DE102006042464A1

DE102006042464A1 - Verbrennungsmotor mit Abgasturboladeranordnung und Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und Abgasturboladeranordnung

Info

Publication number: DE102006042464A1
Application number: DE102006042464A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Schramm; Markus Sonner; Klaus Vehreschild
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-09-09
Filing date: 2006-09-09
Publication date: 2008-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit Abgasturboladeranordnung. Es ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor (1) zwei Zylinderbänke (7, 8) mit jeweils zwei Zylindergruppen (9, 10, 17, 18) aufweist und jede Zylindergruppe (9, 10, 17, 18) mindestens einen Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8) besitzt, wobei die Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8) jeder Zylindergruppe (9, 10, 17, 18) an jeweils eine Abgasleitung (11, 14, 19, 22) angeschlossen sind und die Abgasturboladeranordnung (2) zwei Abgasturbolader (3, 4) aufweist, wobei jeder Abgasturbolader (3, 4) eine einflutige oder zweiflutige Abgasturbine (5, 6; 5', 6') aufweist und wobei der eine Abgasturbolader (3) mit einer Zylindergruppe (9) der einen Zylinderbank (7) und mit einer Zylindergruppe (17) der anderen Zylinderbank (8) und der andere Abgasturbolader (4) mit einer anderen Zylindergruppe (10) der einen Zylinderbank (7) und einer anderen Zylindergruppe (18) der anderen Zylinderbank (8) verbunden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit Abgasturboladeranordnung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit Abgasturboladeranordnung.
Derartige Verbrennungsmotoren mit einer Abgasturboladeranordnung sind bekannt. Der Abgasturbolader einer solchen Abgasturboladeranordnung besteht aus einem Verdichter und einer Abgasturbine. Der Abgasturbolader ist durch einen Luftmassenstrom und einen Abgasmassenstrom strömungstechnisch mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Die Abgasturbine nutzt dabei die kinetische Energie des Abgases zum Antrieb des Verdichters. Der Verdichter saugt Frischluft an und baut einen Ladedruck auf. Die Drehzahl des Verdichters hängt bei einem Abgasturbolader nicht von der Drehzahl des Verbrennungsmotors ab, sondern von einem Leistungsgleichgewicht zwischen der vom Abgasmassenstrom angetriebenen Abgasturbine und dem Verdichter des Abgasturboladers. Ein derartiger Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader wird zum Beispiel bei Personenkraftwagen verwendet. Da bei diesen Personenkraftwagen ein großer Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors genutzt wird, ist eine Regelung der Abgasturboaufladung erforderlich, um einen möglichst konstanten Ladedruck in einem weiten Motordrehzahlbereich zu erzielen. Mit einer konventionellen Abgasturboaufladung kann ein hoher mittlerer Ladedruck erreicht werden. Ein derart hoher mittlerer Ladedruck kann zum Beispiel im niedrigen Drehzahlbereich mit begrenzter Leistung mit einem kleinen Abgasturbolader oder im höheren Drehzahlbereich mit einem größeren Abgasturbolader erreicht werden. Bei einem einflutigen Abgasturbolader oder einer gemeinsamen Abgasleitung aller Zylinder des Verbrennungsmotors liegt jedoch keine Ladungswechsel- und keine Zündfolgentrennung vor, sodass sich Nachteile beim Brennverfahren und bei der Effizienz der Aufladung ergeben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Verbrennungsmotor mit Abgasturboladereinrichtung anzugeben, bei dem ein möglichst hoher mittlerer Ladedruck erreicht wird und eine Ladungswechsel- und Zündfolgentrennung vorliegt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor zwei Zylinderbänke mit jeweils zwei Zylindergruppen aufweist und jede Zylindergruppe mindestens einen Zylinder besitzt, wobei die Zylinder jeder Zylindergruppe an jeweils eine Abgaslei tung angeschlossen sind und die Abgasturboladeranordnung zwei