DE102016120815A1 - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor (10), einem Abgasstrang und einer oder mehreren in den Abgasstrang integrierten Abgasturbinen (20), bei der der Verbrennungsmotor (10) einen oder mehrere Brennräume (12) ausbildet, denen jeweils mindestens zwei Auslassventile (24, 26) zugeordnet sind, und bei der die Auslassventile (24, 26) mittels eines Ventiltriebs betätigbar sind, wobei den Brennräumen (12) zugeordnete erste Auslassventile (24) über eine gemeinsame erste Abgasflut (28) und den Brennräumen (12) zugeordnete zweite Auslassventile (26) über eine gemeinsame zweite Abgasflut (30) des Abgasstrangs mit der oder den Abgasturbinen (20) in Abgas leitender Verbindung stehen, wobei für die zweite Abgasflut (30) eine größere Kühlwirkung realisiert ist als für die erste Abgasflut (28), ist dadurch gekennzeichnet, dass der minimale und/oder der mittlere Strömungsquerschnitt der ersten Abgasflut (28) kleiner als der entsprechende Strömungsquerschnitt der zweiten Abgasflut (30) ausgelegt ist. Dadurch können Vorteile, hinsichtlich des Betriebsverhaltens des Verbrennungsmotors, realisiert werden. Insbesondere wird die Realisierung einer Stoßaufladung ermöglicht beziehungsweise positiv beeinflusst, indem aufgrund der relativ kleinen Dimensionierung der ersten Abgasflut (28) eine relativ stark ausgeprägte Pulsation des Drucks des Abgases in der ersten Abgasflut (28) mit entsprechend stark ausgeprägten Druckspitzen und Drucktälern erzeugt wird.An internal combustion engine having an internal combustion engine (10), an exhaust system and one or more exhaust gas turbines (20) integrated in the exhaust system, in which the internal combustion engine (10) forms one or more combustion chambers (12) each having at least two exhaust valves (24, 26) in which the exhaust valves (24, 26) can be actuated by means of a valve drive, first exhaust valves (24) assigned to the combustion chambers (12) being connected via a common first exhaust gas flow (28) and second exhaust valves (26) assigned to the combustion chambers (12) ) are in exhaust gas conductively connected via a common second exhaust gas flow (30) of the exhaust line with the exhaust gas or the turbines (20), wherein for the second exhaust gas flow (30) a greater cooling effect is realized than for the first exhaust gas flow (28), characterized in that the minimum and / or the mean flow cross section of the first exhaust gas flow (28) is smaller than the corresponding flow cross section of the second exhaust gas flow (28) LUT (30) is designed. As a result, advantages with regard to the operating behavior of the internal combustion engine can be realized. In particular, the realization of a bump charge is made possible or positively influenced by a relatively strong pulsation of the pressure of the exhaust gas in the first exhaust gas flow (28) is generated with correspondingly pronounced pressure peaks and pressure valleys due to the relatively small dimensions of the first exhaust gas flow (28).
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor, einem Abgasstrang und einer oder mehreren in den Abgasstrang integrierten Abgasturbinen, wobei der Verbrennungsmotor einen oder mehrere Brennräume ausbildet, denen jeweils mindestens zwei Auslassventile zugeordnet sind, wobei die Auslassventile mittels eines Ventiltriebs betätigbar sind und wobei den Brennräumen zugeordnete erste Auslassventile über eine gemeinsame erste Abgasflut und den Brennräumen zugeordnete zweite Auslassventile über eine gemeinsame zweite Abgasflut des Abgasstrangs mit der oder den Abgasturbinen in Abgas leitender Verbindung stehen, wobei für die zweite Abgasflut eine größere Kühlwirkung realisiert ist als für die erste Abgasflut.The invention relates to an internal combustion engine with an internal combustion engine, an exhaust system and one or more exhaust gas turbines integrated in the exhaust line, wherein the internal combustion engine forms one or more combustion chambers, each of which at least two exhaust valves are assigned, wherein the exhaust valves are actuated by means of a valve train and wherein the combustion chambers associated first exhaust valves via a common first exhaust gas flow and the combustion chambers associated second exhaust valves via a common second exhaust gas flow of the exhaust line with the exhaust gas or the exhaust gas are in exhaust connection, wherein for the second exhaust gas, a greater cooling effect is realized than for the first exhaust gas flow.
Eine solche Brennkraftmaschine ist aus der
Ein in einen Zylinderkopf integrierter Abgaskrümmer wird in der
Eine zu der Brennkraftmaschine gemäß der
Die
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine, wie sie grundsätzlich aus der
Diese Aufgabe wird mittels einer Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is achieved by means of an internal combustion engine according to the patent claim 1. Advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are objects of the other claims and / or will become apparent from the following description of the invention.
Erfindungsgemäß ist eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor, einem Abgasstrang und einer oder mehreren in den Abgasstrang integrierten Abgasturbinen, die insbesondere (jeweils) Bestandteil eines Abgasturboladers sind, vorgesehen, wobei der Verbrennungsmotor einen oder mehrere Brennräume ausbildet, denen jeweils mindestens zwei Auslassventile zugeordnet sind. Die Auslassventile sind mittels eines Ventiltriebs betätigbar, wobei den Brennräumen zugeordnete erste Auslassventile über eine gemeinsame erste Abgasflut und den Brennräumen zugeordnete zweite Auslassventile über eine gemeinsame zweite Abgasflut des Abgasstrangs mit der oder den Abgasturbinen in Abgas leitender Verbindung stehen. Dabei ist für die zweite Abgasflut eine größere Kühlwirkung (in zumindest einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine und vorzugsweise stets im Betrieb der Brennkraftmaschine) als für die erste Abgasflut realisiert.According to the invention, an internal combustion engine is provided with an internal combustion engine, an exhaust system and one or more exhaust gas turbines integrated into the exhaust system, which are in particular part of an exhaust gas turbocharger, wherein the internal combustion engine forms one or more combustion chambers to which at least two exhaust valves are respectively assigned. The exhaust valves are actuated by means of a valve drive, wherein the combustion chambers associated first exhaust valves via a common first exhaust gas flow and the combustion chambers associated second exhaust valves via a common second exhaust gas flow of the exhaust system with the exhaust gas or the exhaust gas are in exhaust connection. In this case, a greater cooling effect is realized for the second exhaust gas flow (in at least one operating state of the internal combustion engine and preferably always during operation of the internal combustion engine) than for the first exhaust gas flow.
