EP3625445A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine, brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine, brennkraftmaschine

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EP3625445A1
EP3625445A1 EP18725465.1A EP18725465A EP3625445A1 EP 3625445 A1 EP3625445 A1 EP 3625445A1 EP 18725465 A EP18725465 A EP 18725465A EP 3625445 A1 EP3625445 A1 EP 3625445A1
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EP
European Patent Office
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cylinders
stroke operation
stroke
operating
engine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18725465.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
G nther SCHMIDT
Ralf Speetzen
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Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02B69/06—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types for different cycles, e.g. convertible from two-stroke to four stroke
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    • F02D2400/00—Control systems adapted for specific engine types; Special features of engine control systems not otherwise provided for; Power supply, connectors or cabling for engine control systems
    • F02D2400/02—Four-stroke combustion engines with electronic control
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    • F02D2400/00—Control systems adapted for specific engine types; Special features of engine control systems not otherwise provided for; Power supply, connectors or cabling for engine control systems
    • F02D2400/04—Two-stroke combustion engines with electronic control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine having an engine with a first number of cylinders and a second number of cylinders and a supercharger arrangement, wherein a charge air flow supplied to the engine is compressed by means of at least one compressor and at least one turbine with an exhaust gas flow discharged from the engine is charged.
  • the invention also relates to a device for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine for carrying out the method.
  • US Pat. No. 7,421,981 describes a shift mechanism that can selectably switch between two-stroke operation and four-stroke operation of an engine, the shift mechanism being switchable between engagement with a first cam lobe for four-stroke operation and engagement with a second cam lobe for one Two-stroke operation.
  • This basically advantageous approach is characterized by a switchability between two-stroke operation and four-stroke operation depending on the boundary conditions and requirements during operation.
  • the invention begins, whose task is to provide a method in an improved manner, by means of which at least one of the above-mentioned problems is addressed.
  • the object, concerning the method, is solved by the invention with a method of claim 1.
  • the invention is based on a method for operating an internal combustion engine with an engine having a first number of cylinders and a second number of cylinders and a supercharger arrangement, wherein a charge air flow supplied to the engine is compressed by means of at least one compressor and at least one turbine with one from the engine discharged exhaust gas flow is applied.
  • the method further comprises the step of operating the first number of cylinders in two-stroke operation and the second number of cylinders in four-stroke operation in a main operating mode, wherein a scavenging gradient increases for the cylinders operated in two-stroke operation is than for the operated in four-stroke operation cylinder.
  • first number of cylinders at least a first cylinder or a plurality of first cylinders.
  • second number of cylinders at least one second cylinder or cylinders.
  • the invention has recognized that for a two-stroke or a four-stroke operation, different flushing pressures or flushing gradient are required.
  • the purging gradient here denotes the pressure difference between compressed fresh or charge air after compression and the exhaust gas discharged from the engine before entering the power turbine. Since modern engines are usually operated with a turbocharger loader, they can, in particular due to the rigid connection between the turbine and compressor, realize only relatively small differential pressures of in particular about 0.6 bar in the map of the engine. This value is in a non-optimal range, especially for a two-stroke operation.
  • the device for operating an internal combustion engine having an engine with a first number of cylinders and a second number of cylinders and a supercharger arrangement, wherein a charge air flow supplied to the engine is compressed by means of at least one compressor and at least one turbine with an exhaust gas flow discharged from the engine can be acted upon, in particular designed for carrying out a method according to the concept of the invention for controlling and regulating the internal combustion engine, characterized by control and processor means: for operating the internal combustion engine in a main operating mode, wherein the first number of cylinders in two-stroke operation and the second number of cylinders is operated in four-stroke operation, wherein for the operated in two-stroke operation cylinder, a scavenging gradient is greater than for the operated in four-stroke operation cylinder.
  • the internal combustion engine has an engine with a first number of cylinders, a second number of cylinders, a supercharger arrangement with at least one low-pressure stage, wherein a charge air flow supplied to the engine is compressed by means of at least one compressor and at least one turbine is supplied with an exhaust gas flow discharged from the engine can, and - with a device for operating the internal combustion engine,
  • control and processor means for operating the engine in a main mode of operation, wherein the first number of cylinders is operated in two-stroke mode and the second number of cylinders in four-stroke mode, wherein
  • a scavenging gradient is greater than for the cylinders operated in four-stroke operation.
  • the real power with the same space and weight of the engine is up to about 70% higher than a four-stroke engine.
  • there are construction-related disadvantages of the two-stroke engine in particular the higher fuel consumption and higher pollutant emissions.
  • switching between two-stroke operation and four-stroke operation requires in particular a sufficiently high scavenging gradient for the two-stroke operation, in particular in order to ensure sufficient cylinder scavenging in the time specified by the clock.
  • the invention has further recognized that the generation of a proper and sufficient purge slope is a prerequisite for a main mode of operation of the first number of cylinders in two-stroke operation and the second number of cylinders in four-stroke operation.
  • a scavenging gradient is therefore greater for the cylinders operated in two-stroke operation than for the cylinders operated in four-stroke operation.
  • the generation of a proper and sufficient rinse slope is a prerequisite for the cylinder.
  • a further development is based on the consideration that a switchability, in particular a temporary switchability, of an engine from a four-stroke operation to a two-stroke operation and from a two-stroke operation to a four-stroke operation is advantageous, in particular with regard to economy and ecological efficiency ,
  • a first exhaust gas stream originating from this cylinder or from this number of cylinders can be advantageous according to the concept the invention of a corresponding, leading in particular to a lower exhaust back pressure, use are supplied.
  • a second exhaust gas stream which originates from a cylinder or a number of cylinders which are operated in four-stroke operation and thus require a lower purge gradient, can be supplied to a further use, in particular different from the use of the first exhaust gas stream.
  • this use can advantageously be due to the higher exhaust gas back pressure that is possible due to the four-stroke operation corresponding to an admission of a high-pressure stage of the supercharger arrangement to the second exhaust gas flow.
  • the method further comprises the steps of operating the first number of cylinders and the second number of cylinders in four-stroke operation in a four-stroke mode of operation, operating the first number of cylinders (ZI) in the two-stroke mode of operation second number of cylinders (Z2) in two-stroke operation.
  • this may include operating all the cylinders of the engine in either four-stroke or two-stroke operation.
  • suitable opportunities for charging, in particular for the compression of the charge air must be foreseen to produce a sufficiently high scavenging gradient.
  • the method further comprises the step of: switching the engine from a four-stroke operation of the four-stroke operation mode to a two-stroke operation of the two-stroke operation mode.
  • this development includes in particular the switching during operation of a four-stroke operation in a two-stroke operation, in particular according to the concept of the invention in an advantageous manner to achieve a short time higher power of the engine.
  • the method further comprises the step of: switching the engine from a two-stroke operation of the two-stroke operation mode to a four-stroke operation of the four-stroke operation mode.
  • this may mean that the engine of the internal combustion engine, after it has already been switched from a four-stroke operation in a two-stroke operation in a previous step, is switched back to a four-stroke operation.
  • the higher power of the two-stroke operation which is advantageously used in transient requirements such as during acceleration, is not needed in a current operating state of the engine.
  • the internal combustion engine can therefore be switched according to the concept of the invention in favor of a lower fuel consumption and lower pollutant emissions in a four-stroke operation.
  • the first number of cylinders or the second number of cylinders is switched from four-stroke operation to two-stroke operation.
  • this may include, in particular during operation of the internal combustion engine switching of individual cylinders or cylinder groups of a four-stroke operation in a two-stroke operation according to the concept of the invention is possible.
  • the operating state of the engine can be flexibly adapted to current, ie at a certain time temporarily prevailing, boundary conditions, in particular with regard to required power, fuel consumption and pollutant emissions.
  • the compressor power and thus the achievable scavenging gradient, in particular for the cylinders operated in two-stroke operation can be influenced.
  • a changeover of individual cylinders or a number of cylinders from a four-stroke operation to a two-stroke operation generally leads to a short-term increase in the available power and is thus particularly advantageous in transient operating conditions, such as acceleration.
  • the first number of cylinders or the second number of cylinders is switched from a two-stroke operation to a four-stroke operation.
  • a switchability of individual cylinders or a number of cylinders from two-stroke operation to four-stroke operation leads to the advantage that the operating state of the engine can be adapted flexibly to current boundary conditions.
  • the cylinders are flushed by a longitudinal purge or DC purge.
  • a flushing of the combustion chamber formed from the piston and cylinder between two different, in particular opposite sides takes place.
  • the combustion chamber is flooded in particular by lying in the region of the bottom dead center inlet slots and emptied by lying in the region of the top dead center valves again.
  • a good efficiency of the flushing is advantageously achieved, in particular since substantially the entire combustion chamber is detected by the flow and the risk of dead space formation is thus low.
  • it is possible, in particular by a tangential arrangement of the inlet slots to influence the flushing by generating a twist and, in particular, to further improve it.
  • the first number of cylinders in a first cylinder bank and the second number of cylinders are arranged in a second cylinder bank.
  • cylinders of the first number of cylinders and cylinders of the second number of cylinders are each arranged alternately side by side.
  • a cylinder which is operated in an operating mode for example a four-stroke operation
  • a different operating mode for example a two-stroke operation.
  • a first exhaust gas stream of the first number of cylinders is passed directly, in particular past a high-pressure stage of the supercharger arrangement, to a low-pressure stage of the supercharger arrangement.
  • this development includes in particular that the exhaust gas stream originating from the cylinders operated in two-stroke operation is supplied to a use which causes a sufficiently low exhaust back pressure in these cylinders. In this way, advantageously sufficient for a two-stroke operation purging gradient can be realized in the affected cylinders.
  • the energy contained in this exhaust gas stream is used in a suitable manner, namely in the form of the admission of a low-pressure stage of a supercharger arrangement.
  • a second exhaust gas stream of the second number of cylinders is directed to a high-pressure stage of the supercharger arrangement and subsequently to a low-pressure stage of the supercharger arrangement.
  • this development includes, in particular, a use being made of an exhaust gas flow conducted from the cylinders operated in four-stroke operation, which generates a higher exhaust backpressure in the cylinders concerned.
  • the favorable purge conditions of the four-stroke operation are advantageously used, which result in a higher possible exhaust back pressure.
  • the fact is used in particular that in four-stroke operation, the process of charging charge air into the cylinder and the process of discharging exhaust gas from the cylinder take place in two separate cycles.
