DE102016102222A1

DE102016102222A1 - Charged internal combustion engine

Info

Publication number: DE102016102222A1
Application number: DE102016102222.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Rothenberger; Marcos Remedios MARQUES; Werner Verdoorn
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2016-02-09
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2036-02-10
Also published as: DE102016102222B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufgeladene Brennkraftmaschine, umfassend mindestens einen Zylinderkopf mit einer Anzahl von Zylindern, wobei jeder der Zylinder eine mittels eines Einlassventils selektiv öffnenbare und verschließbare Einlassöffnung, eine erste, mittels eines ersten Auslassventils selektiv öffnenbare und verschließbare Auslassöffnung und zumindest eine zweite, mittels eines zweiten Auslassventils selektiv öffnenbare und verschließbare Auslassöffnung aufweist und wobei an die erste Auslassöffnung jedes der Zylinder eine erste Abgasleitung und an die zweite Auslassöffnung jedes der Zylinder eine zweite Abgasleitung angeschlossen ist, und eine erste Gesamtabgasleitung, in die die ersten Abgasleitungen münden, und eine zweite Gesamtabgasleitung, in die die zweiten Abgasleitungen münden. Die ersten Auslassventile der Zylinder bilden eine erste Auslassventilgruppe und die zweiten Auslassventile der Zylinder eine zweite Auslassventilgruppe und die Ventilsteuerungseinrichtung ist so ausgebildet, dass in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine nur die Steuerung der ersten Auslassventilgruppe aktiviert ist und in einem zweiten Betriebszustand die Steuerung der ersten und der zweiten Auslassventilgruppe aktiviert ist. Zum Betreiben der Brennkraftmaschine ist mindestens ein Abgasturbolader mit einer zweiflutigen Turbine vorgesehen.The invention relates to a supercharged internal combustion engine, comprising at least one cylinder head with a number of cylinders, each of the cylinders selectively opening and closing by means of an inlet valve inlet opening, a first, by means of a first exhaust valve selectively openable and closable outlet opening and at least a second, by means of a second exhaust valve selectively openable and closable exhaust port and wherein the first exhaust port of each of the cylinders is connected to a first exhaust pipe and to the second exhaust port of each of the cylinders, a second exhaust pipe, and a first total exhaust gas line, in which the first exhaust pipes open, and a second total exhaust gas line into which the second exhaust pipes open. The first exhaust valves of the cylinders constitute a first exhaust valve group and the second exhaust valves of the cylinders form a second exhaust valve group and the valve control device is configured so that in a first operating state of the internal combustion engine only the control of the first exhaust valve group is activated and in a second operating state the control of the first and the second outlet valve group is activated. For operating the internal combustion engine, at least one exhaust gas turbocharger with a double-flow turbine is provided.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine aufgeladene Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind aufgeladene Brennkraftmaschinen, die mindestens einen Abgasturbolader aufweisen, in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Die Aufladung mittels eines Abgasturboladers ermöglicht es, die Masse der Brennkraftmaschine zu reduzieren, da bei vergleichbarer Leistung kleinere Hubräume verwendet werden können und/oder die Anzahl der Zylinder reduziert werden kann. Die Aufladung der Brennkraftmaschine stellt somit eine wirksame Maßnahme zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Kohlendioxidemissionen dar. In the prior art, supercharged internal combustion engines having at least one exhaust gas turbocharger are known in different embodiments. The charge by means of an exhaust gas turbocharger makes it possible to reduce the mass of the internal combustion engine, since at comparable power smaller displacements can be used and / or the number of cylinders can be reduced. The charging of the internal combustion engine thus represents an effective measure for reducing fuel consumption and carbon dioxide emissions.

