DE19826355A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Abgasturboladerturbine - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Steuerung einer Abgasturboladerturbine für Brennkraftmaschinen ist mit einer Ventileinrichtung versehen. Die Ventileinrichtung ist in einem Abgassystem im Bereich von wenigstens zwei Abgasfluten angeordnet und weist zwei Ventilelemente auf. Durch das erste Ventilelement ist eine Öffnung zwischen der einen Abgasflut und der anderen Abgasflut verschließbar. Durch das zweite Ventilelement ist eine Öffnung zwischen der einen Abgasflut und einer Verbindungsleitung verschließbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Abgasturboladerturbine für Brennkraftmaschinen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definier­ ten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Ver­ fahren zur Steuerung einer Abgasturboladerturbine für Brennkraftmaschinen nach der im Oberbegriff von An­ spruch 6 näher definierten Art.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der US-PS 4,339,922 bekannt.

Bei dieser Vorrichtung sind zwei Turbinenräder vorge­ sehen, deren Versorgung mit unter Druck stehendem Ab­ gas durch die Ventileinrichtung gesteuert wird. Das an der Ventileinrichtung anstehende Abgas kann je nach Leistungsbedarf durch dieselbe nur auf ein Turbinenrad oder alternativ auf beide Turbinenräder geschaltet werden.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist jedoch die Ver­ wendung einer relativ aufwendigen Doppelturbine mit verstellbaren Gittern, was neben höheren Kosten auch eine größere Störanfälligkeit der gesamten Steuerungs­ vorrichtung verursacht.

Die DE 38 04 229 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Regelung einer Abgasturboladerturbine, bei welcher mittels einer Absperreinrichtung der Gaseintritt in die Turbine abgesperrt werden kann. Dabei ist in einer Ausführungsform eine Ventileinheit vorgesehen, die mit zwei Ventiltellern und entsprechenden Ventilsitzen versehen ist.

Aus der DE 31 45 835 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader bekannt, welcher eine mehr­ flutige Abgasturboladerturbine aufweist. Dabei ist ein Absperrventil vorgesehen, welches eine Überströmöff­ nung zwischen zwei Abgasfluten öffnet und schließt. Ist das Absperrventil geschlossen, so arbeitet die Turbine im Stoßbetrieb. Wird das Absperrventil jedoch geöffnet, so erfolgt der Übergang zum Staubetrieb der Turbine, wodurch bei höheren Drehzahlen der Abgasdruck vor der Turbine beruhigt wird.

Die WO 91/07577 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit zwei Turboladern, bei welcher mittels einer Ventilein­ richtung die Zufuhrleitungen zu den Abgasturboladern miteinander verbunden werden können. Dabei öffnet die Ventileinrichtung, wenn in einer Kammer unterhalb der­ selben ein bestimmter Druck überschritten wird.

Bei allen diesen bekannten Vorrichtungen und den dabei verwendeten Abgasturboladerturbinen ist jedoch nach­ teilig, daß im unteren Drehzahlbereich der Brennkraft­ maschine eine Turbine mit sehr kleinem Querschnitt notwendig ist, um eine ausreichend hohe Ladeluftmenge zu erreichen. Im oberen Drehzahlbereich hingegen kann eine kleine Turbine aufgrund ihrer zu geringen Schluckfähigkeit die hohe Abgasmenge nicht mehr durch­ setzen, was zu einem Anstieg der Ladungswechselarbeit und somit des Kraftstoffverbrauchs führt. Aus diesem Grunde ist die Auslegung der Turbinengröße bei bekann­ ten Lösungen nur ein Kompromiß.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Ab­ gasturboladerturbine für Brennkraftmaschinen zu schaf­ fen, mittels welchen in allen Drehzahlbereichen eine möglichst hohe Leistung der Turbine erreichbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Eine verfahrensgemäße Lösung der Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 6.

Durch die Anordnung des zweiten Ventilelements der Ventileinrichtung zwischen der einen Abgasflut und einer Verbindungsleitung ist es möglich, die Verbin­ dungsleitung bei einem bestimmten Druck zu öffnen, wodurch zusätzlich zu der Stauaufladung der Turbine, welche durch das Öffnen des ersten Ventilelements er­ zielt wird, ein Teilstrom des Abgases an der Turbine vorbeigeleitet wird. Dadurch wird einem Anstieg der Ladungswechselarbeit bzw. Gaswechselarbeit entgegenge­ wirkt, weil der Durchsatz von Abgas in der zu der Tur­ bine führenden Abgasleitung begrenzt wird.

