DE102017200362A1

DE102017200362A1 - Verfahren zum Betreiben einer parallel aufgeladenen Brennkraftmaschine mit zuschaltbarer Turbine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens

Info

Publication number: DE102017200362A1
Application number: DE102017200362.6A
Authority: DE
Inventors: Franz J. Brinkmann; Klemens Grieser; Ludwig Stump; Harald Stoffels; Jens Wojahn
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2017-08-10
Also published as: DE102017200363B4; US10428728B2; US20170226924A1; CN107035512A; DE102017200363A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der – jeder Zylinder (3) mindestens zwei Auslassöffnungen (4, 4a, 4b) aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung (4a) ausgebildet ist, – die Abgasleitungen (5a) der zuschaltbaren Auslassöffnungen (4a) zu einer ersten Gesamtabgasleitung (7a) zusammenführen, welche mit der Turbine (8a) eines ersten Abgasturboladers (8) verbunden ist, – die Abgasleitungen (5b) der anderen Auslassöffnungen (4b) zu einer zweiten Gesamtabgasleitung (7b) zusammenführen, welche mit der Turbine (9a) eines zweiten Abgasturboladers (9) verbunden ist, und – die Verdichter (8b, 9b) der mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) parallel im Ansaugsystem (11) angeordnet sind. Es soll ein Verfahren aufgezeigt werden, mit dem einer verdichterseitigen Ölleckage bei abgeschalteter erster Turbine (8a) entgegen gewirkt werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem – ausgehend von einer deaktivierten ersten Turbine (8a) der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) unter Verwendung einer zweiten Versorgungsleitung (16b) erhöht wird, die stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) vom Ansaugsystem (11) abzweigt und als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung stellt, falls ein stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) im Ansaugsystem (11) vorliegender Ladedruck pcharge größer ist als ein vorgebbarer Mindestladedruck pcharge,min mit pcharge ≥ pcharge,min.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, mindestens zwei Zylindern und einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft zu den 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 Turbine und einen Verdichter umfasst, die auf derselben in einer ölgeschmierten Lagerung drehbar gelagerten Welle angeordnet sind,
– 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,
– stromabwärts des ersten Verdichters ein erstes Absperrelement in der zugehörigen Ansaugleitung angeordnet ist,
– 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, und
– 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.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine aufgeladene Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine wird nach dem Stand der Technik durch unterschiedliche Maßnahmen zu verbessern versucht.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 betätigt und dadurch die zuschaltbare Turbine aktiviert, d. h. mit Abgas beaufschlagt.
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.
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.
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.
Die abgeschaltete erste Turbine könnte auch mit einem kleinen Abgasstrom versorgt werden, indem das Hubventil mindestens einer abgeschalteten Auslassöffnung mit einem verkleinerten Hub und/oder einer verkürzten Öffnungsdauer weiter betrieben wird, so dass die abgeschaltete erste Turbine weiter mit Abgas beaufschlagt wird. Das Ventil mindestens einer schaltbaren Auslassöffnungen würde bei deaktivierter erster Turbine gar nicht abgeschaltet im eigentlichen Sinne, sondern durchgehend mit einem verkleinerten Hub bzw. einer verkürzten Öffnungsdauer weiter betrieben und betätigt. Der abgeschalteten ersten Turbine wird dann eine verringerte bzw. geringe Abgasmenge zugeführt. Hierfür ist es aber erforderlich, dass die zu den schaltbaren Auslassöffnungen gehörenden Hubventile nicht nur schaltbar sind, d. h. nicht nur zugeschaltet oder abgeschaltet sein können, sondern vielmehr weitergehend verstellbar, mindestens mehrstufig schaltbar sind.