Abgasturbolader aufweist, wobei jeder Abgasturbolader eine einflutige oder zweiflutige Abgasturbine besitzt und wobei der eine Abgasturbolader mit einer Zylindergruppe der einen Zylinderbank und mit einer Zylindergruppe der anderen Zylinderbank und der andere Abgasturbolader mit einer anderen Zylindergruppe der einen Zylinderbank und einer anderen Zylindergruppe der anderen Zylinderbank verbunden ist. Mit einer derartigen Anordnung kann bei einer geeignet gewählten Zündfolge in jedem Betriebspunkt eine Ladungswechsel- und Zündfolgentrennung vorgenommen werden. Dadurch wird das Abgas des Verbrennungsmotors zu einer möglichst hohen Aufladung genutzt. Die Zylinder sind dabei so zu Zylindergruppen gruppiert und mit den Abgasturboladern verschaltet, dass die Abgasausstöße bei entsprechender Zündfolge abwechselnd in den einen Abgasturbolader und den anderen Abgasturbolader der Abgasturboladeranordnung eingeleitet werden. Dadurch ergibt sich eine Verdoppelung der Zeitdifferenz zwischen zwei Abgasausstößen für jede einzelne Abgasturbine der beiden Abgasturbolader. Die Steuerzeiten des Ladungswechsels werden so gewählt, dass sich eine Ladungswechseldauer kleiner als der zeitliche Abstand der Zündungen (Zündabstand) ergibt. Ein Einpressen von Abgas eines Zylinders über Abgasleitungen in einen Brennraum eines anderen Zylinders wird vermieden, wobei das Abgas auch effektiver zur Aufladung genutzt wird. Durch die Verwendung von zwei Abgasturboladern und der erfindungsgemäßen strömungstechnischen Verschaltung der Abgasleitungen kann bei entsprechender Dimensionierung der Abgasturbolader das Drehmoment der Verdichter der Abgasturbolader bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors verbessert werden. Gleichzeitig wird auf einen hohen Massendurchsatz an Abgas nicht verzichtet. Die strömungstechnische Verschaltung der Abgasleitungen ist dabei so gewählt, dass ein Ladungswechsel- und eine Zündfolgentrennung insbesondere bei komfortoptimierten Zündreihenfolgen (Zündfolgen) vorliegen. Der Ladungswechsel des Verbrennungsmotors ist insbesondere ventilgesteuert.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass jeder Abgasturbolader eine einflutige Abgasturbine mit einem jeweiligen Fluteingang aufweist, mit dem sie mit den zugehörigen Zylindergruppen verbunden ist.
Alternativ ist in einer anderen Ausführungsform vorgesehen, dass jeder Abgasturbolader eine zweiflutige Abgasturbine mit jeweils einem ersten und einem zweiten Fluteingang aufweist, wobei der jeweils erste Fluteingang der beiden Abgasturbinen mit einer Zylindergruppe der anderen Zylinderbank und der jeweils zweite Fluteingang mit einer Zylindergruppe der einen Zylinderbank verbunden ist. Bei der Verwendung von zwei zweiflutigen Abgasturboladern, die entsprechend mit den Zylindern der Zylindergruppen ver schaltet sind, ist jede Zylindergruppe mit einem separaten Fluteingang verbunden. Dadurch ergibt sich eine besonders effektive Ladungswechseltrennung.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die eine Zylindergruppe der einen Zylinderbank und die eine Zylindergruppe der anderen Zylinderbank in der Lage ihrer jeweiligen Zylinder innerhalb der jeweiligen Zylinderbänke entsprechen und dass sich die andere Zylindergruppe der einen Zylinderbank und die andere Zylindergruppe der anderen Zylinderbank in der Lage ihrer Zylinder innerhalb der jeweiligen Zylinderbänke entsprechen. Diese Anordnungen sind einander in der Lage ihrer Zylinder innerhalb ihrer jeweiligen Zylinderbänke entsprechende Zylindergruppen und zugeordnete Abgasleitungen mit demselben Abgasturbolader verbunden. Die beiden Zylindergruppen der beiden Zylinderbänke sind somit symmetrisch aufgebaut und symmetrisch mit den Abgasturboladern verschaltet. Mit einer auf diese Verschaltung abgestimmten Zündfolge wird eine Ladungswechsel- und Zündfolgentrennung in jedem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors erreicht.
