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abgasleitungen (5) der ersten Gruppe zusammen mit der ersten Gesamtabgasleitung (7) und die Abgasleitungen (6) der zweiten Gruppe zusammen mit der zweiten Gesamtabgasleitung (8) weiterhin so konfiguriert sind, dass die Abgasleitungen (5) der ersten Gruppe und die erste Gesamtabgasleitung (7) eine bis zu einem ersten Abgasnachbehandlungssystem (19) reichende innenliegende ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit mehreren Turboladern, wobei ein Teil des Abgastrakts mit mindestens einer ersten Turbine eines ersten Turboladers eine innenliegende isolierende Metallstruktur aufweist, und ein Teil des Abgastrakts mit mindestens einer zweiten Turbine eines zweiten Turboladers keine wärmeisolierende Struktur aufweist.
In Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung werden Verbrennungsgase, die bei der Verbrennung von Brennstoff im Brennraum einer Brennkraftmaschine entstehen, gereinigt. Die Effektivität von zur Abgasnachbehandlung verwendeten Katalysatoren hängt neben anderen Faktoren entscheidend von der Betriebstemperatur ab. Dabei ist es besonders nach dem Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs wichtig, die Betriebstemperatur von Abgasnachbehandlungssystemen schnell zu erreichen, denn in dieser Phase emittiert ein Motor viel Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe. Ist ein Katalysator noch nicht betriebswarm, wandelt er die emittierten Schadstoffe nur unzureichend um.
Dabei ist ein Problem, dass der Weg von den Zylindern der Brennkraftmaschine bis zum Abgasnachbehandlungssystem relativ weit ist. Ist noch eine Turbine eines Turboladers im Abgastrakt vorhanden, werden die Katalysatoren in der Regel noch hinter der Turbine angeordnet. Auf dem Weg des Abgases durch den Abgastrakt geht viel von dessen Wärme durch Konvektion und Abstrahlung verloren.
Eine Möglichkeit, eine hohe Abgastemperatur am Katalysator zu erreichen, ist, die Position des Katalysators in die Nähe der Zylinder der Brennkraftmaschine zu legen, um den Weg des Abgases zu verkürzen. Dabei ist aber problematisch, dass in anderen Betriebsbereichen die Temperaturen zu hoch werden und den Katalysator zerstören können. Eine andere Möglichkeit, die Abgastemperaturen bis zum Katalysator zu erhalten,
ist eine Isolierung der Abgasleitungen, um Wärmeverluste des Abgases zu verringern. Bekannt sind z. B. doppelwandige Wandungen einer Abgasleitung stromabwärts einer Turbine zum Regulieren der Abgaswärme ( GB 2 446 916 A ). Abgasleitungen können z. B. durch innenliegende Metallstrukturen, wie Metalle oder eine Anordnung von Hohlräumen, wärmeisoliert werden ( DE 10 2008 048 897 A1 , DE 232 953 A1 , DE 103 57 125 A1 ). Die letztgenannte Möglichkeit ist effektiv, jedoch sehr kostspielig im Vergleich zu Standard-Gusskonstruktionen. Isolierungen von Turbinen sind auch zum Schutz vor von außerhalb auf die Turbine einwirkender Wärme bekannt ( DE 10 2004 061 023 A1 ).