  • the exhaust gas is ejected from the cylinder at a substantially higher pressure than in the two-stroke operation, by discharging the exhaust gas in one stroke along with the charging of the charge air.
  • This higher pressure is advantageously used in this development for driving the high-pressure stage of the loader assembly.
  • a first exhaust gas stream of the first number of cylinders is passed directly, in particular past the loader arrangement, to an exhaust system, in particular an exhaust, a wastegate or the like.
  • this refinement specifically includes that the first exhaust gas flow discharged from a first number of cylinders, in particular in two-stroke operation, is not used to drive a turbine, in particular for the purpose of recovering mechanical energy.
  • the internal combustion engine is operated in successive phases of operation with a method according to one of claims 1 to 12, wherein the assignment of a total of cylinders to the first number of cylinders and the second number of cylinders each for an operating phase is reverse to the assignment of a respective previous operating phase.
  • an operating phase can be started with the starting of the engine and stopped with the stopping of the engine.
  • Such a development leads to the advantage that thermal and mechanical loads are distributed in particular temporally by the alternate assignment of the operating modes.
  • the invention also leads to the solution of the problem to a device for carrying out a method according to one of claims 1 to 13, in particular for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine, comprising an engine, a first number of cylinders, a second number of cylinders, a supercharger arrangement with at least one High-pressure stage and a low-pressure stage, designed for carrying out a method according to one of claims 1 to 13.
  • Fig. 1 in a schematic representation of an internal combustion engine of a preferred embodiment
  • 2A-B is a schematic representation of the sequence of a two-stroke combustion process
  • 3A-D is a schematic representation of the sequence of a four-stroke combustion process
  • Fig. 4 shows a schematic representation of an internal combustion engine of a further preferred
  • Embodiment. 1 shows an internal combustion engine 1000 with a gas guidance system 10 in a first embodiment according to an embodiment of the invention.
  • the gas guiding system 10 is disposed at the periphery of an engine 1200 for guiding gas, that is, fresh air and exhaust gas.
  • the engine 1200 has an upstream and a downstream periphery.
  • the engine 1200 is shown symbolically in the form of a large diesel engine and has a first cylinder bank Bl with a first gas version 3 and a second cylinder bank B2 with a second gas version 4.
  • the gas guiding system 100 has an upstream gas supply 1 for supplying gas to an input side of the engine 1200.
  • the fresh air section 11 of the gas feed 1 is initially formed by a raw air section 11.1 for sucking raw air with an air filter 180 before a low-pressure compressor 172 with a downstream intercooler 178.
  • a low-pressure compressor 172 with a downstream intercooler 178 In the present case, two Rohlufttalkn 11.1 and two low-pressure compressor 172 and two intercooler 178 are provided.
  • the two Rohluft choirn 11.1 are merged to form a common charge air 11.2 before a high pressure compressor 162, to which a high-pressure charge air gap 11.3 connects, which leads from the high pressure compressor 162 to the intercooler 480.
  • On the inflow side of the intercooler 480 is a supply line separating means 190, by means of which the gas-conducting connection between the charge air path 11.3 and the intercooler 480 can be made or interrupted.
  • On the outflow side of the intercooler 480 in the present case, there are two cylinder charge air paths 11.4 of the fresh air section 11, which produce a gas-conducting connection to cylinders 442 arranged on the first cylinder bank B1 or cylinders 444 arranged on the second cylinder bank B2.
  • the compressors of the loader assembly 100 are each driven by a turbine 164, 174 of the downstream gas discharge 2.
  • two low-pressure turbines 174 in a low-pressure exhaust gas line 13.1 and a high-pressure turbine 164 in an intermediate exhaust gas line 13.3 are arranged between the low-pressure turbines 174 and a high-pressure exhaust gas line 13.2 of the exhaust gas line 13.
  • a downstream gas outlet 2 adjoins the downstream side of the high pressure exhaust line 13.2 of the line 13, which is connected to the gas versions 3, 4.
  • the gas versions 3, 4 are downstream of the engine 1200 respectively to the Cylinder 442, 444 of the cylinder banks Bl, B2 connected, that is arranged in this case on an output side of the motor 1200.
  • the engine 1200 may be operated according to the concept of the invention in four-stroke, two-stroke, or hybrid operation, that is, a subset of four-stroke cylinders and another sub-cylinder of two-stroke engines.
  • a charge is to be provided in order to achieve a sufficient flushing, in particular head reversing flushing, of the cylinder.
  • all cylinders 442 of a first number ZI of cylinders are arranged on the first cylinder bank B 1.
  • all the cylinders 444 of a second number Z2 are arranged on cylinders on the second cylinder bank B2.
  • deviating assignments are also possible hereof, as is explained in more detail below in connection with FIG. 4, for example.
  • the internal combustion engine 1000 will be explained in a first main operating mode.
  • the cylinders 442 of the first cylinder bank Bl are operated in two-stroke operation and the cylinders 444 of the second cylinder bank B2 are operated in four-stroke operation.
  • a first exhaust gas flow AG1 originating from the cylinders 442 of the first cylinder bank B1 and a second exhaust gas flow AG2 originating from the cylinders 444 of the second cylinder bank B2 are presently guided separately.
  • a first barrier separating means 196 are arranged on the high-pressure exhaust line 13.2, which connects the first gas version 3 and the second gas version 4, which is closed for this purpose and a second barrier separating means 198 arranged, which is open for this purpose. Furthermore, there is a possibility, via a disposed on the first gas version 3 first bypass separating means 192 and a arranged on the second gas version 4 second bypass separating means 194, respectively from the corresponding cylinder bank Bl or B2 derived exhaust stream AG1 or AG2 directly, in particular a high-pressure stage 160 of the loader assembly 100 over to the low pressure turbine 174 of the low pressure stage 170 of the charger assembly 100 to pass.
  • the first bypass separating means 192 is opened.
  • the first exhaust gas flow AG1 of the cylinder 442 operated in the two-stroke mode is conducted via a first bypass line 13.4 directly to the low-pressure exhaust gas line 13.3 and thus advantageously achieves a low exhaust backpressure for the cylinder 442 operated in the two-stroke mode.
  • the first exhaust gas flow AG1 directly to the Low-pressure turbines 174 of the low-pressure stage 170 passed. Both low-pressure turbines 174 are each connected to the low-pressure compressor 172 via a low-pressure turbine shaft 176 for transmitting a rotational movement.
  • the second bypass separating means 194 is closed and the second blocking separating means 198 is opened, whereby the second exhaust gas stream AG2 originating from the cylinders 444 of the second cylinder bank B2 is led via the high-pressure exhaust gas line 13.2 to the high-pressure turbine 164 of the high-pressure stage 160.
  • the high-pressure turbine 164 which is set into rotary motion by the exhaust gas flow AG2, drives the high-pressure compressor 162 via a high-pressure turbine shaft 166.
  • the first barrier separating means 196 is closed and the second blocking separating means 198 is opened.
  • the allocation of cylinders 444 operated in four-stroke mode and cylinders 442 operated in two-stroke mode can thus be reversed in any way, in particular by uniform loading of all cylinders and with the cylinder to ensure connected engine components.
  • FIGS. 2A and 2B show a schematic representation of the sequence of a two-stroke combustion process.
  • FIG. 2A shows a cylinder 420 in which a piston 424 that translates in the direction of the cylinder axis of the cylinder 420 is arranged.
  • the piston 424 is shown in the vicinity of a bottom dead center UT.
  • gas in particular a two-stroke charge air stream L2T, flows into the combustion chamber 432 formed essentially by a cylinder wall 422 of the cylinder 420 and the piston 424.
  • the charge air L2T is conveyed into the combustion chamber 432 by at least one inlet valve 426E.
  • the two-stroke charge air flow L2T is previously compressed by a compressor 162, which is not shown here, to a sufficiently high pressure for the two-stroke operation.
  • a compressor 162 which is not shown here
  • This exhaust gas leaves the combustion chamber 432 in the form of a two-stroke exhaust gas flow A2T through at least one exhaust valve 426A, which is arranged here on the upper side of the cylinder 420 in the vicinity of a top dead center OT.
  • the process illustrated in FIG. 2A includes charging the combustion chamber 432 with charge air L2T and virtually simultaneously discharging the exhaust gas A2T.
  • the piston 424 is near the top dead center, that is, the combustion chamber 432 has almost reached its minimum volume. This means that the charge air L2T which has previously flowed into the combustion chamber 432 has been compressed by the upward movement of the piston 424 and thus the reduction of the combustion chamber 432.
  • the inlet valve 426E and the outlet valve 426A are closed to prevent leakage of the charge air L2T.
  • the illustrated state is practically the end of the compression process.
  • FIGS. 3A to 3D show a schematic representation of the sequence of a four-stroke combustion process.
  • Fig. 3A the process of loading in a cylinder 420 is shown. Due to the position of a piston 424 near bottom dead center UT, the combustion chamber 432 practically has its largest possible volume.
  • a four-stroke charge air flow L4T flows through the open inlet valve 426E into the combustion chamber 432, in particular by prior pressurization by a compressor 162, not shown here, and / or by a negative pressure generated by the downward movement of the piston 424.
  • the exhaust valve 426 A closed.
  • Fig. 3B the piston 424 is near top dead center OT.
  • the intake valve 426E and the exhaust valve 426A are closed; the gas which has flowed in the previous step, represented in FIG. 3A, is therefore already compressed at the instant represented here.
  • the state shown in Fig. 3B is practically the end of the compression.
  • Fig. 3C the piston 424 is again at bottom dead center UT. This state is preceded by an expansion by the ignition ZUE of the compressed gas, which in turn has taken place following the final state of compression shown in FIG. 3B.
  • the state shown in Fig. 3C thus represents practically the end of the working or the Working phase, in which in particular a drive movement of a motor 1200 is generated.
  • the engine 1200 is also designed as a 12-cylinder engine.
  • the engine 1200 shown here is, in particular in contrast to the embodiment shown in FIG. 1, single-stage charged, via a compressor stage 170 '.
  • the cylinders AI to A6 are arranged on a first cylinder bank Bl and the cylinders Bl to B6 on a second cylinder bank B2.
  • the cylinders A1, A3, A5, B1, B3, B5 form a first number ⁇ of cylinders.
  • the cylinders A A2, A4, A6, B2, B4, B6 form a second number Z2 'of cylinders.
  • both the first gas version 3 of the first cylinder bank Bl and the second gas version 4 of the second cylinder bank B2 are each divided.
  • the cylinders of the first number anrob which are arranged on the first cylinder bank Bl, namely the cylinders AI, A3 and A5, connected via a first branch 3.1 of the first gas version 3 gas-conducting with a first turbine-separating means 490.1.