Wird die abgeschaltete erste Turbine mit einer kleinen Abgasmenge versorgt, fällt die Drehzahl der abgeschalteten ersten Turbine weniger stark ab und eine Mindestdrehzahl der Laderwelle kann sichergestellt bzw. aufrechterhalten werden. Letzteres hat einen weiteren relevanten Vorteil. Fällt nämlich die Drehzahl der Laderwelle unter eine Mindestdrehzahl oder kommt die Laderwelle gar zum Stillstehen, kann die Dichtung der Lagerung der ölgeschmierten Laderwelle verdichterseitig lecken. Eine ansaugseitige Ölleckage hat gravierende Nachteile. Gelangt Öl mittels des zugehörigen ersten Verdichters in das Ansaugsystem, beeinflusst die mit Öl kontaminierte den Zylindern zugeführte Frischladung den Verbrennungsprozess nachteilig, wodurch sich insbesondere die Partikelrohemissionen stark erhöhen können. Das Öl kann sich auch an den Innenwandungen des Ansaugsystems ablagern und die Strömungsbedingungen im Ansaugsystem bzw. im Verdichter verschlechtern sowie einen stromabwärts angeordneten Ladeluftkühler verunreinigen.
Die Gründe für die Ölleckage sind vielfältig. Zum einen scheint die bei Laderwellen regelmäßig verwendete Labyrinthdichtung nur dann in zufriedenstellender Weise zu dichten, wenn die Laderwelle eine gewisse Mindestdrehzahl aufweist. Zum anderen liegt am verdichterseitigen Ende der Lagerung bei abgeschalteter erster Turbine bzw. nicht angetriebenen ersten Verdichter regelmäßig ein Unterdruck vor, der das Öl aus der Lagerung raus und in das Ansaugsystem stromabwärts des nicht angetriebenen ersten Verdichters hinein saugt bzw. zieht. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, dass bei abgeschalteter erster Turbine der nicht angetriebene erste Verdichter regelmäßig vom gemeinsamen Ansaugsystem abgetrennt wird, wobei vorzugsweise eine als Kurzschlussleitung dienende Abblaseleitung vorgesehen wird, die stromabwärts des ersten Verdichters vom Ansaugsystem abzweigt und stromaufwärts des zweiten in Betrieb befindlichen Verdichters in das Ansaugsystem mündet. Ein derartiges Ansaugsystem unterstützt die Ausbildung eines Unterdrucks am verdichterseitigen Ende der Lagerung bei abgeschalteter erster Turbine bzw. nicht angetriebenen ersten Verdichter. Häufig sind in der Labyrinthdichtung Stoffbuchsen oder Ringe vorgesehen, d. h. angeordnet, vorzugsweise Ringe mit einem offenen Stoß.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem einer verdichterseitigen Ölleckage bei abgeschalteter erster Turbine entgegen gewirkt werden kann.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine aufgeladene Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, mindestens zwei Zylindern und einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft zu den 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 Turbine und einen Verdichter umfasst, die auf derselben in einer ölgeschmierten Lagerung drehbar gelagerten Welle angeordnet sind,
– 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,
– stromabwärts des ersten Verdichters ein erstes Absperrelement in der zugehörigen Ansaugleitung angeordnet ist,
– 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, und
– 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,

– ausgehend von einer bei abgeschalteten Auslassöffnungen deaktivierten ersten Turbine der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle des ersten Abgasturboladers unter Verwendung einer zweiten Versorgungsleitung erhöht wird, die stromabwärts des zweiten Verdichters vom Ansaugsystem abzweigt und als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung stellt, wobei der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle des ersten Abgasturboladers unter Verwendung der zweiten Versorgungsleitung erhöht wird, falls ein stromabwärts des zweiten Verdichters im Ansaugsystem vorliegender Ladedruck p_charge größer ist als ein vorgebbarer Mindestladedruck p_charge,min mit p_charge ≥ p_charge,min.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Ausbildung eines Unterdrucks am verdichterseitigen Ende der Lagerung bei abgeschalteter erster Turbine bzw. nicht angetriebenen ersten Verdichter entgegengewirkt bzw. der am verdichterseitigen Ende der Lagerung vorliegende Druck angehoben. Hierzu wird eine Versorgungsleitung, die im Folgenden als zweite Versorgungsleitung bezeichnet wird, verwendet, die stromabwärts des zweiten Verdichters vom Ansaugsystem abzweigt und als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung stellt, um den relevanten Druck anzuheben.