Es besteht damit die Aufgabe, ein Abgassystem bereitzustellen, das effektiv die Abgaswärme zu den Katalysatoren leitet und ökonomisch zu gestalten ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Abgassystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, bei der

– jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich jeweils eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase durch ein Abgassystem anschließt,
– jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung aufweist, die mit einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft verbunden ist,
– mindestens ein erster Abgasturbolader eine im Abgassystem angeordnete erste Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten ersten Verdichter und ein zweiter Abgasturbolader eine im Abgassystem zweite Turbine und jeweils einen im Ansaugsystem angeordneten zweiten Verdichter umfassen,
– die Abgasleitungen der mindestens zwei Zylinder so konfiguriert sind, dass diese mindestens eine erste und zweite Gruppe bilden, wobei der erste Abgasturbolader der ersten und der zweite Abgasturbolader der zweiten Gruppe zugeordnet ist,
– die Ansaugleitungen des Ansaugsystems so konfiguriert sind, dass eine erste Ansaugleitung dem ersten und eine zweite Ansaugleitung dem zweiten Abgasturbolader zugeordnet ist,
– wobei die Abgasleitungen der ersten Gruppe zu einer ersten Gesamtabgasleitung und die Abgasleitungen der zweiten Gruppe zu einer zweiten Gesamtabgasleitung zusammenführen, worin die erste Turbine in der ersten und die zweite Turbine in der zweiten Gesamtabgasleitung angeordnet ist,
– im Abgassystem stromabwärts der Turbinen jeweils mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem einer bestimmten Art angeordnet ist, und wobei
– die Abgasleitungen der ersten Gruppe zusammen mit der ersten Gesamtabgasleitung und die Abgasleitungen der zweiten Gruppe zusammen mit der zweiten Gesamtabgasleitung weiterhin so konfiguriert sind, dass die Abgasleitungen der ersten Gruppe und die erste Gesamtabgasleitung eine bis zu einem ersten Abgasnachbehandlungssystem reichende innenliegende isolierende Metallstruktur aufweisen, die zusätzlich im Gehäuse der in der ersten Gesamtabgasleitung angeordneten ersten Turbine angeordnet ist, und die Abgasleitungen der zweiten Gruppe und die zweite Gesamtabgasleitung keine innenliegende isolierende Metallstruktur aufweisen, und
– jeder Zylinder der Brennkraftmaschine mindestens eine erste und eine zweite Auslassöffnung aufweist, von denen die erste Auslassöffnung mit einer Abgasleitung der ersten Gruppe verbunden ist und die zweite Auslassöffnung einer Abgasleitung der zweiten Gruppe verbunden ist, und bei der die erste Auslassöffnung auch bei niedrigen Lasten verwendet wird und die zweite Auslassöffnung lastabhängig zuschaltbar ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine besteht in der effektiven Wärmeisolierung eines wesentlichen Teils des Abgastrakts, wobei die Kosten minimiert werden, indem nur ein Teil der Abgasleitungen mit kostspieligen innenliegenden isolierenden Metallstrukturen ausgerüstet wird. Dabei wird vorteilhafterweise der Teil des Abgastrakts isoliert, der besonders in der Startphase der Brennkraftmaschine von Abgas durchströmt wird. Durch die Isolierung des Gehäuses des zu diesem Teil des Abgassystems gehörenden Turbinenteils wird besonders effektiv die Wärme des Abgases zu dem oder den Katalysatoren transportiert.
Der Begriff Abgasnachbehandlungseinrichtung wird in dieser Anmeldung synonym mit Katalysator verwendet. Als Katalysatoren sind Diesel-Oxidations-Katalysatoren, Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion, 3-Wege-Katalysatoren und andere Systeme vorstellbar.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann dabei sowohl fremdgezündet als auch selbstgezündet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die mindestens zwei Zylinder der Brennkraftmaschine in der Art konfiguriert, dass mindestens ein erster Zylinder mit einer Abgasleitung der ersten Gruppe verbunden ist und mindestens ein zweiter Zylinder mit einer Abgasleitung der zweiten Gruppe verbunden ist, und bei der der erste Zylinder ein auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine in Betrieb befindlicher Zylinder ist und der zweite Zylinder als lastabhängig schaltbarer Zylinder ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform werden parallel zwei Turbolader verwendet, auch als Zwillingsturbo oder auf Englisch als Twin Turbo bezeichnet. Dabei ist ein Turbolader, der im Abgastrakt der auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine aktiven Zylinder angeordnet ist, immer aktiv, d.h. seine Turbine wird bei Betrieb der Brennkraftmaschine immer von Abgas durchströmt und sein Verdichter verdichtet immer Ladeluft. Entsprechend wird die Turbine des zweiten Turboladers, der nur bei Aktivierung der lastabhängig schaltbaren Zylinder aktiviert wird, nur im Betrieb der schaltbaren Zylinder von Abgas durchströmt. Die Turbolader sind dabei auch als sequentielle Zwillingsturbolader zu bezeichnen, da nur die erste Turbine ständig im Abgasstrom angetrieben wird, die zweite jedoch erst bei entsprechendem Leistungsbedarf dazu geschaltet wird. Da nur die erste Gruppe von Abgasleitungen ständig in Betrieb ist, ist es vorteilhaft, im Sinne einer kosteneffektiven Ausführungsform nur diese gegen Wärmeverlust zu isolieren.
