DE3312093C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mit einem Abgasturbolader ausgerüstete Brennkraft­ maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche aufgela­ dene Brennkraftmaschine ist aus der US-PS 42 07 742 bekannt. Zur Anpassung der Betriebsweise des Abgasturboladers an den jeweiligen Ver­ brennungsluftbedarf der Brennkraftmaschine, also insbesondere zur Erhöhung der Leistung des Abgasturboladers bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftma­ schine, findet dort eine mehrflutige Abgasturbine Verwendung, wobei einzelne Kanäle in der Turbine zwecks Erzielung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der Abgase in ihnen einen relativ kleinen Querschnitt besitzen. Damit diese Abgaskanäle bei hohen Drehzahlen und/oder Lasten der Brennkraftmaschine, d. h. dann, wenn ein großes Abgasangebot vorhanden ist, keinen unerwünscht hohen Abgasgegendruck hervorrufen, der die Gaswechselarbeit der Brennkraft­ maschine erhöhen würde, zweigen von den einzelnen Brennräumen bzw. Brenn­ raumgruppen zugeordneten, stets mit dem Eingang der Abgasturbine verbunde­ nen Abgasleitungen Verbindungsleitungen zum Abgasrohr ab, in denen wastegate­ artige Regelventile angeordnet sind, die durch den Abgasdruck in der jeweiligen Abgasleitung gegen die Kraft von Federn betätigt werden und diesen auf einen bestimmten Wert einregeln.

Mit dieser bekannten Anordnung wird zwar der unerwünschte Abgasgegendruck begrenzt, jedoch auf einen durchaus beachtlichen Wert, der schon deshalb erfor­ derlich ist, weil infolge der ständigen Verbindung der Abgasleitungen mit dem Eingang der Abgasturbine andernfalls ein Druckausgleich zwischen den verschie­ denen Abgasleitungen in der Turbine selbst und damit eine Störung des Betriebs des Abgasturboladers erfolgen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der also eben­ falls durch Herstellen von die Abgasturbine umgehenden Bypassverbindungen eine bestimmte Betriebsweise des Abgasturboladers erzielt werden kann, bei der aber der Abgasgegendruck für diejenigen Brennräume (Zylinder), deren Abgaslei­ tungen jeweils mit dem Abgasauslaß unter Umgehung der Abgasturbine verbun­ den sind, bis etwa auf Atmosphärendruck verringert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung be­ schreiben die Unteransprüche.

In Abweichung von dem beschriebenen Stand der Technik erfolgt bei der Erfin­ dung also beim Auftreten bestimmter Abgasdrücke am Eingang der Abgastur­ bine, beim Auftreten eines bestimmten Ladedrucks in der Luft- oder Gemisch­ einlaßleitung der Brennkraftmaschine oder beim Auftreten von in einem gespei­ cherten Kennfeld vorgegebenen Betriebswerten des Abgasturboladers bzw. der Brennkraftmaschine ein Abschalten einzelner oder mehrerer Abgasleitungen vom Eingang der Abgasturbine sowie die Herstellung einer strömungswiderstandsar­ men Verbindung dieser Abgasleitungen mit dem Abgasauslaß, bevorzugt dem Abgasrohr des Turboladers, in dem annähernd Atmosphärendruck herrscht. An den Umschaltvorrichtungen, die durch Walzenschieber oder Klappen gebildet sein können, wofür dem Fachmann Konstruktionen zur Verfügung stehen können, entsteht also kein den Abgasgegendruck nennenswert beeinflussender Druckab­ fall, und diese direkten Verbindungen zwischen den Abgasleitungen einerseits und dem Abgasauslaß andererseits haben infolge der Abtrennung der Abgaslei­ tungen vom Eingang der Abgasturbine auch keinerlei Einfluß auf die Strömungs­ verhältnisse des Abgases im Bereich der Abgasturbine selbst.

Im Regelfall wird man die erfindungsgemäße aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 3 auslegen. Der Vorteil dieser Auslegung besteht darin, daß die Abgasturbine relativ klein gehalten sein kann. Sie muß so ausgelegt sein, daß sie etwa bei der höchsten Drehzahl der Brennkraftmaschine und da­ mit bei Durchschaltung der Verbindungen von einzelnen Abgasleitungen zum Ab­ gasauslaß den erforderlichen Ladedruck erzeugt; bei niedrigeren Drehzahlen der Brennkraftmaschine erfolgt dann die Belieferung der Abgasturbine mit Abgas auch über die dann wieder auf sie geschalteten Abgasleitungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt schematisch die Figur.

In diesem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Brennkraftmaschine 1 sechs Brennräume (Zylinder) mit den einzelnen Abgasleitungen 7 bis 12 aufweist. Diese münden - in diesem Ausführungsbeispiel nach vorheriger Zusammenfassung in Abgaskrümmern 13 und 14 - in den Eingang 15 der Abgasturbine 16 des ferner den Ladeluftkompressor 17 enthaltenden Abgasturbolader 18 an sich bekannten Aufbaus ein. Die Abgasturbine 16 besitzt das Abgasrohr 19.