  • first execution branch 3.1 of the first gas version 3 can be directly connected to an exhaust gas line 413 via a first bypass separating means 492.1.
  • the cylinders of the first number ⁇ which are arranged on the second cylinder bank B2, namely the cylinders Bl, B3 and B5 via a first execution branch 4.1 of the second gas version 4 gas-conducting connected to the first turbine-separating means 490.1.
  • the first execution branch 4.1 of the second gas version 4 can be directly connected to the exhaust gas line 413 via the first bypass separating means 492.1.
  • the exhaust gas flow AG1 originating from the cylinders A1, A3, A5, B1, B3 and B5 of the first number ⁇ can thus be directed to one of the two turbines 174 ' become.
  • the charge air flow L is again supplied via a charge air cooler 480 to the cylinders AI to A6 and Bl to B6.
  • the exhaust gas flow AG1 originating from the cylinders A1, A3, A5, B1, B3 and B5 of the first number ⁇ can in turn be led directly to the exhaust gas passage 413.
  • the cylinders of the second number Z2 ' which are arranged on the first cylinder bank Bl, namely the cylinders A2, A4 and A6, are connected to a second turbine-separating means 490.2 in a gas-conducting manner via a second embodiment branch 3.2 of the first gas version 3.
  • the second embodiment branch 3.2 of the first gas version 3 can be connected directly to the exhaust gas line 413 via a second bypass separating means 492.2.
  • the cylinders of the second number Z2 ' which are arranged on the second cylinder bank B2, namely the cylinders B2, B4 and B6 are connected in a gas-conducting manner to the second turbine-separating means 490.2 via a second embodiment branch 4.2 of the second gas version 4.
  • the second execution branch 4.2 of the second gas version 4 can also be connected directly to the exhaust gas line 413 via the second bypass separating means 492.2.
  • the exhaust gas flow AG2 originating from the cylinders A2, A4, A6, B2, B4 and B6 of the second number Z2 ' can thus be applied to one of the two turbines 174'. be directed.
  • the turbines 174 ' are thereby set in motion and, via a turbine shaft 176' in each case, can drive a compressor 172 'for the purpose of compressing a charge air flow L.
  • the charge air flow L is again supplied via a charge air cooler 480 to the cylinders AI to A6 and Bl to B6.
  • the exhaust gas flow AG2 originating from the cylinders A2, A4, A6, B2, B4 and B6 can in turn be passed directly to the exhaust gas passage 413. This is particularly conducive to a two-stroke operation, as by bypassing the compressor stage 170 ', a much lower exhaust back pressure is generated.
  • first turbine separating means 490.1 and the second bypass separating means 492.2 are opened, and that second turbine separating means 490.2 and the first bypass separating means 492.1 are closed.
  • a device 900 for operating the internal combustion engine 1000 is shown schematically, which in the present case has a control and processing means 910.
  • This control and processing means 910 is, as shown here by dashed lines, signal leading connected to the separating means 490.1, 490.2, 492.1 and 492.2.
  • the concept of the invention can be implemented, for example, in the sense of an automatic system or control circuit shown in this preferred embodiment.
  • the release agents 490.1, 490.2, 492.1 and 492.2 can be provided according to the method according to the concept of the invention, ie opened or closed.
  • the control and processor means 910 signal leading to a not shown, in particular parent, control of the internal combustion engine 1000 in connection. It may additionally or alternatively be part of this, in order to implement the method according to the concept of the invention, in particular the switching of the cylinders from two-stroke operation to four-stroke operation or from four-stroke operation to two-stroke operation.
  • mapping of cylinders shown to a first number ⁇ and a second number Z2 ' is practically adjacent to each other and to both Cylinder banks Bl, B2 distributed. Nevertheless, it is of course conceivable, another grouping, such. B. the embodiment shown in FIG. 1 or another, to choose.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Motor mit einer ersten Anzahl von Zylindern und einer zweiten Anzahl von Zylindern und einer Laderanordnung, wobei ein dem Motor zugeführter Ladeluftstrom mittels mindestens eines Verdichters verdichtet und mindestens eine Turbine mit einem aus dem Motor ausgeleiteten Abgasstrom beaufschlagt wird. Erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren weiter den Schritt aufweist: in einem Haupt- Betriebsmodus Betreiben der ersten Anzahlvon Zylindern im Zweitakt-Betrieb und der zweiten Anzahl von Zylindern im Viertakt-Betrieb, wobei für die im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder ein Spülgefälle größer ist als für die im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylinder.

Description

BESCHREIBUNG Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Motor mit einer ersten Anzahl von Zylindern und einer zweiten Anzahl von Zylindern und einer Laderanordnung, wobei ein dem Motor zugeführter Ladeluftstrom mittels mindestens eines Verdichters verdichtet und mindestens eine Turbine mit einem aus dem Motor ausgeleiteten Abgasstrom beaufschlagt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmachine zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowohl im Viertakt-Betrieb als auch im Zweitakt-Betrieb, sind allgemein bekannt.
So beschreibt US 7,421,981 einen Schaltmechanismus, der zwischen einem Zweitakt-Betrieb und einem Viertakt-Betrieb eines Motors wählbar umschalten kann, wobei der Schaltmechanismus umschaltbar ist zwischen dem Eingriff mit einer ersten Nockenerhebung für einen Viertakt-Betrieb und dem Eingriff mit einer zweiten Nockenerhebung für einen Zweitakt- Betrieb.
Dieser grundsätzlich vorteilhafte Ansatz zeichnet sich aus durch eine Umschaltbarkeit zwischen Zweitakt-Betrieb und Viertakt-Betrieb je nach Randbedingungen und Anforderungen im Betrieb.
Problematisch bei einem solchen Ansatz und allgemein bei einem Zweitakt-Betrieb ist das Erreichen eines ausreichend hohen Spülgefälles, insbesondere bei einer Aufladung über einen Turbolader oder dergleichen Lader.
Wünschenswert ist es daher, mindestens eines der oben genannten Probleme zu adressieren und insbesondere die Spülung von Zylindern einer Brennkraftmaschine, insbesondere im Zweitakt- Betrieb, zu verbessern. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, in verbesserter Weise ein Verfahren anzugeben, mittels dessen mindestens eines der oben genannten Probleme adressiert wird. Die Aufgabe, betreffend das Verfahren, wird durch die Erfindung mit einem Verfahren des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Motor mit einer ersten Anzahl von Zylindern und einer zweiten Anzahl von Zylindern und einer Laderanordnung, wobei ein dem Motor zugeführter Ladeluftstrom mittels mindestens eines Verdichters verdichtet und mindestens eine Turbine mit einem aus dem Motor ausgeleiteten Abgasstrom beaufschlagt wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter den Schritt aufweist: in einem Haupt-Betriebsmodus Betreiben der ersten Anzahl von Zylindern im Zweitakt-Betrieb und der zweiten Anzahl von Zylindern im Viertakt-Betrieb, wobei für die im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder ein Spülgefälle größer ist als für die im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylinder.
Mit einer ersten Anzahl von Zylindern ist mindestens ein erster Zylinder oder mehrere erste Zylinder gemeint. Ebenso ist mit einer zweiten Anzahl von Zylindern mindestens ein zweiter Zylinder oder mehrere zweite Zylinder gemeint.
Die Erfindung hat erkannt, dass für einen Zweitakt- bzw. einen Viertakt-Betrieb, unterschiedliche Spüldrücke bzw. Spülgefälle benötigt werden. Das Spülgefälle bezeichnet hierbei die Druckdifferenz zwischen verdichteter Frisch- bzw. Ladeluft nach dem Verdichten und dem aus dem Motor ausgeleiteten Abgas vor dem Eintritt in die Nutzturbine. Da moderne Motoren in der Regel mit einem Abgasturbo lader betrieben werden, können sie, insbesondere aufgrund der starren Verbindung zwischen Turbine und Verdichter, im Kennfeld des Motors nur relativ kleine Differenzdrücke von insbesondere ca. 0,6 bar realisieren. Dieser Wert liegt insbesondere für einen Zweitakt-Betrieb in einem nicht optimalen Bereich.
Aufgrund dieser Problematik werden schnelllaufende Dieselmotoren im Allgemeinen im Viertakt-Betrieb betrieben. Lediglich bei langsamlaufenden Dieselmotoren steht ausreichend Zeit für die Zylinderspülung zur Verfügung, sodass derartige langsamlaufende Dieselmotoren im Zweitakt-Betrieb gefahren werden können. Das Konzept der Erfindung fuhrt zur Lösung der Aufgabe auch auf eine Brennkraftmaschine des Anspruchs 15 und eine Einrichtung nach Anspruch 14 zum Betrieb der Brennkraftmaschine.
Entsprechend ist die Einrichtung vorgesehen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Motor mit einer ersten Anzahl von Zylindern und einer zweiten Anzahl von Zylindern und einer Laderanordnung, wobei ein dem Motor zugeführter Ladeluftstrom mittels mindestens eines Verdichters verdichtet und mindestens eine Turbine mit einem aus dem Motor ausgeleiteten Abgasstrom beaufschlagt werden kann, insbesondere ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch Regel- und Prozessormittel: zum Betreiben der Brennkraftmaschine in einem Haupt-Betriebsmodus, wobei die erste Anzahl von Zylindern im Zweitakt-Betrieb und die zweite Anzahl von Zylindern im Viertakt- Betrieb betrieben wird, wobei für die im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder ein Spülgefälle größer ist als für die im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylinder.
Die Brennkraftmaschine weist einen Motor auf mit einer ersten Anzahl an Zylindern, einer zweiten Anzahl an Zylindern, eine Laderanordnung mit mindestens einer Niederdruckstufe, wobei ein dem Motor zugeführter Ladeluftstrom mittels mindenstens eines Verdichters verdichtet und mindestens eine Turbine mit einem aus dem Motor ausgeleiteten Abgasstrom beaufschlagt werden kann, und - mit einer Einrichtung, zum Betreiben der Brennkraftmaschine,
gekennzeichnet durch Regel- und Prozessormittel: zum Betreiben der Brennkraftmaschine in einem Haupt-Betriebsmodus, wobei die erste Anzahl von Zylindern im Zweitakt-Betrieb und die zweite Anzahl von Zylindern im Viertakt- Betrieb betrieben wird, wobei
für die im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder ein Spülgefälle größer ist als für die im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylinder. Bei einem Zweitakt-Motor ist die reale Leistung bei gleichem Bauraum und Gewicht des Motors um bis zu ca. 70 % höher als bei einem Viertakt-Motor. Demgegenüber stehen bauartbedingte Nachteile des Zweitakt-Motors, insbesondere der höhere Kraftstoffverbrauch und höhere Schadstoffemissionen.