Jeder Zylinder der Brennkraftmaschine weist mindestens eine erste und eine zweite Auslassöffnung auf, von denen die erste Auslassöffnung mit einer Abgasleitung der ersten Gruppe verbunden ist und die zweite Auslassöffnung einer Abgasleitung der zweiten Gruppe verbunden ist, und bei der die erste Auslassöffnung auch bei niedrigen Lasten verwendet wird und die zweite Auslassöffnung lastabhängig zuschaltbar ist. Dazu weisen die Auslassöffnungen Ventile auf, die lastabhängig geöffnet werden. Dabei wird bei Betrieb der Brennkraftmaschine ständig Abgas durch die erste Gruppe von Abgasleitungen und die erste Turbine zum entsprechenden Katalysator geleitet. Der zweite Turbolader wird nur bei Verwendung der zweiten Auslassöffnungen aktiviert. Die Turbolader sind dabei auch als sequentielle Zwillingsturbolader zu bezeichnen, da nur die erste Turbine ständig im Abgasstrom angetrieben wird, die zweite jedoch erst bei entsprechendem Leistungsbedarf dazugeschaltet wird. Da damit nur die erste Gruppe von Abgasleitungen ständig in Betrieb ist, ist es vorteilhaft, im Sinne einer kosteneffektiven Ausführungsform nur diese gegen Wärmeverlust zu isolieren.
Vorzugsweise führen die erste und zweite Gesamtabgasleitung der Brennkraftmaschine stromabwärts der Turbinen zu einem Auspuff, mit anderen Worten zu einer gemeinsamen Abgasleitung, zusammen. Dabei führen die Gesamtabgasleitungen vorzugsweise erst stromabwärts der Katalysatoren zusammen.
Vorzugsweise führen die erste und zweite Gesamtansaugleitung der Brennkraftmaschine stromabwärts der Verdichter der Turbolader unter Ausbildung eines Einlasskrümmers zusammen. Die Verdichter sind dabei (wie die Turbinen) parallel angeordnet. Diese Ausgestaltung gestattet es, den Verdichter des zweiten Turboladers bei Nichtnutzen der zweiten Gruppe von Abgasleitungen vorteilhafterweise zu deaktivieren. Dazu ist vorzugsweise eine erste Absperreinrichtung in der zweiten Ansaugleitung stromabwärts des zweiten Verdichters angeordnet, mit dessen Verschließen der zweite Verdichter vom übrigen Ansaugsystem abgetrennt wird.
Vorzugsweise kann stromabwärts des zweiten Verdichters eine Bypass-Leitung aus der Ansaugleitung abzweigen, die um den zweiten Verdichter herum führt und stromaufwärts des Verdichters wieder in die Ansaugleitung einmündet. Die Bypass-Leitung ist vorgesehen, um bei verschlossener erster Absperreinrichtung in der zweiten Ansaugleitung die Rezirkulation von Ansaugluft zu ermöglichen, damit der zweite Verdichter nicht gegen den Widerstand der verschlossenen ersten Absperreinrichtung fördern muss. Vorzugsweise ist in der Bypass-Leitung eine zweite Absperreinrichtung angeordnet, die bei gewünschter Rezirkulation geöffnet werden kann, und bei geöffneter erster Absperreinrichtung idealerweise geschlossen ist.
