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Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der
- – jeder Zylinder mindestens zwei Auslassöffnungen zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,
- – mindestens zwei Abgasturbolader vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine umfasst,
- – die Abgasleitungen der zuschaltbaren Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers zu einer ersten Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche mit der Turbine des ersten Abgasturboladers verbunden ist,
- – die Abgasleitungen der anderen Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers zu einer zweiten Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche mit der Turbine des zweiten Abgasturboladers verbunden ist,
- – die Turbine des ersten Abgasturboladers als Waste-Gate-Turbine ausgeführt ist, wobei stromaufwärts dieser ersten Turbine eine erste Bypassleitung unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem abzweigt und ein Absperrelement in der ersten Bypassleitung vorgesehen ist, und
- – jede zuschaltbare Auslassöffnung mit einem schaltbaren Hubventil ausgestattet ist, welches die Auslassöffnung freigibt oder versperrt, wobei ein zugeschaltetes Hubventil sich zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung unter Ausbildung eines Ventilhubs ∆h bewegt und dabei die dazugehörige Auslassöffnung während einer Öffnungsdauer ∆t freigibt.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine insbesondere Ottomotoren, aber auch Dieselmotoren und Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
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Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der Zylinder an einer Montage-Stirnseite miteinander verbunden werden. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane – in der Regel in Gestalt von Hubventilen – und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung dieser Steuerorgane. Jedes Hubventil bewegt sich unter Ausbildung, d. h. Vollziehen eines Ventilhubs zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung und gibt dabei die ventilzugehörige Öffnung während einer Öffnungsdauer frei. Der für die Bewegung des Ventils erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich des Ventils selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Häufig dient der Zylinderkopf zur Aufnahme der Ventiltriebe.
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Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen der Zylinder und das Füllen mit Ladeluft über die Einlassöffnungen. Es ist die Aufgabe der Ventiltriebe die Einlass- und Auslassöffnungen rechtzeitig freizugeben bzw. zu schliessen, wobei in der Regel eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung der Zylinder sowie ein effektives Abführen der Abgase zu gewährleisten. Nach dem Stand der Technik werden die Zylinder daher auch häufig mit zwei oder mehr Einlass- bzw. Auslassöffnungen ausgestattet. Auch die mindestens zwei Zylinder der Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, sind mit mindestens zwei Auslassöffnungen ausgestattet.
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Die Ansaugleitungen, die zu den Einlassöffnungen führen, und die Abgasleitungen, die sich an die Auslassöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert. Die Abgasleitungen der Zylinder werden in der Regel zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung oder aber – wie bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine – gruppenweise zu zwei oder mehreren Gesamtabgasleitungen zusammengeführt. Die Zusammenführung von Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung wird im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Abgaskrümmer bezeichnet, wobei das Teilstück der Gesamtabgasleitung, welches stromaufwärts einer in der Gesamtabgasleitung angeordneten Turbine liegt, erfindungsgemäß als zum Abgaskrümmer gehörend angesehen wird.
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Stromabwärts der Krümmer werden die Abgase vorliegend zwecks Aufladung der Brennkraftmaschine den Turbinen von mindestens zwei Abgasturboladern zugeführt und gegebenenfalls einem oder mehreren Systemen zur Abgasnachbehandlung.
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Die Vorteile eines Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader bestehen darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht und somit die bereitgestellte Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.
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Ein Abgasturbolader umfasst einen Verdichter und eine Turbine, die auf derselben Welle angeordnet sind. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der mindestens zwei Zylinder erreicht wird. Gegebenenfalls ist eine Ladeluftkühlung vorgesehen, mit der die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in die Zylinder gekühlt wird.
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Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft wird dabei verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden. Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum verringert, lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Durch Aufladung in Kombination mit geeigneten Getriebeauslegungen kann auch ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, bei dem ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann. Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Grundsätzlich ist man bemüht, die Turbine eines Abgasturboladers möglichst nahe an den Auslassöffnungen der Zylinder anzuordnen, um auf diese Weise zum einen die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und zum anderen ein schnelles Ansprechverhalten der Turbine und damit des Turboladers zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang wird daher auch grundsätzlich angestrebt, die thermische Trägheit und das Volumen des Leitungssystems zwischen den Auslassöffnungen der Zylinder und der Turbine zu minimieren, was durch Reduzierung der Masse und der Länge der Abgasleitungen erreicht werden kann.
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Die Auslegung der Abgasturboladung bereitet häufig Schwierigkeiten, wobei grundsätzlich eine spürbare Leistungssteigerung in allen Drehzahlbereichen angestrebt wird. Nach dem Stand der Technik wird aber ein starker Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beobachtet. Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis abhängt. Wird beispielsweise die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis. Dies hat zur Folge, dass zu niedrigeren Drehzahlen hin das Ladedruckverhältnis und der Ladedruck ebenfalls abnehmen, was gleichbedeutend ist mit einem Drehmomentabfall.
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Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine wird nach dem Stand der Technik durch unterschiedliche Maßnahmen zu verbessern versucht.