Das Umschalten zwischen Zweitakt-Betrieb und Viertakt-Betrieb erfordert jedoch insbesondere ein ausreichend hohes Spülgefälle für den Zweitakt-Betrieb, insbesondere um in der durch den Takt vorgegebenen Zeit eine ausreichende Zylinderspülung zu gewährleisten.
Die Erfindung hat weiter erkannt, dass die Erzeugung eines sachgerechten und ausreichenden Spülgefälles eine Voraussetzung ist für einen Haupt-Betriebsmodus der ersten Anzahl von Zylindern im Zweitakt-Betrieb und der zweiten Anzahl von Zylindern im Viertakt-Betrieb. Erfindungsgemäß ist deswegen für die im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder ein Spülgefälle größer als für die im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylinder. Insbesondere für eine vorteilhafte Umschaltbarkeit eines Zylinders zwischen Zweitakt-Betrieb und Viertakt-Betrieb stellt die Erzeugung eines sachgerechten und ausreichenden Spülgefälles eine Voraussetzung für den Zylinder dar. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Eine Weiterbildung geht von der Überlegung aus, dass eine Umschaltbarkeit, insbesondere eine temporäre Umschaltbarkeit, eines Motors von einem Viertakt-Betrieb in einen Zweitakt-Betrieb und von einem Zweitakt-Betrieb in einen Viertakt-Betrieb vorteilhaft ist, insbesondere hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und ökologischen Effizienz.
Diese Vorteile betreffen insbesondere die größere Flexibilität zum Erreichen optimaler Betriebszustände des Motors, insbesondere hinsichtlich Verbrauch, Leistung und Schadstoffemissionen. Insbesondere können durch eine Möglichkeit des Umschaltens zwischen Zweitakt-Betrieb und Viertakt-Betrieb die Vorteile beider Betriebsarten kombiniert werden. Durch eine selektive Umschaltbarkeit des Betriebs einzelner Zylinder und/oder einer Anzahl von Zylindern von einem Viertakt-Betrieb auf einen Zweitakt-Betrieb können die Vorteile von sowohl des Zweitakt-Betriebs als auch des Viertakt-Betriebs kombiniert werden und insbesondere ein ausreichendes Spülgefälle realisiert werden.
Dies wird insbesondere ermöglicht durch eine dem Betrieb einer Anzahl von Zylindern entsprechende Nutzung des Abgasstromes, insbesondere durch eine ein- oder mehrstufige Aufladung, insbesondere durch eine ein- oder mehrstufig, selektiv beaufschlagbare Laderanordnung .
Beispielsweise stellt sich dieser Vorteil bei einer mehrstufigen, insbesondere zweistufigen Aufladung wie folgt dar. Wird ein Zylinder oder eine Anzahl von Zylindern beispielsweise im Zweitakt-Betrieb betrieben, so kann ein aus diesem Zylinder oder dieser Anzahl von Zylindern stammender, erster Abgasstrom vorteilhaft gemäß dem Konzept der Erfindung einer entsprechenden, insbesondere zu einem geringeren Abgas-Gegendruck führenden, Nutzung zugeführt werden. Hierzu gehört insbesondere die Beaufschlagung einer Niederdruckstufe der Laderanordnung mit dem ersten Abgasstrom. Auf diese Weise kann ein für einen Zweitakt- Betrieb ausreichendes Spülgefälle erzeugt werden. Gleichzeitig kann ein zweiter Abgasstrom, der aus einem Zylinder oder einer Anzahl von Zylindern stammt, welche im Viertakt-Betrieb betrieben werden und somit ein niedrigeres Spülgefälle benötigen, einer weiteren, insbesondere von der Nutzung des ersten Abgasstroms unterschiedlichen, Nutzung zugeführt werden. Diese Nutzung kann insbesondere vorteilhaft dem aufgrund des Viertakt-Betriebs höheren möglichen Abgasgegendruck entsprechend in einer Beaufschlagung einer Hochdruckstufe der Laderanordnung mit dem zweiten Abgasstrom liegen.
Selbstverständlich ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine vorteilhafte Nutzung einer oder mehrere Abgasströme bei einer einstufigen Aufladung möglich. Genauso ist es möglich und sogar sinnvoll, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine mehrstufige Aufladung durchzuführen. Insbesondere kann die Energie eines Abgasstroms, der aus einem Zylinder oder einer Anzahl von Zylindern stammt, welche im Viertakt-Betrieb betrieben werden, durch eine mehrstufige Beaufschlagung einer mehrstufigen Laderanordnung vorteilhaft, insbesondere besser verglichen mit einer lediglich einstufigen Aufladung, zur Energierückgewinnung genutzt werden. Diese beiden Maßnahmen wirken in synergetischer Weise zusammen, insbesondere weil gemäß dem Konzept der Erfindung die höhere Abgasenergie des aus den im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylindern stammenden zweiten Abgasstroms vorteilhaft für die Erzeugung eines ausreichenden Spülgefälles in den im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylindern genutzt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, bei gleicher Zylinderzahl, gleichem Bauraum und gleichem Gewicht eine um 30 % bis 40 % höhere Motorleistung zu realisieren. So kann beispielsweise mit einem 12V-Motor praktisch dieselbe Leistung wie bisher mit einem 16V-Motor erreicht werden.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter die Schritte aufweist: in einem Viertakt- Betriebsmodus Betreiben der ersten Anzahl von Zylindern und der zweiten Anzahl von Zylindern im Viertakt-Betrieb, in einem Zweitakt-Betriebsmodus Betreiben der ersten Anzahl von Zylindern (ZI) und der zweiten Anzahl von Zylindern (Z2) im Zweitakt-Betrieb. Dies kann konkret beinhalten, dass sämtliche Zylinder des Motors entweder im Viertakt-Betrieb oder im Zweitakt-Betrieb betrieben werden. Insbesondere bei einem Zweitakt-Betrieb der Zylinder ist zu beachten, dass geeignete Möglichkeiten zur Aufladung, insbesondere zur Verdichtung der Ladeluft vergesehen werden müssen, um ein ausreichend hohes Spülgefälle zu erzeugen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter den Schritt aufweist: Umschalten des Motors von einem Viertakt-Betrieb des Viertakt-Betriebsmodus in einen Zweitakt-Betrieb des Zweitakt-Betriebsmodus. Konkret beinhaltet diese Weiterbildung insbesondere das Umschalten während des Betriebs von einem Viertakt-Betrieb in einen Zweitakt-Betrieb, um insbesondere gemäß dem Konzept der Erfindung auf vorteilhafte Weise kurzfristig eine höhere Leistung des Motors zu erreichen.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter den Schritt aufweist: Umschalten des Motors von einem Zweitakt-Betrieb des Zweitakt-Betriebsmodus in einen Viertakt-Betrieb des Viertakt-Betriebsmodus. Dies kann konkret bedeuten, dass der Motor der Brennkraftmaschine, nachdem er bereits in einem vorherigen Schritt von einem Viertakt-Betrieb in einen Zweitakt- Betrieb umgeschaltet wurde, wieder zurück in einen Viertakt-Betrieb umgeschaltet wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die höhere Leistung des Zweitakt-Betrieb, die bei transienten Anforderungen wie beispielsweise während des Beschleunigens vorteilhaft genutzt wird, in einem momentanen Betriebszustand des Motors nicht benötigt wird. In einem derartigen, insbesondere stationären Betriebszustand, kann die Brennkraftmaschine daher gemäß dem Konzept der Erfindung zu Gunsten eines niedrigeren Kraftstoffverbrauchs sowie niedrigeren Schadstoffimmissionen in einen Viertakt-Betrieb geschaltet werden. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Haupt- Betriebsmodus die erste Anzahl von Zylindern oder die zweite Anzahl von Zylindern vom Viertakt-Betrieb in den Zweitakt-Betrieb umgeschaltet wird. Konkret kann dies beinhalten, dass insbesondere während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine Umschaltung einzelner Zylinder bzw. Zylindergruppen von einem Viertakt-Betrieb in einen Zweitakt-Betrieb gemäß dem Konzept der Erfindung möglich ist. Auf diese Weise kann der Betriebszustand des Motors flexibel an momentane, also zu einem bestimmten Zeitpunkt vorübergehend herrschende Randbedingungen, insbesondere hinsichtlich benötigter Leistung, Kraftstoffverbrauch sowie Schadstoffemmissionen, angepasst werden. Weiterhin kann insbesondere durch die gezielte Einstellung des Verhältnisses von im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylindern zu im Zweitakt- Betrieb betriebenen Zylindern die Verdichterleistung und somit das erreichbare Spülgefälle, insbesondere für die im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder, beeinflusst werden. Eine Umschaltung einzelner Zylinder bzw. einer Anzahl von Zylindern von einem Viertakt-Betrieb in einen Zweitakt-Betrieb führt generell zu einer kurzfristigen Erhöhung der verfügbaren Leistung und ist somit insbesondere bei transienten Betriebszuständen, wie z.B. dem Beschleunigen, vorteilhaft.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass im Haupt-Betriebsmodus die erste Anzahl von Zylindern oder die zweite Anzahl von Zylindern von einem Zweitakt-Betrieb in einen Viertakt-Betrieb umgeschaltet wird. Analog zu der vorherig genannten Weiterbildung führt eine Umschaltbarkeit einzelner Zylinder oder einer Anzahl von Zylindern vom Zweitakt-Betrieb in den Viertakt- Betrieb zu dem Vorteil, dass der Betriebszustand des Motors flexibel an momentane Randbedingungen angepasst werden kann. Weiterhin kann ebenfalls vorteilhaft das Spülgefälle, wie oben angegeben, eingestellt werden. Eine Umschaltung einzelner Zylinder bzw. einer Anzahl von Zylindern vom Zweitakt-Betrieb in den Viertakt-Betrieb führt generell zu einer niedrigeren Emission von Schadstoffen und zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass beim Betreiben der Brennkraftmaschine oder einer Anzahl von Zylindern im Zweitakt-Betrieb ein oder mehrere Zylinder durch eine Kopfümkehrspülung gespült werden. Konkret bedeutet dies insbesondere, dass der aus Zylinder und Kolben gebildete Brennraum über Öffnungen bzw. Ventile gespült, d.h. geflutet und entleert, wird, welche an einer Seite des Brennraums, insbesondere an der oberen Innenseite bzw. Kopfseite des Zylinders, angeordnet sind. Eine derartige Weiterbildung führt insbesondere zu dem Vorteil, dass der Aufbau des Triebwerks und insbesondere der einzelnen Zylinder dem Aufbau eines Viertakt- Motors ähnlich sind. Auf diese Weise ist es möglich, im Wesentlichen insbesondere durch Anpassung der Ventilsteuerung, beispielsweise durch hydraulisches Verstellen der Nockenwelle, zwischen Zweitakt-Betrieb und Viertakt-Betrieb umzuschalten. Gleichwohl ist es möglich, dass beim Betreiben der Brennkraftmaschine im Zweitakt-Betrieb die Zylinder durch eine Längsspülung bzw. Gleichstromspülung gespült werden. Dies beinhaltet insbesondere, dass eine Spülung des aus Kolben und Zylinder gebildeten Brennraums zwischen zwei verschiedenen, insbesondere gegenüberliegenden Seiten, erfolgt. Hierbei wird der Brennraum insbesondere durch im Bereich des unteren Totpunkts liegende Einlassschlitze geflutet und durch im Bereich des oberen Totpunkts liegende Ventile wieder entleert. Auf diese Weise wird vorteilhaft ein guter Wirkungsgrad der Spülung erzielt, insbesondere da im Wesentlichen der gesamte Brennraum von der Strömung erfasst wird und das Risiko der Totraumbildung somit gering ist. Weiterhin ist es möglich, insbesondere durch eine tangentiale Anordnung der Einlassschlitze, die Spülung durch Erzeugung eines Dralls zu beeinflussen und insbesondere weiter zu verbessern.