Die ölgeschmierte Lagerung der Welle eines Laders ist regelmäßig via Rücklaufleitung mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden, wobei im Kurbelgehäuse Umgebungsdruck bzw. Überdruck herrscht. Im Zusammenspiel mit dem am verdichterseitigen Ende der Lagerung bei abgeschalteter erster Turbine bzw. nicht angetriebenen ersten Verdichter regelmäßig vorliegenden Unterdruck ergibt sich somit ein Druckgefälle über die Lagerdichtung hinweg, welches eine Ölleckage verursacht und verdichterseitig Öl aus der Lagerung in das Ansaugsystem drückt bzw. treibt.
Erfindungsgemäß zweigt die zweite Versorgungsleitung stromabwärts des zweiten Verdichters vom Ansaugsystem ab und stellt als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung, wobei der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle des ersten Abgasturboladers unter Verwendung der zweiten Versorgungsleitung erhöht wird, falls ein stromabwärts des zweiten Verdichters im Ansaugsystem vorliegender Ladedruck p_charge größer ist als ein vorgebbarer Mindestladedruck p_charge,min mit p_charge ≥ p_charge,min.
Der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle wird damit unter Verwendung des Ladedrucks erhöht, der stromabwärts des zweiten in Betrieb befindlichen Verdichters im Ansaugsystem vorliegt und abgegriffen wird.
Die Entnahme von Ladeluft stromabwärts des zweiten Verdichters hat eine Absenkung des bereitgestellten Ladedrucks zur Folge hat. Da im Hinblick auf ein angefordertes Drehmoment bzw. eine Leistungsanforderung ein ausreichend großer Ladedruck bereitzustellen ist, können Betriebszustände der Brennkraftmaschine vorliegen, welche die Entnahme von Ladeluft aus dem Ansaugsystem zur Bereitstellung von Druckluft verbieten und unmöglich machen.
Eine Absenkung des bereitgestellten Ladedrucks infolge einer Ladeluftentnahme ist nicht unter sämtlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine möglich.
Es können weitere Hilfsmittel zur Erhöhung des Drucks verwendet werden, die ganz unterschiedlicher Art sein können, wobei auch mehrere Hilfsmittel vorgesehen werden können, die gemeinsam, d. h. gleichzeitig, oder alternativ, d. h. abwechselnd und sich gegenseitig ergänzend, eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren löst die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem einer verdichterseitigen Ölleckage bei abgeschalteter erster Turbine entgegen gewirkt werden kann.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann auch zwei Zylinderköpfe aufweisen. Es können auch drei Abgasturbolader vorgesehen werden.
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.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen, bei denen die Brennkraftmaschine einen Zylinderkopf mit drei Zylindern aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft können Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die Druckluft verwendet wird, um den ersten Verdichter anzutreiben und die Welle in Drehung zu versetzen.
Bei abgeschalteter erster Turbine wird dann dem ersten Verdichter eine geringe Luftmenge zugeführt bzw. zur Verfügung gestellt, welche das auf der Welle angeordnete mindestens eine Verdichterlaufrad und damit auch die Welle selbst in Drehung versetzt. Auf diese Weise fällt die Drehzahl der Welle weniger stark ab bzw. eine Mindestdrehzahl der Laderwelle kann sichergestellt bzw. aufrechterhalten werden. Das rotierende Laufzeug des ersten Verdichters sorgt zudem für eine Anhebung des stromabwärts im Ansaugsystem vorliegenden Drucks. Einer verdichterseitigen Ölleckage wird insofern auf zweierlei Art und Weise entgegen gewirkt, nämlich einerseits durch das in Drehung versetzen der Welle und andererseits durch das Anheben des verdichterseitigen Drucks. Letzteres mindert das treibende Druckgefälle, welches über die verdichterseitige Dichtung der Lagerung der ölgeschmierten Laderwelle besteht, eine Ölleckage zur Folge hat und Öl in das Ansaugsystem treibt bzw. drückt.
Grundsätzlich kann auch turbinenseitig Öl aus der Lagerung via der abgeschalteten ersten Turbine in das Abgassystem gelangen, wodurch stromabwärts vorgesehene Abgasnachbehandlungssysteme, d. h. Katalysatoren sowie Partikelfilter, mit Öl kontaminiert und sich die Konvertierungsraten dieser Abgasnachbehandlungssysteme deutlich verschlechtern würden.
Gegebenenfalls verkürzt sich sogar die Lebensdauer der Abgasnachbehandlungssysteme, deren Funktionstüchtigkeit auch grundsätzlich gefährdet sein kann.