Die Brennkraftmaschine kann weiterhin eine Steuerungsvorrichtung zur Ansteuerung des Ventiltriebs basierend auf einem Betriebskennfeld des Verbrennungsmotors aufweisen, wobei die Steuerungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass diese den Ventiltrieb derart ansteuert, dass dieser
- - bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem ersten Betriebskennfeldbereich, der durch relativ niedrige Kombination aus Drehzahl und Last gekennzeichnet ist, die ersten Auslassventile (vorzugsweise im maximalen Ausmaß) betätigt und die zweiten Auslassventile nicht oder in einem relativ kleinen (d.h. nicht maximalen und insbesondere im Vergleich zu den ersten Auslassventilen kleineren) Ausmaß betätigt sowie
- - bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem zweiten Betriebskennfeldbereich, der durch relativ hohe Kombination aus Drehzahl und Last gekennzeichnet ist, die zweiten Auslassventile im maximalen Ausmaß betätigt.
- in an operation of the internal combustion engine in a first operating map area, characterized by a relatively low combination of speed and load, the first exhaust valves are operated (preferably to the maximum extent) and the second exhaust valves are not actuated or in a relatively small (ie not maximum and in particular Compared to the first exhaust valves smaller) extent actuated as well
- in an operation of the internal combustion engine in a second operating map area, which is characterized by a relatively high combination of speed and load, the second exhaust valves are actuated to the maximum extent.
Dabei können die ersten Auslassventile bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors gemäß einem in dem zweiten Betriebskennfeldbereich liegenden Betriebspunkt nicht oder (gegebenenfalls auch variabel) in einem relativ kleinen Ausmaß oder in einem maximalen Ausmaß betätigt werden. Es besteht die Möglichkeit, dass das Betriebskennfeld zusätzlich zu den definierten ersten und zweiten Betriebskennfeldbereichen weitere Betriebskennfeldbereiche aufweist, die durch definierte Betätigungen und/oder Nichtbetätigungen der Auslassventile gekennzeichnet sind oder die definierten ersten und zweiten Betriebskennfeldbereiche in Unterbereiche unterteilt sind.In this case, during operation of the internal combustion engine, the first exhaust valves can not be actuated in a relatively small amount or to a maximum extent in accordance with an operating point lying in the second operating characteristic area. There is the possibility that the operating map has, in addition to the defined first and second operating map areas, further operating map areas which are characterized by defined actuations and / or non-actuations of the outlet valves or the defined first and second operating map areas are subdivided into subregions.
Eine Betätigung der Auslassventile hinsichtlich des „Ausmaßes“ bezieht sich auf die spezifische Menge an Abgas, das im Rahmen eines Öffnungsevents eines Auslassventils infolge einer Öffnung des Auslassventils über dieses aus dem dazugehörigen Brennraum abgeführt werden kann. Vorzugsweise ist dieses Ausmaß beeinflussbar, in dem die Größe des Ventilhubs veränderbar ist. Dies soll die Durchführung eines Nullhubs, d.h. eines geschlossen Haltens, des Auslassventils, einschließen. Ergänzend oder alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, dieses „Ausmaß“ durch eine Veränderung der Öffnungsdauer (in °KW) für die Auslassventile und/oder eine Veränderung der Ventilerhebungskurven zu beeinflussen.An operation of the exhaust valves in terms of "extent" refers to the specific amount of exhaust gas, which can be discharged in the context of an opening event of an exhaust valve due to an opening of the exhaust valve over this from the associated combustion chamber. Preferably, this extent can be influenced, in which the size of the valve lift is variable. This is meant to carry out a zero lift, i. a closed hold, the exhaust valve. Additionally or alternatively, it is also possible to influence this "extent" by changing the opening duration (in ° CA) for the exhaust valves and / or changing the valve lift curves.
Mittels einer solchen Brennkraftmaschine kann erreicht werden, dass bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit niedrigen Drehzahlen und Lasten gemäß einem innerhalb des ersten Betriebskennfeldbereichs gelegenen Betriebspunkts das in den Brennräumen anfallende Abgas primär oder ausschließlich über die erste Abgasflut, für die eine relativ geringere Kühlwirkung realisiert ist, abgeführt und zu der sich daran anschließenden Abgasturbine geführt wird, wodurch Nachteile, die sich aus einer Kühlung des bei einem Betrieb innerhalb dieses Betriebskennfeldbereichs ohnehin nicht besonders heißen Abgases ergeben würden, vermieden oder zumindest gering gehalten werden können. Diese Nachteile können insbesondere ein relativ schlechtes Ansprechverhalten eines die Abgasturbine umfassenden Abgasturboladers sowie ein relativ schlechtes Low-End-Torque-Verhalten der Brennkraftmaschine infolge eines Enthalpieverlustes des Abgases sein. Weitere Nachteile, die sich aus einer ungewollten Kühlung des bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in dem ersten Betriebskennfeldbereich ergeben würden, sind eine Verzögerung des Erreichens einer sogenannten Light-Off-Temperatur einer insbesondere stromab des oder der Abgasturbine(n) in den Abgasstrang der Brennkraftmaschine integrierten Abgasnachbehandlungseinrichtung, eine Verlängerung von Maßnahmen zur Beheizung einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung, die Gefahr eines Auskühlen der Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder erhöhte Anforderungen an ein Kühlsystem der Brennkraftmaschine, insbesondere hinsichtlich der Wärmeabfuhr aus dem Kühlsystem an die Umgebung.By means of such an internal combustion engine, it can be achieved that during operation of the internal combustion engine at low speeds and loads according to an operating point located within the first operating characteristic area, the exhaust gas accumulating in the combustion chambers is realized primarily or exclusively via the first exhaust gas flow, for which a relatively lower cooling effect is realized. dissipated and is guided to the adjoining exhaust gas turbine, which disadvantages, which would result from a cooling of the operation within this operating map area anyway not particularly hot exhaust gas can be avoided, or at least kept low. These disadvantages may be, in particular, a relatively poor response of an exhaust gas turbocharger comprising the exhaust gas turbine as well as a relatively poor low-end torque behavior of the internal combustion engine due to an enthalpy loss of the exhaust gas. Further disadvantages which would result from an unintentional cooling of the operating mode of the internal combustion engine in the first operating characteristic area are a delay in reaching a so-called light-off temperature of, in particular, downstream of or the exhaust gas turbine (s) integrated into the exhaust system of the internal combustion engine Exhaust after-treatment device, an extension of measures for heating such an exhaust aftertreatment device, the risk of cooling the exhaust aftertreatment device and / or increased demands on a cooling system of the internal combustion engine, in particular with regard to the heat dissipation from the cooling system to the environment.
Bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit relativ hohen Kombinationen aus Drehzahl und Last im zweiten Betriebskennfeldbereich, bei dem der Verbrennungsmotor relativ heißes Abgas erzeugt, wird das Abgas dagegen zusätzlich (gegebenenfalls hauptsächlich) oder ausschließlich durch die zweite Abgasflut, für die eine relativ hohe Kühlwirkung realisiert ist, abgeführt. Dadurch kann eine thermische Überlastung von Komponenten des Abgasstrangs und insbesondere der Abgasturbine(n) vermieden werden.On the other hand, in an operation of the internal combustion engine with relatively high combinations of speed and load in the second operating map area, in which the internal combustion engine generates relatively hot exhaust gas, the exhaust gas is additionally (possibly mainly) or exclusively by the second exhaust gas flow, for which a relatively high cooling effect is realized , dissipated. As a result, a thermal overload of components of the exhaust system and in particular of the exhaust gas turbine (s) can be avoided.