Bei einer Längsspülung führt ein Überlaufen des Kolbens bzw. etwaiger Kolbenringe und/oder Kolbendichtungen, von Einlassschlitzen, die insbesondere im unteren Zylinderbereich angeordnet sind, zu einer mechanischen Beanspruchung dieser Komponenten. Dies kann zu einer erhöhten Gefahr der Beschädigung bzw. zu einem erhöhten Verschleißen des Kolbens, bzw. etwaiger Kolbenringe und/oder Kolbendichtungen, führen. Bei einer Kopfumkehrspülung wird diese Gefahr folglich vorteilhaft reduziert.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste Anzahl an Zylindern in einer ersten Zylinderbank und die zweite Anzahl an Zylindern in einer zweiten Zylinderbank angeordnet sind. Konkret beinhaltet dies insbesondere, dass die erste Anzahl an Zylindern und die zweite Anzahl an Zylindern räumlich getrennt, bei einem V-Motor jeweils auf einer ersten Zylinderbank und einer gegenüberliegenden zweiten Zylinderbank, angeordnet sind. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass Zylinder der ersten Anzahl an Zylindern und Zylinder der zweiten Anzahl an Zylindern jeweils abwechselnd nebeneinander angeordnet sind. Konkret bedeutet dies insbesondere, dass ein Zylinder der in einem Betriebsmodus, beispielsweise einem Viertakt-Betrieb, betrieben wird, jeweils von Zylindern umgeben ist, die in einem anderen Betriebsmodus, beispielsweise einem Zweitakt-Betrieb, betrieben werden. Auf diese Weise können thermische und mechanische Belastungen vorteilhaft für sämtliche Zylinder gleichmäßig gehalten werden.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein erster Abgasstrom der ersten Anzahl an Zylindern direkt, insbesondere vorbei an einer Hochdruckstufe der Laderanordnung, auf eine Niederdruckstufe der Laderanordnung geleitet wird. Diese Weiterbildung beinhaltet konkret insbesondere, dass der aus den im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylindern stammende Abgasstrom einer Nutzung zugeführt wird, welche einen ausreichend geringen Abgasgegendruck in diesen Zylindern hervorruft. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein für einen Zweitakt-Betrieb ausreichendes Spülgefälle in den betroffenen Zylindern realisiert werden. Weiterhin wird die in diesem Abgasstrom enthaltene Energie in geeigneter Weise genutzt, nämlich in Form der Beaufschlagung einer Niederdruckstufe einer Laderanordnung . Insbesondere ist vorgesehen, dass ein zweiter Abgasstrom der zweiten Anzahl an Zylindern auf eine Hochdruckstufe der Laderanordnung und anschließend auf eine Niederdruckstufe der Laderanordnung geleitet wird. Diese Weiterbildung beinhaltet konkret insbesondere, dass einem aus den im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylindern geleiteter Abgasstrom eine Nutzung zugeführt wird, welche einen höheren Abgasgegendruck in den betroffenen Zylindern erzeugt. Damit werden vorteilhaft die günstigeren Spülbedingungen des Viertakt-Betriebs genutzt, welche in einem höheren möglichen Abgasgegendruck resultieren. Hierbei wird insbesondere die Tatsache genutzt, dass im Viertakt-Betrieb der Vorgang des Ladens von Ladeluft in den Zylinder und der Vorgang des Ausstoßens von Abgas aus dem Zylinder in zwei separaten Takten erfolgen. Auf diese Weise wird das Abgas mit einem wesentlich höheren Druck aus dem Zylinder ausgestoßen als im Zweitakt-Betrieb, indem das Ausstoßen des Abgases in einem Takt zusammen mit dem Laden der Ladeluft erfolgt. Dieser höhere Druck wird entsprechend vorteilhaft in dieser Weiterbildung zum Antreiben der Hochdruckstufe der Laderanordnung genutzt. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass ein erster Abgasstrom der ersten Anzahl an Zylindern direkt, insbesondere vorbei an der Laderanordnung, zu einer Abgasanlage, insbesondere einem Auspuff, einem Wastegate oder dergleichen geleitet wird. Diese Weiterbildung beinhaltet insbesondere konkret, dass der aus einer ersten Anzahl an, insbesondere im Zweitakt-Betrieb betriebenen, Zylindern ausgeleitete erste Abgasstrom nicht zum Antreiben einer Turbine, insbesondere zwecks Rückgewinnung mechanischer Energie, genutzt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, falls das Spülgefälle bzw. die Druckdifferenz in den im Zweitaktbetrieb betriebenen Zylindern für eine technisch oder wirtschaftlich sinnvolle Energierückgewinnung, insbesondere für das Antreiben einer Laderturbine, unzureichend ist. Durch eine derartige Weiterbildung wird in diesem Fall der Abgasgegendruck in den im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylindern gering gehalten, insbesondere um eine möglichst optimale Spülung zu gewährleisten.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine in aufeinanderfolgenden Betriebsphasen mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 betrieben wird, wobei die Zuordnung einer Gesamtmenge von Zylindern zur ersten Anzahl an Zylindern und zur zweiten Anzahl an Zylindern jeweils für eine Betriebsphase umgekehrt zu der Zuordnung einer jeweils vorangegangenen Betriebsphase ist. Hierbei kann eine Betriebsphase mit dem Starten des Motors begonnen und mit dem Stoppen des Motors beendet werden. Gleichwohl ist es möglich, eine Betriebsphase während des Betriebs des Motors, d.h. mit laufendem Motor, zu beenden und im direkten Anschluss eine neue Betriebsphase zu starten, d.h. insbesondere ohne den Motor neu zu starten. Eine derartige Weiterbildung führt zu dem Vorteil, dass durch die abwechselnde Zuordnung der Betriebsmodi thermische und mechanische Belastungen insbesondere zeitlich verteilt werden. Auf diese Weise wird beispielsweise gewährleistet, dass ein Zylinder, der zuvor im Viertakt-Betrieb betrieben wurde, in der nächsten Betriebsphase im Zweitakt-Betrieb betrieben wird. Somit wird vorteilhaft ein ungleichmäßiger Verschleiß von bestimmten Komponenten der Brennkraftmaschine, welcher bei einer festen, insbesondere unveränderlichen Zuordnung von im Zweitakt- bzw. im Viertakt- Betrieb zu betreibenden Zylindern entstehen würde, vermieden. Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf eine Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, insbesondere zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen Motor, eine erste Anzahl an Zylindern, eine zweite Anzahl an Zylindern, eine Laderanordnung mit mindestens einer Hochdruckstufe und einer Niederdruckstufe, ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine einer bevorzugten
Ausführungsform,
Fig. 2A - B eine schematische Darstellung der Abfolge eines Zweitakt- Verbrennungsprozesses,
Fig. 3A - D eine schematische Darstellung der Abfolge eines Viertakt- Verbrennungsprozesses,
Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform. Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1000 mit einem Gasführungssystem 10 in einer ersten Ausführungsform gemäß einer Ausührungsform der Erfindung. Das Gasführungssystem 10 ist an der Peripherie eines Motors 1200 zur Führung von Gas, d.h. Frischluft und Abgas, angeordnet. Der Motor 1200 hat eine zuströmseitige und eine abströmseitige Peripherie. Der Motor 1200 ist vorliegend in Form eines Großdieselmotors symbolisch dargestellt und hat eine erste Zylinderbank Bl mit einer ersten Gasausführung 3 und eine zweite Zylinderbank B2 mit einer zweiten Gasausführung 4.
Das Gasführungssystem 100 weist eine zuströmseitige Gaszuführung 1 zur Zuführung von Gas zu einer Eingangsseite des Motors 1200 auf. Die Gaszuführung 1 hat vorliegend eine Frischluftstrecke 11. Die Frischluftstrecke 11 der Gaszuführung 1 ist eingangs durch eine Rohluftstrecke 11.1 zum Ansaugen von Rohluft mit einem Luftfilter 180 vor einem Niederdruck- Verdichter 172 mit einem nachgeschalteten Zwischenkühler 178 gebildet. Vorliegend sind zwei Rohluftstrecken 11.1 und zwei Nieder druck- Verdichter 172 und zwei Zwischenkühler 178 vorgesehen.