Erfindungsgemäß wird die Schluckfähigkeit der Turbine stark erhöht und es kann eine Turbine mit sehr kleinem Querschnitt verwendet werden, was bei niedrigen Motor­ drehzahlen durch die erzielbaren höheren Ladedrücke eine bessere Turbinenleistung zur Folge hat. Die Tur­ bine kann dadurch so ausgelegt werden, daß sie im un­ teren Drehzahlbereich noch ein möglichst akzeptables Ansprechverhalten aufweist und somit ein höchstmögli­ ches Ladedruckniveau und eine damit verbundene hohe Leistung der Turbine erbracht wird.

Letztendlich kann durch den Einsatz dieser erfindungs­ gemäßen Vorrichtung der nutzbare Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ohne Verbrauchseinbußen erhöht wer­ den, wodurch unter gewissen Umständen auch einfachere Getriebe vorgesehen werden könnten.

Da der Ladedruck nunmehr nicht mehr so stark ansteigt, wie dies ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung der Fall wäre, kann auch der Druck in den Brennräumen der Brennkraftmaschine begrenzt werden.

Im Gegensatz zu reinen Wastegate-Turbinen ergibt sich der Vorteil, daß bei Bedarf noch immer der volle Ener­ gie- bzw. Abgasstrom über die Turbine geleitet werden kann.

Erfindungsgemäß ergibt sich die Möglichkeit der indi­ viduellen Steuerung der Turbinenleistung und die An­ passung der Abgasturboladerturbine an die Brennkraft­ maschine muß dadurch nicht mehr wie bisher unter Be­ rücksichtigung der Betriebsgrenzen des Abgasturbola­ ders, wie der Pumpgrenze des Verdichters, der Stopf­ grenze des Verdichters und der Turbine usw. erfolgen.

Dadurch, daß der Ladedruck nunmehr erfindungsgemäß im Staubetrieb verringert werden kann, ist es bei stoß­ aufgeladenen Brennkraftmaschinen möglich, auf das Wastegate-Ventil vollständig zu verzichten.

Bei dem Staubetrieb ist es möglich, die Abgasenergie mit einem wesentlich höheren Abgasenergie-Nutzungsgrad und somit auch mit einem wesentlich höheren Turbinen­ wirkungsgrad umzusetzen.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung eröffnet verschiedene Möglichkeiten zur Steuerung der Abgasturboladerturbine, um verschiedene Auslegungen der Brennkraftmaschine realisieren zu können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dar­ gestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematisierten Aufbau einer Brennkraft­ maschine mit zwei erfindungsgemäßen Vorrich­ tungen in Abgasleitungen der Brennkraftmaschi­ ne; und

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung einer Turbine eines Abgasturboladers mit einer Ventileinrichtung.

Fig. 1 zeigt zwei Abgasleitungen 1 und 2, die an einer Brennkraftmaschine 3 angebracht sind, welche in diesem Fall acht in V-Bauweise angeordnete Zylinder 4 auf­ weist sind. Die Abgasleitungen 1 und 2 bestehen je­ weils aus zwei Abgasfluten 5 und 6 bzw. 7 und 8, die jeweils zu Abgasturboladerturbinen 9 und 10 eines in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Abgasturboladers führen. Diese Bauteile bilden somit ein Abgassystem der Brennkraftmaschine 3. Die Brennkraftmaschine 3 weist des weiteren einen Ladeluftkühler 11 auf, der in einer zu den Zylindern 4 führenden Ansaugleitung 12 angeordnet ist, sowie Verdichter 13 des Abgasturbola­ ders auf. Von der Abgasflut 6 zu der Abgasflut 8 ist eine Verbindungsleitung 14 angeordnet.

In Fig. 2 ist die Abgasleitung 1 mit den Abgasfluten 5 und 6 näher dargestellt, wobei die nachfolgende Be­ schreibung in gleicher Weise auch für die Abgasleitung 2 mit den Abgasfluten 7 und 8 gilt.