Eine aufgeladene Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art ist zum Beispiel aus der DE 20 2014 100 168 U1 bekannt. Jeder Zylinder der Brennkraftmaschine weist mindestens ein Einlassventil und mindestens zwei Auslassventile auf. Zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit aufgeladener Verbrennungsluft ist ein Abgasturbolader mit einer auf einer drehbaren Welle angeordneten Turbine im Abgastrakt der Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Abgasturbolader weist eine zweiflutige Turbine mit zwei getrennten Eintrittsöffnungen für die Abgase auf. Die beiden Eintrittsöffnungen sind jeweils mit einer Gruppe von Auslassventilen der Brennkraftmaschine verbunden. Jede Gruppe besteht aus mindestens einem Auslassventil pro Zylinder, so dass mindestens ein weiteres Auslassventil desselben Zylinders der anderen Gruppe zugeordnet ist. Der gesamte Abgasstrom der Brennkraftmaschine wird durch die Zuordnung der Auslassventile in zwei Gruppen in zwei Teile geteilt. Um die beiden geteilten Abgasströme auf die beiden getrennten Eintrittsöffnungen der Turbine zu leiten, werden die Auslassventile der Brennkraftmaschine durch eine Ventilsteuerungseinrichtung gesteuert. Die Ventilsteuerungseinrichtung ermöglicht die Bewegung der Ventile in eine Öffnungs- beziehungsweise Schließstellung. Für bestimmte Betriebszustände der Brennkraftmaschine, beispielsweise bei niedrigen Motordrehzahlen, ist es vorteilhaft, nur eine erste Gruppe von Auslassventilen aktiviert zu haben, um nur eine Eintrittsöffnung der Turbine mit heißen Abgasen zu versorgen. Für andere Betriebszustände der Brennkraftmaschine, beispielsweise bei höheren Motordrehzahlen, ist es vorteilhaft, die zweite Gruppe von Auslassventilen zusätzlich zu aktivieren, um zusätzlich die zweite Eintrittsöffnung der Turbine mit heißen Abgasen zu versorgen. Diese Steuerung der Aktivierung und Deaktivierung dieser zweiten Gruppe von Auslassventilen und damit die Steuerung des Abgasstromes auf die Turbine des Abgasturboladers erfolgt mit der nicht genauer beschriebenen Ventilsteuerungseinrichtung. A supercharged internal combustion engine of the type mentioned is for example from the DE 20 2014 100 168 U1 known. Each cylinder of the internal combustion engine has at least one inlet valve and at least two outlet valves. To supply the internal combustion engine with supercharged combustion air, an exhaust gas turbocharger is provided with a turbine arranged on a rotatable shaft in the exhaust gas tract of the internal combustion engine. The exhaust gas turbocharger has a double-flow turbine with two separate inlet openings for the exhaust gases. The two inlet openings are each connected to a group of exhaust valves of the internal combustion engine. Each group consists of at least one exhaust valve per cylinder, so that at least one further exhaust valve of the same cylinder is assigned to the other group. The entire exhaust gas flow of the internal combustion engine is divided into two parts by the allocation of the exhaust valves in two groups. In order to direct the two divided exhaust gas flows to the two separate inlet openings of the turbine, the exhaust valves of the internal combustion engine are controlled by a valve control device. The valve control device allows the movement of the valves in an open or closed position. For certain operating conditions of the internal combustion engine, for example, at low engine speeds, it is advantageous to have activated only a first group of exhaust valves to supply only one inlet opening of the turbine with hot exhaust gases. For other operating states of the internal combustion engine, for example at higher engine speeds, it is advantageous to additionally activate the second group of exhaust valves in order to additionally supply the second inlet opening of the turbine with hot exhaust gases. This control of the activation and deactivation of this second group of exhaust valves and thus the control of the exhaust gas flow to the turbine of the exhaust gas turbocharger takes place with the valve control device not described in detail.

Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine aufgeladene Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine effiziente und sichere Steuerung der Abgase ermöglicht. The object of the present invention is to make available a supercharged internal combustion engine of the type mentioned at the beginning, which enables efficient and reliable control of the exhaust gases.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine aufgeladene Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. The solution to this problem provides a supercharged internal combustion engine of the type mentioned with the features of the characterizing part of claim 1. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Eine erfindungsgemäße aufgeladene Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Ventilsteuerungseinrichtung für jeden der Zylinder einen ersten Nocken und mindestens einen zweiten Nocken auf einer axial drehbaren und axial verschieblichen Welle zur Steuerung der Offenstellung und Schließstellung der Auslassventile aufweist, wobei die Nocken derart ausgebildet und auf der axial drehbaren und axial verschieblichen Welle angeordnet sind, dass in dem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine durch einen Kraftschluss der ersten Nocken mit den Auslassventilen der ersten Auslassventilgruppe nur die Steuerung der ersten Auslassventilgruppe aktiviert ist und in einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine durch den Kraftschluss der ersten Nocken mit den Auslassventilen der ersten Auslassventilgruppe die Steuerung der ersten Auslassventilgruppe aktiviert ist und durch einen Kraftschluss der zweiten Nocken mit den Auslassventilen der zweiten Auslassventilgruppe die Steuerung der zweiten Auslassventilgruppe aktiviert ist. A supercharged internal combustion engine according to the invention is characterized in that the valve control device for each of the cylinder has a first cam and at least one second cam on an axially rotatable and axially displaceable shaft for controlling the open position and closed position of the exhaust valves, wherein the cams are formed and on the axially rotatable and axially displaceable shaft are arranged, that in the first operating state of the internal combustion engine by a frictional connection of the first cam with the exhaust valves of the first Auslaßventilgruppe only the control of the first Auslaßventilgruppe is activated and in a second operating state of the internal combustion engine by the adhesion of the first cam with the exhaust valves of the first exhaust valve group, the control of the first exhaust valve group is activated and by a frictional connection of the second cam with the exhaust valves of the second exhaust valve group, the control the second outlet valve group is activated.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ermöglicht eine Verbesserung des Ansprechverhaltens und des stationären Volllastmoments bei niedrigen Drehzahlen durch Verkleinerung des abgasführenden Volumens vor der Turbine. Dadurch kann die Stoßaufladung bei niedrigen Drehzahlen in vorteilhafter Weise verbessert werden. Überdies kann durch eine Erhöhung des abgasführenden Volumens vor der Turbine und durch eine daraus resultierende Absenkung der mittleren Abgastemperatur und Verstärkung der Stauaufladung der Kraftstoffverbrauch bei höheren Drehzahlen und hoher Last (zum Beispiel im Nennlastbereich) in vorteilhafter Weise verringert werden. Die in der erfindungsgemäßen Weise ausgeführte Ventilsteuerungseinrichtung ermöglicht eine effiziente, sichere und bedarfsgerechte Lenkung der Abgase zu der Turbine des Abgasturboladers. The internal combustion engine according to the invention makes it possible to improve the response and the steady-state full load torque at low speeds by reducing the exhaust-carrying volume in front of the turbine. As a result, the bump charging at low speeds can be advantageously improved. Moreover, by increasing the exhaust gas carrying volume in front of the turbine and by reducing the mean exhaust gas temperature and boosting the accumulation of charge, fuel consumption at higher speeds and high load (for example in the nominal load range) can advantageously be reduced. The valve control device designed in the manner according to the invention enables an efficient, safe and demand-oriented steering of the exhaust gases to the turbine of the exhaust gas turbocharger.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die zweiflutige Turbine eine Zwillingsstromturbine ist. Zwillingsstromturbinen haben den Vorteil, dass sie mit kleineren Strömungsquerschnitten arbeiten können, was sich insbesondere auf die Stoßaufladung positiv auswirkt. Bei einer Zwillingsstromturbine sind die beiden Strömungsvolumina nebeneinander angeordnet und die Abgase werden über den vollen Umfang des Turbinenrades zugeführt. In a preferred embodiment, there is the possibility that the twin-flow turbine is a twin-flow turbine. Twin-flow turbines have the advantage of being smaller in size Flow cross sections can work, which has a positive effect in particular on the impact charge. In a twin-flow turbine, the two flow volumes are juxtaposed and the exhaust gases are supplied over the full circumference of the turbine wheel.

In einer alternativen Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die zweiflutige Turbine eine Doppelstromturbine ist. Dadurch kann der Einfluss der Stoßaufladung im Vergleich zu einer Zwillingsstromturbine weiter vergrößert werden. Bei einer Doppelstromturbine erfolgt die Strömung der Abgase in den beiden Strömungsvolumina auf einem Teilumfang des Turbinenrades. In an alternative embodiment, it is proposed that the twin-flow turbine is a double-flow turbine. As a result, the influence of the surge charging can be further increased compared to a twin-flow turbine. In a double-flow turbine, the flow of the exhaust gases in the two flow volumes takes place on a partial circumference of the turbine wheel.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass die zweiflutige Turbine eine Wastegate-Regelung aufweist. According to a further advantageous embodiment, it can also be provided that the twin-flow turbine has a wastegate control.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Strömungsvolumina innerhalb der Turbine durch eine Anzahl von Trennwänden zumindest weitgehend voneinander getrennt sind. In a particularly advantageous embodiment, there is the possibility that the flow volumes within the turbine are at least largely separated from each other by a number of partitions.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Doppelstromturbine eine variable Turbinengeometrie mit einer Anzahl verstellbarer Strömungsleitschaufeln aufweisen. Mittels der verstellbaren Strömungsleitschaufeln kann das Aufstauverhalten der in die Turbine einströmenden Abgase gezielt variiert werden. In a preferred embodiment, the dual flow turbine may have a variable turbine geometry with a number of adjustable flow vanes. By means of the adjustable flow vanes, the Aufstauverhalten the incoming exhaust gas into the turbine can be selectively varied.