Die beiden Rohluftstrecken 11.1 werden zu einer gemeinsamen Ladeluftstrecke 11.2 vor einem Hochdruck- Verdichter 162 zusammengeführt, an den sich eine Hochdruck-Ladeluftstrecke 11.3 anschließt, die vom Hochdruck- Verdichter 162 zum Ladeluftkühler 480 führt. Zuströmseitig des Ladeluftkühlers 480 befindet sich ein Zuleitungs-Trennmittel 190, mittels dessen die gasführende Verbindung zwischen der Ladeluftstrecke 11.3 und dem Ladeluftkühler 480 hergestellt bzw. unterbrochen werden kann. Abströmseitig des Ladeluftkühlers 480 schließen sich vorliegend zwei Zylinder-Ladeluftstrecken 11.4 der Frischluftstrecke 11 an, welche eine gasführende Verbindung zu auf der ersten Zylinderbank Bl angeordneten Zylindern 442 bzw. auf der zweiten Zylinderbank B2 angeordneten Zylindern 444 herstellen. Die Verdichter der Laderanordnung 100, nämlich die zwei Niederdruck- Verdichter 172 und der Hochdruck- Verdichter 162, werden jeweils durch eine Turbine 164, 174 der abströmseitigen Gasabführung 2 angetrieben. Dazu sind zwei Niederdruckturbinen 174 in einer Niederdruck- Abgasstrecke 13.1 und eine Hochdruckturbine 164 in einer Zwischen- Abgasstrecke 13.3 zwischen den Niederdruckturbinen 174 und einer Hochdruck- Abgasstrecke 13.2 der Abgasleitung 13 angeordnet. Eine abströmseitige Gasabführung 2 schließt sich abströmseitig an die Hochdruck- Abgasstrecke 13.2 der Leitung 13 an, welcher mit den Gasausführungen 3, 4 verbunden ist. Die Gasausführungen 3, 4 sind abströmseitig des Motors 1200 jeweils an die Zylinder 442, 444 der Zylinderbänke Bl, B2 angeschlossen, das heißt vorliegend an einer Ausgangsseite des Motors 1200 angeordnet.
Der Motor 1200 kann gemäß dem Konzept der Erfindung im Viertakt-Betrieb, im Zweitakt- Betrieb oder in einem Hybridbetrieb, das heißt mit einer Teilmenge von Zylindern im Viertakt- Betrieb und einer weiteren Teilmenge von Zylindern im Zweitakt-Betrieb, gefahren werden. Für einen Zweitakt-Betrieb ist insbesondere eine Aufladung vorzusehen, um eine ausreichende Spülung, insbesondere Kopfumkehrspülung, der Zylinder zu erreichen.
Vorliegend sind sämtliche Zylinder 442 einer ersten Anzahl ZI an Zylindern auf der ersten Zylinderbank B 1 angeordnet. Weiterhin sind sämtliche Zylinder 444 einer zweiten Anzahl Z2 an Zylindern auf der zweiten Zylinderbank B2 angeordnet. Natürlich sind auch hiervon abweichende Zuordnungen möglich, wie beispielsweise untenstehend im Zusammenhang mit Fig. 4 näher ausgeführt wird.
Vorliegend wird die Brennkraftmaschine 1000 in einem ersten Haupt-Betriebsmodus erläutert. Hierbei werden die Zylinder 442 der ersten Zylinderbank Bl im Zweitakt-Betrieb und die Zylinder 444 der zweiten Zylinderbank B2 im Viertakt-Betrieb betrieben. Zur Durchführung des Hybridbetriebs werden vorliegend ein aus den Zylindern 442 der ersten Zylinderbank Bl stammender erster Abgasstrom AG1 sowie ein aus den Zylindern 444 der zweiten Zylinderbank B2 stammender zweiter Abgasstrom AG2 getrennt geführt. Hierzu sind auf der Hochdruck- Abgasstrecke 13.2, welche die erste Gasausführung 3 und die zweite Gasausführung 4 gasführend verbindet, ein erstes Sperr-Trennmittel 196 angeordnet, welches hierzu geschlossen ist und ein zweites Sperr-Trennmittel 198 angeordnet, welches hierzu geöffnet ist. Weiterhin besteht über ein an der ersten Gasausführung 3 angeordnetes erstes Bypass-Trennmittel 192 sowie über ein an der zweiten Gasausführung 4 angeordnetes zweites Bypass-Trennmittel 194 die Möglichkeit, jeweils den aus der entsprechenden Zylinderbank Bl oder B2 stammenden Abgasstrom AG1 oder AG2 direkt, insbesondere an einer Hochdruckstufe 160 der Laderanordnung 100 vorbei, auf die Niederdruck-Turbine 174 der Niederdruckstufe 170 der Laderanordnung 100 zu leiten.
Vorliegend ist das erste Bypass-Trennmittel 192 geöffnet. Auf diese Weise wird der erste Abgasstrom AG1 der im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder 442 über eine erste Bypassleitung 13.4 direkt auf die Niederdruck- Abgasstrecke 13.3 geleitet und somit vorteilhaft ein geringer Abgasgegendruck für die im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder 442 erreicht. Von der Niederdruck- Abgasstrecke 13.3 wird der erste Abgasstrom AG1 direkt auf die Niederdruck-Turbinen 174 der Niederdruckstufe 170 geleitet. Beide Niederdruckturbinen 174 sind jeweils über eine Niederdruck-Turbinenwelle 176 zur Übertragung einer Drehbewegung jeweils mit dem Niederdruck- Verdichter 172 verbunden.
Weiterhin ist das zweite Bypass-Trennmittel 194 geschlossen und das zweite Sperr-Trennmittel 198 geöffnet, wodurch der aus den Zylindern 444 der zweiten Zylinderbank B2 stammende zweite Abgasstrom AG2 über die Hochdruck- Abgasstrecke 13.2 auf die Hochdruckturbine 164 der Hochdruckstufe 160 geleitet wird. Hierdurch wird erreicht, dass der zweite Abgasstrom AG2, welcher aufgrund des Viertakt-Betriebs der Zylinder 444 einen höheren Abgasdruck als der erste Abgasstrom AG1 aufweist, für die Beaufschlagung der Hochdruckturbine 164 genutzt wird. Die durch den Abgasstrom AG2 in eine Drehbewegung versetzte Hochdruckturbine 164 treibt über eine Hochdruck-Turbinenwelle 166 den Hochdruck- Verdichter 162 an. Hierbei ist das erste Sperr-Trennmittel 196 geschlossen und das zweite Sperr-Trennmittel 198 geöffnet.
Gleichwohl ist genauso in einem zweiten Haupt-Betriebsmodus eine umgekehrte Zuordnung der ersten Anzahl ZI an Zylindern und der zweiten Anzahl Z2 an Zylindern denkbar. Durch ein entsprechendes Schließen des ersten Bypass-Trennmittels 192 und ein Öffnen des zweiten Bypass-Trennmittel 194 kann somit der erste Abgasstrom AG1 der nunmehr im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylinder 442 auf die Hochdruckturbine 164 geleitet werden, und entsprechend der zweite Abgasstrom AG2 der nunmehr im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder 444 über eine zweite Bypassleitung 13.5 direkt auf die Niederdruck-Turbine 174 der Niederdruckstufe 170 geleitet werden. Hierzu ist entsprechend das erste Sperr-Trennmittel 196 geöffnet und das zweite Sperr-Trennmittel 198 geschlossen.
Mittels der Trennmittel 192, 194, 196, 198 kann somit gemäß dem Konzept der Erfindung die Zuordnung von im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylindern 444 und im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylindern 442 beliebig umgekehrt werden, insbesondere um eine gleichmäßige Belastung sämtlicher Zylinder und mit dem Zylinder verbundenen Motorkomponenten zu gewährleisten.
Durch die Trennung und insbesondere die getrennte Nutzung des ersten Abgasstroms AG1 und des zweiten Abgasstroms AG2 wird somit eine vorteilhafte, insbesondere den unterschiedlichen Abgasdrücken beider Abgasströme entsprechende, Nutzung bzw. Rückgewinnung der Abgasenergie erreicht. Alternativ wäre es auch denkbar, die Abgasströme AG1, AG2 zur Ermöglichung eines für einen Zweitakt-Betrieb ausreichenden Spülgefälles nicht auf eine Laderanordnung zu leiten, sondern über ein Wastegate oder dergleichen abzuleiten.
Nachfolgend sind die Schaltzustände der Trennmittel in den beiden oben beschriebenen Haupt- Betriebsmodi dargestellt:
Erster Haupt- Zweiter Haupt- Betriebsmodus Betriebsmodus
Erstes Bypass-Trennmittel 192 Offen Geschlossen Zweites Bypass-Trennmittel 194 Geschlossen Offen Erstes Sperr-Trennmittel 196 Geschlossen Offen Zweites Sperr-Trennmittel 198 Offen Geschlossen
Fig. 2A und Fig. 2B zeigen eine schematische Darstellung der Abfolge eines Zweitakt- Verbrennungsprozesses. In Fig. 2A ist ein Zylinder 420 dargestellt, in dem ein in Richtung der Zylinderachse des Zylinders 420 translatorisch beweglicher Kolben 424 angeordnet ist. Der Kolben 424 befindet sich in der Darstellung in der Nähe eines unteren Totpunkts UT. Nach dem Prinzip der Kopfumkehrspülung strömt Gas, insbesondere ein Zweitakt-Ladeluftstrom L2T, in den im Wesentlichen aus einer Zylinderwand 422 des Zylinders 420 sowie dem Kolben 424 gebildeten Brennraum 432. Die Ladeluft L2T wird hierzu durch mindestens ein Einlassventil 426E in den Brennraum 432 befördert.
Der Zweitakt-Ladeluftstrom L2T wird dazu vorher durch einen Verdichter 162, welcher hier nicht dargestellt ist, auf einen für den Zweitakt-Betrieb ausreichend hohen Druck verdichtet. Gleichzeitig wird mit dem Einströmen des Ladeluftstrom L2T im Brennraum 432 befindliches Abgas verdrängt. Dieses Abgas verlässt in Form eines Zweitakt-Abgasstromes A2T durch mindestens ein Auslassventil 426A, welches vorliegend an der oberen Seite des Zylinders 420 in der Nähe eines oberen Totpunkts OT angeordnet ist, den Brennraum 432.
Der in Fig. 2A dargestellte Vorgang beinhaltet also ein Laden des Brennraums 432 mit Ladeluft L2T und praktisch gleichzeitig ein Ausstoßen des Abgases A2T. In Fig. 2B befindet sich der Kolben 424 in der Nähe des oberen Totpunkts, d.h. dass der Brennraum 432 beinahe sein Minimal volumen erreicht hat. Dies bedeutet, dass die zuvor in den Brennraum 432 geströmte Ladeluft L2T durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 424 und somit die Verkleinerung des Brennraums 432 verdichtet worden ist. Das Einlassventil 426E und das Auslassventil 426A sind dabei geschlossen, um ein Austreten der Ladeluft L2T zu verhindern. Der dargestellte Zustand stellt praktisch das Ende des Verdichtungsvorgangs dar.