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Beispielsweise durch eine kleine Auslegung des Turbinenquerschnittes und gleichzeitiger Abgasabblasung. Eine derartige Turbine wird auch als Waste-Gate-Turbine bezeichnet. Überschreitet die Abgasmenge eine kritische Größe wird ein Teil des Abgasstroms im Rahmen der sogenannten Abgasabblasung mittels einer Bypassleitung an der Turbine vorbei geführt. Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, dass das Aufladeverhalten bei höheren Drehzahlen bzw. größeren Abgasmengen unzureichend ist.
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Die Drehmomentcharakteristik kann auch mittels mehrerer in Reihe geschalteter Abgasturbolader vorteilhaft beeinflusst werden. Durch das in Reihe Schalten von zwei Abgasturboladern, von denen ein Abgasturbolader als Hochdruckstufe und ein Abgasturbolader als Niederdruckstufe dient, kann das Verdichterkennfeld in vorteilhafter Weise aufgeweitet werden und zwar sowohl hin zu kleineren Verdichterströmen als auch hin zu größeren Verdichterströmen.
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Insbesondere ist bei dem als Hochdruckstufe dienenden Abgasturbolader ein Verschieben der Pumpgrenze hin zu kleineren Verdichterströmen möglich, wodurch auch bei kleinen Verdichterströmen hohe Ladedruckverhältnisse erzielt werden können, was im unteren Drehzahlbereich die Drehmomentcharakteristik deutlich verbessert. Erreicht wird dies durch eine Auslegung der Hochdruckturbine auf kleine Abgasmassenströme und Vorsehen einer Bypassleitung, mit der bei zunehmendem Abgasmassenstrom zunehmend Abgas an der Hochdruckturbine vorbeigeführt wird. Die Bypassleitung zweigt hierzu stromaufwärts der Hochdruckturbine vom Abgasabführsystem ab und mündet stromaufwärts der Niederdruckturbine wieder in das Abgasabführsystem, wobei in der Bypassleitung ein Absperrelement angeordnet ist, um den an der Hochdruckturbine vorbeigeführten Abgasstrom zu steuern. Das Ansprechverhalten einer derartig aufgeladenen Brennkraftmaschine ist deutlich verbessert gegenüber einer vergleichbaren Brennkraftmaschine mit einstufiger Aufladung, da die kleinere Hochdruckstufe weniger träge ist, d. h. sich das Laufzeug eines kleiner dimensionierten Abgasturboladers schneller beschleunigen lässt.
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Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann des Weiteren durch mehrere parallel angeordnete Turbolader, d. h. durch mehrere parallel angeordnete Turbinen mit kleinerem Turbinenquerschnitt verbessert werden, wobei mit steigender Abgasmenge Turbinen sukzessive zugeschaltet werden.
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Eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens zwei parallel angeordneten Turbinen ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Mindestens eine Turbine ist als zuschaltbare Turbine ausgebildet, welche nur bei größeren Abgasmengen mit Abgas beaufschlagt wird, d. h. aktiviert wird.
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Um die Drehmomentcharakteristik weiter zu verbessern, wird jeder Zylinder der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit mindestens einer zuschaltbaren Auslassöffnung ausgestattet. Die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern werden dann gruppenweise in der Art zusammen geführt, dass die Abgasleitungen der zuschaltbaren Auslassöffnungen und die Abgasleitungen der anderen Auslassöffnungen jeweils unter Ausbildung eines Abgaskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt werden.
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Die Abgasleitungen der zuschaltbaren Auslassöffnungen führen zu der Turbine des ersten Abgasturboladers und die Abgasleitungen der anderen Auslassöffnungen zu der Turbine des zweiten Abgasturboladers. Die den zuschaltbaren Auslassöffnungen zugeordnete erste Turbine ist damit als zuschaltbare Turbine ausgebildet. Nur bei größeren Abgasmengen werden die zuschaltbaren Auslassöffnungen im Rahmen des Ladungswechsels geöffnet und dadurch die zuschaltbare Turbine aktiviert, d. h. mit Abgas beaufschlagt.
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Im Vergleich zu Konzepten, bei denen stromaufwärts der beiden Turbinen ein einziges zusammenhängendes Abgasleitungssystem vorgesehen ist, verbessert sich durch die vorstehend beschriebene Gruppierung, d. h. die Verwendung zweier voneinander getrennter Abgassysteme, das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine insbesondere bei kleinen Abgasmengen spürbar; auch weil das Leitungsvolumen stromaufwärts der kontinuierlich von Abgas durchströmten zweiten Turbine durch diese Maßnahme verkleinert wird, was bei niedrigen Lasten bzw. Drehzahlen, d. h. geringen Abgasmengen, vorteilhaft ist und insbesondere das Ansprechverhalten verbessert.
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Es ergeben sich aber auch Nachteile. Die Drehzahl der zuschaltbaren Turbine fällt bei Deaktivierung stark ab, so dass bei erneutem Zuschalten das Laufzeug dieser Turbine zunächst beschleunigt werden muss, um verdichterseitig den gewünschten Ladedruck generieren und bereitstellen zu können. Das Ansprechverhalten verschlechtert sich somit.