Es hat sich gezeigt, dass die Freiganganforderungen der Strömungsleitschaufeln bei einer Doppelstromturbine mit variabler Turbinengeometrie eine maximale Trennung der beiden Strömungsvolumina bis zum Turbinenrad verhindern. Die beiden Strömungsvolumina können in einem Raum zwischen zwei Strömungsleitschaufeln miteinander kommunizieren, so dass das zweite Strömungsvolumen im vermeintlich abgeschalteten Zustand trotzdem teilweise mit Abgasen gefüllt wird. Um diesem Problem zu begegnen, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass in einer Verlängerung der Trennwände zwischen den beiden Strömungsvolumina mindestens eine feste Strömungsleitschaufel angeordnet ist. Diese Strömungsleitschaufel ist also fixiert und nicht wie die übrigen Strömungsleitschaufeln verstellbar ausgebildet. Durch diese Maßnahme kann die Leckage zwischen den beiden Strömungsvolumina verringert werden. Diese verbesserte Trennung der Strömungsvolumina, die bei niedrigen Drehzahlen gewünscht ist, wirkt sich insbesondere positiv auf das Ansprechverhalten, das Verhalten bei Volllast sowie auf das Aufheizen einer Abgasreinigungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aus. It has been found that the clearance requirements of the flow vanes in a double-flow turbine with variable turbine geometry prevent a maximum separation of the two flow volumes up to the turbine wheel. The two flow volumes can communicate with one another in a space between two flow guide vanes, so that the second flow volume in the supposedly shut off state is nevertheless partially filled with exhaust gases. To counter this problem, it is proposed in a particularly preferred embodiment that at least one fixed flow guide vane is arranged in an extension of the partitions between the two flow volumes. This flow guide vane is thus fixed and not designed to be adjustable like the other flow guide vanes. By this measure, the leakage between the two flow volumes can be reduced. This improved separation of the flow volumes, which is desired at low speeds, has a particularly positive effect on the response, the behavior at full load and on the heating of an exhaust gas purification device of the motor vehicle.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings. Show

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Zylindern, Einlass- und Auslassventilen und Abgasleitungen sowie einem zweiflutigen Abgasturbolader im Abgastrakt, 1 a schematic representation of an internal combustion engine with cylinders, intake and exhaust valves and exhaust pipes and a dual-flow exhaust gas turbocharger in the exhaust system,

2 eine perspektivische Darstellung einer zweiflutigen Turbine des Abgasturboladers, die als Doppelstromturbine ausgebildet ist, 2 a perspective view of a twin-flow turbine of the exhaust gas turbocharger, which is designed as a double-flow turbine,

3a eine schematische Darstellung einer Ventilsteuerungseinrichtung der Auslassventile der Brennkraftmaschine mit einer Ventilhubverstellung in einem ersten Betriebszustand, und 3a a schematic representation of a valve control device of the exhaust valves of the internal combustion engine with a valve lift in a first operating state, and

3b eine schematische Darstellung der Ventilsteuerungseinrichtung der Brennkraftmaschine mit einer Ventilhubverstellung in einem zweiten Betriebszustand. 3b a schematic representation of the valve control device of the internal combustion engine with a valve lift in a second operating state.

Eine in 1 lediglich schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel vier Zylinder 1.1, die entlang einer Längsachse eines Zylinderkopfes 4 in Reihe angeordnet sind. Jeder der vier Zylinder 1.1 weist eine Einlassöffnung und zwei Auslassöffnungen auf. Die Einlassöffnung und die beiden Auslassöffnungen am Zylinderkopf 4 sorgen für Ladungswechsel, indem ein zu verbrennendes Gemisch durch die Einlassöffnung und die nach der Verbrennung entstandene Abgase durch die Auslassöffnungen geführt werden. Das Öffnen und Schließen der Einlassöffnungen wird vorteilhafterweise mit Einlassventilen 1.2 und das Öffnen und Schließen der beiden Auslassöffnungen wird vorteilhafterweise mit zwei Auslassventilen 1.3a, 1.3b ausgeführt. An in 1 only schematically illustrated internal combustion engine 1 includes four cylinders in this embodiment 1.1 that run along a longitudinal axis of a cylinder head 4 arranged in series. Each of the four cylinders 1.1 has an inlet opening and two outlet openings. The inlet opening and the two outlet openings on the cylinder head 4 provide for charge exchange by passing a mixture to be combusted through the inlet port and the exhaust gases resulting from combustion through the exhaust ports. The opening and closing of the inlet openings is advantageously carried out with inlet valves 1.2 and the opening and closing of the two outlet openings is advantageously carried out with two outlet valves 1.3a . 1.3b executed.