Alternativ ist vorgesehen, dass sich die eine Zylindergruppe der einen Zylinderbank und die andere Zylindergruppe der anderen Zylinderbank in der Lage ihrer jeweiligen Zylinder innerhalb der jeweiligen Zylinderbänke entsprechen und dass sich die andere Zylindergruppe der einen Zylinderbank und die eine Zylindergruppe der anderen Zylinderbank in der Lage ihrer Zylinder innerhalb der jeweiligen Zylinderbänke entsprechen. Damit sind auch bei dieser Ausführungsform die beiden Zylindergruppen beider Zylinderbänke symmetrisch angeordnet. Die sich in der Lage ihrer jeweiligen Zylinder entsprechenden Zylindergruppen der beiden Zylinderbänke sind jedoch mit unterschiedlichen Abgasturboladern verbunden. Auch bei dieser Verschaltung der Abgasleitungen ist eine Ladungswechsel- und Zündfolgentrennung bei entsprechender Zündfolge gegeben.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jede der Zylindergruppen eine gleiche Anzahl von Zylindern aufweist. Durch Zylindergruppen mit gleich vielen Zylindern lassen sich die Zylinder einfach und übersichtlich gruppieren. Weiterhin werden die Abgasleitungen gleichmäßig mit Abgas belastet.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Zylinder Ventile aufweisen, die durch Nocken einer Nockenwelle gesteuert werden, wobei die Nocken eine starre Nockenkontur oder eine variable Nockenkontur aufweisen. Eine Ansteuerung der Ventile über die Nocken bestimmt den Ladungswechsel und die Ladungswechseldauer. Eine starre Nockenkontur ist einfacher realisierbar. Eine Steuerung mit variablen Nockenkonturen ist aufwendiger, ermöglicht jedoch ein optimiertes Leistungsverhalten des Verbrennungsmotors bei höheren Motordrehzahlen. Bei Verwendung von starren Nockenkonturen der Nocken zur Ventilsteuerung mit einer Ladungswechseldauer kleiner als 180° (bezogen auf die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle) kann bei dieser Verschaltung der Zylindergruppen mit den Abgasturbinen eine gegenseitige Beeinflussung der Abgasausstöße bei einem Zündabstand von 180° verhindert werden. Alternativ kann die Anordnung mit zwei einflutigen Abgasturboladern auch mit variablen Nockenkonturen verwendet werden, um eine Ladungswechsel- und Zündfolgentrennung zu erreichen.
Weiterhin sind vier Zylinder pro Zylinderbank vorgesehen. Dabei sind die Zylinderbänke insbesondere Zylinderbänke eines V-förmigen Motors (V8-Motor). Derartige Motoren sind zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, bekannt. Auch bei einem Verbrennungsmotor mit zwei Zylinderbänken mit jeweils vier Zylindern pro Zylinderbank ergeben sich komfortoptimierte Zündreihenfolgen, die einen möglichst „runden" Lauf des Verbrennungsmotors ermöglichen. Die komfortoptimierten Zündreihenfolgen können durch entsprechende Gruppierung der Zylinder in Zylindergruppen und eine entsprechende Verschaltung der Zylinder mit den Abgasturbinen der beiden Abgasturboladern über die Abgasleitungen der Zylindergruppen eine Ladungswechsel- und Zündfolgentrennung erreicht werden. Dabei ergibt sich eine verbesserte Verbrennung und eine effektivere Aufladung. Auch bei der komfortoptimierten Zündreihenfolge finden die Zündungen zeitlich aufeinanderfolgend jeweils abwechselnd in einem Zylinder der einen und der anderen Zylindergruppe einer der Zylinderbänke statt. Die dabei entstehenden Abgasausstöße gehen abwechselnd in die Abgasturbinen des einen und des anderen Abgasturboladers. Es ergibt sich eine Verdopplung der Zeitdifferenz zwischen zwei Abgasausstößen für jede einzelne Abgasturbine, wodurch eine gegenseitige Beeinflussung der Abgasausstöße verhindert wird. Somit wird gleichzeitig die Verbrennung verbessert und die Effizienz des Abgasturboladers bei niedrigen Drehzahlen erhöht. Sind die Zylindergruppen bei einem Verbrennungsmotor mit vier Zylindern pro Zylinderbank insbesondere so angeordnet, dass die eine Zylindergruppe der einen Zylinderbank und die andere Zylindergruppe der anderen Zylinderbank die beiden äußeren Zylinder (der erste und der vierte der vier in einer Reihe angeordneten Zylinder einer Zylinderbank) aufweisen, so gibt es eine komfortoptimierte Zündfolge, bei der eine Ladungswechselund Zündfolgentrennung erfolgt und die wie folgt angegeben werden kann: Werden die Zylinder der beiden Zylinderbänke fortlaufend in der gleich Richtung