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Um eine Mindestdrehzahl der zuschaltbaren Turbine sicherzustellen, könnte die zuschaltbare Turbine auch bei abgeschalteten Auslassöffnungen mit einem kleinen Abgasstrom versorgt werden. Hierzu müsste eine entsprechende Leitung den zweiten Abgaskrümmer mit der ersten Turbine gegebenenfalls unter Verwendung mindestens eines zusätzlichen Absperrelementes verbinden, wodurch aber die Komplexität und der Raumbedarf des Abgasleitungssystems stromaufwärts der Turbinen in unvorteilhafter Weise zunehmen. Darüber hinaus würde durch die Leitung eine Verbindung zwischen beiden Abgaskrümmern geschaffen und die oben beschriebene Gruppierung aufgehoben werden. Die durch die Verwendung zweier voneinander getrennter Abgaskrümmer erzielten Effekte würden zumindest abgeschwächt werden.
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Ein weiterer Nachteil bei Einsatz einer zuschaltbaren Turbine der vorstehend beschriebenen Art, bei der zuschaltbare Auslassöffnungen als Mittel zum Schalten Verwendung finden, besteht darin, dass beim Zuschalten der Auslassöffnungen zwecks Zuschalten der ersten Turbine der durch die zweite Turbine geführte Abgasstrom schlagartig abnimmt, da dem Abgas während des Ladungswechsels nunmehr je Zylinder eine weitere Auslassöffnung, nämlich die zugeschaltete Auslassöffnung, zur Verfügung steht. Beim Zuschalten der ersten Turbine vermindert sich dann der mit dem zweiten Verdichter generierte Ladedruck abrupt. Der mit dem Ladedruckabfall einhergehende Drehmomentabfall ist unerwünscht. Insofern sind Maßnahmen erforderlich, um das transiente Verhalten der Abgasturboaufladung beim Zuschalten der ersten Turbine zu verbessern.
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Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, deren Abgasturboaufladung und Drehmomentcharakteristik weiter verbessert ist.
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Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
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Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der
- – jeder Zylinder mindestens zwei Auslassöffnungen zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,
- – mindestens zwei Abgasturbolader vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine umfasst,
- – die Abgasleitungen der zuschaltbaren Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers zu einer ersten Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche mit der Turbine des ersten Abgasturboladers verbunden ist,
- – die Abgasleitungen der anderen Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers zu einer zweiten Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche mit der Turbine des zweiten Abgasturboladers verbunden ist,
- – die Turbine des ersten Abgasturboladers als Waste-Gate-Turbine ausgeführt ist, wobei stromaufwärts dieser ersten Turbine eine erste Bypassleitung unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem abzweigt und ein Absperrelement in der ersten Bypassleitung vorgesehen ist, und
- – jede zuschaltbare Auslassöffnung mit einem schaltbaren Hubventil ausgestattet ist, welches die Auslassöffnung freigibt oder versperrt, wobei ein zugeschaltetes Hubventil sich zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung unter Ausbildung eines Ventilhubs ∆h bewegt und dabei die dazugehörige Auslassöffnung während einer Öffnungsdauer ∆t freigibt,
und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Turbine des zweiten Abgasturboladers als Waste-Gate-Turbine ausgeführt ist, wobei
- – stromaufwärts dieser zweiten Turbine eine zweite Bypassleitung unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem abzweigt,
- – diese zweite Bypassleitung stromaufwärts der ersten Turbine einmündet, und
- – ein Absperrelement in der zweiten Bypassleitung vorgesehen ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind die Turbinen beider Abgasturbolader als Waste-Gate-Turbinen ausgeführt, wobei die Bypassleitung der zweiten Turbine stromaufwärts der ersten Turbine in das Abgasabführsystem bzw. in die erste Bypassleitung mündet.
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D. h. das stromaufwärts der zweiten Turbine aus dem zweiten Abgaskrümmer mittels zweiter Bypassleitung entnommene Abgas wird nicht via zweiter Bypassleitung an der zweiten Turbine vorbeigeführt und stromabwärts der zweiten Turbine wieder in die zweite Gesamtabgasleitung eingespeist.
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Vielmehr wird das stromaufwärts der zweiten Turbine aus dem zweiten Abgaskrümmer mittels zweiter Bypassleitung entnommene Abgas via zweiter Bypassleitung stromaufwärts der ersten Turbine zur Verfügung gestellt, so dass das an der zweiten Turbine abgeblasene Abgas entweder der ersten zuschaltbaren Turbine zugeführt werden kann oder via erster Bypassleitung an der ersten Turbine vorbeigeführt wird.
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Eine derart konstruktiv ausgestaltete zweite Bypassleitung gestattet es, das an der zweiten Turbine überschüssige bzw. abgeblasene Abgas zu nutzen, um eine Mindestdrehzahl der abgeschalteten ersten Turbine sicherzustellen bzw. das Laufzeug der abgeschalteten ersten Turbine zu beschleunigen, bevor diese erste Turbine aktiviert, d. h. zuschaltet wird. Das Ansprechverhalten des ersten Abgasturboladers verbessert sich, so dass der erste Verdichter schneller, vorzugsweise verzögerungsfrei, an der Generierung und Bereitstellung des gewünschten bzw. angeforderten Ladedrucks mitwirkt bzw. mitwirken kann.