Vorteilhaft können Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die Druckluft verwendet wird, um unmittelbar den Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle des ersten Abgasturboladers zu erhöhen.
Gemäß der vorstehenden Verfahrensvariante wird der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle des ersten Abgasturboladers unmittelbar erhöht, indem die Lagerung bzw. Lagerdichtung verdichterseitig via zweiter Versorgungsleitung mit Druckluft beaufschlagt wird, so dass der dort vorliegende Druck erhöht wird. Das treibende Druckgefälle, welches über die verdichterseitige Dichtung Öl in das Ansaugsystem fördert, wird auf diese Weise verringert.
Vorteilhaft können Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die Druckluft verwendet wird, um den Druck in der separaten Ansaugleitung des ersten Verdichters zu erhöhen.
Gemäß der vorstehenden Verfahrensvariante wird der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle des ersten Abgasturboladers nicht unmittelbar, sondern vielmehr indirekt erhöht. Hierzu wird unter Verwendung der Druckluft der Druck im Ansaugsystem erhöht, wodurch zwangsläufig auch der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle erhöht wird, so dass das für die Ölleckage ursächlich verantwortliche Druckgefälle, welches Öl über die verdichterseitige Dichtung hinweg in das Ansaugsystem treibt, verkleinert wird.
Vorteilhaft können grundsätzlich Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle des ersten Abgasturboladers unter Verwendung eines elektrischen Hilfsantriebs, der mit der Welle des ersten Abgasturboladers zumindest antriebsverbindbar ist, erhöht wird, wobei ein aktivierter elektrischer Hilfsantrieb die Welle und mindestens ein auf der Welle gelagertes Verdichterlaufrad in Drehung versetzt.
Der elektrische Hilfsantrieb wird verwendet, um den ersten Verdichter anzutreiben und die Welle in Drehung zu versetzen. Auf diese Weise kommt die Welle nicht zum Stillstehen. Eine Mindestdrehzahl der Laderwelle kann unter Umständen sichergestellt bzw. aufrechterhalten werden. Das rotierende Laufzeug des ersten Verdichters sorgt zudem für einen Abbau des stromabwärts im Ansaugsystem vorliegenden Unterdrucks. Einer verdichterseitigen Ölleckage wird somit einerseits durch das in Rotation versetzen der Welle entgegen gewirkt und andererseits durch den Abbau des verdichterseitigen Unterdrucks. Letzteres mindert das die Ölleckage verursachende Druckgefälle, welches sich verdichterseitig über die Lagerdichtung hinweg ausbildet.
Vorliegend dient der erste Verdichter nicht der Generierung des Ladedrucks. Der erste Verdichter läuft gewissermaßen im Leerlauf und nicht unter Last wie der zweite in Betrieb befindliche Verdichter, der den angeforderten Ladedruck bereitstellt.
Bei Ausführungsformen, bei denen zusätzlich zu einer zweiten Versorgungsleitung ein elektrischer Hilfsantrieb der vorstehend beschriebenen Art zur Druckerhöhung verfügbar ist bzw. eingesetzt wird, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle des ersten Abgasturboladers unter Verwendung des elektrischen Hilfsantriebs erhöht wird, falls ein stromabwärts des zweiten Verdichters im Ansaugsystem vorliegender Ladedruck p_charge kleiner ist als ein vorgebbarer Mindestladedruck p_charge,min mit p_charge < p_charge,min.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens einer vorstehend beschriebenen Art bereitzustellen, wird gelöst durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, mindestens zwei Zylindern und einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft zu den mindestens zwei Zylindern, bei der

– ausgehend von einer bei abgeschalteten Auslassöffnungen deaktivierten ersten Turbine eine zweite Versorgungsleitung zur Erhöhung des Drucks am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle des ersten Abgasturboladers vorgesehen ist, wobei diese zweite Versorgungsleitung stromabwärts des zweiten Verdichters vom Ansaugsystem abzweigt und als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung stellt.