durchnummeriert, wobei die Zylinder der einen Zylinderbank die Nummern 1 bis 4 erhalten und die Zylinder der anderen Zylinderbank die Nummern 5 bis 8, so ergibt sich eine komfortoptimierte Zündreihenfolge der Zylinder mit den Nummern 1-5-4-8-7-3-6-2. Dabei zündet jeweils abwechselnd einer der Zylinder der einen Zylindergruppe (der einen oder der anderen Zylinderbank) und der anderen Zylindergruppe (der einen oder anderen Zylinderbank). Bei einem V8-Motor ergibt sich ein Zündabstand (zeitlicher Abstand zwischen den Zündungen) von 180° bezogen auf die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der erste Fluteingang und/oder der zweite Fluteingang mindestens einer zweiflutigen Abgasturbine oder der Fluteingang mindestens einer einflutigen Abgasturbine jeweils mit einem im Querschnitt verstellbaren und/oder ein- oder ausschaltbaren Bypass verbunden ist, der zum Ausgang der jeweiligen Abgasturbine führt. Ein derartiger Bypass wird auch „Waste-Gate" genannt und ermöglicht eine abgasseitige Regelung des Abgasturboladers („Waste-Gate-Regelung"), bei der das Abgas oder ein Teil des Abgases des Verbrennungsmotors an der Abgasturbine vorbeigeführt wird. Bei Abgasturboladern mit zwei Fluteingängen der Abgasturbine sind vorzugsweise beide Fluteingänge mit dem Ausgang der jeweiligen Abgasturbine über den Bypass verbunden. Das zur „Waste-Gate-Regelung" erforderliche Regelelement kann als Ventil oder Klappe ausgeführt sein.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors der vorstehend genannten Art, mit einer Abgasturboladeranordnung. Es sind Zylinder vorgesehen, die in Zylindergruppen gruppiert sind, wobei jeder Zylindergruppe eine Abgasleitung zugeordnet ist, die die Zylinder der Zylindergruppe mit einem von zwei Abgasturboladern der Abgasturboladeranordnung verbindet und wobei ein Ladungswechsel der Zylinder derart gesteuert wird, dass in mindestens einem Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors eine Ladungswechseltrennung erfolgt. Bei entsprechender Verschaltung der Zylinder mit den Abgasturboladern über Abgasleitungen kann der Ladungswechsel derart gesteuert werden, dass für eine vorgegebene Zündfolge eine Ladungswechseltrennung erfolgt. Dabei wird durch die Steuerung des Ladungswechsels eine Ladungswechseldauer vorgegeben, die kleiner ist als der Zündabstand (der zeitliche Abstand zwischen zwei Zündungen) der Zylinder, die an einen gemeinsamen Fluteingang eines Abgasturboladers angeschlossen sind. Dazu sind die Zylinder der Zylindergruppen über die Abgasleitungen derart mit den Abgasturboladern der Abgasturboladeranordnung verbunden, dass sich bei entsprechender Zündfolge die Zeitdifferenz zwischen zwei Abgasausstößen von Zylindern, die an einen gemeinsamen Abgasturbolader angeschlossen sind, gegenüber dem zeitlichen Zündabstand von allen Zylindern verdoppelt. Durch diese Verdopplung der Zeitendifferenz wird ein Einschieben von Abgas eines Zylinders in einen anderen Zylinder verhindert. Der verwendete Verbrennungsmotor ist insbesondere ein Verbrennungsmotor mit zwei Zylin derbänken mit jeweils zwei Zylindergruppen, wobei jede Zylindergruppe mindestens einen Zylinder besitzt und der erste Fluteingang der Abgasturbine mit einer Zylindergruppe der einen Zylinderbank und mit einer Zylindergruppe der anderen Zylinderbank verbunden ist und der zweiter Fluteingang mit einer anderen Zylindergruppe der einen Zylinderbank und mit anderen Zylindergruppe der anderen Zylinderbank verbunden ist. Vorzugsweise ist der Verbrennungsmotor ein V8-Motor.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Zylinder Ventile aufweisen, die zur Steuerung des Ladungswechsels über Nocken einer Nockenwelle angesteuert werden, wobei die Nocken eine starre Nockenkontur oder eine variable Nockenkontur aufweisen. Die Steuerung des Ladungswechsels mittels Ventilen, die über Nocken einer Nockenwelle angesteuert werden, ist bekannt. Das Öffnen und Schließen der Ventile gibt dabei die Ladungswechseldauer vor. Bei einer Verwendung von starren Nockenkonturen und einer Ladungswechseldauer, die kleiner ist als der Zündabstand, kann eine gegenseitige Beeinflussung der Zylinder durch Abgasausstöße verhindert werden. Beispielsweise beträgt der Zündabstand bei einem V8-Motor 180° bezogen auf die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle.