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Vor dem Zuschalten der schaltbaren Auslassöffnungen zwecks Aktivierung der ersten Turbine wird die erste Turbine bereits mit Abgas beaufschlagt, weshalb die Drehzahl des Laufzeugs der ersten Turbine schon vor dem Zuschalten der schaltbaren Auslassöffnungen höher ist bzw. angehoben wird. Das transiente Verhalten der Abgasturboaufladung beim Zuschalten der ersten Turbine verbessert sich deutlich, insbesondere weil der zweite Verdichter während dieser Zuschaltphase unvermindert und ungestört den gewünschten Ladedruck bereitstellt.
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Erreicht wird dies auch dadurch, dass die zweite Turbine vorzugsweise auf solche Abgasmengen ausgelegt ist, d. h. in der Weise dimensioniert wird, dass bei noch abgeschalteten Auslassöffnungen bzw. deaktivierter erster Turbine an der zweiten Turbine überschüssiges Abgas anfällt bzw. Abgas abgeblasen werden kann, ohne dass die Bereitstellung des angeforderten Ladedrucks mittels zweitem Verdichter beeinträchtigt bzw. gefährdet ist. Mit anderen Worten gesagt, bei abgeschalteten Auslassöffnungen und zunehmender Abgasmenge wird der Betriebspunkt, an welchem die zweite Bypassleitung freizugeben, d. h. zu öffnen ist, erreicht bevor der Betriebspunkt erreicht wird, an dem die erste zuschaltbare Turbine zugeschaltet wird bzw. werden muss.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine löst die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine bereitzustellen, deren Abgasturbolaufladung und Drehmomentcharakteristik weiter verbessert ist.
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Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann auch zwei Zylinderköpfe aufweisen. Es können auch drei Abgasturbolader vorgesehen werden.
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Nach dem Stand der Technik werden Drei-Zylinder-Reihenmotoren selten mit zwei parallel angeordneten Turbinen ausgestattet. Die erfindungsgemäße Zusammenführung der Abgasleitungen lässt dies aber problemlos zu, obwohl Drei-Zylinder-Reihenmotoren einer Gruppierung, insbesondere einer Zylindergruppierung, üblicherweise nur schwer zugänglich sind.
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Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen, bei denen die Brennkraftmaschine einen Zylinderkopf mit drei Zylindern aufweist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Bypassleitung stromaufwärts der ersten Turbine in das Abgasabführsystem einmündet.
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Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Bypassleitung stromaufwärts des ersten Knotenpunktes in das Abgasabführsystem einmündet.
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Wird das stromaufwärts der zweiten Turbine aus dem zweiten Abgaskrümmer mittels zweiter Bypassleitung entnommene Abgas via zweiter Bypassleitung stromaufwärts des ersten Knotenpunktes in das Abgasabführsystem der ersten Turbine eingespeist, kann das an der zweiten Turbine entnommene Abgas der ersten Turbine zugeführt werden oder via erster Bypassleitung an der ersten Turbine vorbeigeführt und damit endgültig abgeblasen werden.
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Um die vorstehenden beiden Szenarien realisieren zu können, muss die zweite Bypassleitung aber nicht zwingend stromaufwärts des ersten Knotenpunktes in das Abgasabführsystem der ersten Turbine einmünden.
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Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die zweite Bypassleitung in die erste Bypassleitung einmündet.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Bypassleitung stromaufwärts des in der ersten Bypassleitung vorgesehenen Absperrelementes in die erste Bypassleitung einmündet.
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Ist das in der zweiten Bypassleitung vorgesehene Absperrelement geöffnet und gleichzeitig das in der ersten Bypassleitung vorgesehene Absperrelement geschlossen, wird das stromaufwärts der zweiten Turbine aus dem zweiten Abgaskrümmer mittels zweiter Bypassleitung entnommene Abgas via zweiter Bypassleitung der ersten Turbine zugeführt.
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Wird dann das in der ersten Bypassleitung vorgesehene Absperrelement geöffnet, wird das an der zweiten Turbine entnommene Abgas zumindest teilweise via erster Bypassleitung an der ersten Turbine vorbeigeführt und abgeblasen.
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Da die erste Bypassleitung grundsätzlich dem Abblasen sowohl des an der zweiten Turbine entnommenen Abgases als auch des an der ersten Turbine entnommenen Abgases dient ist dieses Waste-Gate der ersten Turbine entsprechend zu dimensionieren.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jedes schaltbare Hubventil ein zweistufig schaltbares Hubventil ist, das zugeschaltet und abgeschaltet werden kann.
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Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jedes schaltbare Hubventil ein verstellbares Hubventil ist.
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Gemäß der vorstehenden Ausführungsform sind die zuschaltbaren Auslassöffnungen mit Hubventilen ausgestattet, die nicht nur schaltbar sind, d. h. nicht nur zugeschaltet und abgeschaltet werden können. Vielmehr sind die für die zuschaltbaren Auslassöffnungen verwendeten Hubventile verstellbar in der Art, dass das Hubventil im Hinblick auf den Ventilhub ∆h und/oder die Öffnungsdauer ∆t verstellbar ist. Ein im erfindungsgemäßen Sinne verstellbares Hubventil ist ein zumindest teilweise variables Hubventil, das mindestens drei unterschiedliche Ventilhübe ∆h1, ∆h2, ∆h3 und/oder mindestens drei unterschiedliche Öffnungsdauern ∆t1, ∆t2, ∆t3 zulässt.