Die Verbindungsleitung 14 geht von der zweiten Abgas­ flut 6 ab und führt an der Abgasturboladerturbine 9 vorbei. Zwischen der ersten Abgasflut 5 und der zwei­ ten Abgasflut 6 befindet sich eine Öffnung 15, welche durch ein zu einer Ventileinrichtung 16 gehörendes erstes Ventilelement 17 verschlossen bzw. geöffnet werden kann. Zwischen der zweiten Abgasflut 6 und der Verbindungsleitung 14 befindet sich ebenfalls eine Öffnung 18, die durch ein zweites Ventilelement 19 der Ventileinrichtung 16 verschlossen bzw. geöffnet werden kann.

An dem ersten Ventilelement 17 sind an dem der Öffnung 15 abgewandten Ende ein Federelement 20 und eine ela­ stische Membran 21 innerhalb eines als Druckdose 22 ausgebildeten Stellgliedes angeordnet. Die Druckdose 22 weist eine Eingangsöffnung 23 auf, welche auf nicht dargestellte Art und Weise mit dem Ladedruck oder mit einem kennfeldgesteuerten Druck als Steuerdruck beauf­ schlagbar ist. Es können hier Stellglieder jeglicher Art verwendet werden, z. B. elektrisch, hydraulisch, elektro-hydraulisch oder rein mechanisch.

Das zweite Ventilelement 19 ist an seinem der Öffnung 18 abgewandten Ende ebenfalls mit einem Federelement 24 versehen, welches innerhalb eines einstückig mit der Verbindungsleitung 14 ausgebildeten, jedoch räum­ lich von dieser getrennten Gehäuses 25 angeordnet ist. Das Federelement 24 drückt das zweite Ventilelement 19 gegen die Öffnung 18.

Herrscht in der Abgasflut 5 ein gewisser Druck, so öffnet das erste Ventilelement 17 gegen die Kraft des Federelementes 20 und die Öffnung 15 zwischen den Ab­ gasfluten 5 und 6 wird freigegeben. Wenn auf die Ein­ gangsöffnung 23 der Druckdose 22 ein entsprechender geregelter Druck aufgebracht wird, so wird das Feder­ element 20 zusammengedrückt und zieht das erste Ven­ tilelement 17 nach unten, wodurch die Öffnung 15 eben­ falls freigegeben wird. Das Öffnen des ersten Ventil­ elements 17 mittels der Druckdose 22 kann dabei früher erfolgen als dies durch den Druck in der Abgasflut 5 der Fall wäre.

Bei entsprechendem Druck in der zweiten Abgasflut 6 öffnet in gleicher Art und Weise auch das zweite Ven­ tilelement 19 gegen die Kraft des Federelementes 24 und gibt die Öffnung 18 zu der Verbindungsleitung 14 frei. Auch hier wäre selbstverständlich die Verwendung einer Druckdose ähnlich der Druckdose 22 zum zusätzli­ chen bzw. früheren Öffnen des zweiten Ventilelementes 19 möglich.

Die notwendigen Drücke in den Abgasfluten 5 und 6 könnten alternativ durch die Federkonstanten der Fe­ derelemente 20 und 24 beeinflußt werden, wenn es sich bei dem Ventilelement 17 und dem Ventilelement 19 um selbststeuernde Ventilelemente handeln würde.

Bei der beschriebenen Ventileinrichtung 16 ist das erste Ventilelement 17 koaxial zu dem zweiten Ventil­ element 19 in demselben angeordnet. Durch die be­ schriebenen Ventilelemente 17 und 19 sowie die Feder­ elemente 20 und 24 ergibt sich somit die Ventilein­ richtung 16, die drei verschiedene Stellungen einneh­ men kann. So kann in einer ersten Stellung sowohl die Öffnung 15 durch das Ventilelement 17 verschlossen sein, als auch die Öffnung 18 durch das Ventilelement 19. Die zweite Stellung ergibt sich dann, wenn das erste Ventilelement 17 die Öffnung 15 freigibt. Schließlich ist noch eine dritte Stellung möglich, nämlich wenn zusätzlich ,zu dem geöffneten Ventilele­ ment 17 auch das zweite Ventilelement 19 die Öffnung 18 freigibt. Das alleinige Öffnen des zweiten Ventil­ elementes 19 wäre zwar theoretisch ebenfalls möglich, ist jedoch hier nicht vorgesehen.