Das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Gesagte gilt ebenfalls für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
Vorteilhaft können Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen die zweite Versorgungsleitung in eine erste Versorgungsleitung mündet, wobei in der ersten Versorgungsleitung beispielsweise eine elektrisch angetriebene Pumpe angeordnet sein kann, um Druckluft zur Verfügung zu stellen.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Versorgungsleitung unter Ausbildung eines Knotenpunktes in die erste Versorgungsleitung mündet, wobei am Knotenpunkt ein Absperrelement angeordnet ist.
Vorteilhaft sind aus den vorstehend genannten Gründen Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Pumpe als Hilfsmittel vorgesehen ist, wobei eine in Betrieb befindliche Pumpe mittels einer ersten Versorgungsleitung Druckluft zur Verfügung stellt.
Erfindungsgemäß 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.
Der erste Verdichter wird bei abgeschalteter Turbine nicht ernsthaft angetrieben, d. h. regelmäßig nicht mit der Absicht, Ladedruck zu generieren. Damit der erste Verdichter dann gegebenenfalls nicht gegen den Widerstand des verschlossenen ersten Absperrelementes fördert, ist eine Abblaseleitung vorteilhaft, über welche die Ladeluft entweichen bzw. abgeführt werden kann.
Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Abblaseleitung vorgesehen ist, die zwischen dem ersten Verdichter und dem ersten Absperrelement aus der zugehörigen Ansaugleitung abzweigt und stromaufwärts des zweiten Verdichters in die andere Ansaugleitung mündet, wobei in der Abblaseleitung ein zweites Absperrelement angeordnet ist.
Da stromaufwärts des zweiten Verdichters in der Regel Unterdruck herrscht, hat eine offene Abblaseleitung den Effekt, dass im Ansaugsystem stromabwärts des deaktivierten ersten Verdichters ebenfalls Unterdruck herrscht, wodurch ein Druckgefälle über die Lagerdichtung hinweg geschaffen wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Abgasleitungen der mindestens zwei Zylinder innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu den Gesamtabgasleitungen zusammenführen.
Die Integration der Abgaskrümmer 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 Abgaskrümmer 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.
Die Integration der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf führt zudem zu einer geringeren Anzahl an Bauteilen und folglich zu einer Verringerung der Kosten, insbesondere der Montage- und Bereitstellungskosten.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jede zuschaltbare Auslassöffnung mit einem schaltbaren Hubventil ausgestattet ist, wobei ein abgeschaltetes Hubventil die zugehörige Auslassöffnung abschaltet und sich ein zugeschaltetes Hubventil zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung unter Ausbildung eines Ventilhubs ∆h_max bewegt und dabei die zugehörige Auslassöffnung während einer Öffnungsdauer ∆t_max freigibt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jede zuschaltbare Auslassöffnung mit einem verstellbaren Hubventil ausgestattet ist, wobei ein verstellbares Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h und/oder die Öffnungsdauer ∆t verstellbares Hubventil ist. Das verstellbare Hubventil kann ein stufig verstellbares Hubventil sein, insbesondere ein dreistufig verstellbares Hubventil, oder ein stufenlos verstellbares Hubventil.
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.
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.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens eine Turbine als Waste-Gate-Turbine ausgeführt ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen 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.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen 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 und ein Absperrelement in der zweiten Bypassleitung vorgesehen ist.
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. Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine 1, die mit zwei Abgasturboladern 8, 9 ausgestattet ist. Jeder Abgasturbolader 8, 9 umfasst jeweils eine Turbine 8a, 9a und einen Verdichter 8b, 9b, die auf derselben in einer ölgeschmierten Lagerung drehbar gelagerten Welle 8d angeordnet sind. 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.
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.
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.
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.
Beide Turbinen 8a, 9a sind in Waste-Gate-Bauweise ausgeführt, wobei jeweils eine Bypassleitung 8c, 9c stromaufwärts einer Turbine 8a, 9a aus der zugehörigen Gesamtabgasleitung 7a, 7b abzweigt und stromabwärts dieser Turbine 8a, 9a wieder in die Gesamtabgasleitung 7a, 7b mündet. Die Bypassleitungen 8c, 9c sind mit Absperrelementen ausgestattet.
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.
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.
Der erste Verdichter 8b wird bei abgeschalteter Turbine 8a zwar nicht ernsthaft 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.