Schließlich ist vorgesehen, dass die Nocken so angesteuert werden, dass die Leistung des Verbrennungsmotors in einem anderen Drehzahlbereich gesteigert wird. Dies ist zum Beispiel mit Nocken möglich, die eine variable Nockenkontur aufweisen. In dem einen Drehzahlbereich, der vorzugsweise unterhalb von 3000 U/min liegt, werden die Ventile derart angesteuert, dass sich eine Ladungswechseldauer (Eventlänge) ergibt, die kleiner ist als der zeitliche Abstand der Zündfolge (Zündabstand). In dem anderen Drehzahlbereich, der oberhalb des einen Drehzahlbereichs liegt, werden die Ventile so angesteuert, dass sich ein gesteigertes Leistungsverhalten des Verbrennungsmotors ergibt. Der Drehzahlbereich in dem eine Ladungswechseltrennung erfolgt ist dabei vorzugsweise eine Drehzahlbereich unterhalb von 3000 U/min und der andere Drehzahlbereich vorzugsweise oberhalb von 3000 U/min.
Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, und zwar zeigen:
1 eine Verschaltung von Abgasleitungen zwischen jeweils zwei Zylindergruppen zweier Zylinderbänke und einer Abgasturboladeranordnung mit zwei Abgasturboladern mit zweiflutigen Abgasturbinen und
2 eine Verschaltung von Abgasleitungen zwischen jeweils zwei Zylindergruppen zweier Zylinderbänke mit zwei Abgasturboladern einer Abgasturboladeranordnung mit einflutigen Abgasturbinen.
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung einen als V8-Motor ausgebildeten Verbrennungsmotor 1 mit einer Abgasturboladeranordnung 2 mit zwei Abgasturboladern 3, 4, von denen lediglich jeweils eine zweiflutige Abgasturbine 5', 6' dargestellt ist. Der Verbrennungsmotor weist zwei Zylinderbänke 7, 8 mit jeweils vier Zylindern Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8 auf. Die Zylinder Z1, Z2, Z3, Z4 der einen Zylinderbank 7 sind auf zwei Zylindergruppen 9, 10 verteilt. Die eine Zylindergruppe 9 der einen Zylinderbank 7 weist zwei Zylinder Z1, Z4 und die andere Zylindergruppe 10 der einen Zylinderbank 7 zwei Zylinder Z2, Z3 auf. Die Zylinder Z1, Z4 der einen Zylindergruppe 9 sind mit einer ersten Abgasleitung 11 verbunden. Diese weist zwei Einmündungen 12, 13 auf, die die Zylinder Z1, Z4 mit der ersten Abgasleitung 11 verbinden. Die Zylinder Z2, Z3 der anderen Zylindergruppe 10 sind mit einer zweiten Abgasleitung 14 verbunden. Dazu weist die zweite Abgasleitung 14 zwei Einmündungen 15, 16 auf, über die die zweite Abgasleitung 14 mit den Zylindern Z2, Z3 verbunden ist. Die andere Zylinderbank 8 weist ebenfalls zwei Zylindergruppen 17, 18 auf. Die Zylinder Z6, Z7 der einen Zylindergruppe 17 sind an eine gemeinsame, dritte Abgasleitung 19 angeschlossen. Die Abgasleitung 19 weist zwei Einmündungen 20, 21 auf, an die die Zylinder Z6, Z7 der einen Zylindergruppe 17 der anderen Zylinderbank 8 angeschlossen sind. Die anderen Zylinder Z5, Z8 der anderen Zylinderbank 8 sind der anderen Zylindergruppe 18 der anderen Zylinderbank 8 zugeordnet. Diese Zylinder Z5, Z8 sind an eine gemeinsame vierte Abgasleitung 22 angeschlossen. Die vierte Abgasleitung 22 weist zwei Einmündungen 23, 24 auf, die an die Zylinder Z5, Z8 der anderen Zylindergruppe 18 angeschlossen sind. Die erste Abgasleitung 11 ist mit einem zweiten Fluteingang 27 der einen zweiflutigen Abgasturbine 5' verbunden. Die zweite Abgasleitung 14 ist an einem zweiten Fluteingang 28 der anderen zweiflutigen Abgasturbine 6' angeschlossen. Die dritte Abgasleitung 19 ist an einen ersten Fluteingang 25 der einen zweiflutigen Abgasturbine 5' und die vierte Abgasleitung 22 an einen ersten Fluteingang 26 der anderen zweiflutigen Abgasturbine 6' angeschlossen.