Die ersten Auslassventile 1.3a aller Zylinder 1.1, die jeweils einer ersten Auslassöffnung der Zylinder 1.1 zugeordnet sind, bilden eine erste Auslassventilgruppe und die zweiten Auslassventile 1.3b der Zylinder 1.1, die jeweils einer zweiten Auslassöffnung der Zylinder 1.1 zugeordnet sind, bilden eine zweite Auslassventilgruppe. An jede der beiden Auslassöffnungen der Zylinder 1.1 ist jeweils eine Abgasleitung 1.4, 1.5 angeschlossen. Die während der Verbrennung entstehenden Abgase der Brennkraftmaschine 1 werden durch die Auslassventile 1.3a, 1.3b in die zugehörigen, voneinander strömungstechnisch getrennten Abgasleitungen 1.4, 1.5 geleitet. Die Abgasleitungen 1.4 der Auslassventile 1.3a der ersten Auslassventilgruppe und die Abgasleitungen 1.5 der Auslassventile 1.3b der zweiten Auslassventilgruppe münden in zwei strömungstechnisch voneinander getrennte Gesamtabgasleitungen 1.6, 1.7. Die Abgase, die die erste Gesamtabgasleitung 1.6 durchströmen, stammen somit aus den Abgasleitungen 1.4 der durch die Auslassventile 1.3a der ersten Auslassventilgruppe öffnenbaren und schließbaren Auslassöffnungen. Die Abgase, die die zweite Gesamtabgasleitung 1.7 durchströmen, stammen aus den Abgasleitungen 1.5 der durch die Auslassventile 1.3b der zweiten Auslassventilgruppe öffnenbaren und schließbaren Auslassöffnungen, falls diese zweite Auslassventilgruppe aktiviert ist. The first exhaust valves 1.3a all cylinders 1.1 , each of a first outlet opening of the cylinder 1.1 are assigned form a first Auslaßventilgruppe and the second exhaust valves 1.3b the cylinder 1.1 , each of a second outlet opening of the cylinder 1.1 are assigned form a second Auslassventilgruppe. To each of the two outlet openings of the cylinder 1.1 is each an exhaust pipe 1.4 . 1.5 connected. The resulting during combustion exhaust gases of the internal combustion engine 1 be through the exhaust valves 1.3a . 1.3b in the associated, separate from each other flow-separated exhaust pipes 1.4 . 1.5 directed. The exhaust pipes 1.4 the exhaust valves 1.3a the first exhaust valve group and the exhaust pipes 1.5 the exhaust valves 1.3b the second outlet valve group open into two fluidly separated total exhaust gas lines 1.6 . 1.7 , The Exhaust gases, the first total exhaust gas line 1.6 flow through, thus come from the exhaust pipes 1.4 through the exhaust valves 1.3a the first outlet valve group openable and closable outlet openings. The exhaust gases, the second total exhaust line 1.7 flow through, come from the exhaust pipes 1.5 through the exhaust valves 1.3b the second outlet valve group openable and closable outlet openings, if this second outlet valve group is activated.