Vorzugsweise ist die erste Turbine der Brennkraftmaschine als Waste-Gate-Turbine ausgeführt, wobei stromaufwärts der ersten Turbine eine Waste-Gate-Leitung von der ersten Abgasleitung abzweigt und eine dritte Absperreinrichtung in dieser Waste-Gate-Leitung angeordnet ist. Bei Überschreiten eines bestimmten Abgasmassenstroms durch die Turbine wird ein Teil des Abgasstroms durch die Waste-Gate-Leitung an der Turbine vorbei geleitete. Das Vorbeileiten kann durch die dritte Absperreinrichtung geregelt werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Das erfindungsgemäße Kraftfahr-zeug umfasst damit eine Brennkraftmaschine, die mindestens eine erste und eine zweite Gruppen von Abgasleitungen mit jeweils einer Gesamtabgasleitung aufweist, die so konfiguriert sind, dass die mindestens erste Gruppe eine bis zu einem Abgasnachbehandlungssystem reichende innenliegende isolierende Metallstruktur aufweist, die zusätzlich das Gehäuse einer in der ersten Gesamtabgasleitung angeordneten ersten Turbine isoliert, und die mindestens zweite Gruppe von Abgasleitungen keine innenliegende isolierende Metallstruktur aufweist.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei im Betrieb der Brennkraftmaschine bei Überschreiten eines Schwellenwertes einer vorgebbaren Abgasmenge Abgas und bei Unterschreiten eines Schwellenwertes einer vorgebbaren Abgasmenge kein Abgas durch die Turbine des mindestens zweiten Turboladers geleitet wird, während durch die Turbine des mindestens ersten Turboladers während des Betriebes der Brennkraftmaschine permanent Abgas geleitet wird. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen denen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Vorzugsweise wird die stromabwärts des zweiten Verdichters in der zweiten Ansaugleitung angeordnete erste Absperreinrichtung geschlossen, wenn kein Abgas durch die zweite Turbine geleitet wird.
Weiterhin wird vorzugsweise die stromabwärts des zweiten Verdichters in der zweiten Ansaugleitung angeordnete erste Absperreinrichtung geöffnet, wenn Abgas durch die zweite Turbine geleitet wird.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung einer Brennkraftmaschine.
2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
In der Darstellung von 1 weist eine Brennkraftmaschine 1 vier Zylinder 2 auf, die in einem Zylinderblock 3 entlang der Längsachse des Zylinderblocks, d.h. in Reihe, angeordnet sind. Die vier Zylinder 2 bilden zwei Gruppen mit jeweils zwei Zylindern, wobei die beiden außenliegenden Zylinder 2 eine erste Gruppe und die beiden innenliegenden Zylinder 2 eine zweite Gruppe bilden. Die erste Gruppe von Zylindern ist auch bei einer Teilabschaltung der Brennkraftmaschine in Betrieb, während die zweite Gruppe als lastabhängig schaltbare Zylinder ausgebildet sind, die im Rahmen einer Teilabschaltung abgeschaltet werden. Alternativ können auch 2, 4, 6 oder 8 Zylinder 2 in dem Zylinderblock angeordnet sein.
Jeder Zylinder verfügt über eine Auslassöffnung 4. Jede Auslassöffnung der Zylinder der ersten Gruppe ist mit einer Abgasleitung 5 einer ersten Gruppe verbunden, und jede Auslassöffnung der Zylinder der zweiten Gruppe mit einer Abgasleitung 6 einer zweiten Gruppe. Die Abgasleitungen 5 und 6 werden jeweils zu einer ersten 7 bzw. zweiten Gesamtabgasleitung 8 zusammengeführt. Die Gesamtabgasleitungen 7 und 8 werden stromabwärts von einem Turbolader 17 bzw. 18 und einer Abgasnachbehandlungs-einrichtung 19 bzw. 20 zu einem Auspuff 9 zusammengeführt. Die Abgasleitungen 5 bzw. 6 sowie die Gesamtabgasleitungen 7 bzw. 8 bilden jeweils einen ersten bzw. zweiten Abgasstrang. Zusammen mit dem Auspuff 9 bilden die beiden Abgasstränge das Abgassystem eines Kraftfahrzeugs.
Jeder Zylinder verfügt eine Einlassöffnung 10 zum Einleiten von Luft in den Brennraum der Zylinder 2. Stromaufwärts sind die Einlassöffnungen mit einem Plenum 11 verbunden, aus dem beim Öffnen der Einlassöffnungen Ladeluft in die Zylinder 2 verteilt wird. Die Ladeluft wird über eine erste und zweite Ansaugleitung 12 bzw. 13 angesaugt, wobei die Ansaugleitungen 12 und 13 bei dem Punkt 13a unter Ausbildung eines Einlasskrümmers 14 zusammenführen. In dem Einlasskrümmer sind ein Ladeluftkühler 15 und eine Drossel 16 angeordnet. Die Ansaugleitungen 12, 13 sowie der Einlasskrümmer 14 bilden zusammen das Ansaugsystem eines Kraftfahrzeugs.