Strömungstechnisch parallel zu den Abgasturbinen 5', 6' der Abgasturbolader 3, 4 verläuft jeweils ein Bypass 29, 30. Der Bypass 29 verbindet den ersten und den zweiten Fluteingang 25, 27 der einen zweiflutigen Abgasturbine 5' mit einem Ausgang 31 der einen Abgasturbine 5'. Der Bypass 30 verbindet den ersten und zweiten Fluteingang 26, 28 der anderen zweiflutigen Abgasturbine 6' mit einem Ausgang 32 dieser anderen zweiflutigen Abgasturbine 6'. Jeder Bypass 29, 30 ist insbesondere mit einem Regelele ment versehen, mit dem der Massestrom durch den Bypass 29, 30 und damit durch die jeweilige Abgasturbine 5', 6' geregelt werden kann. Eine solche Regelung wird als „Waste-Gate-Regelung" bezeichnet. Das zur „Waste-Gate-Regelung" erforderliche Regelelement ist als nicht dargestelltes Ventil oder nicht dargestellte Klappe ausgeführt.
Die Verschaltung der Zylinder Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7, Z8 der beiden Zylinderbänke 7, 8 in der 2 entspricht im Wesentlichen der Verschaltung, die in 1 dargestellt ist, sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Im Gegensatz zu der Anordnung der 1 weisen die Abgasturbolader 3, 4 der in 2 dargestellten Anordnung jeweils eine einflutige Abgasturbine 5, 6 auf. Dadurch ergibt sich eine andere Verschaltung der Zylinder Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7, Z8 mit den Fluteingängen 33, 34 der beiden einflutigen Abgasturbinen 5, 6. Die erste Abgasleitung 11 und die dritte Abgasleitung 19 sind mit dem Fluteingang 33 der einen einflutigen Abgasturbine 5 verbunden und die zweite Abgasleitung 14 und die vierte Abgasleitung 22 sind an dem Fluteingang 34 der anderen einflutigen Abgasturbine 6 angeschlossen. Auch bei der Anordnung der 2 verläuft strömungstechnisch parallel zu den einflutigen Abgasturbinen 5, 6 jeweils ein Bypass 29, 30, der die Fluteingänge 33, 34 der Abgasturbinen 3, 4 mit den jeweiligen Ausgängen 31, 32 verbindet.
Es ergibt sich folgende Funktion des Verbrennungsmotors 1 mit Abgasturboladeranordnung 2: Durch die Verwendung einer komfortoptimierten Zündreihenfolge, bei der aufeinanderfolgend eine Zündung in dem ersten Zylinder Z1, dem fünften Zylinder Z5, dem vierten Zylinder Z4, dem achten Zylinder Z8, dem siebten Zylinder Z7, dem dritten Zylinder Z3, dem sechsten Zylinder Z6 und dem zweiten Zylinder Z2 erfolgt, wird ein „runder" Lauf des Verbrennungsmotors 1 gewährleistet. Die Zylinder Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8 sind dabei über die Abgasleitungen 11, 14, 19, 22 so mit den Fluteingängen 33, 34 der einflutigen Abgasturbinen 5, 6 beziehungsweise den Fluteingängen 25, 26, 27, 28 der zweiflutigen Abgasturbinen 5', 6' verbunden, dass bei der oben angegebenen Zündfolge die Zündungen zeitlich nacheinander abwechselnd jeweils so erfolgen, dass die dabei entstehenden Abgasausstöße abwechselnd in den einen Abgasturbolader 3 und den anderen Abgasturbolader 4 eingebracht werden. Dabei ergibt sich eine Verdopplung der Zeitdifferenz zwischen zwei Abgasausstößen für jede einzelne der Abgasturbinen 5, 6, 5', 6'. In jedem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 1 liegt daher bei einer Ladungswechseldauer kleiner 180° eine Ladungswechsel- und Zündfolgentrennung vor. Die Ladungswechseldauer wird für jeden Zylinder Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8 durch die Ansteuerung von nicht dargestellten Ventilen über die Nocken einer Nockenwelle bestimmt.