Das Öffnen des zweiten Ventilelementes 19 kann bei der vorliegenden Ventileinrichtung 16 auch dadurch zwangs­ gesteuert werden, daß das erste Ventilelement 17 mit einem Absatz 26 versehen ist, der bei seiner Abwärts­ bewegung an dem zweiten Ventilelement 19 anschlägt und dieses somit bei einem bestimmten Druck in der Abgas­ flut 5 öffnet.

Die in Fig. 2 dargestellte Ventileinrichtung 16 ist in die Abgasleitungen 1 und 2 integriert, es ist jedoch auch möglich, die Ventileinrichtung 16 als selbständi­ ge Baueinheit auszubilden. In einer dritten Ausführung könnte auch vorgesehen sein, die Ventileinrichtung 16 in das Gehäuse der Abgasturboladerturbinen 9 und 10 zu integrieren.

Für das Betreiben der Abgasturboladerturbinen 9 und 10 haben die oben beschriebenen Stellungen der Ventilele­ mente 17 und 19 die folgenden Auswirkungen:

Bei Einnahme der ersten Stellung, d. h. wenn beide Ven­ tilelemente 17 und 19 geschlossen sind, ergibt sich die sogenannten Stoßaufladung der Abgasturboladertur­ bine 9 bzw. 10, bei welcher die Abgasfluten 5 und 6 vollständig voneinander getrennt sind. Bei der Stoß­ aufladung wird insbesondere im unteren Vollast- Drehzahlbereich die kinetische Energie des sich in der Abgasleitung 1 befindlichen Abgases genutzt und in der Abgasturboladerturbine 9 bzw. 10 umgesetzt. Die Druck­ wellen innerhalb des Abgases werden dabei mit sehr geringen Strömungsverlusten zu der Abgasturboladertur­ bine 9 bzw. 10 befördert, wodurch im unteren Vollast- Drehzahlbereich ein besseres Ansprechverhalten der Abgasturboladerturbine 9 bzw. 10 erreicht wird. Selbstverständlich kann der Stoßbetrieb bei Bedarf auch in anderen Drehzahlbereichen durchgeführt werden.

Die zweite Stellung, also das geöffnete erste Ventil­ element 17 und somit die Verbindung der Abgasfluten 5 und 6 stellt den Zustand der Stauaufladung bzw. Gleichdruckaufladung der Abgasturboladerturbine 9 bzw. 10 dar, bei welcher infolge der Volumenvergrößerung die Abgasdruckpulsation geglättet wird und dadurch vor der Abgasturboladerturbine 9 bzw. 10 ein beruhigter Abgasdruck herrscht. Dieser beruhigte Abgasdruck vor der Abgasturboladerturbine 9 bzw. 10 wird durch das Überströmen des Abgases durch die Öffnung 15 und die dadurch stattfindende Vermischung erreicht. Dabei wird die in der Abgasflut 5 enthaltene Abgasmenge als Puf­ fer für die in der Abgasflut 6 enthaltene Abgasmenge genutzt bzw. gegebenenfalls umgekehrt.

Durch die Stauaufladung steigt die Leistung der Ab­ gasturboladerturbine 9 bzw. 10 nicht mehr mit der Mo­ tordrehzahl und der Ladedruck wird auf das für den Kraftstoffverbrauch günstigste Luftverhältnis be­ grenzt. Somit kann unnötige Pumparbeit des nicht dar­ gestellten Kolbens vermieden werden, und es wird der Kompressionsenddruck bzw. der Zylinderspitzenenddruck begrenzt bzw. gesenkt, wodurch sich die Möglichkeit eines früheren Einspritzbeginns ergibt. Des weiteren wird durch die Stauaufladung die Ladungswechselarbeit abgesenkt. Bei der Stauaufladung sind durch verschie­ den weit geöffnete Stellungen des stufenlos verstell­ baren ersten Ventilelementes 17 Zwischenstellungen möglich, in welchen eine geringere bzw. stärkere Über­ strömung durch die Öffnung 15 stattfindet. Dadurch kann die Expansion bzw. die Überblasung des Zusatzvo­ lumens gesteuert werden, wodurch der Turbinenaufstau­ druck verändert wird. Letztendlich kann man so auf den Ladungswechselmitteldruck Einfluß nehmen.