Beide Gesamtabgasleitungen 1.6 und 1.7 münden in einen Abgasturbolader 5, der eine zweiflutige Turbine 2 und einen in 1 nicht explizit dargestellten Verdichter aufweist, der über eine drehbare Welle mit der Turbine 2 verbunden ist. Der Verdichter komprimiert in bekannter Weise die Ladeluft, die den Einlassöffnungen der Zylinder 1.1 im geöffneten Zustand der Einlassventile 1.2 zugeführt wird. Zwischen dem Verdichter und den Einlassöffnungen der Zylinder 1.1 ist vorzugsweise ein Ladeluftkühler angeordnet, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur der verdichteten Ladeluft zu senken und deren Dichte zu erhöhen. Both total exhaust pipes 1.6 and 1.7 flow into an exhaust gas turbocharger 5 , which is a twin-flow turbine 2 and one in 1 Not explicitly shown compressor having a rotatable shaft with the turbine 2 connected is. The compressor compresses in a known manner the charge air, the inlet openings of the cylinder 1.1 in the opened state of the intake valves 1.2 is supplied. Between the compressor and inlet ports of cylinders 1.1 Preferably, a charge air cooler is arranged, which is adapted to lower the temperature of the compressed charge air and to increase the density thereof.

Die perspektivische Darstellung in 2 zeigt die zweiflutige Turbine 2 des Abgasturboladers 5, die vorzugsweise als Doppelstromturbine ausgebildet ist. Die Turbine 2, die auf der hier nicht explizit dargestellten Welle angeordnet ist und dadurch mit dem Verdichter des Abgasturboladers 5 in Wirkverbindung steht, weist ein erstes Strömungsvolumen 2.1 und ein zweites Strömungsvolumen 2.2 auf. Das erste Strömungsvolumen 2.1 ist kleiner als das zweite Strömungsvolumen 2.2. The perspective view in 2 shows the twin-flow turbine 2 the exhaust gas turbocharger 5 , which is preferably designed as a double-flow turbine. The turbine 2 , which is arranged on the shaft not explicitly shown here and thereby with the compressor of the exhaust gas turbocharger 5 is in operative connection, has a first flow volume 2.1 and a second flow volume 2.2 on. The first flow volume 2.1 is smaller than the second flow volume 2.2 ,

Die erste Gesamtabgasleitung 1.6 der Brennkraftmaschine 1 ist an das erste (kleinere) Strömungsvolumen 2.1 der Turbine 2 angeschlossen. Die zweite Gesamtabgasleitung 1.7 ist demgegenüber an das zweite (größere) Strömungsvolumen 2.2 der Turbine 2 angeschlossen. Beide Strömungsvolumina 2.1, 2.2 sind durch mindestens eine Trennwand strömungstechnisch voneinander getrennt. Diejenigen Abgase, die in das kleinere Strömungsvolumen 2.1 strömen, stammen von denjenigen Auslassöffnungen der Zylinder 1.1, denen die erste Auslassventilgruppe zugeordnet ist, die bei befeuerter Brennkraftmaschine 1 immer aktiv ist. Das größere Strömungsvolumen 2.2 wird nur mit Abgasen durchströmt, falls eine Ventilsteuerungseinrichtung 3, die nachfolgend unter Bezugnahme auf 3a und 3b näher erläutert wird, die zweite Auslassventilgruppe aktiviert. The first total exhaust gas line 1.6 the internal combustion engine 1 is at the first (smaller) flow volume 2.1 the turbine 2 connected. The second total exhaust line 1.7 in contrast to the second (larger) flow volume 2.2 the turbine 2 connected. Both flow volumes 2.1 . 2.2 are fluidly separated from each other by at least one partition wall. Those exhaust gases entering the smaller flow volume 2.1 flow, come from those outlet openings of the cylinder 1.1 to which the first exhaust valve group is assigned, when the internal combustion engine 1 always active. The larger flow volume 2.2 is traversed only with exhaust gases, if a valve control device 3 , with reference to below 3a and 3b is explained in more detail, the second exhaust valve group activated.

3a und 3b zeigen jeweils eine schematische Darstellung der variablen Ventilsteuerungseinrichtung 3 zur Steuerung der Auslassventile 1.3a und 1.3b eines der Zylinder 1.1 in zwei verschiedenen Betriebspositionen. Die Ventilsteuerungseinrichtung 3 weist eine axial drehbare und axial verschiebliche Welle 3.1 und pro Zylinder jeweils einen darauf angeordneten ersten Nocken 3.2a und einen zweiten Nocken 3.2b auf. 3a and 3b each show a schematic representation of the variable valve control device 3 for controlling the exhaust valves 1.3a and 1.3b one of the cylinders 1.1 in two different operating positions. The valve control device 3 has an axially rotatable and axially displaceable shaft 03.01 and one cylinder per cylinder arranged thereon 3.2a and a second cam 3.2b on.