Bei abgeschalteten Auslassöffnungen 4a ist die erste Turbine 8a deaktiviert, weshalb der erste Verdichter 8b nicht angetrieben wird. Dann liegt am verdichterseitigen Ende der Wellenlagerung regelmäßig ein Unterdruck vor, der das Öl aus der Lagerung in das Ansaugsystem 11 saugt. Um eine Ölleckage zu verhindern, wird der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle 8d des ersten Abgasturboladers 8 unter Verwendung von Hilfsmitteln 17 erhöht.
Gemäß 1 ist eine zweite Versorgungsleitung 16b vorgesehen, die stromabwärts des zweiten Verdichters 9b vom Ansaugsystem 11 abzweigt und als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung stellt.
Die zweite Versorgungsleitung 16b mündet unter Ausbildung eines Knotenpunktes 18 in eine erste Versorgungsleitung 16a, wobei am Knotenpunkt 18 ein Absperrelement 18a angeordnet ist.
Der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle 8d des abgeschalteten ersten Abgasturboladers 8 wird unter Verwendung der zweiten Versorgungsleitung 16b erhöht, falls ein stromabwärts des zweiten Verdichters 9b im Ansaugsystem 11 vorliegender Ladedruck p_charge größer ist als ein vorgebbarer Mindestladedruck p_charge,min. Das Druckgefälle, welches über die verdichterseitige Dichtung der Lagerung Öl in das Ansaugsystem 11 hinein fördert, wird auf diese Weise verringert.
Falls der stromabwärts des zweiten Verdichters 9b im Ansaugsystem 11 vorliegende Ladedruck p_charge kleiner ist als ein vorgebbarer Mindestladedruck p_charge,min kann via zweiter Versorgungsleitung 16b keine als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung gestellt werden.
Gegebenenfalls sind andere Hilfsmittel 17 zur Erhöhung des Drucks am verdichterseitigen Ende der Lagerung vorzusehen, beispielsweise eine Pumpe, die die Lagerdichtung verdichterseitig mittels erster Versorgungsleitung 16a mit Druckluft beaufschlagt.
Bezugszeichenliste

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: Laderwelle des ersten Abgasturboladers
9: zweiter Abgasturbolader
9a: zweite Turbine, Waste-Gate-Turbine
9b: zweiter Verdichter
9c: zweite Bypassleitung
10: Ladeluftkühler
11: Ansaugsystem
11a: erste separate Ansaugleitung
11b: zweite separate Ansaugleitung
12: Plenum
13a: erstes Absperrelement
13b: zweites Absperrelement
14: Abblaseleitung
16a: erste Versorgungsleitung
16b: zweite Versorgungsleitung
17: Hilfsmittel zur Erhöhung des Drucks am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle des ersten Abgasturboladers
18: Knotenpunkt
18a: Absperrelement

Claims

Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinderkopf (2), mindestens zwei Zylindern (3) und einem Ansaugsystem (11) zum Zuführen von Ladeluft zu den mindestens zwei Zylindern (3), bei der – jeder Zylinder (3) mindestens zwei Auslassöffnungen (4, 4a, 4b) zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung (4a) ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung (4, 4a, 4b) eine Abgasleitung (5a, 5b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (5) anschließt, – mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader (8, 9) eine Turbine (8a, 9a) und einen Verdichter (8b, 9b) umfasst, die auf derselben in einer ölgeschmierten Lagerung drehbar gelagerten Welle (8d) angeordnet sind, – die Verdichter (8b, 9b) der mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) parallel im Ansaugsystem (11) angeordnet sind, wobei jeder Verdichter (8b, 9b) in einer separaten Ansaugleitung (11a, 11b) des Ansaugsystems (11) angeordnet ist und die separaten Ansaugleitungen (11a, 11b) stromabwärts der Verdichter (8b, 9b) zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen, – stromabwärts des ersten Verdichters (8b) ein erstes Absperrelement (13a) in der zugehörigen Ansaugleitung (11a) angeordnet ist, – die Abgasleitungen (5a) der zuschaltbaren Auslassöffnungen (4a) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers (6a) zu einer ersten Gesamtabgasleitung (7a) zusammenführen, welche mit der Turbine (8a) des ersten Abgasturboladers (8) verbunden ist, und – die Abgasleitungen (5b) der anderen Auslassöffnungen (4b) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers (6b) zu einer zweiten Gesamtabgasleitung (7b) zusammenführen, welche mit der Turbine (9a) des zweiten Abgasturboladers (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ausgehend von einer bei abgeschalteten Auslassöffnungen (4a) deaktivierten ersten Turbine (8a) der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) unter Verwendung einer zweiten Versorgungsleitung (16b) erhöht wird, die stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) vom Ansaugsystem (11) abzweigt und als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung stellt, wobei der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) unter Verwendung der zweiten Versorgungsleitung (16b) erhöht wird, falls ein stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) im Ansaugsystem (11) vorliegender Ladedruck p_charge größer ist als ein vorgebbarer Mindestladedruck p_charge,min mit p_charge ≥ p_charge,min.