In dieser Staustellung arbeitet die Abgasturbolader­ turbine 9 bzw. 10 gegenüber der zuvor beschriebenen Stoßstellung mit verminderter Leistung, da sie mit vermindertem Aufstaudruck betrieben wird. Dadurch wird der Kolbenausschubdruck reduziert und die negative Gaswechselarbeit wird verringert. Letztendlich sinkt dadurch der Verbrauch um den Anteil, den die Gaswech­ selarbeit ansonsten verursachen würde.

Des weiteren wird durch die Staubeaufschlagung der Abgasturboladerturbine 9 bzw. 10 der Ladedruck und somit der durch die Brennkraftmaschine durchgesetzte Luftmassenstrom verringert. Dadurch werden die spezi­ fischen Abgasemissionen reduziert, welche aus dem Pro­ dukt der Schadstoffkonzentration und des Abgasmassen­ stroms entstehen.

Diese Verringerung des Luftmassendurchsatzes im Stau­ betrieb ermöglicht sowohl eine Verkleinerung des An­ saugsystems einschließlich den nicht dargestellten Elementen Luftfiltern, Ladeluftkühler usw. als auch des Abgassystems einschließlich den nicht dargestell­ ten Elementen Abgasschalldämpfer, Katalysator, Parti­ kelfilter sowie der Abgasleitungen 1 und 2. Bei einer Übernahme des Volumens des Ladeluftkühlers 11 aus dem Ausgangs Zustand der Stoßaufladung stellt sich eine Absenkung der Ladelufttemperatur und somit eine Ver­ ringerung der NO_x-Partikel ein.

Durch den oben beschriebenen abgesenkten Ladedruck ergibt sich des weiteren ein höheres Brennraumtempera­ turniveau, was zu einer verbesserten innermotorischen Rußnachoxidation führt, wodurch sich schließlich bei Abgastests im unteren Lastbereich eine Partikelverrin­ gerung einstellt.

Durch das Sinken des Ladedrucks aufgrund der verrin­ gerten Turbinenleistung im Staubetrieb wird auch die Luftmasse in einem nicht dargestellten Zylinder herab­ gesetzt, was zu einem verminderten Kompressionsend­ druck vor der Verbrennung führt. Dadurch sinkt auch der Verbrennungsspitzendruck und es wird letztendlich die mechanische Belastung des Motors reduziert. Auf­ grund der gesenkten Verbrennungsspitzendrücke im Stau­ betrieb ergibt sich ein Spielraum zur Anhebung des Verdichtungsverhältnisses, ohne dabei die Spitzen­ druckgrenze zu überschreiten. Dadurch lassen sich wei­ tere Vorteile im Verbrennungswirkungsgrad erzielen und die Weißrauchneigung im kalten Betrieb vermindern.

Zusätzlich wird im Staubetrieb das Druckgefälle zwi­ schen der Saugseite und der Abgasseite vor den Ab­ gasturboladerturbinen 9 und 10 verringert. In weiten Bereichen des Kennfeldes der Brennkraftmaschine wird dadurch das Gefälle von positiven auf negative Werte gebracht und es wird somit erst die Voraussetzung für eine Abgasrückführung geschaffen. Somit kann auf gas­ wechselverschlechternde, verbrauchserhöhende Maßnah­ men, wie z. B. Abgas- oder Ansaugdrosselung, Abgasrück­ führungspumpsysteme usw. verzichtet werden.

Des weiteren steigt mit der Umschaltung von Stoß- auf Staubetrieb die Abgastemperatur, wodurch die Wirksam­ keit jeglicher nachmotorischer, katalytischer Abgasbe­ handlung erhöht wird. Bei einem Einsatz von Partikel­ filteranlagen wird deren Regeneration durch die höhere Abgastemperatur erleichtert oder durch den Einsatz einer geringeren Energiemenge ermöglicht.