Von dem Abgaskrümmer 13 geht die Bypassleitung 20 ab. An der Kreuzungs­ stelle von Bypassleitung 20, Abgasleitung 8 und Abgaskrümmer 13 ist die um die Schwenkachse 21 schwenkbare Klappe 22 vorgesehen, die, gesteuert beispiels­ weise durch den Ladedruck am Ausgang 23 des Ladeluftkompressors 17, drei Stellungen einnehmen kann: In der bei 22′ angedeuteten ersten Stellung trennt sie beide Abgasleitungen 7 und 8 vom Eingang 15 der Abgasturbine 16 ab und ver­ bindet sie über die Bypassleitung 20 strömungswiderstandsarm mit dem als Ab­ gasauslaß dienenden Abgasrohr 19. Der Abgasgegendruck für die an die beiden Abgasleitungen 7 und 8 angeschlossenen Zylinder besitzt damit einen Minimal­ wert. In einer zweiten, ausgezogen dargestellten Lage verbindet die Klappe 22 die Abgasleitung 8 unter Abtrennung von der Bypassleitung 20 mit dem Eingang 15 der Abgasturbine 16, während die Klappe die Abgasleitung 7 unter Abtren­ nung von dem Turbineneingang 15 über die Bypassleitung 20 direkt mit dem Ab­ gasrohr 19 verbindet. In ihrer dritten Stellung 22′′ schließlich verbindet die Klappe 22 beide Abgasleitungen 7 und 8 mit dem Turbineneingang 15 unter Ab­ sperrung der Bypassleitung 20. Diese Stellung 22′′ wird die Klappe 22 insbeson­ dere bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 und damit bei geringem Abgasangebot für die Abgasturbine 16 einnehmen.

Wie aus dieser Beschreibung ersichtlich, brauchen nur noch diejenigen Zylin­ der, die mit dem Turbineneingang 15 verbunden sind, gegen den hohen Abgas­ druck am Turbineneingang auszuschieben. Diejenigen Zylinder, deren Abgaslei­ tungen - hier die Leitungen 7 und 8 - über die Klappe 22 jeweils direkt mit dem Abgasrohr 19 verbunden sind, arbeiten dagegen nur gegen einen sehr niedrigen Abgasgegendruck.

Der Abgasauslaß für die Abgasleitungen 7 und 8 kann in Abweichung von dem gezeichneten Ausführungsbeispiel auch durch ein vom Abgasrohr 19 unabhängi­ ges Rohr gebildet sein, das ins Freie mündet.

Claims (3)

1. Mit einem Abgasturbolader ausgerüstete Brennkraftmaschine mit einzelnen Brennräumen oder Brennraumgruppen zugeordneten Abgasleitungen, einem an die Abgasturbine des Turboladers angeschlossenen Abgasrohr und Einrichtun­ gen zum Herstellen die Abgasturbine umgehender Verbindungen zwischen einzelnen Abgasleitungen und einem Abgasauslaß bei bestimmten Betriebs­ werten von Turbolader und/oder Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtungen strömungswiderstandsarme Umschaltvorrichtungen (22) zum Umschalten der einzelnen Abgasleitungen (7, 8) vom Eingang (15) der Abgasturbine (16) zum Abgasauslaß (Abgasrohr 19) und umgekehrt ent­ halten.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kreuzungsstelle von zwei Abgasleitungen (7, 8) und einer zum Abgasauslaß (Abgasrohr 19) führenden Bypassleitung (20) eine Klappe (22) zwischen einer ersten Stellung (22′), in der sie beide Abgasleitungen (7, 8) unter Absperrung gegen die Abgasturbine (16) auf die Bypassleitung (20) schaltet, einer zwei­ ten Stellung, in der sie eine der Abgasleitungen (8) unter Absperrung gegen die Bypassleitung (20) auf die Abgasturbine (16) und die andere Abgasleitung (7) unter Absperrung gegen die Abgasturbine auf die Bypassleitung (20) schal­ tet, und einer dritten Stellung (22′′) schwenkbar ist, in der sie beide Abgas­ leitungen (7, 8) unter Absperrung gegen die Bypassleitung (20) auf die Abgas­ turbine (16) schaltet.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung der einzelnen Abgasleitungen (7-12) zu Brennräumen und Brennraumgruppen sowie die Auslegung des Abgasturboladers (18) derart ge­ troffen sind, daß der Abgasturbolader (18) praktisch über den gesamten Be­ triebsbereich der Brennkraftmaschine (1) den jeweils erforderlichen Lade­ druck der Brennkraftmaschine (1) erzeugt.