Eine solche Brennkraftmaschine ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der minimale und/oder der mittlere Strömungsquerschnitt der ersten Abgasflut kleiner (vorzugsweise mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 30% kleiner) als der entsprechende Strömungsquerschnitt der zweiten Abgasflut ausgelegt ist. Dadurch können weitere Vorteile, insbesondere hinsichtlich des Betriebsverhaltens des Verbrennungsmotors, realisiert werden. Insbesondere wird die Realisierung einer Stoßaufladung ermöglicht beziehungsweise positiv beeinflusst, indem aufgrund der relativ kleinen Dimensionierung der ersten Abgasflut eine relativ stark ausgeprägte Pulsation des Drucks des Abgases in der ersten Abgasflut mit entsprechend stark ausgeprägten Druckspitzen und Drucktälern erzeugt wird. Dabei ergibt sich im Bereich des Ladungswechsel-OT (d.h. dem oberen Totpunkt in der zyklischen Hin und her Bewegung eines einen Brennraum des Verbrennungsmotors begrenzenden Kolbens, der bei einem Viertakt-Verbrennungsmotor den Wechsel zwischen Ausstoßtakt und Ansaugtakt definiert) ein Druckgefälle (sogenanntes positives Spülgefälle) des Drucks des Abgases in der ersten Abgasflut im Vergleich zu dem Druck des Frischgases in einem an Einlassventile des Verbrennungsmotors angrenzenden Abschnitt (z.B. in einem Saugrohr) eines Frischgasstrangs der Brennkraftmaschine bewirkt. Dieses Druckgefälle kann mit einer vorzugsweise für zumindest einen (gegebenenfalls für jeden) Betriebszustand einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorgesehenen Ventilüberschneidung, d.h. einem gleichzeitigen Öffnen zumindest des ersten Auslassventils und zumindest eines Einlassventils je Brennraum in einem den Ladungswechsel-OT umfassenden Zeitraum, dazu genutzt werden, in den Brennräumen enthaltenes Abgas mit Frischgas aus den Brennräumen zu spülen. Auf diese Weise kann eine Erhöhung des Wirkungsgrads im Betrieb des Verbrennungsmotors und insbesondere eine bessere Füllung der Brennräume mit Frischgas, eine relativ geringe Klopfneigung, durch die eine relativ frühe Zündung und relativ frühe Schwerpunktlagen ermöglicht werden, sowie insgesamt ein relativ hohes spezifisches Drehmoment realisiert werden. Weiterhin kann auf diese Weise infolge des zusätzlichen Frischgases, das über die erste Abgasflut gemeinsam mit dem Abgas der an die erste Abgasflut angeschlossenen Abgasturbine zugeführt wird, eine Erhöhung der kinetischen Energie der Gasströmung am Eintritt der Abgasturbine und dadurch ein verbessertes Ansprechverhalten der Abgasturbine realisiert werden. Besonders vorteilhaft ist, dass die Vorteile, die sich aus der relativ kleinen Auslegung der ersten Abgasflut ergeben, ohne relevante Nachteile insbesondere hinsichtlich der erreichbaren Nennleistung sein können, weil Nachteile hinsichtlich der Nennleistung, wie insbesondere erhöhte Ladungswechselverluste und/oder ein Anfettungsbedarf dadurch vermieden werden, dass bei höheren Kombinationen aus Drehzahl und Last das Abgas (auch) über die zweite, größer ausgelegte Abgasflut geführt werden kann beziehungsweise wird.Such an internal combustion engine is inventively characterized in that the minimum and / or the average flow cross section of the first exhaust gas flow is smaller (preferably at least 10%, more preferably at least 30% smaller) than the corresponding flow cross section of the second exhaust gas flow. As a result, further advantages, in particular with regard to the operating behavior of the internal combustion engine, can be realized. In particular, the realization of a bump charge is made possible or positively influenced by a relatively strong pulsation of the pressure of the exhaust gas in the first exhaust gas flow is generated with correspondingly pronounced pressure peaks and pressure valleys due to the relatively small dimensions of the first exhaust gas flow. This results in the range of the charge cycle OT (ie the top dead center in the cyclic back and forth movement of a combustion chamber of the engine limiting piston defining the change between exhaust stroke and intake stroke in a four-stroke internal combustion engine) a pressure gradient (so-called positive Purging gradient) of the pressure of the exhaust gas in the first exhaust gas flow in comparison to the pressure of the fresh gas in a section adjacent to intake valves of the internal combustion engine (eg in an intake manifold) of a fresh gas train of the internal combustion engine. This pressure gradient can be used with a preferably provided for at least one (possibly for each) operating state of an internal combustion engine according to the invention valve overlap, ie a simultaneous opening of at least the first exhaust valve and at least one inlet valve per combustion chamber in a period comprising the change of charge TDC, in the Flue gas contained exhaust gas to flush with fresh gas from the combustion chambers. In this way, an increase in the efficiency of the operation of the internal combustion engine and in particular a better filling of the combustion chambers with fresh gas, a relatively low tendency to knock, by a relatively early ignition and relatively early center of gravity positions are made possible and overall a relatively high specific torque can be realized. Furthermore, an increase in the kinetic energy of the gas flow at the inlet of the exhaust gas turbine and thus an improved response of the exhaust gas turbine can be realized in this way due to the additional fresh gas, which is supplied via the first exhaust gas flow together with the exhaust of the exhaust gas connected to the first exhaust gas. It is particularly advantageous that the advantages that result from the relatively small design of the first exhaust gas flow can be without relevant disadvantages, in particular with regard to the achievable nominal power, because disadvantages in terms of nominal power, in particular increased charge exchange losses and / or a need for enrichment are thereby avoided. that at higher combinations of speed and load, the exhaust gas (or) can be performed on the second, larger-dimensioned exhaust gas flow or will.
Bei dem Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann es sich im Übrigen auch lediglich um einen Teil-Verbrennungsmotor und insbesondere um eine sogenannte Zylinderbank bei einem mehrere Zylinderbänke aufweisenden Verbrennungsmotor, der beispielsweise in einer sogenannten V-Anordnung ausgebildet sein kann, handeln. Relevant ist, dass die Brennräume zumindest einer und vorzugsweise jeder Zylinderbank eines solchen Verbrennungsmotors in der beschriebenen Art und Weise über eine erste Abgasflut und eine zweite Abgasflut mit mindestens einer Abgasturbine verbunden sind.Incidentally, the internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention may also be only a partial internal combustion engine and, in particular, a so-called cylinder bank in the case of an internal combustion engine having a plurality of cylinder banks, which may be designed, for example, in a so-called V arrangement. It is relevant that the combustion chambers of at least one and preferably each cylinder bank of such an internal combustion engine are connected in the described manner via a first exhaust gas flow and a second exhaust gas flow to at least one exhaust gas turbine.