Mit der Umschaltung auf Staubetrieb kann durch den oben beschriebenen Abbau des Ladedrucks ein bei be­ kannten Brennkraftmaschinen auftretender Effekt ver­ hindert werden, welcher darin besteht, daß das Druck­ verhältnis der Verdichter 13 ansteigt und in kritische Bereiche kommen kann, in welchen das sogenannte Ver­ dichterpumpen, also ein Abfall der Luftförderung auf­ tritt. Dies kann nunmehr ohne eine Reduzierung der Einspritzmenge bzw. der Motorleistung verhindert wer­ den. Die Verdichter 13 können immer nahe an einem Grenzdruckverhältnis, an welchem der Bereich des Ver­ dichterpumpens beginnt, betrieben bzw. geregelt wer­ den.

In der Praxis wird dieser Staubetrieb bei V8- Brennkraftmaschinen mit dem halben Volumen und bei V6- bzw. R6-Brennkraftmaschinen mit dem Gesamtvolumen durchgeführt.

Bei der dritten Stellung, bei welcher die beiden Ven­ tilelemente 17 und 19 geöffnet sind, können sich vier verschiedene Funktionen ergeben, und zwar je nachdem, welchen Zweck die Brennkraftmaschine 3 erfüllen soll.

Eine erste Funktion ist die Abblasung durch die Ver­ bindungsleitung 14. Dadurch wird ein Teilstrom des Abgases über die Verbindungsleitung 14 an der Ab­ gasturboladerturbine 9 bzw. 10 vorbeigeleitet, wodurch der Durchsatz von Abgas in der Abgasturboladerturbine 9 bzw. 10 begrenzt wird und so einem unzulässigen An­ stieg des Ladedrucks entgegengewirkt wird.

Diese Funktion kann z. B. bei einem Fahrzeug angewendet werden, welches häufig im instationären Zustand be­ trieben wird, z. B. einem Verteilerfahrzeug oder einem Stadtfahrzeug. Dabei kann die Abgasturboladerturbine 9 bzw. 10 so klein ausgelegt werden, daß sie im unteren Drehzahlbereich noch ein möglichst akzeptables An­ sprechverhalten aufweist und somit ein höchstmögliches Ladedruckniveau und eine damit verbundene hohe Lei­ stung der Abgasturboladerturbine 9 bzw. 10 erbracht wird. Bei höheren Drehzahlen wird dann durch die Ab­ blasung ein unzulässiger Anstieg des Ladedrucks ver­ hindert. Darüber hinaus kann eine sehr einfach aufge­ baute Abgasturboladerturbine 9 bzw. 10 verwendet wer­ den, bei welcher keine variablen Gitter vorgesehen sind.

Ein weiterer Vorteil der Abblasung ist, daß bei zwei­ flutigen Abgasturboladerturbinen 9 bzw. 10 nunmehr nicht mehr nur auf einer Flut abgeblasen werden kann, was bisher zu Ungleichbeaufschlagung der beiden Turbi­ nenstränge geführt hat und bei der nicht abgeblasenen Flut höhere Ladungswechselverluste der Zylinder her­ vorgerufen hat.

Als zweite Funktion ist, insbesondere bei einer V8- Brennkraftmaschine, ein Staubetrieb mit dem Gesamtvo­ lumen aus den Abgasleitungen 1 und 2 möglich, was zu erheblichen Kraftstoffeinsparungen führen kann. Eine solche Funktion hat sich dann als vorteilhaft heraus­ gestellt, wenn eine sehr sparsame, für den Langstreckenbetrieb geeignete Brennkraftmaschine 3 dargestellt werden soll.

Eine dritte Funktion bei geöffneten Ventilelementen 17 und 19 ist die Abgasfluten-Verbindung und Abgasrück­ führung, welche z. B. verwendet wird, um sehr scharfe NO_x-Grenzwerte zu erfüllen. Bei dieser Funktion wird das Druckgefälle zwischen der Saug- und der Abgasseite in der Teillast negativ, so daß sich gegenüber bishe­ rigen Systemen mehr Abgas der Ansaugluft im Aufladebe­ trieb beimischen läßt.