Durch eine Zündung ZUE des verdichteten Gases im Brennraum 432 wird der Kolben 426 anschließend in der auch als Arbeitsphase bezeichneten Phase von dem expandierenden Gas abwärts in Richtung eines unteren Totpunkts UT bewegt. Praktisch bei Erreichen des unteren Totpunkts UT durch den Kolben 424 beginnt der Zyklus durch den in Fig. 2A dargestellten Lade- bzw. Ausstoßvorgang erneut.
Fig. 3A bis Fig. 3D zeigen eine schematische Darstellung der Abfolge eines Viertakt- Verbrennungsprozesses. In Fig. 3A ist der Vorgang des Ladens in einem Zylinder 420 dargestellt. Durch die Position eines Kolbens 424 nahe des unteren Totpunkts UT weist der Brennraum 432 praktisch sein größtmögliches Volumen auf. Ein Viertakt-Ladeluftstrom L4T strömt, insbesondere durch vorherige Druckbeaufschlagung durch einen hier nicht näher dargestellten Verdichter 162 und/oder durch einen durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 424 erzeugten Unterdruck, durch das geöffnete Einlassventil 426E in den Brennraum 432. Im Gegensatz zu dem im Fig. 2A dargestellten Zweitakt-Betrieb ist vorliegend das Auslassventil 426 A geschlossen.
In Fig. 3B befindet sich der Kolben 424 nahe des oberen Totpunkts OT. Das Einlassventil 426E und das Auslassventil 426A sind geschlossen; das im vorherigen, in Fig. 3A dargestellten, Schritt eingeströmte Gas ist zu dem vorliegend dargestellten Zeitpunkt also bereits verdichtet. Der in Fig. 3B dargestellte Zustand stellt praktisch das Ende des Verdichtens dar. Es erfolgt eine Zündung ZUE. In Fig. 3C befindet sich der Kolben 424 wieder am unteren Totpunkt UT. Diesem Zustand ist eine Expansion durch die Zündung ZUE des verdichteten Gases vorangegangen, welche wiederum im Anschluss an den in Fig. 3B dargestellten Endzustand des Verdichtens erfolgt ist. Der in Fig. 3C dargestellte Zustand stellt somit praktisch das Ende des Arbeitens bzw. der Arbeitsphase dar, in welcher insbesondere eine Antriebsbewegung eines Motors 1200 erzeugt wird.
In Fig. 3D erfolgt schließlich das Ausstoßen eines Abgases, welches bei der vorangegangenen Expansion bzw. Zündung entstanden ist. Hierzu wird das Auslassventil 426A geöffnet, so dass bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 424 bzw. bei einer Verkleinerung des Brennraums 432 das Abgas den Brennraum 432 in Form eines Viertakt- Abgasstromes A4T verlässt.
Fig. 4 zeigt eine Brennkraftmaschine 1000 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Der Motor 1200 ist ebenfalls als 12-Zylinder Motor ausgeführt. Der hier dargestellte Motor 1200 ist, insbesondere im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, einstufig aufgeladen, und zwar über eine Verdichterstufe 170'. Hierbei sind die Zylinder AI bis A6 auf eine ersten Zylinderbank Bl angeordnet und die Zylinder Bl bis B6 auf einer zweiten Zylinderbank B2. Vorliegend bilden die Zylinder AI, A3, A5, Bl, B3, B5 eine erste Anzahl Ζ von Zylindern. Weiterhin bilden die Zylinder A A2, A4, A6, B2, B4, B6 eine zweite Anzahl Z2' von Zylindern.
Gemäß der Aufteilung in eine erste Anzahl ΖΓ an Zylindern und eine zweite Anzahl Z2' an Zylindern ist sowohl die erste Gasausführung 3 der ersten Zylinderbank Bl als auch die zweite Gasausführung 4 der zweiten Zylinderbank B2 jeweils aufgeteilt. Hierbei sind die Zylinder der ersten Anzahl Ζ , die auf der ersten Zylinderbank Bl angeordnet sind, nämlich die Zylinder AI, A3 und A5, über einen ersten Ausführungszweig 3.1 der ersten Gasausführung 3 gasführend mit einem ersten Turbinen-Trennmittel 490.1 verbunden.
Weiterhin ist der erste Ausführungszweig 3.1 der ersten Gasausführung 3 über ein erstes Bypass- Trennmittel 492.1 gasführend direkt mit einer Abgasstrecke 413 verbindbar.
Weiterhin sind die Zylinder der ersten Anzahl ΖΓ, die auf der zweiten Zylinderbank B2 angeordnet sind, nämlich die Zylinder Bl, B3 und B5 über einen ersten Ausführungszweig 4.1 der zweiten Gasausführung 4 gasführend mit dem ersten Turbinen-Trennmittel 490.1 verbunden.
Auch der erste Ausführungszweig 4.1 der zweiten Gasausführung 4 ist über das erste Bypass- Trennmittel 492.1 gasführend direkt mit der Abgasstrecke 413 verbindbar. Durch ein Schließen des ersten Bypass-Trennmittels 492.1 und ein Öffnen des ersten Turbinen- Trennmittels 494.1 kann somit der aus den Zylindern AI, A3, A5, Bl, B3 und B5 der ersten Anzahl Ζ stammende Abgasstrom AG1 auf eine der beiden Turbinen 174' geleitet werden. Die Turbinen 174' werden dadurch in Bewegung versetzt und können, jeweils über eine Turbinenwelle 176', einen Verdichter 172' zwecks Verdichtung eines Ladeluftstroms L, antreiben. Der Ladeluftstrom L wird wiederum über einen Ladeluftkühler 480 den Zylindern AI bis A6 sowie Bl bis B6 zugeführt.
Durch ein Öffnen des ersten Bypass-Trennmittels 492.1 und ein Schließen des ersten Turbinen- Trennmittels 494.1 kann wiederum der aus den Zylindern AI, A3, A5, Bl, B3 und B5 der ersten Anzahl Ζ stammende Abgasstrom AG1 direkt auf die Abgasstrecke 413 geleitet werden. Dies ist insbesondere für einen Zweitakt-Betrieb förderlich, da durch das Umgehen der Verdichterstufe 170' ein wesentlich niedrigerer Abgasgegendruck erzeugt wird. Die Zylinder der zweiten Anzahl Z2', die auf der ersten Zylinderbank Bl angeordnet sind, nämlich die Zylinder A2, A4 und A6, sind über einen zweiten Ausführungszweig 3.2 der ersten Gasausführung 3 gasführend mit einem zweiten Turbinen-Trennmittel 490.2 verbunden. Weiterhin ist der zweite Ausführungszweig 3.2 der ersten Gasausführung 3 über ein zweites Bypass-Trennmittel 492.2 gasführend direkt mit der Abgasstrecke 413 verbindbar.
Analog zur ersten Zylinderbank Bl sind die Zylinder der zweiten Anzahl Z2', die auf der zweiten Zylinderbank B2 angeordnet sind, nämlich die Zylinder B2, B4 und B6 über einen zweiten Ausführungszweig 4.2 der zweiten Gasausführung 4 gasführend mit dem zweiten Turbinen- Trennmittel 490.2 verbunden. Weiterhin ist der zweite Ausführungszweig 4.2 der zweiten Gasausführung 4 ebenfalls über das zweite Bypass-Trennmittel 492.2 gasführend direkt mit der Abgasstrecke 413 verbindbar.
Durch ein Schließen des zweiten Bypass-Trennmittels 492.2 und ein Öffnen des zweiten Turbinen-Trennmittels 490.2 kann somit der aus den Zylindern A2, A4, A6, B2, B4 und B6 der zweiten Anzahl Z2' stammende Abgasstrom AG2 auf eine der beiden Turbinen 174' geleitet werden. Die Turbinen 174' werden dadurch in Bewegung versetzt und können, jeweils über eine Turbinenwelle 176', einen Verdichter 172' zwecks Verdichtung eines Ladeluftstroms L, antreiben. Der Ladeluftstrom L wird wiederum über einen Ladeluftkühler 480 den Zylindern AI bis A6 sowie Bl bis B6 zugeführt. Durch ein Öffnen des zweiten Bypass-Trennmittels 492.2 und ein Schließen des zweiten Turbinen-Trennmittel 494.2 kann wiederum der aus den Zylindern A2, A4, A6, B2, B4 und B6 zweiten Anzahl Z2' stammende Abgasstrom AG2 direkt auf die Abgasstrecke 413 geleitet werden. Dies ist insbesondere für einen Zweitakt-Betrieb förderlich, da durch das Umgehen der Verdichterstufe 170' ein wesentlich niedrigerer Abgasgegendruck erzeugt wird.
Somit ist es beispielsweise vorteilhaft möglich, die Zylinder der ersten Anzahl ΖΓ im Viertakt- Betrieb, und die Zylinder der zweiten Anzahl Z2' gleichzeitig im Zweitakt-Betrieb zu betreiben. Hierzu ist das erste Turbinen-Trennmittel 490.1 sowie das zweite Bypass-Trennmittel 492.2 geöffnet, und dass zweite Turbinen Trennmittel 490.2 sowie das erste Bypass-Trennmittel 492.1 geschlossen.
Umgekehrt ist es vorliegend genauso möglich, die Zylinder der ersten Anzahl Ζ im Zweitakt- Betrieb, und die Zylinder der zweiten Anzahl Z2 im Viertakt-Betrieb zu betreiben. Hierzu ist das erste Turbinen-Trennmittel 490.1 sowie das zweite Bypass-Trennmittel 492.2 geschlossen, und dass zweite Turbinen Trennmittel 490.2 sowie das erste Bypass-Trennmittel 492.1 geöffnet.
Weiterhin ist schematisch eine Einrichtung 900 zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1000 dargestellt, welche vorliegend ein Regel- und Prozessormittel 910 aufweist. Dieses Regel- und Prozessormittel 910 ist, wie vorliegend durch gestrichelte Linien dargestellt, signalführend mit den Trennmitteln 490.1, 490.2, 492.1 und 492.2 verbunden. Auf diese Weise kann das Konzept der Erfindung beispielsweise im Sinne eines bei dieser bevorzugten Ausführungsform dargestellten automatischen Systems bzw. Regelkreises umgesetzt werden. Insbesondere können die Trennmittel 490.1, 490.2, 492.1 und 492.2 entsprechend des Verfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung gestellt, das heißt geöffnet oder geschlossen werden. Weiterhin steht das Regel- und Prozessormittel 910 signalführend mit einer hier nicht dargestellten, insbesondere übergeordneten, Steuerung der Brennkraftmaschine 1000 in Verbindung. Es kann zusätzlich oder alternativ auch Teil dieser sein, um das Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung, insbesondere das Umschalten der Zylinder vom Zweitakt-Betrieb in den Viertakt-Betrieb beziehungsweise vom Viertakt-Betrieb in den Zweitakt-Betrieb, umzusetzen.