Die unterschiedliche Kühlwirkung für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann in vorteilhafter Weise dadurch realisiert werden, dass die zweite Abgasflut (aktiv) gekühlt ist; d.h. es sind Maßnahmen vorgesehen, um aktiv eine erhöhte Wärmeabfuhr aus dem über die zweite Abgasflut geführten Abgas zumindest temporär zu bewirken. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass die zweite Abgasflut mittels dieser zugeordneten Kühlkanälen, die Teil eines Kühlsystems der Brennkraftmaschine sind, gekühlt ist. Die Kühlkanäle können dabei vorzugsweise derart vorgesehen sein, dass diese von der zweiten Abgasflut lediglich durch eine möglichst geringe Wandung getrennt sind. Eine solche aktive Kühlung der zweiten Abgasflut ist in vorteilhafter Weise realisierbar, indem die zweite Abgasflut in ein Zylinderkopfgehäuse des Verbrennungsmotors integriert ist, da in ein solches Zylinderkopfgehäuse ohnehin regelmäßig Kühlkanäle integriert werden müssen, um andere Komponenten des Verbrennungsmotors zu kühlen.The different cooling effect for an internal combustion engine according to the invention can be realized in an advantageous manner in that the second exhaust gas flow (active) is cooled; i.e. Measures are provided to actively effect an increased heat removal from the exhaust gas conducted via the second exhaust gas flow at least temporarily. For this purpose, it can be provided, in particular, that the second exhaust gas flow is cooled by means of these associated cooling channels, which are part of a cooling system of the internal combustion engine. The cooling channels may preferably be provided such that they are separated from the second exhaust gas flow only by the smallest possible wall. Such active cooling of the second exhaust gas flow can be realized in an advantageous manner by the second exhaust gas flow is integrated into a cylinder head housing of the engine, since in such a cylinder head housing regularly cooling channels must be integrated to cool other components of the internal combustion engine.
Die unterschiedliche Kühlwirkung für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann alternativ oder, vorzugsweise, ergänzend auch dadurch in vorteilhafter Weise realisiert werden, dass für die erste Abgasflut eine thermische Isolation, d.h. eine Struktur, deren primäre oder ausschließliche Funktion ein Geringhalten eines Wärmeübergangs von dem die erste Abgasflut durchströmenden Abgas auf eine Umgebung der ersten Abgasflut ist, vorgesehen ist. Eine solche thermische Isolation der ersten Abgasflut kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn, wie es vorzugsweise vorgesehen ist, (auch) die erste Abgasflut in ein Zylinderkopfgehäuse des Verbrennungsmotors integriert ist, weil dadurch grundsätzliche Vorteile, wie insbesondere eine kompakte Bauform des Verbrennungsmotors, ein kurzer Strömungsweg zwischen den Brennräumen und der oder den Abgasturbinen, ein relativ geringes Gewicht des Verbrennungsmotors und relativ geringe Herstellungskosten für den Verbrennungsmotor realisierbar sind. Mittels der thermischen Isolation der ersten Abgasflut, die dann durch einen der ersten Abgasflut zugeordneten (und diese vorzugsweise möglichst vollumfänglich umgebenden) und in das Zylinderkurbelgehäuse integrierten Isolationsabschnitt, der sich von an diesen angrenzenden Abschnitten des Zylinderkopfgehäuses in struktureller und/oder werkstofftechnischer Hinsicht unterscheiden kann, gebildet sein kann, kann folglich eine ungewollte Kühlung des die erste Abgasflut durchströmenden Abgases infolge einer grundsätzlich für das Zylinderkopfgehäuse vorgesehenen Kühlung wirkungsvoll verhindert oder zumindest gering gehalten werden. Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass der Isolationsabschnitt als Einsatz aus beispielsweise einem keramischen Werkstoff ausgebildet ist. Dieser Einsatz kann beispielsweise beim Herstellen des Zylinderkopfgehäuses mit einem zur Ausbildung des restlichen Zylinderkopfgehäuses vorgesehenen Material umgossen werden, wodurch dessen Integration mit einem nur geringfügigen zusätzlichen Herstellungsaufwand verbunden ist. Möglich ist auch eine Ausgestaltung des Isolationsabschnitts als integraler, d.h. von der Art des Werkstoffs nicht abweichender Abschnitt des Zylinderkopfgehäuses, der sich jedoch durch eine definierte Porosität und folglich durch die Ausbildung einer Vielzahl von insbesondere mit Luft oder einem anderen Gas gefüllten oder ungefüllten (Vakuum) Hohlräumen von dem Werkstoff der angrenzenden Abschnitte unterscheidet.The different cooling effect for an internal combustion engine according to the invention can alternatively or, preferably, also be realized in an advantageous manner that for the first exhaust gas flow thermal insulation, ie a structure whose primary or exclusive function a low heat transfer from the first exhaust gas flowing through the flow Exhaust gas to an environment of the first exhaust gas flow is provided. Such a thermal insulation of the first exhaust gas flow may be particularly useful if, as it is preferably provided, (also) the first exhaust gas flow is integrated into a cylinder head housing of the internal combustion engine, because thereby fundamental advantages, such as in particular a compact design of the internal combustion engine, a short Flow path between the combustion chambers and the exhaust gas or the turbines, a relatively low weight of the internal combustion engine and relatively low manufacturing costs for the internal combustion engine can be realized. By means of the thermal insulation of the first exhaust gas flow, which then by one of the first exhaust gas flow associated (and this preferably as fully surrounds) and integrated into the cylinder crankcase insulation section, which may differ from these adjacent sections of the cylinder head housing in structural and / or material terms, may be formed, therefore, an unwanted cooling of the first exhaust gas flowing through the exhaust gas due to a principle provided for the cylinder head housing cooling can be effectively prevented or at least kept low. Preferably, it may be provided that the insulation portion is formed as an insert of, for example, a ceramic material. This insert can be encapsulated for example in the manufacture of the cylinder head housing with a material provided for the formation of the remaining cylinder head housing material, whereby its integration is associated with only a minor additional manufacturing effort. Also possible is an embodiment of the isolation section as integral, ie of the type the material of the cylinder head housing, which differs from the material of the adjoining sections by a defined porosity and consequently by the formation of a plurality of (vacuum) cavities filled or unfilled, in particular, with air or another gas.