Die Brennkraftmaschine 1 ist zum Zwecke der Aufladung mit einem ersten und zweiten Abgasturbolader 17 bzw. 18 ausgestattet, wobei jeder Abgasturbolader 17, 18 eine im Abgassystem des Kraftfahrzeugs angeordnete erste bzw. zweite Turbine 17a bzw. 18a und einen im Ansaugsystem angeordneten ersten bzw. zweiten Verdichter 17b bzw. 18b umfasst. Die beiden Turbinen haben jeweils eine variable Turbinengeometrie. Die erste Turbine 17a ist in der ersten Gesamtabgasleitung 7 und die zweite Turbine 18a in der zweiten Gesamtabgasleitung 8 angeordnet, wobei die jeweils dazugehörigen Verdichter 17b bzw. 18b parallel in der ersten 12 bzw. zweiten Ansaugleitung 13 angeordnet sind.
Die Abgasleitungen 5 der ersten Gruppe, die erste Gesamtabgasleitung 7 und das Gehäuse der Turbine 17a weisen eine innenliegende isolierende Metallstruktur auf. Die Metallstruktur kann beispielsweise eine Blechverkleidung oder eine Anzahl aus Blechen gestalteter Hohlraumstrukturen umfassen. Das Metall wird aus adäquaten Materialien gewählt. Die innenliegende isolierende Metallstruktur kleidet die Gesamtabgasleitung 7 stromabwärts der Turbine bis zur Abgasnachbehandlungseinrichtung 19 aus.
Die Abgasleitungen 6 der zweiten Gruppe, die zweite Gesamtabgasleitung 8 und das Gehäuse der Turbine 18a sind in herkömmlicherweise gefertigt, z. B. durch Eisen- oder Stahlguss, und weisen keine innenliegende isolierende Metallstruktur auf. Damit sind die Abgasstränge 7 und 8 unterschiedlich gestaltet.
In der zweiten Ansaugleitung 13 ist stromabwärts des zweiten Verdichters 18b ein erstes Absperrelement 13b angeordnet, durch welche die Ansaugleitung 13 13b bei Bedarf absperrbar ist. Ein Schließen des ersten Absperrelements 13b verhindert eine Ladeluftförderung mittels erstem Verdichter 17b in den zweiten Verdichter 18b hinein, wenn dieser bei geringer Last deaktivierten innenliegenden Zylinder 2 nicht durch die zweite Turbine 18a angetrieben wird und damit keine Ladeluft fördert.
Stromabwärts des Verdichters 18b zweigt eine Bypass-Leitung 21 aus der Ansaugleitung 13 ab, die um den zweiten Verdichter 18b herum führt und stromaufwärts des Verdichters 18b wieder in die Ansaugleitung 13 einmündet. Die Bypassleitung 21 ist vorgesehen, um bei verschlossener erster Absperreinrichtung 13b in der zweiten Ansaugleitung die Rezirkulation von Ansaugluft zu ermöglichen, damit der zweite Verdichter 18b nicht gegen den Widerstand der verschlossenen ersten Absperreinrichtung 13b fördern muss. In der Bypass-Leitung 21 ist eine zweite Absperreinrichtung 21a angeordnet, die bei gewünschter Rezirkulation geöffnet werden kann, und die bei geöffneter erster Absperreinrichtung 13b idealerweise geschlossen ist.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß der Darstellung von 2 weist die Brennkraftmaschine 1 eine Reihe von mit der ersten Ausführungsform gemäß 1 gemeinsamen Merkmalen auf, die aus der 2 ersichtlich sind; zur Beschreibung wird auf die Ausführungen zu 1 verwiesen. Dies betrifft besonders die Abgasstränge, wobei die erste Gruppe von Abgasleitungen 5, die erste Gesamtabgasleitung 7 und das Gehäuse der ersten Turbine 17a eine innenliegende isolierende Metallstruktur aufweist, und die zweite Gruppe von Abgasleitungen 6, die zweite Gesamtabgasleitung 8 und das Gehäuse der zweiten Turbine 18a keine innenliegende isolierende Metallstruktur aufweist.