In der vorliegenden Ausührungsform ist die gezeigte Zuordnung von Zylindern zu einer ersten Anzahl Ζ und einer zweiten Anzahl Z2' praktisch abwechselnd nebeneinander und auf beide Zylinderbänke Bl, B2 verteilt. Gleichwohl ist es natürlich denkbar, eine andere Gruppierung, wie z. B. die in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform oder eine weitere, zu wählen.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Gaszuführung
2 Gasabführung
3 Erste Gasausführung, Gasausführung der ersten Zylinderbank
3.1 Erster Ausführungszweig der Gasausführung der ersten Zylinderbank
3.2 Zweiter Ausführungszweig der Gasausführung der ersten Zylinderbank
4 Zweite Gasausführung, Gasausführung der zweiten Zylinderbank
4.1 Erster Ausführungszweig der Gasausführung der zweiten Zylinderbank
4.2 Zweiter Ausführungszweig der Gasausführung der zweiten Zylinderbank
10 Gasführungssystem
1 1 Frischluftstrecke
1 1.1 Rohluftstrecke
11.2 gemeinsame Ladeluftstrecke
11.3 Hochdruck-Ladeluftstrecke
1 1.4 Zylinder-Ladeluftstrecke
13 Abgasleitung
13.1 Niederdruck- Abgasstrecke
13.2 Hochdruck- Abgasstrecke
13.3 Zwischen- Abgasstrecke
13.4 Erste Bypass-Strecke
13.5 Zweite Bypass-Strecke
100 Laderanordnung
160 Hochdruckstufe der Laderanordnung
162 Hochdruck- Verdichter
164 Hochdruck-Turbine
166 Hochdruck-Turbinenwelle
170 Niederdruckstufe der Laderanordnung
170' Verdichterstufe
172 Niederdruck- Verdichter
172' Verdichter
174 Niederdruck-Turbine
174' Turbine 176 Niederdruck-Turbinenwelle
176' Turbinenwelle
178 Zwischenkühler
180 Luftfilter
190 Zuleitungs-Trennmittel
192 Erstes Bypass-Trennmittel
194 Zweites Bypass-Trennmittel
196 1. Sperr-Trennmittel
198 2. Sperr-Trennmittel
13 Abgasstrecke
20 Zylinder
22 Zylinderwand
24 Kolben
26 Ventil
26A Auslassventil
26E Einlassventil 32 Brennraum 42 Zylinder der ersten Anzahl an Zylindern
44 Zylinder der zweiten Anzahl an Zylindern
70 Abgasanlage, Auspuff
80 Ladeluftkühler
90.1 Erstes Turbinen-Trennmittel
90.2 Zweites Turbinen-Trennmittel
92.1 Erstes Bypass-Trennmittel
92.2 Zweites Bypass-Trennmittel
900 Einrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
910 Regel- und Prozessormittel
1000 Brennkraftmaschine
1200 Motor
G Abgasstrom AG1 Erster Abgasstrom , Abgasstrom der ersten Anzahl an Zylindern
AG2 Zweiter Abgasstrom , Abgasstrom der zweiten Anzahl an Zylindern
A2T Zylinder- Abgasstrom im 2-Takt-Betrieb
A4T Zylinder- Abgasstrom im 4-Takt-Betrieb
Bl Erste Zylinderbank
B2 Zweite Zylinderbank
L Ladeluftstrom
L2T Zylinder-Ladeluftstrom im 2-Takt-Betrieb
L4T Zylinder-Ladeluftstrom im 4-Takt-Betrieb
OT Oberer Totpunkt
UT Unterer Totpunkt
ZI, ZI ' Erste Anzahl von Zylindern, erster Zylinder
Z2, ZT Zweite Anzahl von Zylindern, zweiter Zylinder
ZUE Zündung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1000) mit einem Motor (1200) mit einer ersten Anzahl von Zylindern (ZI) und einer zweiten Anzahl von Zylindern (Z2) und einer
Laderanordnung (100), wobei ein dem Motor (1200) zugeführter Ladeluftstrom (L) mittels mindestens eines Verdichters (162, 172) verdichtet und mindestens eine Turbine (164, 174) mit einem aus dem Motor (1200) ausgeleiteten Abgasstrom (AG, AG1, AG2) beaufschlagt wird, wobei das Verfahren weiter den Schritt aufweist: in einem Haupt-Betriebsmodus Betreiben der ersten Anzahl von Zylindern (ZI) im Zweitakt-Betrieb und der zweiten Anzahl von Zylindern (Z2) im Viertakt-Betrieb, wobei für die im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder ein Spülgefälle größer ist als für die im Viertakt- Betrieb betriebenen Zylinder.
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter aufweisend die Schritte:
in einem Viertakt-Betriebsmodus Betreiben der ersten Anzahl von Zylindern (ZI) und der zweiten Anzahl von Zylindern (Z2) im Viertakt-Betrieb, und/oder - in einem Zweitakt-Betriebsmodus Betreiben der ersten Anzahl von Zylindern (ZI) und der zweiten Anzahl von Zylindern (Z2) im Zweitakt-Betrieb.
3. Verfahren nach Anspruch 2, weiter aufweisend den Schritt: - Umschalten des Motors (1200) von einem Viertakt-Betrieb des Viertakt-Betriebsmodus in einen Zweitakt-Betrieb des Zweitakt-Betriebsmodus.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, weiter aufweisend den Schritt: - Umschalten des Motors (1200) von einem Zweitakt-Betrieb des Zweitakt-Betriebsmodus in einen Viertakt-Betrieb des Viertakt-Betriebsmodus.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Haupt- Betriebsmodus die erste Anzahl von Zylindern (ZI) oder der wenigstens eine erste Zylinder (ZI) oder die zweite Anzahl von Zylindern (Z2) oder der wenigstens eine zweite Zylinder (Z2) vom Viertakt-Betrieb in den Zweitakt-Betrieb umgeschaltet wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Haupt- Betriebsmodus die erste Anzahl von Zylindern (ZI) oder der wenigstens eine Zylinder (ZI) oder die zweite Anzahl von Zylindern (Z2) oder der wenigstens eine Zylinder (Z2) vom Zweitakt- Betrieb in den Viertakt-Betrieb umgeschaltet wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betreiben der Brennkraftmaschine (1000) oder einer Anzahl von Zylindern (ZI, Z2) im Zweitakt-Betrieb ein oder mehrere Zylinder (420) durch eine Kopfumkehrspülung gespült werden.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl an Zylindern (ZI) in einer ersten Zylinderbank (Bl) und die zweite Anzahl an Zylindern (Z2) in einer zweiten Zylinderbank (B2) angeordnet sind.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zylinder (442) der ersten Anzahl an Zylindern (ZI) und Zylinder (444) der zweiten Anzahl an Zylindern (Z2) jeweils abwechselnd nebeneinander angeordnet sind.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abgasstrom (AG1) der ersten Anzahl an Zylindern (ZI) direkt, insbesondere vorbei an einer
Hochdruckstufe (160) der Laderanordnung (100), auf eine Niederdruckstufe (170) der Laderanordnung (100) geleitet wird.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Abgasstrom (AG2) der zweiten Anzahl an Zylindern (Z2) auf eine Hochdruckstufe (160) der
Laderanordnung (100) und anschließend auf eine Niederdruckstufe (170) der Laderanordnung (100) geleitet wird.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abgasstrom (AG1) der ersten Anzahl an Zylindern direkt, insbesondere vorbei an der Laderanordnung (100), zu einer Abgasanlage (470), insbesondere einem Auspuff, einem Wastegate oder dergleichen geleitet wird.
13. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1000), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1000) in aufeinanderfolgenden Betriebsphasen (Bl, B2) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 betrieben wird, wobei die Zuordnung einer Gesamtmenge von Zylindern (420, 442, 444) zur ersten Anzahl an Zylindern (ZI) und zur zweiten Anzahl an Zylindern (Z2) jeweils für eine Betriebsphase (B2) umgekehrt zu der Zuordnung einer jeweils vorangegangenen Betriebsphase (Bl) ist.
14. Einrichtung (900), zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1000) mit einem Motor (1200) mit einer ersten Anzahl von Zylindern (ZI) und einer zweiten Anzahl von Zylindern (Z2) und einer Laderanordnung (100), wobei ein dem Motor (1200) zugeführter Ladeluftstrom (L) mittels mindestens eines Verdichters (162, 172) verdichtet und mindestens eine Turbine (164, 174) mit einem aus dem Motor (1200) ausgeleiteten Abgasstrom (AG, AG1, AG2) beaufschlagt werden kann, ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine (1000), gekennzeichnet durch Regel- und Prozessormittel (910): zum Betreiben der Brennkraftmaschine (1000) in einem Haupt-Betriebsmodus, wobei die erste Anzahl von Zylindern (ZI) im Zweitakt-Betrieb und die zweite Anzahl von Zylindern (Z2) im Viertakt-Betrieb betrieben wird, wobei für die im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder ein Spülgefälle größer ist als für die im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylinder.
15. Brennkraftmaschine (1000),
- aufweisend einen Motor (1200), eine erste Anzahl an Zylindern (ZI), eine zweite Anzahl an Zylindern (Z2), eine Laderanordnung (100) mit mindestens einer Niederdruckstufe (170), wobei ein dem Motor (1200) zugeführter Ladeluftstrom (L) mittels mindenstens eines Verdichters (162, 172) verdichtet und mindestens eine Turbine (164, 174) mit einem aus dem Motor (1200) ausgeleiteten Abgasstrom (AG, AG1, AG2) beaufschlagt werden kann, und mit einer Einrichtung (900), zum Betreiben der Brennkraftmaschine (1000) nach Anspruch
14,
gekennzeichnet durch Regel- und Prozessormittel (910): zum Betreiben der Brennkraftmaschine (1000) in einem Haupt-Betriebsmodus, wobei die erste Anzahl von Zylindern (ZI) im Zweitakt-Betrieb und die zweite Anzahl von Zylindern (Z2) im Viertakt-Betrieb betrieben wird, wobei
für die im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder ein Spülgefälle größer ist als für die im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylinder.
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