DE102013213452A1 - Supercharged internal combustion engine with multi-segmented turbine and method for operating such an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der – mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass diese mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, – die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, und – die mindestens zwei Gesamtabgasleitungen mit einer mehrflutigen segmentierten Turbine (1, 11), in der Art verbunden sind, dass jeweils eine Gesamtabgasleitung mit einer der mindestens zwei Fluten (8, 9) der Turbine (1, 11) verbunden ist, – jeweils zwei benachbarte Fluten (8, 9) zumindest abschnittsweise und in Fortsetzung der Gesamtabgasleitungen im Turbinengehäuse (2) mittels Gehäusewandung (5) voneinander getrennt sind, wobei die mindestens eine Gehäusewandung (5) laufradseitig ein freies zungenartiges Ende (5a) aufweist und unter Ausbildung eines Zungenabstandes beabstandet zu dem mindestens einen Laufrad (3) endet, wobei – ein beweglicher ringförmiger Träger (5b) vorgesehen ist, der mindestens ein zungenartiges Element (5c) aufweist und zwecks Variation des Zungenabstandes entlang der drehbaren Welle (4) translatorisch verschiebbar ist, wobei das mindestens eine zungenartige Element (5c) in einer ersten Arbeitsposition des Trägers (5b) das freie zungenartige Ende (5a) einer zwei benachbarte Fluten (8, 9) trennenden Gehäusewandung (5) unter Verkleinerung des Zungenabstandes verlängert und das mindestens eine zungenartige Element (5c) in einer Ruheposition des Trägers (5b) seitlich benachbart zu dem mindestens einen Laufrad (3) positioniert ist.The invention relates to a supercharged internal combustion engine having at least one cylinder head with at least two cylinders, in which - at least two cylinders are configured in such a way that they form at least two groups each having at least one cylinder, - the exhaust gas lines of the cylinder of each cylinder group to form an exhaust manifold in each case combine to form an overall exhaust gas line, and - the at least two total exhaust gas lines are connected to a multi-flow segmented turbine (1, 11) in such a way that in each case an overall exhaust gas line with one of the at least two flows (8, 9) of the turbine (1, 11 ), in each case two adjacent flows (8, 9) at least in sections and in continuation of the total exhaust gas lines in the turbine housing (2) by means of housing (5) are separated, wherein the at least one housing (5) impeller side a free tongue-like end (5a ) and to form a Tungenabsta nendes spaced to the at least one impeller (3) ends, - - a movable annular support (5b) is provided which has at least one tongue-like element (5c) and for the purpose of varying the tongue spacing along the rotatable shaft (4) is translationally displaceable, the at least one tongue-like element (5c) in a first working position of the support (5b) extends the free tongue-like end (5a) of a housing wall (5) separating two adjacent flows (8, 9) while reducing the tongue spacing and the at least one tongue-like element (5) 5c) in a rest position of the carrier (5b) is positioned laterally adjacent to the at least one impeller (3).
Description
Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der
- – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt,
- – mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass diese mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden,
- – die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, und
- – die mindestens zwei Gesamtabgasleitungen mit einer mehrflutigen segmentierten Turbine, die mindestens ein in einem Turbinengehäuse auf einer drehbaren Welle gelagertes Laufrad umfasst und deren mindestens zwei Fluten – in einem Schnitt senkrecht zur Welle des Laufrades – zumindest entlang eines bogenförmigen Abschnitts aufeinander liegend angeordnet sind und das mindestens eine Laufrad spiralförmig auf unterschiedlich großen Radien umschließen und jeweils entlang eines kreisbogenförmigen Segments zu dem mindestens einen Laufrad hin geöffnet sind, in der Art verbunden sind, dass jeweils eine Gesamtabgasleitung mit einer der mindestens zwei Fluten der Turbine verbunden ist, und
- – jeweils zwei benachbarte Fluten zumindest abschnittsweise und in Fortsetzung der Gesamtabgasleitungen im Turbinengehäuse mittels Gehäusewandung voneinander getrennt sind, wobei die mindestens eine – zwei benachbarte Fluten trennende – Gehäusewandung laufradseitig ein freies zungenartiges Ende aufweist und unter Ausbildung eines Zungenabstandes beabstandet zu dem mindestens einen Laufrad endet.
- Each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases out of the cylinder and an exhaust pipe connects to each outlet opening,
- At least two cylinders are configured in such a way that they form at least two groups each having at least one cylinder,
- - Combine the exhaust gas lines of the cylinder of each cylinder group to form an exhaust manifold to form an overall exhaust line, and
- - The at least two total exhaust pipes with a mehrflutigen segmented turbine, which comprises at least one mounted in a turbine housing on a rotatable shaft impeller and whose at least two floods - in a section perpendicular to the shaft of the impeller - are arranged one above the other at least along an arcuate portion and the at least one impeller helically enclose on different radii and are each open along an arcuate segment to the at least one impeller, are connected in such a way that each a total exhaust gas line is connected to one of the at least two floods of the turbine, and
- - Each two adjacent floods at least in sections and in continuation of the total exhaust pipes in the turbine housing by means of housing are separated from each other, wherein the at least one - two adjacent floods separating - housing wall impeller side has a free tongue-like end and spaced to form a tongue spacing at least one impeller ends.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine. Furthermore, the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine.
Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, und Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt. An internal combustion engine of the type mentioned is used as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes diesel engines and gasoline engines, but also hybrid internal combustion engines, which use a hybrid combustion process, and hybrid drives, which in addition to the internal combustion engine comprise an electric motor which can be electrically connected to the internal combustion engine, which receives power from the internal combustion engine or as switchable auxiliary drive additionally delivers power.
Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der Zylinder miteinander verbunden werden. Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme des Ventiltriebs. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane – in der Regel in Gestalt von Ventilen – und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung dieser Steuerorgane. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder und das Füllen der Brennräume, d. h. das Ansaugen des Frischgemisches bzw. der Ladeluft über die Einlassöffnungen. Internal combustion engines have a cylinder block and a cylinder head, which are connected to form the cylinder. The cylinder head is usually used to hold the valve train. In order to control the charge cycle, an internal combustion engine requires controls - usually in the form of valves - and actuators to operate these controls. The required for the movement of the valves valve actuating mechanism including the valves themselves is referred to as a valve train. As part of the charge exchange, the exhaust of the combustion gases via the outlet openings of the at least two cylinders and the filling of the combustion chambers, d. H. the intake of the fresh mixture or the charge air via the inlet openings.
Die Abgasleitungen, die sich an die Auslassöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert und werden zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung oder aber gruppenweise zu zwei oder mehreren Gesamtabgasleitungen zusammengeführt. Das Zusammenführen von Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung wird im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Abgaskrümmer bezeichnet. The exhaust pipes, which connect to the outlet openings, are at least partially integrated in the cylinder head according to the prior art and are combined to form a common overall exhaust gas line or in groups to two or more total exhaust gas lines. Merging exhaust pipes to an overall exhaust line is referred to generally and in the context of the present invention as an exhaust manifold.
Auf welche Weise die Abgasleitungen der Zylinder im Einzelfall zusammengeführt werden, d. h. die konstruktive Ausgestaltung des Abgasabführsystems, hängt im Wesentlichen davon ab, hinsichtlich welcher Kennfeldbereiche das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine optimiert werden soll. In what way the exhaust pipes of the cylinders are merged in an individual case, d. H. The structural design of the Abgasabführsystems, depends essentially on, with respect to which map areas the operating behavior of the internal combustion engine to be optimized.
Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, bei denen im Abgasabführsystem mindestens eine Turbine eines Abgasturboladers vorgesehen ist und die im unteren Drehzahl bzw. Lastbereich, d. h. bei kleineren Abgasmengen, ein zufriedenstellendes Betriebsverhalten aufweisen sollen, wird eine sogenannte Stoßaufladung angestrebt, d. h. bevorzugt. In supercharged internal combustion engines in which at least one turbine of an exhaust gas turbocharger is provided in the Abgasabführsystem and in the lower speed or load range, d. H. For smaller quantities of exhaust gas, to have a satisfactory performance, a so-called shock charging is sought, d. H. prefers.
Dabei sollen die – insbesondere während des Ladungswechsels – im Abgasabführsystem ablaufenden dynamischen Wellenvorgänge zum Zwecke der Aufladung und zur Verbesserung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine genutzt werden. The purpose is to use the dynamic wave processes which take place in the exhaust gas removal system, in particular during the charge exchange, for the purpose of charging and for improving the operating behavior of the internal combustion engine.
Die Evakuierung der Verbrennungsgase aus einem Zylinder der Brennkraftmaschine im Rahmen des Ladungswechsels beruht im Wesentlichen auf zwei unterschiedlichen Mechanismen. Wenn sich zu Beginn des Ladungswechsels das Auslassventil nahe des unteren Totpunktes öffnet, strömen die Verbrennungsgase aufgrund des gegen Ende der Verbrennung im Zylinder vorherrschenden hohen Druckniveaus und der damit verbundenen hohen Druckdifferenz zwischen Brennraum und Abgasleitung mit hoher Geschwindigkeit durch die Auslassöffnung in das Abgasabführsystem. Dieser druckgetriebene Strömungsvorgang wird durch eine hohe Druckspitze begleitet, die auch als Vorauslassstoß bezeichnet wird und sich entlang der Abgasleitung mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzt, wobei sich der Druck mit zunehmender Wegstrecke infolge Reibung mehr oder weniger stark abbaut, d. h. verringert. The evacuation of the combustion gases from a cylinder of the internal combustion engine in the context of the charge exchange is based essentially on two different mechanisms. When, at the beginning of the charge cycle, the exhaust valve opens near bottom dead center, the combustion gases flow at high speed through the exhaust port into the exhaust system due to the high pressure level prevailing in the cylinder at the end of the combustion and the associated high pressure difference between the combustion chamber and the exhaust pipe. This pressure-driven flow process is accompanied by a high pressure peak, which is also referred to as Vorlassstoß is and propagates along the exhaust pipe at the speed of sound, whereby the pressure degrades more or less with increasing distance due to friction, ie reduced.