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß 2 verfügt jeder Zylinder 2 über jeweils eine erste und zweite Auslassöffnung 4a bzw. 4b, die sich an die erste Gruppe von Abgasleitungen 5 bzw. die zweite Gruppe von Abgasleitungen 6 anschließen. Die Auslassöffnungen 4a werden auch bei niedrigen Lasten verwendet, wogegen die zweiten Auslassöffnungen 4b lastabhängig verwendet werden sind. Dazu weisen die Auslassöffnungen 4a, 4b Ventile auf, die lastabhängig geöffnet werden. Dabei wird bei Betrieb der Brennkraftmaschine 1 auch bei niedrigen Lasten Abgas von den ersten Abgasöffnungen 4a durch die erste Gruppe von Abgasleitungen 5, die erste Gesamtabgasleitung 7 und die erste Turbine 17a zur Abgasnachbehandlungseinrichtung 19 geleitet. Nur bei hohen Lasten, wenn also viel Abgas anfällt, wird Abgas von den zweiten Auslassöffnungen 4b durch die zweite Gruppe von Abgasleitungen 6, die zweite Gesamtabgasleitung 8 und die zweite Turbine 18a zur Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 geleitet. Nur in diesem Fall wird also auch der zweite Verdichter 18b angetrieben. Werden die zweiten Auslassöffnungen 4b nicht verwendet, wird die erste Absperreinrichtung 13b geschlossen, so dass keine verdichtete Luft vom ersten Verdichter in den zweiten Verdichter gelangt. Der zweite Turbolader 18 ist damit als zuschaltbarer Turbolader ausgebildet, der bei niedrigen Lasten abgeschaltet wird.
Die erste Turbine 17a ist als Waste-Gate-Turbine ausgeführt, deren Bypassleitung stromaufwärts der Turbine 17a eine Bypass-Leitung 21 aus der ersten Gesamtleitung 7 abzweigt und stromabwärts der Turbine 17a und stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems 19 wieder in die Gesamtabgasleitung 7 mündet. Die Bypass-Leitung 22 weist eine dritte Absperreinrichtung 22a auf. Alternativ kann die erste Turbine 17a auch nicht als Waste-Gate-Turbine ausgeführt sein, bzw. kann auch die zweite Turbine 18a als Waste-Gate-Turbine ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Zylinder
3: Zylinderblock
4: Auslassöffnung
4a: erste Auslassöffnung
4b: zweite Auslassöffnung
5: Abgasleitung der ersten Gruppe
6: Abgasleitung der zweiten Gruppe
7: erste Gesamtabgasleitung
8: zweite Gesamtabgasleitung
9: Auspuff
10: Einlassöffnung
11: Plenum
12: erste Ansaugleitung
13: zweite Ansaugleitung
13a: Zusammenführung von erster und zweiter Ansaugleitung
13b: erste Absperreinrichtung
14: Einlasskrümmer
15: Ladeluftkühler
16: Drossel
17: erster Turbolader
17a: erste Turbine
17b: erster Verdichter
18: zweiter Turbolader
18a: zweite Turbine
18b: zweiter Verdichter
19: erste Abgasnachbehandlungseinrichtung
20: zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung
21: Bypass-Leitung
21a: zweite Absperreinrichtung
22: Waste-Gate-Leitung
22a: dritte Absperreinrichtung

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit mindestens zwei Zylindern (2), bei der – jeder Zylinder (2) mindestens eine Auslassöffnung (4) aufweist, an die sich jeweils eine Abgasleitung (5, 6) zum Abführen der Abgase durch ein Abgassystem anschließt, – jeder Zylinder (2) mindestens eine Einlassöffnung (10) aufweist, die mit einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft verbunden ist, – mindestens ein erster Abgasturbolader (17) eine im Abgassystem angeordnete erste Turbine (17a) und einen im Ansaugsystem angeordneten ersten Verdichter (17b) und ein zweiter Abgasturbolader (18) eine im Abgassystem angeordnete zweite Turbine (18b) und einen im Ansaugsystem angeordneten zweiten Verdichter (18b) umfassen, – die Abgasleitungen (5, 6) der mindestens zwei Zylinder (2) so konfiguriert sind, dass diese mindestens eine erste und zweite Gruppe bilden, wobei der erste Abgasturbolader (17) der ersten und der zweite Abgasturbolader (18) der zweiten Gruppe zugeordnet ist, – die Ansaugleitungen des Ansaugsystems so konfiguriert sind, dass eine erste Ansaugleitung (12) dem ersten (17) und eine zweite Ansaugleitung (13) dem zweiten Abgasturbolader (18) zugeordnet sind, – wobei die Abgasleitungen (5) der ersten Gruppe zu einer ersten Gesamtabgasleitung (7) und die Abgasleitungen (6) der zweiten Gruppe zu einer zweiten Gesamtabgasleitung (8) zusammenführen, worin die erste Turbine (17a) in der ersten (7) und die zweite Turbine (18a) in der zweiten Gesamtabgasleitung (8) angeordnet ist, – im Abgassystem stromabwärts der Turbinen (17a, 18a) jeweils mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem (19, 20) einer bestimmten Art angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abgasleitungen (5) der ersten Gruppe zusammen mit der ersten Gesamtabgasleitung (7) und die Abgasleitungen (6) der zweiten Gruppe zusammen mit der zweiten Gesamtabgasleitung (8) weiterhin so konfiguriert sind, dass die Abgasleitungen (5) der ersten Gruppe und die erste Gesamtabgasleitung (7) eine bis zu einem ersten Abgasnachbehandlungssystem (19) reichende innenliegende isolierende Metallstruktur aufweisen, die zusätzlich im Gehäuse der in der ersten Gesamtabgasleitung (7) angeordneten ersten Turbine (17a) angeordnet ist, und die Abgasleitungen (6) der zweiten Gruppe und die zweite Gesamtabgasleitung (8) keine innenliegende isolierende Metallstruktur aufweisen, und jeder Zylinder (2) der Brennkraftmaschine mindestens eine erste und zweite Auslassöffnung (4a, 4b) aufweist, von denen die erste Auslassöffnung (4a) mit einer Abgasleitung (5) der ersten Gruppe verbunden ist und die zweite Auslassöffnung (4b) mit einer Abgasleitung (6) der zweiten Gruppe verbunden ist, und bei der die erste Auslassöffnung (4a) auch bei niedrigen Lasten verwendet wird und die zweite Auslassöffnung (4b) lastabhängig zuschaltbar ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, bei der die erste und zweite Gesamtabgasleitung (7, 8) stromabwärts der Turbinen (17, 18) zu einem Auspuff (9) zusammenführen.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Ansaugleitungen (12, 13) stromabwärts der Verdichter (17b, 18b) unter Ausbildung eines Einlasskrümmers (14) zusammenführen.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der in der zweiten Ansaugleitung (13) stromabwärts des zweiten Verdichters (18b) eine erste Absperreinrichtung (13b) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der stromabwärts des zweiten Verdichters (18b) eine Bypass-Leitung (21) aus der Ansaugleitung (13) abzweigt und die stromaufwärts des zweiten Verdichters (18b) in die Ansaugleitung (13) einmündet.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5, bei der in der Bypass-Leitung (21) eine zweite Absperreinrichtung (21a) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der mindestens die erste Turbine (17a) als Waste-Gate-Turbine ausgeführt ist, wobei stromaufwärts der ersten Turbine (17a) eine Waste-Gate-Leitung (22) von der ersten Abgasleitung (7) abzweigt und eine dritte Absperreinrichtung (22a) in der Waste-Gate-Leitung (22) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) gemäß einem der Ansprüche 1–7, wobei bei Überschreiten eines Schwellenwertes einer vorgebbaren Abgasmenge Abgas und bei Unterschreiten eines Schwellenwertes einer vorgebbaren Abgasmenge kein Abgas durch die Turbine (18a) des mindestens zweiten Turboladers (18) geleitet wird, während durch die Turbine (17a) des mindestens ersten Turboladers (17) während des Betriebes der Brennkraftmaschine permanent Abgas geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die stromabwärts des zweiten Verdichters (18b) in der zweiten Ansaugleitung (13) angeordnete erste Absperreinrichtung (13b) geschlossen wird, wenn kein Abgas durch die zweite Turbine (18a) geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die stromabwärts des zweiten Verdichters (18b) in der zweiten Ansaugleitung (13) angeordnete erste Absperreinrichtung (13b) geöffnet wird, wenn Abgas durch die zweite Turbine (18a) geleitet wird.