Der Ventiltrieb einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann in einer bevorzugten Ausgestaltungsform derart ausgebildet sein, dass dieser hinsichtlich einer Betätigung der ersten Auslassventile und/oder der zweiten Auslassventile zwischen mindestens zwei alternativ verwendbaren Ventilnocken umschaltbar ist. Dabei können die (jeweils) mindestens zwei unterschiedlichen Ventilnocken vorzugsweise einerseits einen Nullhub, d.h. ein Geschlossenhalten der entsprechenden Gaswechselventile, und andererseits ein Öffnen im maximalen Ausmaß, insbesondere mit einem maximalen Ventilhub, bewirken. Insbesondere bei der Ausgestaltung des Ventiltriebs mit mehr als zwei alternativ verwendbaren Ventilnocken für die Einlass- und/oder Auslassventile kann auch mindestens ein Ventilnocken vorgesehen sein, durch den das dazugehörige Gaswechselventil in einem Ausmaß geöffnet wird, dass zwischen einem Nullhub (kein Öffnen) und einem Öffnen im maximalen Ausmaß liegt. Ein Vorteil einer solchen schaltbaren Ausgestaltung des Ventiltriebs liegt in der Möglichkeit einer relativ einfachen konstruktiven Ausgestaltung. Insbesondere kann ein solcher schaltbar Ventiltrieb entsprechend der in der
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass die Länge der zweiten Abgasflut größer als die Länge der ersten Abgasflut ist. Dabei bezieht sich der Begriff „Länge“ auf die Längserstreckung jedes Strangs einer Abgasflut, der sich von einem diesem Strang zugeordneten Gaswechselventile bis zu einem Auslass der entsprechenden Abgasflut erstreckt, wobei dieser Auslass vorzugsweise im Übergang zu einem Einlass einer an den entsprechenden Abgasstrang angeschlossenen Abgasturbine und/oder, bei einer vorzugsweise vorgesehenen Integration der Abgasflut in ein Zylinderkopfgehäuse des Verbrennungsmotors, als Auslassöffnung des Zylinderkopfgehäuses ausgebildet sein kann. Dabei soll erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen sein, dass die Längserstreckung(en) zumindest eines, vorzugsweise der Mehrzahl und besonders bevorzugt sämtlicher Stränge der zweiten Abgasflut größer als die entsprechenden Längserstreckung(en) der ersten Abgasflut ist/sind. Bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor, der eine gerade Anzahl an Brennräumen aufweist, ergibt sich daraus, dass auch die Gesamtlänge der zweiten Abgasflut größer als die Gesamtlänge der ersten Abgasflut ist. Mittels der vorzugsweise vorgesehenen größeren Länge der zweiten Abgasflut im Vergleich zu der Länge der ersten Abgasflut kann wiederum die Realisierung einer Stoßaufladung positiv beeinflusst werden.In a further preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention can be provided that the length of the second exhaust gas flow is greater than the length of the first exhaust gas flow. In this case, the term "length" refers to the longitudinal extent of each strand of an exhaust gas flow, which extends from a gas exchange valves associated with this strand to an outlet of the corresponding exhaust gas flow, this outlet preferably in transition to an inlet of an exhaust gas turbine connected to the respective exhaust gas line and / or, in a preferably provided integration of the exhaust gas flow in a cylinder head housing of the internal combustion engine, may be formed as an outlet opening of the cylinder head housing. It should preferably be provided according to the invention that the longitudinal extent (s) of at least one, preferably the plurality and particularly preferably all strands of the second exhaust gas flow is / are greater than the corresponding longitudinal extension (s) of the first exhaust gas flow. In an internal combustion engine according to the invention with an internal combustion engine having an even number of combustion chambers, it follows that also the total length of the second exhaust gas flow is greater than the total length of the first exhaust gas flow. By means of the preferably provided greater length of the second exhaust gas flow in comparison to the length of the first exhaust gas flow, in turn, the realization of an impact charge can be positively influenced.
Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen mit mehrzylindrigen Verbrennungsmotoren kann ein gemeinsamer Abgassammler des Abgasstrangs, der die Brennräume mit der Abgasturbine verbindet, in relevantem Maße zu einem sogenannten Übersprechen eines Auslassstoßes eines Abgas ausstoßenden Brennraums auf die übrigen Zylinder führen. Dies kann zu einer unerwünschten Beeinflussung des Betriebsverhaltens führen, da es zum Rückströmen von Abgas aus dem Abgassammler in die Brennräume kommen kann. Dies kann mit einer erhöhten Restgasrate in diesen Brennräumen und somit beispielsweise bei Ottomotoren mit einer erhöhten Klopfneigung und daraus folgend einer Reduzierung des Verbrennungswirkungsgrads und des erzeugbaren Drehmoments verbunden sein. Die Höhe eines solchen Übersprechens ist grundsätzlich von der Drehzahl, mit dem der Verbrennungsmotor angetrieben wird, und damit von der Frequenz des Auftretens der Auslassstöße abhängig, wobei für ein Geringhalten des Übersprechens bei relativ niedrigen Drehzahlen eine relativ kurze Öffnungsdauer der Auslassventile erforderlich ist, während diese Öffnungsdauer bei zunehmender Drehzahl tendenziell verlängert werden kann, um ein Übersprechen in vergleichbarem Maße gering zu halten. Dabei können mit einer relativ lange Öffnungsdauer tendenziell Ladungswechselverluste und Restgasgehalte in den Brennräumen in vorteilhafter Weise relativ gering gehalten werden.In supercharged internal combustion engines with multi-cylinder internal combustion engines, a common exhaust manifold of the exhaust line, which connects the combustion chambers with the exhaust gas turbine, to a relevant extent lead to a so-called crosstalk of a exhaust stroke of an exhaust gas discharging combustion chamber to the other cylinders. This can lead to an undesirable influence on the operating behavior, since it can come to the backflow of exhaust gas from the exhaust manifold into the combustion chambers. This can be associated with an increased residual gas rate in these combustion chambers and thus for example in gasoline engines with an increased tendency to knock and consequent reduction of the combustion efficiency and the producible torque. The amount of such crosstalk is basically dependent on the speed at which the engine is driven and thus on the frequency of the occurrence of the exhaust surges, with a relatively short opening duration of the exhaust valves being required while keeping crosstalk low at relatively low speeds Opening duration tends to be increased with increasing speed in order to keep crosstalk to a comparable extent low. It can be kept relatively low with a relatively long opening period charge exchange losses and residual gas contents in the combustion chambers in an advantageous manner.