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Ein beispielsweise im Ventilhub ∆h verstellbares Hubventil ermöglicht erfindungsgemäß neben dem abgeschalteten Zustand ohne Hub und dem zugeschalteten Modus mit normalem Hub mindestens einen weiteren zugeschalteten Betätigungsmodus mit verringertem Hub oder mehrerer weitere zugeschaltete Betätigungsmodi mit verschiedenen Hüben. Als Hub wird dabei der maximale Hub des Ventils beim Durchlaufen der Ventilerhebungskurve des jeweiligen Modus angesehen und bezeichnet.
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Ein verstellbares Hubventil im vorstehend genannten Sinne gestattet es, den Ventilhub ∆h sukzessive zu vergrößern. Auf diese Weise kann die via zugeschalteter Auslassöffnung aus einem Zylinder abgeführte Abgasmenge, d. h. der Abgasvolumenstrom, beim Zuschalten der ersten Turbine ebenfalls sukzessive, d. h. nach und nach, erhöht werden und braucht nicht schlagartig in vollem Umfang realisiert zu werden. Infolgedessen nimmt der durch die zweite Turbine geführte Abgasstrom beim Zuschalten der ersten Turbine auch nicht so abrupt ab und der aus dem Stand der Technik beobachtete Drehmomentabfall infolge eines Ladedruckverlustes bleibt aus bzw. schwächt sich ab.
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Beim Zuschalten der schaltbaren Auslassöffnungen zwecks Aktivierung der ersten Turbine kann der Abgasstrom, mit welchem die erste Turbine beaufschlagt wird, nach und nach erhöht werden. Dabei wird das Laufzeug der zugeschalteten Turbine mit und mit beschleunigt. Dem Verdichter des ersten Abgasturboladers bleibt während dieser Anlaufphase genügend Zeit, um sich am Aufbau des Ladedrucks zu beteiligen, d. h. selbst Ladedruck aufzubauen. Das transiente Verhalten der Abgasturboaufladung beim Zuschalten der ersten Turbine verbessert sich deutlich, insbesondere weil der zweite Verdichter während dieser Zuschaltphase unvermindert und ungestört den gewünschten Ladedruck bereitstellt. Erreicht wird dies mit einer zumindest teilweisen Variabilität, d. h. Verstellbarkeit der Hubventile, die den zuschaltbaren Auslassöffnungen zugeordnet sind und welche eine sukzessive Erhöhung des der ersten Turbine zugeführten Abgasvolumenstroms ermöglichen.
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Die vorstehend für das Zuschalten der schaltbaren Auslassöffnungen bzw. der ersten Turbine dargelegten Vorteile ergeben sich in analoger Weise auch beim Abschalten.
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Die Verstellbarkeit der den zuschaltbaren Auslassöffnungen zugeordneten Hubventile soll erfindungsgemäß die Steuerung, d. h. die sukzessive Erhöhung des der ersten Turbine zugeführten Abgasvolumenstroms ermöglichen. Diese Zielsetzung lässt sich auf unterschiedliche Weise erreichen, d. h. konstruktiv umsetzen.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das verstellbare Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h verstellbares Hubventil ist. Ein im Ventilhub ∆h verstellbares Hubventil weist im abgeschalteten Zustand keinen Hub auf und im zugeschalteten Modus den normalen Hub. Darüber hinaus gestattet ein solches Hubventil mindestens einen weiteren Modus mit verringertem Hub.
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D. h. ein im vorstehenden Sinne verstellbares Hubventil ist ein Hubventil, das mindestens drei unterschiedliche Ventilhübe ∆h1, ∆h2, ∆h3 zulässt.
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Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen das verstellbare Hubventil ein im Hinblick auf die Öffnungsdauer ∆t verstellbares Hubventil ist. Ein im vorstehenden Sinne verstellbares Hubventil ermöglicht dann zumindest drei unterschiedliche Öffnungsdauern ∆t1, ∆t2, ∆t3. Das abgeschaltete Ventil, das nicht betätigt und damit nicht geöffnet wird, verfügt über eine Öffnungsdauer, die Null ist. Zudem lässt sich im zugeschalteten Modus eine normale Öffnungsdauer realisieren, d. h. eine Öffnungsdauer wie beispielsweise die Öffnungsdauer der anderen Auslassöffnungen. Des Weiteren ist mindestens ein weiterer Modus mit verkürzter Öffnungsdauer möglich.
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Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen das verstellbare Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h und die Öffnungsdauer ∆t verstellbares Hubventil ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das verstellbare Hubventil ein stufig verstellbares Hubventil ist.