Bei Verwendung von zwei Abgasturboladern 3, 4 mit zweiflutigen Abgasturbinen 5', 6' (Anordnung der 1) können insbesondere starre Nockenkonturen der Nocken zur Ventilsteuerung verwendet werden, da jede der Abgasleitungen 11, 14, 19, 22 an einen „eigenen" Fluteingang 25, 26, 27, 28 angeschlossen ist. Dadurch kann durch eine geeignete Zündfolge gewährleistet werden, dass der zeitliche Zündabstand der beiden Zylinder Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8 jeder der Zylindergruppen 9, 10, 17, 18 immer hinreichend hoch ist (360°). Dabei kann die Ladungswechseldauer auch größer 180° sein (jedoch immer kleiner 360°). Auch bei Verwendung von starren Nockenkonturen in Kombination mit zwei Abgasturboladern 3, 4, die einflutige Abgasturbinen 5, 6 aufweisen (Anordnung der 2), kann bei einer Ladungswechseldauer (Eventlänge) kleiner 180° eine Beeinflussung eines Zylinders Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8 durch die Abgasausstöße eines anderen Zylinders Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8 verhindert werden. Bei Verwendung einer Anordnung der 2 werden vorwiegend (nicht dargestellte) Nocken mit variablen Nockenkonturen verwendet. In Kombination mit variablen Nockenkonturen können die Ventile so angesteuert werden, dass die Ladungswechseldauer in einem Drehzahlbereich – vorzugsweise unterhalb 3000 U/min – kleiner 180° eingestellt ist. In einem anderen Drehzahlbereich – vorzugsweise oberhalb 3000 U/min – können die Ventile mittels variabler Nocken derart angesteuert werden, dass eine höhere Leistung des Verbrennungsmotors erzielt wird.

1: Verbrennungsmotor
2: Abgasturboladeranordnung
3: ein Abgasturbolader
4: anderer Abgasturbolader
5: eine einflutige Abgasturbine
5': eine zweiflutige Abgasturbine
6: andere einflutige Abgasturbine
6': andere zweiflutige Abgasturbine
7: eine Zylinderbank
8: andere Zylinderbank
9: eine Zylindergruppe
10: andere Zylindergruppe
11: erste Abgasleitung
12: Einmündung
13: Einmündung
14: zweite Abgasleitung
15: Einmündung
16: Einmündung
17: eine Zylindergruppe
18: andere Zylindergruppe
19: dritte Abgasleitung
20: Einmündung
21: Einmündung
22: vierte Abgasleitung
23: Einmündung
24: Einmündung
25: erster Fluteingang
26: erster Fluteingang
27: zweiter Fluteingang
28: zweiter Fluteingang
29: Bypass
30: Bypass
31: Ausgang
32: Ausgang
33: Fluteingang
34: Fluteingang
Z1: Zylinder
Z2: Zylinder
Z3: Zylinder
Z4: Zylinder
Z5: Zylinder
Z6: Zylinder
Z7: Zylinder
Z8: Zylinder

Claims

Verbrennungsmotor (1) mit Abgasturboladeranordnung (2), wobei der Verbrennungsmotor (1) zwei Zylinderbänke (7, 8) mit jeweils zwei Zylindergruppen (9, 10, 17, 18) aufweist und jede Zylindergruppe (9, 10, 17, 18) mindestens einen Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8) besitzt, wobei die Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8) jeder Zylindergruppe (9, 10, 17, 18) an jeweils eine Abgasleitung (11, 14, 19, 22) angeschlossen sind und die Abgasturboladeranordnung (2) zwei Abgasturbolader (3, 4) aufweist, wobei jeder Abgasturbolader (3, 4) eine einflutige oder zweiflutige Abgasturbine (5, 6; 5', 6') aufweist, und wobei der eine Abgasturbolader (3) mit einer Zylindergruppe (9) der einen Zylinderbank (7) und mit einer Zylindergruppe (17) der anderen Zylinderbank (8) und der andere Abgasturbolader (4) mit einer anderen Zylindergruppe (10) der einen Zylinderbank (7) und einer anderen Zylindergruppe (18) der anderen Zylinderbank (8) verbunden ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abgasturbolader (3, 4) eine einflutige Abgasturbine (5, 6) und jede der einflutigen