Eine weitere, vierte Funktion der Ventileinrichtung 16 in der genannten Stellung ist das sogenannte Umblasen. Dabei wird ein Teilstrom der Ladeluft z. B. klappenge­ steuert dem Abgasstrom vor den Abgasturboladerturbinen 9, 10 beigemischt, wodurch sich der Aufstaudruck und somit die Turbinenleistung erhöht. Eine nicht darge­ stellte Regeleinrichtung regelt dabei die Umblasemenge so, daß ein maximaler Ladedruck erreicht wird. Um ei­ nen Kompromiß zwischen Ladedruck und Kraftstoffver­ brauch zu erhalten, kann die Umblasemenge auch auf ein minimales Druckgefälle zwischen der Saugseite und der Abgasseite der Brennkraftmaschine 3 geregelt werden, was somit eine Begrenzung der Ladungswechselarbeit darstellt.

Dieses Umblasen kann insbesondere in Brennkraftmaschi­ nen 3 von solchen Fahrzeugen verwendet werden, die in einem sehr engen Drehzahlband betrieben werden und hierbei eine hohe Leistung bei gleichzeitig niedrigem Verbrauch erreicht werden soll, wie dies z. B. bei Bau­ maschinen oder Industriemotoren der Fall ist.

Bei allen vier genannten Funktionen muß selbstver­ ständlich der Abgasturbolader sowie verschiedene Ver­ brennungsparameter entsprechend angepaßt werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Steuerung einer Abgasturbolader­ turbine für Brennkraftmaschinen mit einer Ventil­ einrichtung, welche in einem Abgassystem im Be­ reich von wenigstens zwei Abgasfluten angeordnet ist und welche zwei Ventilelemente aufweist, wobei durch das erste Ventilelement eine Öffnung zwi­ schen der einen Abgasflut und der anderen Abgas­ flut verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch das zweite Ventilelement (19) eine Öffnung (18) zwischen der einen Abgasflut (6, 8) und einer Verbindungsleitung (14) verschließbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen den Abgasfluten (5, 6, 7, 8) angeordnete erste Ventilelement (17) innerhalb des zweiten Ventilelements (19) für die Verbindungsleitung (14) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilelemente (17, 19) jeweils durch Federele­ mente (20, 24) verschließbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilelement (17) und/oder das zweite Ventilelement (19) zusätzlich zur Beaufschlagung durch die Federelemente (20, 24) mittels eines Stellgliedes (22) durch einen Steuerdruck beauf­ schlagbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilelement (17) mit einem Absatz (26) versehen ist, durch welchen das zweite Ventilele­ ment (19) öffenbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (16) in wenigstens einer der Abgasleitungen (1, 2) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (16) in wenigstens einer der Abgasturboladerturbinen (9, 10) angeordnet ist.

8. Verfahren zur Steuerung einer Abgasturboladertur­ bine für Brennkraftmaschinen mit einer Ventilein­ richtung, welche mit zwei Ventilelementen derart in einem Abgassystem im Bereich von wenigstens zwei Abgasfluten wirkt, daß durch das erste Ven­ tilelement eine Öffnung zwischen der einen Abgas­ flut und der anderen Abgasflut geöffnet oder ge­ schlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stellung, in der die Abgasfluten (5, 6, 7, 8) durch das erste Ventilelement (17) von­ einander getrennt sind, eine Stoßaufladung der Ab­ gasturboladerturbine (9,10) erzeugt wird, daß in einer zweiten Stellung, in der das erste Ventil­ element (17) die Öffnung (15) zwischen den beiden Abgasfluten (5, 6, 7, 8) freigibt, eine Stauaufladung der Abgasturboladerturbine (9, 10) erzeugt wird, und daß in einer dritten Stellung, in der das er­ ste Ventilelement (17) geöffnet ist, das zweite Ventilelement (19) eine Öffnung (18) zwischen der einen Abgasflut (5, 7) und einer Verbindungsleitung (14) freigibt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Stellung eine Abblasung durch die Verbindungsleitung (14) durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Stellung ein Staubetrieb mit dem Gesamtvolumen der Brennkraftmaschine (3) durchge­ führt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Stellung eine Abgasrückführung durch die Verbindungsleitung (14) durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Stellung ein Umblasebetrieb durch­ geführt wird.