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Wie bereits erwähnt ist ein stufig, insbesondere dreistufig verstellbares Hubventil ausreichend, um den der ersten Turbine zugeführten Abgasvolumenstrom beim bzw. zwecks Zuschalten der ersten Turbine sukzessive, d. h. nach und nach zu erhöhen.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das verstellbare Hubventil ein dreistufig verstellbares Hubventil ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das verstellbare Hubventil ein stufenlos verstellbares Hubventil ist. Ein stufenlos verstellbares Hubventil gestattet die kontinuierliche Erhöhung des Abgasvolumenstroms beim Aktivieren der ersten Turbine.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens eine Turbine eine variable Turbinengeometrie aufweist, die eine weitgehende Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes gestattet. Dabei sind stromaufwärts des Laufrades der Turbine Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades rotieren die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine, d. h. dem Laufrad. Die Leitschaufeln sind stationär angeordnet, aber nicht völlig unbeweglich, sondern um ihre Achse drehbar, so dass auf die Anströmung der Laufschaufeln Einfluss genommen werden kann. Verfügt eine Turbine hingegen über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich, d. h. starr fixiert, soweit eine Leiteinrichtung vorgesehen ist.
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Bei Brennkraftmaschinen mit einem Ansaugsystem zum Zuführen der Ladeluft zu den mindestens zwei Zylindern, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Verdichter der mindestens zwei Abgasturbolader parallel im Ansaugsystem angeordnet sind, wobei
- – jeder Verdichter in einer separaten Ansaugleitung des Ansaugsystems angeordnet ist, und
- – die separaten Ansaugleitungen stromabwärts der Verdichter zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen, wobei stromabwärts des ersten Verdichters ein erstes Absperrelement in der zugehörigen Ansaugleitung angeordnet ist.
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Vorliegend kann der erste Verdichter bei abgeschalteter erster Turbine vom übrigen Ansaugsystem abgetrennt werden, damit der zweite Verdichter nicht in den ersten Verdichter hinein fördert. Hierzu ist stromabwärts des ersten Verdichters ein erstes Absperrelement in der dazugehörigen Ansaugleitung angeordnet, das der Deaktivierung dieses Verdichters dient.
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Der erste Verdichter wird bei abgeschalteter Turbine zwar eigentlich nicht angetrieben. Damit der erste Verdichter aber gegebenenfalls nicht gegen den Widerstand des verschlossenen ersten Absperrelementes fördert bzw. fördern muss, ist eine Abblaseleitung vorteilhaft, über welche die Ladeluft entweichen bzw. abgeführt werden kann.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Abblaseleitung vorgesehen ist, die zwischen dem ersten Verdichter und dem ersten Absperrelement aus der zugehörigen Ansaugleitung abzweigt und vorzugsweise stromaufwärts des zweiten Verdichters in die andere Ansaugleitung mündet, wobei in der Abblaseleitung ein zweites Absperrelement angeordnet ist.
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Dass die Abblaseleitung vorzugsweise stromaufwärts des zweiten Verdichters in das Ansaugsystem mündet, hat Vorteile, da stromaufwärts des zweiten Verdichters in der Regel Unterdruck herrscht, wodurch ein Druckgefälle geschaffen wird, welches die Förderung der vom ersten Verdichter komprimierten Ladeluft unterstützt.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Abgasleitungen der mindestens zwei Zylinder innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu den Gesamtabgasleitungen zusammenführen.
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Die Integration der Abgaskrümmer bzw. der Zusammenführung in den Zylinderkopf verringert die Masse und die Länge der Abgasabführsysteme von den Auslassöffnungen bis hin zu den Turbinen. Dadurch lässt sich die Abgasenthalpie der heißen Abgase optimal nutzen und ein schnelles Ansprechverhalten der Turbolader gewährleisten. Zudem erreichen auslassnah angeordnete Abgasnachbehandlungssysteme schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine. Die Integration der Zusammenführung in den Zylinderkopf gestattet darüber hinaus ein möglichst dichtes Packaging der Antriebseinheit und hat darüber hinaus den Vorteil, dass an einer gegebenenfalls im Zylinderkopf vorgesehenen Flüssigkeitskühlung partizipiert werden kann, in der Art, dass die Krümmer nicht aus thermisch hochbelastbarem und damit kostenintensiven Werkstoffen gefertigt werden müssen.
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Die Integration der Zusammenführung in den Zylinderkopf führt zudem zu einer geringeren Anzahl an Bauteilen und folglich zu einer Verringerung der Kosten, insbesondere der Montage- und Bereitstellungskosten.
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Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei entlang einer Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordneten Zylindern, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock verbindbar ist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die eine Gesamtabgasleitung auf der von der Montage-Stirnseite abgewandten Seite der anderen Gesamtabgasleitung angeordnet ist.
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Gemäß der vorstehenden Ausführungsform liegen die beiden Abgaskrümmer zumindest teilweise übereinander, d. h. in Richtung einer Zylinderlängsachse beabstandet zueinander, denn die eine Gesamtabgasleitung ist auf der der Montage-Stirnseite abgewandten Seite der anderen Gesamtabgasleitung angeordnet.
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Sind die mindestens zwei Zylinder entlang einer Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordnet, sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die beiden Gesamtabgasleitungen entlang der Längsachse des Zylinderkopfes unter Ausbildung eines Abstandes versetzt angeordnet sind.