Abgasturbinen (5, 6) einen jeweiligen Fluteingang (33, 34) aufweist, der mit den zugehörigen Zylindergruppen (9, 10, 17, 18) verbunden ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abgasturbolader (3, 4) eine zweiflutige Abgasturbine (5', 6') mit jeweils einem ersten und einem zweiten Fluteingang (25, 26, 27, 28) aufweist, wobei der jeweils erste Fluteingang (25, 26) der beiden zweiflutigen Abgasturbinen (5', 6') mit einer Zylindergruppe (17, 18) der anderen Zylinderbank (8) und der jeweils zweite Fluteingang (27, 28) mit einer Zylindergruppe (9, 10) der einen Zylinderbank (7) verbunden ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Anspreche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die eine Zylindergruppe (9) der einen Zylinderbank (7) und die eine Zylindergruppe (17) der anderen Zylinderbank (8) in der Lage ihrer jeweiligen Zylinder (Z1, Z4; Z6, Z7) innerhalb der jeweiligen Zylinderbänke (7, 8) entsprechen und dass sich die andere Zylindergruppe (10) der einen Zylinderbank (7) und die andere Zylindergruppe (18) der anderen Zylinderbank (8) in der Lage ihrer Zylinder (Z2, Z3; Z5, Z8) innerhalb der jeweiligen Zylinderbänke (7, 8) entsprechen.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die eine Zylindergruppe (9) der einen Zylinderbank (7) und die andere Zylindergruppe (18) der anderen Zylinderbank (8) in der Lage ihrer jeweiligen Zylinder (Z1, Z4; Z5, Z8) innerhalb der jeweiligen Zylinderbank (7, 8) entsprechen und dass sich die andere Zylindergruppe (10) der einen Zylinderbank (7) und die eine Zylindergruppe (17) der anderen Zylinderbank (8) in der Lage ihrer Zylinder (Z2, Z3; Z6, Z7) innerhalb der jeweiligen Zylinderbank (7, 8) entsprechen.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Zylindergruppen (9, 10, 17, 18) eine gleiche Anzahl von Zylindern (Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8) aufweist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8) Ventile aufweisen, die durch Nocken einer Nockenwelle gesteuert werden, wobei die Nocken eine starre Nockenkontur oder eine variable Nockenkontur aufweisen.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vier Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4; Z5, Z6, Z7, Z8) pro Zylinderbank (7, 8) vorgesehen sind.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluteingang (25, 26) und/oder der zweite Fluteingang (27, 28) mindestens einer zweiflutigen Abgasturbine (5', 6') oder der Fluteingang (33, 34) mindestens einer einflutigen Abgasturbine (5, 6) jeweils mit einem im Querschnitt verstellbaren und/oder ein- oder ausschaltbaren Bypass (29, 30) verbunden ist, der zum Ausgang (31, 32) der jeweiligen Abgasturbine (5, 6, 5', 6') führt.
Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Abgasturboladeranordnung und mit in Zylindergruppen gruppierten Zylindern, wobei jeder Zylindergruppe eine Abgasleitung zugeordnet ist, die die Zylinder der Zylindergruppe mit einem von zwei Abgasturboladern der Abgasturboladeranordnung verbindet und wobei ein Ladungswechsel der Zylinder derart gesteuert wird, dass in mindestens einem Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors eine Ladungswechseltrennung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder Ventile aufweisen, die zur Steuerung des Ladungswechsels über Nocken einer Nockenwelle angesteuert werden, wobei die Nocken eine starre Nockenkontur oder eine variable Nockenkontur aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken so angesteuert werden, dass die Leistung des Verbrennungsmotors in einem anderen Drehzahlbereich gesteigert wird.