Dementsprechend kann bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der Ventiltrieb derart ausgebildet ist, dass dieser die ersten Auslassventile mit jeweils einer Öffnungsdauer betätigt, die kleiner als der Zündabstand der Brennräume ist oder diesem höchsten entspricht. Dadurch kann insbesondere ein Übersprechen bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in dem definierten ersten Betriebskennfeldbereich, der durch eher niedrige Drehzahlen gekennzeichnet ist, in vorteilhafter Weise gering gehalten werden. Andererseits kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der Ventiltrieb derart ausgebildet ist, dass dieser die zweiten Auslassventile mit jeweils einer Öffnungsdauer betätigt (sofern er diese betätigt), die größer als der Zündabstand der Brennräume ist oder diesem mindestens entspricht. Dadurch können sowohl ein relativ geringes Übersprechen als auch möglichst reduzierte Ladungswechselverluste und Restgasgehalte realisiert werden.Accordingly, it can advantageously be provided in an internal combustion engine according to the invention that the valve train is designed such that it actuates the first exhaust valves each having an opening duration which is smaller than the firing interval of the combustion chambers or corresponds to this highest. As a result, in particular, crosstalk during operation of the internal combustion engine in the defined first operating map area, which is characterized by rather low rotational speeds, can advantageously be kept low. On the other hand, it may be provided in an advantageous manner that the valve train is designed such that it actuates the second exhaust valves, each with an opening duration (if he operated this), which is greater than the firing interval of the combustion chambers or at least equal. This allows both a relatively low crosstalk than also possible reduced charge exchange losses and residual gas contents can be realized.
Als „Öffnungsdauer“ wird erfindungsgemäß der Abschnitt der Gesamtöffnungsdauer verstanden, der zwischen dem Erreichen eines Ventilhubs von einem Millimeter bei der Öffnungsbewegung und dem darauffolgenden Erreichen eines Ventilhubs von einem Millimeter bei der Schließbewegung gelegen ist. Demnach sollen im Hinblick auf die Form üblicher Ventilerhebungskurven die sehr flach ansteigenden beziehungsweise abfallenden Abschnitte zum jeweiligen Beginn und zum jeweiligen Ende der Ventilerhebungskurven von der „Öffnungsdauer“ nicht umfasst sein, weil in diesen Abschnitten der Ventilerhebungskurven von den Gaswechselventilen kein relevanter Öffnungsquerschnitt freigegeben ist.According to the invention, the term "opening period" is understood to mean the section of the total opening duration which is situated between the reaching of a valve lift of one millimeter during the opening movement and the subsequent achievement of a valve lift of one millimeter during the closing movement. Accordingly, with regard to the shape of conventional valve lift curves, the very shallow rising or falling sections for the respective beginning and end of the valve lift curves of the "opening period" should not be included, because in these sections of the valve lift curves of the gas exchange valves no relevant opening cross-section is released.
Als „Zündabstand“ wird der Winkelbereich, bezogen auf die Drehung einer Abtriebswelle und insbesondere einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, verstanden, der sich dadurch ergibt, dass der Drehwinkel der Abtriebswelle, den diese prinzipbedingt zwischen zwei gewollten Brennvorgängen in jedem der Brennräume durchführt, durch die Anzahl an Brennräumen dividiert wird. Bei einem Viertakt-Hubkolbenmotor, bei dem die Erfindung besonders bevorzugt zur Anwendung kommen kann, beträgt der Drehwinkel der Kurbelwelle (Abtriebswelle), den diese prinzipbedingt zwischen zwei gewollten Brennvorgängen in jedem der Brennräume durchführt, 720°. Bei einem Verbrennungsmotor mit beispielsweise drei Brennräumen (gegebenenfalls je Zylinderbank) beträgt der Zündabstand demnach 240°KW, bei einem Verbrennungsmotor mit vier Brennräumen 180°KW, bei einem Verbrennungsmotor mit fünf Brennräumen 144°KW und bei einem Verbrennungsmotor mit sechs Brennräumen 120°KW.As "firing interval" is the angular range, based on the rotation of an output shaft and in particular a crankshaft of the internal combustion engine understood, which results from the fact that the rotation angle of the output shaft, this principle performs between two desired firing processes in each of the combustion chambers, by the number divided into combustion chambers. In a four-stroke reciprocating engine, in which the invention can be used particularly preferably, the angle of rotation of the crankshaft (output shaft), which this principle performs between two intentional firing processes in each of the combustion chambers, 720 °. In an internal combustion engine having, for example, three combustion chambers (possibly per cylinder bank), the ignition interval is therefore 240 ° CA, in an internal combustion engine with four combustion chambers 180 ° CA, in an internal combustion engine with five combustion chambers 144 ° CA and in an internal combustion engine with six combustion chambers 120 ° CA.
In einer Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass die erste Abgasflut und die zweite Abgasflut mit derselben Abgasturbine in Verbindung stehen. Dadurch kann insbesondere eine einfach aufgeladene Ausgestaltung beziehungsweise eine Ausgestaltung mit sogenanntem Mono-Abgasturbolader realisiert werden, die mit relativ geringen Herstellungskosten verbunden sein kann. Dabei kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Abgasturbine eine Segmentturbine oder eine Twinscroll-Turbine ist, wodurch die einzelnen über die Abgasfluten geführten Abgasströme energetisch vorteilhaft in der Abgasturbine umgesetzt werden können. Auch kann sich eine Ausgestaltung der Abgasturbine als Segmentturbine oder als Twinscroll-Turbine vorteilhaft hinsichtlich eines Übersprechens von Auslassstößen auswirken.In one embodiment of an internal combustion engine according to the invention can be provided that the first exhaust gas flow and the second exhaust gas flow are in communication with the same exhaust gas turbine. As a result, in particular a simply supercharged embodiment or a configuration with a so-called mono exhaust gas turbocharger can be realized, which can be associated with relatively low production costs. It can be provided in an advantageous manner that the exhaust gas turbine is a segment turbine or a twin-scroll turbine, whereby the individual exhaust gas flows conducted via the exhaust gas flows can be implemented in the exhaust gas turbine energetically advantageous. An embodiment of the exhaust gas turbine as a segment turbine or as a twin-scroll turbine can also have an advantageous effect with regard to crosstalk of exhaust impacts.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass die erste Abgasflut und die zweite Abgasflut mit separaten Abgasturbinen in Verbindung stehen, wodurch ergänzende Ausgestaltungsmöglichkeiten geschaffen werden, die sich vorteilhaft hinsichtlich des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine auswirken können.Alternatively, there is also the possibility that the first exhaust gas flow and the second exhaust gas flow are in connection with separate exhaust gas turbines, whereby additional design possibilities are provided which can have advantageous effects with regard to the operating behavior of the internal combustion engine.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine mit der ersten Abgasflut in Verbindung stehende erste Abgasturbine kleiner als eine mit der zweiten Abgasflut in Verbindung stehende zweite Abgasturbine ausgelegt ist. Dadurch kann ein möglichst gutes Ansprechverhalten in dieser Abgasturbine und daraus folgend ein möglichst gutes Low-End-Torque (LET) realisiert werden. Die relativ große Auslegung der zweiten Abgasturbine gewährleistet dagegen (gegebenenfalls in Kombination mit der weiterhin mit Abgas beaufschlagten ersten Abgasturbine) bei relativ hohen Drehzahlen und Lasten eine möglichst vollständige Umsetzung der Enthalpie des Abgases, was sich positiv auf das Betriebsverhalten und den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine auswirken kann.In particular, it may be provided that a first exhaust gas turbine in communication with the first exhaust gas flow is designed to be smaller than a second exhaust gas turbine that is in communication with the second exhaust gas flow. This allows the best possible response in this exhaust turbine and consequently the best possible low-end torque (LET) can be realized. The relatively large design of the second exhaust gas turbine, however, ensures (possibly in combination with the first exhaust gas applied to the first exhaust gas turbine) at relatively high speeds and loads as complete as possible implementation of the enthalpy of the exhaust gas, which can have a positive effect on the performance and efficiency of the internal combustion engine ,
Hinsichtlich der „Auslegung“ einer Abgasturbine wird dabei die Größe des Turbinenlaufrads und daraus folgend die Größe des Abgasmassenstroms, der durch dieses hindurch geführt werden kann, bevor die Stopfgrenze der Abgasturbine erreicht ist, verstanden.With regard to the "design" of an exhaust gas turbine while the size of the turbine wheel and, consequently, the size of the exhaust gas mass flow, which can be passed through this, before the stuffing limit of the exhaust gas turbine is reached understood.