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Vorliegend sind die Gesamtabgasleitungen entlang der Längsachse des Zylinderkopfes unter Ausbildung eines Abstandes ∆ versetzt angeordnet. Der Versatz ermöglicht eine kompakte Bauweise des Zylinderkopfes und sorgt gleichzeitig für einen ausreichend großen Abstand der Gesamtabgasleitungen voneinander. Auf diese Weise verbleibt trotz kompakter Bauweise genügend Bauraum zwischen den Gesamtabgasleitungen im Vergleich zu Ausführungsformen, bei denen die Gesamtabgasleitungen entlang der Zylinderkopflängsachse keinen Versatz aufweisen. Dies erleichtert auch die Anordnung von Kühlmittelkanälen im Zylinderkopf zwischen den beiden Gesamtabgasleitungen, falls eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen werden soll.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Gesamtabgasleitungen stromabwärts der Turbinen zu einer gemeinsamen Abgasleitung zusammenführen. Dann kann eine Abgasnachbehandlung des gesamten Abgases der mindestens zwei Zylinder stattfinden, nämlich mit einem in der gemeinsamen Abgasleitung angeordneten Abgasnachbehandlungssystem. Dies können beispielsweise ein Partikelfilter, ein Oxidationskatalysator und/oder ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reduzierung der Stickoxide sein.
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Der Zylinderkopf einer aufgeladenen Brennkraftmaschine ist grundsätzlich ein thermisch und mechanisch hoch belastetes Bauteil. Insbesondere bei der Integration der Abgaskrümmer steigt die thermische Belastung der Brennkraftmaschine bzw. des Zylinderkopfes nochmals, so dass erhöhte Anforderungen an die Kühlung zu stellen sind.
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Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen ist.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist. Der mit dem mindestens einen Zylinderkopf verbindbare Zylinderblock kann ebenfalls mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet sein.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Kühlmittelmantel sich auch zwischen die Gesamtabgasleitungen erstreckt.
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Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer vorstehend beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem ausgehend von abgeschalteten Auslassöffnungen die erste Turbine bei Überschreiten einer vorgebbaren Abgasmenge aktiviert wird, indem die zu den schaltbaren Auslassöffnungen gehörenden schaltbaren Hubventile zugeschaltet und betätigt werden, wobei vor dem Zuschalten und Betätigen der schaltbaren Hubventile das in der zweiten Bypassleitung angeordnete Absperrelement geöffnet wird, um die erste Turbine mit Abgas zu beaufschlagen und zu beschleunigen.
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Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen eine durch die zweite Turbine geführte und infolge des Zuschaltens und des Betätigens der schaltbaren Hubventile abnehmende Abgasmenge durch Verstellen des in der zweiten Bypassleitung angeordneten Absperrelements in Richtung Schließstellung kompensiert wird, in dem Umfang, dass ein angefordertes Drehmoment bereitgestellt wird. Je weiter das in der zweiten Bypassleitung angeordnete Absperrelement in Richtung Schließstellung verstellt wird, d. h. je mehr dieses Absperrelement geschlossen wird, desto weniger Abgas wird an der zweiten Turbine entnommen, desto mehr Abgas wird durch die zweite Turbine geführt und desto mehr Energie zur Verdichtung stellt diese zweite Turbine zur Verfügung.
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Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der das schaltbare Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h verstellbares Hubventil ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen die erste Turbine bei Überschreiten einer vorgebbaren Abgasmenge aktiviert wird, indem der Ventilhub ∆h der zu den schaltbaren Auslassöffnungen gehörenden verstellbaren Hubventile sukzessive vergrößert wird.
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Dabei kann der Ventilhub ∆h mit jedem Arbeitsspiel oder aber alle paar Arbeitsspiele erhöht werden und dies in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen, beispielsweise auch zu Beginn der Zuschaltphase alle drei Arbeitsspiele und gegen Ende mit jedem Arbeitsspiel. Gleiches gilt in analoger Weise, falls die Öffnungsdauer verstellbar ist.
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Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der das verstellbare Hubventil ein im Hinblick auf die Öffnungsdauer ∆t verstellbares Hubventil ist, sind daher auch Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen die erste Turbine bei Überschreiten einer vorgebbaren Abgasmenge aktiviert wird, indem die Öffnungsdauer ∆t der zu den schaltbaren Auslassöffnungen gehörenden verstellbaren Hubventile sukzessive vergrößert wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
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1 schematisch eine erste Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine.
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1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine 1, die mit zwei Abgasturboladern 8, 9 ausgestattet ist. Jeder Abgasturbolader 8, 9 umfasst eine Turbine 8a, 9a und einen Verdichter 8b, 9b. Das heiße Abgas entspannt sich in den Turbinen 8a, 9a unter Energieabgabe. Die Verdichter 8b, 9b komprimieren die Ladeluft, die via Ansaugsystem 11, Ladeluftkühler 10 und Plenum 12 den Zylindern 3 zugeführt wird, wodurch eine Aufladung der Brennkraftmaschine 1 erreicht wird.
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Es handelt sich um einen Vier-Zylinder-Reihenmotor 1, bei dem die vier Zylinder 3 entlang der Längsachse des Zylinderkopfes 2, d. h. in Reihe angeordnet sind. Jeder Zylinder 3 verfügt über zwei Auslassöffnungen 4, 4a, 4b, an die sich Abgasleitungen 5a, 5b zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem 5 anschließen. Jeweils eine Auslassöffnung 4, 4a jedes Zylinders 3 ist als zuschaltbare Auslassöffnung 4a ausgebildet, die im Rahmen des Ladungswechsels nur dann geöffnet wird, wenn die Abgasmenge eine vorgegebene Abgasmenge übersteigt und die stromabwärts angeordnete erste Turbine 8a aktiviert, d. h. mit Abgas beaufschlagt werden soll.
