DE3940992A1 - Turboaufgeladener viertakt-verbrennungsmotor - Google Patents

Turboaufgeladener viertakt-verbrennungsmotor

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DE3940992A1
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DE3940992A
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Inventor
Michael Dipl Ing Schittler
Wolfgang Anthoni
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Kloeckner Humboldt Deutz AG
Caterpillar Energy Solutions GmbH
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
Motoren Werke Mannheim AG
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
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Description

Die Erfindung betrifft einen turboaufgeladenen Viertakt-Verbrennungsmo­ tor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei turboaufgeladenen Viertakt-Verbrennungsmotoren ist es bekannt, im unteren Drehzahlbereich die Vorteile einer Stoßaufladung zu nutzen, die zu einem höheren Abgasenergieangebot führt. Bei höheren Drehzahlen führt die Stoßaufladung jedoch zu einer erhöhten Ausschiebearbeit und damit zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch.
Aus der DE-OS 33 43 429 ist es bekannt, der Abgasturbine einer Hub­ kolbenbrennkraftmaschine einen Pulse-Converter vorzuschalten, in den zwei Ab­ gasleitungen münden. Hierbei ist ein Steuerorgan im Mündungsquerschnitt der beiden Leitungen vorgesehen, das deren Mündungsquerschnitt verändert, indem die nicht von Abgas durchströmte Leitung in ihrem Mündungsquerschnitt ver­ kleinert bzw. mehr oder weniger abgesperrt wird, während die andere in ihrem Mündungsquerschnitt entsprechend vergrößert wird. Der Abgasstrom des jeweils ausschiebenden Zylinders kann aus der zugehörigen freigegebenen Leitung ohne Drosselwirkung in den Abgasmischraum einströmen. Bei Stoßaufladung wird hier­ durch aber nicht die erhöhte Ausschiebearbeit bei höheren Drehzahlen herabge­ setzt.
Außerdem ist es aus der DE-OS 28 49 924 bekannt, Schwankungen des Axialschubs der in die Abgasturbine eintretenden Abgasströme zu begegnen, in­ dem jeweils eine Hälfte der Zylinder an jeweils eine Abgasleitung angeschlos­ sen ist, wobei das Turbinengehäuse drei Ausgänge vor dem Turbinenlaufrad auf­ weist, wobei eine Abgasleitung an den mittleren und die andere an die beiden äußeren angeschlossen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Viertakt-Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem die bei der Stoßaufladung auftretende erhöhte Ausschiebearbeit bei höheren Drehzahlen vermieden wird.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch kann im unteren Drehzahlbereich das höhere Abgasenergieangebot bei der Stoßaufladung genutzt werden, wobei das Motordrehmoment im unteren Drehzahlbereich angehoben wird. Bei gleichzeitiger Senkung des Kraftstoffver­ brauchs zumindest im oberen Drehzahlbereich wird hierdurch das dynamische Verhalten des Motors verbessert.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschrei­ bung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Viertakt-Verbrennungsmotor.
Fig. 2 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Verbindungen zwischen den Abgassträngen eines Viertakt-Verbrennungsmotors.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Viertakt-Verbrennungsmotor 1, der bei­ spielhaft vier Zylinder 2 aufweist, ist das Abgassystem mehrflutig ausgeführt, indem die Abgasleitungen 3 und 4 des ersten und vierten Zylinders 2 zu einem Abgasstrang 5 und die Abgasleitungen 8 und 7 des zweiten und dritten Zylinders 2 zu einem Abgasstrang 8 führen. Die beiden Abgasstränge 5 und 8 münden in einer zweiflutigen Abgasturbine 9, die einen Verdichter 10 treibt. Die beiden Abgasstränge 5 und 8 sind miteinander über eine mit einem Absperrglied 11 ver­ sehene Verbindung 12 miteinander verbunden.
Der abgasturboaufgeladene Viertaktmotor 1 wird im unteren Drehzahlbe­ reich mehrflutig, d. h. mit geschlossenem Absperrglied 11 betrieben. Das Ab­ sperrglied 11 wird beispielsweise ladedruck-, last- und/oder drehzahlabhängig bei höheren Drehzahlen geöffnet, so daß dann das Abgassystem praktisch ein­ flutig arbeitet.
Gemäß Fig. 2 sind die beiden, mit einem runden Querschnitt versehenen Abgasstränge 5 und 8 durch eine Leitung 12 miteinander verbunden, wobei in der Leitung 12 ein Ventilsitz 13 für einen kegelstumpfförmigen Ventilteller 14 ausgebildet ist, der über einen Stößel 15 zwischen einer die Leitung 12 frei­ gebenden und einer die Leitung 12 verschließenden Position verstellbar ist.
Bei der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind die beiden im Schnitt im wesentlichen rechteckigen sowie benachbart angeordneten Abgasstränge 5 und 8 durch ein kurzes Verbindungsstück 12 miteinander verbunden, in dem der Ven­ tilsitz 13 für den Ventilteller 14 ausgebildet ist. Letzterer kann sich bei geöffnetem Ventil zusammen mit dem in den entsprechenden Abgasstrang 8 hin­ einragenden Stößelteil im Inneren des Abgasstrangs 8 befinden.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind die beiden Abgas­ stränge 5 und 8 durch zwei, mit den Abgassträngen 5 und 8 einen im wesentli­ chen ringförmigen Verbindungskanal ausbildenden Leitungen 12 verbunden, in denen jeweils eine Absperrklappe 16 angeordnet ist. Die beiden Absperrklappen 16 können über eine gemeinsame Welle 17 zum Schließen bzw. Öffnen der Leitungen 12 verstellbar sein.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist ein schräg von einem Abgasstrang 8 zum anderen Abgasstrang 5 verlaufender Verbindungskanal 12 vor­ gesehen, in dem eine Absperrklappe 16 angeordnet ist, die über die Welle 17 verstellbar ist. Gegebenenfalls kann - wie dargestellt - ein weiterer Verbin­ dungskanal 12 vom Abgasstrang 5 zum Abgasstrang 8 verlaufend vorgesehen sein, dessen Absperrklappe 16 über die gleiche Welle 17 verstellbar ist, wobei ein Verbindungskanal 12 ober- und der andere unterhalb von den beiden nebeneinan­ der angeordneten Abgassträngen 5 und 8 angeordnet ist, so daß sich beide Ver­ bindungskanäle 12 kreuzen.