Da die mit der ersten Abgasflut in Verbindung stehende erste Abgasturbine primär bei relativ niedrigen Kombinationen aus Drehzahl und Last im Betrieb des Verbrennungsmotors und folglich mit relativ kühlem Abgas beaufschlagt werden soll, kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass diese ungekühlt, d.h. für diese keine aktive Kühlung vorgesehen ist und/oder für diese sogar eine thermische Isolation bereitgestellt ist. Dadurch kann erreicht werden, dass ein möglichst großer Anteil der Enthalpie des Abgases von der Abgasturbine umgesetzt werden kann. Die mit der zweiten Abgasflut in Verbindung stehende zweite Abgasturbine kann dagegen in vorteilhafter Weise gekühlt ausgebildet sein, um auch bei einem Betrieb mit relativ hohen Kombinationen aus Drehzahl und Last, in denen diese primär oder ausschließlich im Betrieb der Brennkraftmaschine mit Abgas beaufschlagt wird, eine thermische Überlastung der zweiten Abgasturbine zu vermeiden. Dies kann ermöglichen, diese aus relativ gering thermisch belastbaren Werkstoffen und folglich kostengünstig auszugestalten. Die Kühlung der zweiten Abgasturbine kann sich dabei insbesondere auf das Turbinengehäuse und gegebenenfalls auch auf ein Lagergehäuse beziehen. Ein solches Lagergehäuse nimmt eine Lagerung sowie eine Welle auf, die drehfest mit einem Turbinenlaufrad der zweiten Abgasturbine und vorzugsweise auch mit einem Verdichterlaufrad eines Verdichters, der gemeinsam mit der zweiten Abgasturbine einen (zweiten) Abgasturbolader ausbildet, verbunden ist.Since the first exhaust gas turbine connected to the first exhaust gas flow is to be acted upon primarily at relatively low combinations of speed and load during operation of the internal combustion engine and consequently with relatively cool exhaust gas, it can be provided in an advantageous manner that these are not cooled, ie for these no active Cooling is provided and / or even a thermal insulation is provided for this. It can thereby be achieved that the largest possible proportion of the enthalpy of the exhaust gas can be converted by the exhaust gas turbine. On the other hand, the second exhaust gas turbine connected to the second exhaust gas flow may be cooled in an advantageous manner so as to produce a thermal effect even in the case of operation with relatively high combinations of rotational speed and load in which it is subjected to exhaust gas primarily or exclusively during operation of the internal combustion engine To avoid overloading the second exhaust gas turbine. This can make it possible to design these from relatively low thermal loadable materials and therefore cost. The cooling of the second exhaust gas turbine may relate in particular to the turbine housing and possibly also to a bearing housing. Such a bearing housing accommodates a bearing and a shaft which is non-rotatably connected to a turbine runner of the second exhaust gas turbine and preferably also to a compressor runner of a compressor, which together with the second Exhaust gas turbine forms a (second) exhaust gas turbocharger, is connected.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass das Betriebskennfeld einen Übergangsbereich aufweist, so dass ein Umschalten von einer Ansteuerung des Ventiltriebs entsprechend dem ersten Betriebskennfeldbereich zu einer Ansteuerung des Ventiltriebs entsprechend dem zweiten Betriebskennfeldbereich bei höheren Kombinationen aus Drehzahl und Last erfolgt als ein Umschalten von einer Ansteuerung des Ventiltriebs entsprechend dem zweiten Betriebskennfeldbereich zu einer Ansteuerung des Ventiltriebs entsprechend dem ersten Betriebskennfeldbereich. Dadurch kann bei einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine im Bereich eines grundsätzlich für das Umschalten vorgesehenen Übergangs, der insbesondere in etwa mittig des Überweisungsbereichs vorgesehen sein kann, ein häufiges Umschalten zwischen den Betriebsarten vermieden werden.In a further preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention can be provided that the operating map has a transition region, so that switching from a control of the valve train according to the first operating map area to a control of the valve train corresponding to the second operating map area at higher combinations of speed and load than a switching from a control of the valve train according to the second operating map area to a control of the valve train according to the first operating map area. As a result, in the case of a dynamic operation of the internal combustion engine in the area of a transition provided in principle for switching, which can be provided in particular approximately in the middle of the transfer area, frequent switching between the operating modes can be avoided.
Bei dem Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann es sich vorzugsweise um einen Ottomotor oder einen anderen fremdgezündeten Verbrennungsmotor handeln, da das Abgas eines solchen Verbrennungsmotors zumindest temporär relativ hohe Temperaturen im Vergleich zu beispielsweise einem Dieselmotor aufweist, wodurch die Notwendigkeit einer zumindest temporären Kühlung des Abgases, insbesondere aus Gründen des Bauteilschutzes, resultieren kann. Auch kann sich bei einem Ottomotor ein Übersprechen zwischen den Brennräumen und/oder ein erhöhter Abgasgegendruck besonders negativ auswirken. Selbstverständlich kann es sich bei dem Verbrennungsmotor jedoch auch um einen Dieselmotor handeln.The internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention may preferably be a gasoline engine or another spark-ignited internal combustion engine, since the exhaust gas of such an internal combustion engine has at least temporarily relatively high temperatures compared to, for example, a diesel engine, whereby the need for at least temporary cooling of the exhaust gas, in particular for reasons of component protection, can result. Also, in a gasoline engine crosstalk between the combustion chambers and / or increased exhaust back pressure can have a particularly negative effect. Of course, however, the internal combustion engine may also be a diesel engine.