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Die Abgasleitungen 5a der zuschaltbaren Auslassöffnungen 4a sämtlicher Zylinder 3 führen unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers 6a zu einer ersten Gesamtabgasleitung 7a zusammen, welche mit der Turbine 8a des ersten Abgasturboladers 8 verbunden ist, die dadurch als zuschaltbare Turbine 8a fungiert.
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Die Abgasleitungen 5b der anderen Auslassöffnungen 4b sämtlicher Zylinder 3 führen unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers 6b zu einer zweiten Gesamtabgasleitung 7b zusammen, welche mit der Turbine 9a des zweiten Abgasturboladers 9 verbunden ist.
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Beide Turbinen 8a, 9a sind in Waste-Gate-Bauweise ausgeführt. Stromaufwärts der ersten Turbine 8a zweigt eine erste Bypassleitung 8c unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes 8d von der zugehörigen Gesamtabgasleitung 7a ab, wobei ein Absperrelement 8e in dieser ersten Bypassleitung 8c angeordnet ist. Diese erste Bypassleitung 8c mündet stromabwärts der ersten Turbine 8a wieder in die erste Gesamtabgasleitung 7a.
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Zur Ausbildung des Waste-Gates der zweiten Turbine 9a zweigt stromaufwärts der zweiten Turbine 9a eine zweite Bypassleitung 9c unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes 9d aus der zugehörigen Gesamtabgasleitung 7b ab. Diese zweite Bypassleitung 9c mündet in die erste Bypassleitung 8c und zwar stromaufwärts des in der ersten Bypassleitung 8c vorgesehenen Absperrelements 8e und damit stromaufwärts der ersten Turbine 8a. In der zweiten Bypassleitung 9c ist ein Absperrelement 9e angeordnet.
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Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über ein Ansaugsystem 11 zum Zuführen der Ladeluft zu den Zylindern 3, wobei die Verdichter 8b, 9b der Turbolader 8, 9 parallel im Ansaugsystem 11 angeordnet sind. Der erste Verdichter 8b ist in einer ersten Ansaugleitung 11a angeordnet und der zweite Verdichter 9b in einer zweiten Ansaugleitung 11b. Die Ansaugleitungen 11a, 11b führen stromabwärts der Verdichter 8b, 9b zu einer Gesamtansaugleitung zusammen.
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Stromabwärts des ersten Verdichters 8b ist ein erstes Absperrelement 13a in der zugehörigen Ansaugleitung 11a angeordnet, so dass der erste Verdichter 8b bei abgeschalteter erster Turbine 8a vom übrigen Ansaugsystem 11 abgetrennt, d. h. deaktiviert werden kann und der zweite Verdichter 9b nicht in den ersten Verdichter 8b hinein fördert.
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Der erste Verdichter 8b wird bei abgeschalteter Turbine 8a zwar grundsätzlich nicht angetrieben. Damit der erste Verdichter 8b aber nicht gegen den Widerstand des verschlossenen ersten Absperrelementes 13a fördert, ist eine Abblaseleitung 14 vorgesehen, über welche die Ladeluft in die zweite Ansaugleitung 11b stromaufwärts des zweiten Verdichters 9b gefördert werden kann. In der Abblaseleitung 14 ist ein zweites Absperrelement 13b angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- aufgeladene Brennkraftmaschine, Vier-Zylinder-Reihenmotor
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Zylinder
- 4
- Auslassöffnung
- 4a
- zuschaltbare Auslassöffnung
- 4b
- andere Auslassöffnung
- 5
- Abgasabführsystem
- 5a
- Abgasleitung einer zuschaltbaren Auslassöffnung
- 5b
- Abgasleitung
- 6a
- erster Abgaskrümmer
- 6b
- zweiter Abgaskrümmer
- 7a
- erste Gesamtabgasleitung
- 7b
- zweite Gesamtabgasleitung
- 8
- erster Abgasturbolader
- 8a
- erste Turbine, zuschaltbare Turbine, Waste-Gate-Turbine
- 8b
- erster Verdichter
- 8c
- erste Bypassleitung
- 8d
- erster Knotenpunkt
- 8e
- Absperrelement
- 9
- zweiter Abgasturbolader
- 9a
- zweite Turbine, Waste-Gate-Turbine
- 9b
- zweiter Verdichter
- 9c
- zweite Bypassleitung
- 9d
- zweiter Knotenpunktes
- 9e
- Absperrelement
- 10
- Ladeluftkühler
- 11
- Ansaugsystem
- 11a
- erste separate Ansaugleitung
- 11b
- zweite separate Ansaugleitung
- 12
- Plenum
- 13a
- erstes Absperrelement
- 13b
- zweites Absperrelement
- 14
- Abblaseleitung
- ∆h
- Ventilhub eines zuschaltbaren Auslassventils
- ∆t
- Öffnungsdauer eines zuschaltbaren Auslassventils