Claims (8)

1. Turboaufgeladener Viertakt-Verbrennungsmotor mit mehreren Abgas­ strängen (5, 8), die jeweils Abgasleitungen (3, 4, 6, 7) von jeweils einer Gruppe von Zylindern (2) vereinigen und paarweise zu einem Abgasturbolader (9, 10) führen, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige zu einem Abgas­ turbolader (9, 10) führende Paar von Abgassträngen (5, 8) durch eine mit ei­ nem Absperrglied (11, 14, 16) versehene Verbindung (12) verbunden ist, wobei das Absperrglied (11, 14, 16) zwischen einer geöffneten Position für höhere Drehzahlen und einer geschlossenen Position für niedrige Drehzahlen verstell­ bar ist.
2. Viertakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrglied (14) ein Ventilteller ist, mit dem der Querschnitt einer Verbindungsleitung (12), die einen entsprechenden Ventilsitz (13) aufweist, verschließbar ist.
3. Viertakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrglied (16) eine Absperrklappe in einer Verbindungsleitung (12) ist.
4. Viertakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verbindungsleitungen (12) mit jeweils einer Absperrklappe (16) vor­ gesehen sind.
5. Viertakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Absperrklappen (16) der beiden Verbindungsleitungen (12) über eine gemeinsame Welle (17) betätigbar sind.
6. Viertakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Verbindungsleitungen (12) einen im wesentlichen ringförmigen Kanal bilden.
7. Viertakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Verbindungsleitungen (12) kreuzweise zueinander und jeweils auf einer Seite der beiden Abgasstränge (5, 8) angeordnet sind.
8. Viertakt-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrglied (11, 14, 16) ladedruck-, last- und/oder drehzahlabhängig verstellbar ist.
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