Die Erfindung betrifft im Übrigen auch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß der definierten Ansteuerung des Ventiltriebs durch die Steuerungsvorrichtung, so dass
- - bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem ersten Betriebskennfeldbereich, der durch relativ niedrige Kombinationen aus Drehzahl und Last gekennzeichnet ist, die ersten Auslassventile (vorzugsweise im maximalen Ausmaß) betätigt und die zweiten Auslassventile nicht oder in einem relativ kleinen Ausmaß betätigt werden sowie
- - bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem zweiten Betriebskennfeldbereich, der durch relativ hohe Kombinationen aus Drehzahl und Last gekennzeichnet ist, die zweiten Auslassventile im maximalen Ausmaß betätigt werden.
- when the internal combustion engine is operating in a first operating map area characterized by relatively low combinations of speed and load, the first exhaust valves are actuated (preferably to the maximum extent) and the second exhaust valves are not actuated or operated to a relatively small extent, and
- in an operation of the internal combustion engine in a second operating map area, which is characterized by relatively high combinations of speed and load, the second exhaust valves are actuated to the maximum extent.
Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.The indefinite articles ("a", "an", "an" and "an"), in particular in the patent claims and in the description generally describing the claims, are to be understood as such and not as numerical words. Corresponding to this concretized components are thus to be understood that they are present at least once and may be present more than once.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
-
1 : eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausgestaltungsform in einer schematischen Darstellung; -
2 : eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform in einer schematischen Darstellung; -
3 : ein Betriebskennfeld, gemäß dem ein Verbrennungsmotor einer Brennkraftmaschine gemäß der1 oder der2 betrieben werden kann; -
4 : ein weiteres Betriebskennfeld, gemäß dem ein Verbrennungsmotor einer Brennkraftmaschine gemäß der1 oder der2 betrieben werden kann; und -
5 : in einem Diagramm beispielhafte Verläufe der Gasdrücke in einer Abgasflut, in einem Brennraum sowie in einem Saugrohr einer Brennkraftmaschine gemäß beispielsweise den1 und2 .
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1 : an internal combustion engine according to the invention according to a first embodiment in a schematic representation; -
2 a combustion engine according to the invention according to a second embodiment in a schematic representation; -
3 an operating map according to which an internal combustion engine of an internal combustion engine according to the1 or the2 can be operated; -
4 a further operating map, according to which an internal combustion engine of an internal combustion engine according to the1 or the2 can be operated; and -
5 in a diagram, exemplary curves of the gas pressures in an exhaust gas flow, in a combustion chamber and in a suction pipe of an internal combustion engine according to, for example, the1 and2 ,
Die
Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird in den Brennräumen
Die Einlassventile
Jedem der Brennräume
In das Zylinderkopfgehäuse
Der Ventiltrieb ist derart ausgebildet, dass dieser hinsichtlich einer Betätigung zumindest der zweiten Auslassventile
Ein Betrieb der Brennkraftmaschine gemäß der
Das Betriebskennfeld gemäß der
Aufgrund der relativ niedrigen Kombinationen aus Drehzahl n und Last (M) bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors
Die
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der minimale und/oder der mittlere Strömungsquerschnitt der ersten Abgasflut
Bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist eine relativ kleine, eine Stoßaufladung positiv beeinflussende Auslegung der ersten Abgasflut
Die in der
Infolge der zwei Abgasturbolader
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 1212
- Zylinder/ BrennraumCylinder / combustion chamber
- 1414
- Einlassventilintake valve
- 1616
- Verdichtercompressor
- 1818
- LadeluftkühlerIntercooler
- 2020
- Abgasturbineexhaust turbine
- 20a20a
- erste Abgasturbinefirst exhaust gas turbine
- 20b20b
- zweite Abgasturbinesecond exhaust gas turbine
- 2222
- Wellewave
- 2424
- erstes Auslassventilfirst exhaust valve
- 2626
- zweites Auslassventilsecond exhaust valve
- 2828
- erste Abgasflutfirst exhaust gas flow
- 3030
- zweite Abgasflutsecond exhaust gas flow
- 3232
- ZylinderkopfgehäuseCylinder head housing
- 3434
- Auslasskanalexhaust port
- 3636
- Sammelabschnitt einer AbgasflutCollection section of an exhaust gas flow
- 3838
- Auslassabschnitt einer AbgasflutOutlet section of an exhaust gas flow
- 4040
- Kühlkanalcooling channel
- 4242
- thermische Isolationthermal insulation
- 4444
- VolllastlinieFull load line
- 4646
- Trennlinieparting line
- 4848
- erster Betriebskennfeldbereichfirst operating map area
- 5050
- zweiter Betriebskennfeldbereichsecond operating map area
- 5252
- ÜbergangsbereichTransition area
- 5454
- positives Spülgefällepositive flushing gradient
- 56 56
- Ladeluftstrecke Charge-air duct
- pA p A
- Druck in der ersten AbgasflutPressure in the first exhaust gas flow
- φφ
- Drehwinkel der KurbelwelleAngle of rotation of the crankshaft
- pL p L
- Druck in der LadeluftstreckePressure in the charge air path
- pZ1 p Z1
- Druck in einem ersten BrennraumPressure in a first combustion chamber
- tEZ1 t EZ1
- Öffnungsdauer für das dem ersten Brennraum zugeordnete EinlassventilOpening duration for the intake valve associated with the first combustion chamber
- tAZ1 t AZ1
- Öffnungsdauer für das dem ersten Brennraum zugeordnete erste AuslassventilOpening duration for the first exhaust valve associated with the first combustion chamber
- EO E O
- Öffnungszeitpunkt für das dem ersten Brennraum zugeordnete EinlassventilOpening time for the inlet valve associated with the first combustion chamber
- EC E C
- Schließzeitpunkt für das dem ersten Brennraum zugeordnete EinlassventilClosing time for the inlet valve associated with the first combustion chamber
- AO AO
- Öffnungszeitpunkt für das dem ersten Brennraum zugeordnete erste AuslassventilOpening time for the first exhaust chamber associated with the first exhaust valve
- AC A C
- Schließzeitpunkt für das dem ersten Brennraum zugeordnete erste AuslassventilClosing time for the first exhaust chamber associated with the first exhaust valve
- φU φ U
- Ventilüberschneidungvalve overlap
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102015203157 A1 [0004]DE 102015203157 A1 [0004]
- DE 102014201433 A1 [0005]DE 102014201433 A1 [0005]
- DE 19611641 C1 [0018, 0039]DE 19611641 C1 [0018, 0039]
- DE 102015105735 C1 [0039]DE 102015105735 C1 [0039]
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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Merker, Günter P.; Schwarz, Christian; Teichmann, Rüdiger (Hrsg.): Grundlagen Verbrennungsmotoren. 5. Aufl.. Wiesbaden : Vieweg+Teubner, 2011. S. 70, 142, 157, 514. - ISBN 978-3-8348-1393-0 * |
Also Published As
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---|---|
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: BUNGARTZ, FLORIAN, DIPL.-ING., DE |
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