Die Ventilsteuerungseinrichtung 3 ist so ausgebildet, dass sie die Auslassventile 1.3a, 1.3b bei entsprechendem Kraftschluss zwischen dem ersten Nocken 3.2a und dem ersten Auslassventil 1.3a beziehungsweise dem zweiten Nocken 3.2b und dem zweiten Auslassventil 1.3b eines der Zylinder 1.1 so bewegen kann, dass die Auslassventile 1.3a, 1.3b die ihnen zugeordneten Auslassöffnungen des betreffenden Zylinders 1.1 periodisch freigeben und schließen. In einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, wie beispielsweise bei niedrigeren Drehzahlen, ist die erste Auslassventilgruppe aktiviert. Wenn das in 3a gezeigte, zur ersten Auslassventilgruppe gehörende Auslassventil 1.3a aktiviert ist, werden durch einen periodischen Ventilhub, der durch den ersten Nocken 3.2a erzeugt wird, die Abgase in die erste Abgasleitung 1.4 und dann in die Gesamtabgasleitung 1.6 und schließlich in das erste (kleinere) Strömungsvolumen 2.1 der Turbine 2 geführt. Das Auslassventil 1.3b der zweiten Auslassventilgruppe befindet sich in einem deaktivierten (geschlossenen) Zustand und der Ventilhub ist Null, so dass die Abgase nicht in die zweite Abgasleitung 1.5 strömen können. Der zweite Nocken 3.2b auf der Welle 3.1 dreht ohne Kraftschluss mit dem Auslassventil 1.3b. The valve control device 3 is designed to handle the exhaust valves 1.3a . 1.3b with appropriate adhesion between the first cam 3.2a and the first exhaust valve 1.3a or the second cam 3.2b and the second exhaust valve 1.3b one of the cylinders 1.1 so that can move the exhaust valves 1.3a . 1.3b their associated outlet openings of the cylinder in question 1.1 periodically release and close. In a first operating state of the internal combustion engine 1 such as at lower speeds, the first exhaust valve group is activated. If that is in 3a shown, belonging to the first exhaust valve group exhaust valve 1.3a is activated by a periodic valve lift by the first cam 3.2a is generated, the exhaust gases in the first exhaust pipe 1.4 and then into the entire exhaust line 1.6 and finally into the first (smaller) flow volume 2.1 the turbine 2 guided. The outlet valve 1.3b the second exhaust valve group is in a deactivated (closed) state and the valve lift is zero, so that the exhaust gases are not in the second exhaust pipe 1.5 can flow. The second cam 3.2b on the wave 03.01 rotates without frictional connection with the exhaust valve 1.3b ,

Durch die so erzeugte ausschließliche Zuführung der Abgase in das erste (kleinere) Strömungsvolumen 2.1 der Turbine 2 kann bei niedrigeren Drehzahlen ein stark ausgeprägter Stoßaufladungseffekt und damit ein hohes Drehmoment der Brennkraftmaschine 1 erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist dabei die schnellere Beschleunigung der Turbine 2 bei Lastanforderung. By the exclusive supply of exhaust gases thus generated in the first (smaller) flow volume 2.1 the turbine 2 can at low speeds a strong bump charging effect and thus a high torque of the engine 1 be achieved. Particularly advantageous is the faster acceleration of the turbine 2 at load request.

