DE19740609A1 - Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und mit zwei in V-Form angeordneten Zylinderbänken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und mit zwei in V-Form angeordneten Zylin­ derbänken entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art (WO 88/02060) münden die Abgasleitungen aller Zylinder beider Zylinderbänke in eine Abgassammelleitung, die zu der Turbine des Abgasturboladers führt. Diese Brennkraftmaschine arbeitet mit Stauaufladung und ist damit vor allem für Bahn-, Schiffs- und Stationärbetrieb, weniger jedoch für den Einsatz in Nutzfahrzeugen geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraft­ maschine, insbesondere eine Diesel-Brennkraftmaschine, der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der im unteren Drehzahl­ bereich eine große Turbinenleistung und damit ein hoher Ladedruck erreicht und somit ideale Verhältnisse für Stoß­ aufladung realisiert werden und die dadurch insbesondere zum Antrieb von Nutzfahrzeugen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag kann das Volumen jeder Abgassammelleitung klein gehalten werden, da es nur die Abgase der Zylinder einer Zylinderbank aufzunehmen hat. Dadurch wird im unteren Vollastmotordrehzahlbereich bei geschlossenem Verbindungsventil eine Steigerung des Dreh­ momentes oder eine Verbrauchsreduzierung durch die Erhöhung des Luftverhältnisses im Brennraum erreicht. Im oberen Vollastmotordrehzahlbereich, also bei hohen Abgasdurchsätzen, kann durch Öffnen des Ventils das Aufstauverhalten der Abgas­ sammelleitungen deutlich reduziert werden, wodurch geringere Ladungswechselverluste realisiert werden, was sich auf den spezifischen Kraftstoffverbrauch positiv auswirkt. Es kann also einerseits bei geschlossenem Verbindungsventil durch das minimale Volumen der Abgassammelleitungen eine ideale Stoß­ aufladung erreicht werden. Andererseits läßt sich das ungünstige Durchsatzverhalten der kleinvolumigen Abgassammel­ leitungen bei hohen Durchsätzen durch Öffnen des Verbindungs­ ventils deutlich verbessern. Somit können durch den Erfin­ dungsvorschlag im gesamten Betriebsbereich Verbrauchsvorteile erreicht werden. Die Regelung des Verbindungsventils erfolgt vorzugsweise ladedruckabhängig.

Es sei erwähnt, daß es bei einer nicht aufgeladenen Brenn­ kraftmaschine mit in V-Form angeordneten Zylinderbänken (DE 40 30 652 C) bekannt ist, die Abgasanlage in dem Raum zwischen den Zylinderbänken anzuordnen und zwei Abgassammel­ leitungen vorzusehen, in welche die Abgaskrümmer beider Zylinderbänke jedoch derart einmünden, daß die beiden Abgas­ leitungen abwechselnd mit Abgasen aus der einen oder der anderen Zylinderbank beaufschlagt werden, um bei Brennkraft­ maschinen mit hinsichtlich der Krümmerbeaufschlagung ungün­ stigen Zündabständen (insbesondere V8-Motoren) eine gleich­ mäßigere Beaufschlagung der Abgaskrümmer zu ermöglichen und dadurch eine Anhebung des Motordrehmomentes im unteren und mittleren Drehzahlbereich zu erreichen.

Das vorgeschlagene Verbindungsventil zwischen den beiden Abgassammelleitungen kann gleichzeitig als Bypaß- oder Wastegateventil ausgebildet sein, das insbesondere im oberen Vollastmotordrehzahlbereich bei hohen Abgasdurchsätzen in den Abgassammelleitungen, also dann, wenn die beiden Abgassammel­ leitungen miteinander in Verbindung stehen, öffnet, wodurch das Aufstauverhalten der Abgassammelleitungen reduziert und ein Teilstrom von beiden Abgassammelleitungen symmetrisch in eine die Turbine umgehende Bypaßleitung abgeblasen wird und die Turbine gleichmäßig beaufschlagt bleibt. Im unteren Motordrehzahlbereich, in dem die Abgassammelleitungen von­ einander getrennt sind, ist das Bypaßventil geschlossen und der Bypaß abgesperrt. Das kombinierte Verbindungs- und Bypaßventil ist also im unteren Vollastdrehzahlbereich geschlossen und trennt die beiden Abgassammelleitungen sowohl voneinander als auch von der Bypaßleitung, während es im oberen Vollastdrehzahlbereich geöffnet ist und die beiden Abgassammelleitungen sowohl miteinander als auch mit der Bypaßleitung verbindet. Es wäre auch eine Zwischenstellung des Ventils denkbar, bei der im mittleren Vollastdrehzahl­ bereich die beiden Abgassammelleitungen zwar miteinander, aber nicht mit der Bypaßleitung verbunden sind.

Vorzugsweise ist jede Abgassammelleitung mit den in sie einmündenden Abgaskrümmern einstückig, wodurch auf Verbin­ dungsrohre verzichtet werden kann. Dies hat geringere Druckverluste und Wärmeübergänge und damit hohe Turbinen­ leistungen zur Folge.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt.

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, und

Fig. 2 eine Prinzipskizze des kombinierten Verbindungs- und Bypaß-Ventils.

Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine weist zwei in V-Form angeordnete Zylinderbänke 1 und 2 mit mehreren Zylindern auf, deren Abgaskrümmer 3 bzw. 4 in getrennte Abgassammelleitungen 5 und 6 münden, die in dem Raum 7 zwischen den Zylinderbänken angeordnet sind. Am einen Ende des Raumes 7 ist ein Abgasturbolader 8 angeordnet, der eine zweiflutige Turbine 9 mit zwei getrennten Einlaßkanälen auf­ weist, von denen der eine mit der Abgassammelleitung 5 und der andere mit der Abgassammelleitung 6 verbunden ist.

Zwischen den beiden Abgassammelleitungen 5 und 6 ist ein Verbindungsventil 10 vorgesehen, das in Abhängigkeit vom Ladedruck geregelt und im unteren Vollastdrehzahlbereich der Brennkraftmaschine geschlossen ist. Da die Abgassammel­ leitungen 5 und 6 nur die Abgase der Zylinder einer Zylinder­ bank aufzunehmen haben, kann ihr Volumen klein gehalten werden. Dadurch werden in dem genannten Betriebsbereich, also bei geschlossenem Verbindungsventil 10, große Turbinenleis­ tungen und ein entsprechend hoher Ladedruck erreicht und somit ideale Verhältnisse für eine Stoßaufladung geschaffen werden. Im mittleren bis oberen Vollastdrehzahlbereich ist das Verbindungsventil 10 geöffnet, wodurch das Aufstauver­ halten der kleinvolumigen Abgassammelleitungen verringert wird und die Ladungswechselverluste reduziert werden.

Das Verbindungsventil 10 ist im Ausführungsbeispiel gleich­ zeitig als Bypaßventil konzipiert, so daß es im oberen Voll­ lastdrehzahlbereich die Abgassammelleitungen 5 und 6 nicht nur miteinander, sondern auch mit einer die Turbine 9 umgehenden Bypaßleitung 11 verbindet, die in die Auspuff­ leitung 12 mündet.

Ein derartiges kombiniertes Verbindungs- und Abblaseventil ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Es weist eine Gehäuse 13 mit einem Anschluß 14 an die Abgassammelleitung 5, einen Anschluß 15 an die Abgassammelleitung 6 und einen Anschluß 16 an die Bypaßleitung 11 auf. In dem Gehäuse 13 ist ein Dreh­ schieber 17 angeordnet, der in der dargestellten ersten Stellung im unteren Vollastdrehzahlbereich die Anschlüsse 14, 15 und 16 und damit die Abgassammelleitungen 5 und 6 und die Bypaßleitung 11 voneinander trennt. Im mittleren Vollast­ drehzahlbereich wird der Drehschieber in die zweite Stellung gedreht, in der die Anschlüsse 14 und 15 miteinander verbun­ den, jedoch vom Anschluß 16 noch getrennt sind. Im oberen Vollastdrehzahlbereich wird der Drehschieber in die dritte Stellung gedreht, in der die Anschlüsse 14 und 15 und damit die Abgassammelleitungen 5 und 6 sowohl miteinander als auch mit dem Anschluß 16 der Bypaßleitung 11 verbunden sind. Es ist jedoch denkbar, den Drehschieber 17 auch im Teillast­ gebiet in die dritte Stellung zu bringen, da die Abblase­ betriebsweise in weiten Bereichen Vorteile insbesondere hinsichtlich des Verbrauchs bieten kann.

Die Drehung des Drehschiebers 17 erfolgt im Betrieb mittels eines nicht gezeigten Aktuators in Abhängigkeit vom Ladedruck in der genannten Reihenfolge von der ersten Stellung über die zweite Stellung in die dritte Stellung.

Die Erfindung könnte auch mit einem Abgasturbolader mit einer VTG-Turbine sinnvoll sein, die zwei 180° Halbspiralgehäuse aufweist.

Die Erfindung ist vor allem bei Diesel-Brennkraftmaschinen anwendbar, aber grundsätzlich auch für Otto-Brennkraft­ maschinen geeignet.

Claims (5)

1. Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und mit zwei in V-Form angeordneten Zylinderbänken mit mehreren Zylindern, deren Abgaskrümmer in dem Raum zwischen den Zylinderbänken angeordnet sind und mit der Turbine des Abgasturboladers in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abgasturbolader (8) eine zweiflutige Turbine (7) aufweist, daß die Abgaskrümmer (3, 4) der Zylinder jeder Zylinderbank (1, 2) mit einer eigenen Abgassammelleitung (5 bzw. 6) verbunden sind, die getrennt von der anderen Abgassammelleitung mit der Turbine (9) in Verbindung steht,
und daß zwischen den beiden Abgassammelleitungen ein Verbindungsventil (10) angeordnet ist, das im unteren Drehzahlbereich geschlossen und im oberen Drehzahlbereich geöffnet ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsventil (10) als Bypaß-Ventil ausgebildet ist, das bei hohen Gasdurchsätzen in den Abgas­ sammelleitungen (5, 6) beide Abgassammelleitungen mit einer die Turbine (9) umgehenden Bypaß-Leitung (11) verbindet.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kombinierte Verbindungs- und Bypaßventil (10) eine Zwischenstellung aufweist, in der es im mittleren Vollastdrehzahlbereich die beiden Abgassammelleitungen (5, 6) zwar miteinander, aber nicht mit der Bypaßleitung (11) verbindet.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsventil bzw. das kombinierte Verbindungs- und Bypaßventil (10) ladedruckabhängig gesteuert ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abgassammelleitung (5, 6) mit den in sie einmündenden Abgaskrümmern (3 bzw. 4) einstückig ist.