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft verwendet wird, um den ersten Verdichter (8b) anzutreiben und die Welle (8d) in Drehung zu versetzen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft verwendet wird, um unmittelbar den Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft verwendet wird, um den Druck in der separaten Ansaugleitung (11a) des ersten Verdichters (8b) zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) unter Verwendung eines elektrischen Hilfsantriebs, der mit der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) zumindest antriebsverbindbar ist, erhöht wird, wobei ein aktivierter elektrischer Hilfsantrieb die Welle (8d) und mindestens ein auf der Welle (8d) gelagertes Verdichterlaufrad in Drehung versetzt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) unter Verwendung des elektrischen Hilfsantriebs erhöht wird, falls ein stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) im Ansaugsystem (11) vorliegender Ladedruck p_charge kleiner ist als ein vorgebbarer Mindestladedruck p_charge,min mit p_charge < p_charge,min.
Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einem Zylinderkopf (2), mindestens zwei Zylindern (3) und einem Ansaugsystem (11) zum Zuführen von Ladeluft zu den mindestens zwei Zylindern (3), bei der – jeder Zylinder (3) mindestens zwei Auslassöffnungen (4, 4a, 4b) zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung (4a) ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung (4, 4a, 4b) eine Abgasleitung (5a, 5b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (5) anschließt, – mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader (8, 9) eine Turbine (8a, 9a) und einen Verdichter (8b, 9b) umfasst, die auf derselben in einer ölgeschmierten Lagerung drehbar gelagerten Welle (8d) angeordnet sind, – die Verdichter (8b, 9b) der mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) parallel im Ansaugsystem (11) angeordnet sind, wobei jeder Verdichter (8b, 9b) in einer separaten Ansaugleitung (11a, 11b) des Ansaugsystems (11) angeordnet ist und die separaten Ansaugleitungen (11a, 11b) stromabwärts der Verdichter (8b, 9b) zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen, – stromabwärts des ersten Verdichters (8b) ein erstes Absperrelement (13a) in der zugehörigen Ansaugleitung (11a) angeordnet ist, – die Abgasleitungen (5a) der zuschaltbaren Auslassöffnungen (4a) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers (6a) zu einer ersten Gesamtabgasleitung (7a) zusammenführen, welche mit der Turbine (8a) des ersten Abgasturboladers (8) verbunden ist, und – die Abgasleitungen (5b) der anderen Auslassöffnungen (4b) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers (6b) zu einer zweiten Gesamtabgasleitung (7b) zusammenführen, welche mit der Turbine (9a) des zweiten Abgasturboladers (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine zweite Versorgungsleitung (16b) zur Erhöhung des Drucks am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) vorgesehen ist, wobei diese zweite Versorgungsleitung (16b) stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) vom Ansaugsystem (11) abzweigt und als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung stellt.
Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Versorgungsleitung (16b) in eine erste Versorgungsleitung (16a) mündet.
Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Versorgungsleitung (16b) unter Ausbildung eines Knotenpunktes (18) in die erste Versorgungsleitung (16a) mündet, wobei am Knotenpunkt (18) ein Absperrelement (18a) angeordnet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abblaseleitung (14) vorgesehen ist, die zwischen dem ersten Verdichter (8b) und dem ersten Absperrelement (13a) aus der zugehörigen Ansaugleitung (11a) abzweigt und stromaufwärts des zweiten Verdichters (9b) in die andere Ansaugleitung (11b) mündet, wobei in der Abblaseleitung (14) ein zweites Absperrelement (13b) angeordnet ist.