Bei höheren Drehzahlen beginnt die Pumparbeit aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten zu stark anzusteigen. Eine zusätzliche Aktivierung und damit eine periodische Öffnung des Auslassventils 1.3b der zweiten Auslassventilgruppe ist erforderlich. Durch eine axiale Verschiebung der Welle 3.1 wird ein Kraftschluss des zweiten Nockens 3.2b mit dem zweiten Auslassventil 1.3b in der Weise erzeugt, dass das Auslassventil 1.3b mittels der Ventilsteuerungseinrichtung 3 periodisch von einem Nullhub (geschlossener Zustand der Auslassöffnung) auf einen fixen Maximalhub (geöffneter Zustand der Auslassöffnung) überführt wird, so dass durch das periodische Öffnen und Schließen des zweiten Auslassventils 1.3b die Abgase in die zweite Abgasleitung 1.5 und dann in die zweite Gesamtabgasleitung 1.7 und schließlich in das zweite (größere) Volumen 2.2 der Turbine 2 des Abgasturboladers 5 geleitet werden. Es versteht sich natürlich, dass ein Fachmann auch weitere Ventilhubumschaltungsvorrichtungen als Ventilsteuerungseinrichtung 3, wie bspw nicht dargestellte schaltbare Rollenschlepphebel oder ähnliches, in dieser Erfindung mitliest. Durch die selektive Vergrößerung des abgasführenden Volumens innerhalb der Turbine 2 kann der so genannte Stauaufladungseffekt bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 verstärkt werden. Die mittlere Abgastemperatur wird abgesenkt. Dadurch ergibt sich eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs bei hohen Drehzahlen und hoher Last (zum Beispiel im Nennleistungsbereich der Brennkraftmaschine 1). At higher speeds, the pumping work begins to increase too much due to the high flow rates. An additional activation and thus a periodic opening of the exhaust valve 1.3b the second exhaust valve group is required. By an axial displacement of the shaft 03.01 becomes a frictional connection of the second cam 3.2b with the second exhaust valve 1.3b in the way that produces the exhaust valve 1.3b by means of the valve control device 3 periodically from a zero lift (closed state of the exhaust port) to a fixed maximum lift (open state of the exhaust port) is transferred, so that by the periodic opening and closing of the second exhaust valve 1.3b the exhaust gases in the second exhaust pipe 1.5 and then into the second total exhaust line 1.7 and finally into the second (larger) volume 2.2 the turbine 2 the exhaust gas turbocharger 5 be directed. It is understood, of course, that a person skilled in the art also other Ventilhubumschaltungsvorrichtungen than Valve control device 3 such as, for example, switchable roller cam follower or the like, not shown, in this invention. By selectively enlarging the exhaust gas carrying volume within the turbine 2 can the so-called Stauaufladungseffekt at high speeds of the internal combustion engine 1 be strengthened. The average exhaust gas temperature is lowered. This results in a reduction in fuel consumption at high speeds and high load (for example, in the rated power range of the internal combustion engine 1 ).

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202014100168 U1 [0003]

Claims

Charged internal combustion engine ( 1 ), comprising - at least one cylinder head ( 4 ) with a number of cylinders ( 1.1 ), each of the cylinders ( 1.1 ) one by means of an inlet valve ( 1.2 ) selectively openable and closable inlet opening, a first, by means of a first outlet valve ( 1.3a ) selectively openable and closable outlet opening and at least a second, by means of a second outlet valve ( 1.3b ) has selectively openable and closable outlet opening and wherein at the first outlet opening of each of the cylinder ( 1.1 ) a first exhaust pipe ( 1.4 ) and to the second outlet opening of each of the cylinders ( 1.1 ) a second exhaust pipe ( 1.5 ), - a first total exhaust gas line ( 1.6 ) into which the first exhaust pipes ( 1.4 ), and a second total exhaust gas line ( 1.7 ) into which the second exhaust pipes ( 1.5 ), - at least one exhaust gas turbocharger ( 5 ) with a twin-flow turbine ( 2 ), which has a first flow volume ( 2.1 ) connected to the first complete exhaust gas line ( 1.6 ) and a second flow volume ( 2.2 ) connected to the second total exhaust gas line ( 1.7 ), wherein the first flow volume ( 2.1 ) smaller than the second flow volume ( 2.2 ), - a valve control device ( 3 ), by means of which the opening and closing of the exhaust valves ( 1.3a . 1.3b ) is controllable, wherein the first exhaust valves ( 1.3a ) the cylinder ( 1.1 ) a first exhaust valve group and the second exhaust valves ( 1.3a ) the cylinder ( 1.1 ) form a second exhaust valve group, characterized in that the valve control device ( 3 ) is designed so that in a first operating state of the internal combustion engine ( 1 ), only the control of the first exhaust valve group is activated and in a second operating state the control of the first and the second exhaust valve group is activated.

Charged internal combustion engine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the twin-flow turbine ( 2 ) is a twin-flow turbine.

Charged internal combustion engine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the twin-flow turbine ( 2 ) is a double-flow turbine.

Charged internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the twin-flow turbine ( 2 ) has a wastegate control.

Charged internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flow volumes ( 2.1 . 2.2 ) within the twin-flow turbine ( 2 ) are at least largely separated by a number of partitions.

Charged internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the double-flow turbine has a variable turbine geometry with a number of adjustable flow guide vanes.

Charged internal combustion engine ( 1 ) according to claim 6, characterized in that in an extension of the partitions between the two flow volumes ( 2.1 . 2.2 ) at least one fixed flow guide vane is arranged.