Im weiteren Verlauf des Ladungswechsels gleichen sich die Drücke im Zylinder und in der Abgasleitung an, so dass die Verbrennungsgase primär nicht mehr druckgetrieben evakuiert, sondern infolge der Hubbewegung des Kolbens ausgeschoben werden. In the course of the charge cycle, the pressures in the cylinder and in the exhaust line are the same, so that the combustion gases are primarily not evacuated pressure driven, but are ejected as a result of the stroke of the piston.
Bei niedrigen Drehzahlen kann der Vorauslassstoß in vorteilhafter Weise zur Stoßaufladung genutzt werden, wobei zeitlich kurze, hohe Druckimpulse bestmöglich zur Energienutzung in der Turbine genutzt werden. Auf diese Weise können mittels Abgasturboaufladung auch bei nur geringen Abgasmengen, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, hohe Ladedruckverhältnisse, d. h. hohe Ladedrücke auf der Einlassseite generiert werden. At low speeds, the pre-discharge pulse can advantageously be used for boost charging, wherein short time, high pressure pulses are used as best as possible for energy use in the turbine. In this way, by turbocharging even with only small amounts of exhaust gas, especially at low speeds, high boost pressure conditions, d. H. high boost pressures are generated on the inlet side.
Die Stoßaufladung erweist sich als besonders vorteilhaft bei der Beschleunigung des Turbinenlaufrades, d. h. bei der Erhöhung der Turbinendrehzahl, die im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine bzw. bei geringer Last spürbar absinken kann und häufig bei erhöhter Lastanforderung mittels Abgasstrom möglichst verzögerungsfrei wieder angehoben werden soll. Die Trägheit des Laufrades und die Reibung in der Wellenlagerung verzögern in der Regel eine Beschleunigung des Laufrades auf höhere Drehzahlen und damit einen unmittelbaren Anstieg des Ladedrucks. The bumping proves to be particularly advantageous in the acceleration of the turbine wheel, d. H. when increasing the turbine speed, which can drop noticeably in idling mode of the engine or at low load and often with increased load request by means of exhaust gas flow should be raised as quickly as possible again. The inertia of the impeller and the friction in the shaft bearing delay usually an acceleration of the impeller to higher speeds and thus an immediate increase in boost pressure.
Um die im Abgasabführsystem ablaufenden dynamischen Wellenvorgänge, insbesondere die Vorauslassstöße, für die Stoßaufladung zur Verbesserung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine nutzen zu können, müssen die Druckspitzen bzw. Vorauslassstöße im Abgasabführsystem erhalten werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Druckimpulse in den Abgasleitungen verstärken, zumindest aber nicht gegenseitig abschwächen bzw. aufheben. To be able to use the running in the Abgasabführsystem dynamic wave processes, in particular the Vorlassstöße for the supercharging to improve the performance of the engine, the pressure peaks or Vorlassstöße must be obtained in Abgasabführsystem. It is particularly advantageous if the pressure pulses in the exhaust gas lines increase, but at least do not attenuate or cancel each other out.
Zielführend ist es daher, die Zylinder in der Weise zu gruppieren bzw. die Abgasleitungen in der Weise zusammen zu führen, dass die hohen Drücke, insbesondere die Vorauslassstöße der einzelnen Zylinder, im Abgasabführsystem erhalten werden und eine gegenseitige Beeinflussung weitestgehend vermieden werden kann. It is therefore desirable to group the cylinders in such a way or to guide the exhaust pipes in such a way that the high pressures, in particular the Vorlassstöße the individual cylinders are obtained in Abgasabführsystem and mutual interference can be largely avoided.
Eine Brennkraftmaschine, bei der die Zylinder gruppiert sind, ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert, dass diese mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden. Die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe führen unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammen. Die Zylinder sind dabei in der Art konfiguriert, dass sich die dynamischen Wellenvorgänge in den Abgasleitungen der Zylinder einer Gruppe möglichst wenig nachteilig beeinflussen. An internal combustion engine in which the cylinders are grouped is also an object of the present invention. According to the invention, at least two cylinders are configured in such a way that they form at least two groups each having at least one cylinder. The exhaust gas lines of the cylinders of each cylinder group lead together to form an exhaust gas manifold, forming an exhaust gas manifold. The cylinders are configured in such a way that the dynamic wave processes in the exhaust pipes of the cylinders of a group have the least adverse effect.
Bei einem Zylinderkopf mit vier in Reihe angeordneten Zylindern ist es diesbezüglich vorteilhaft, zwei Zylinder, die einen Zündabstand von 360°KW aufweisen, jeweils zu einer Zylindergruppe zusammen zu fassen. Wird beispielsweise die Zündung in den Zylindern gemäß der Zündfolge 1-2-4-3 bzw. gemäß der Zündfolge 1-3-4-2 initiiert, ist es vorteilhaft, die außenliegenden Zylinder zu einer ersten Gruppe und die innenliegenden Zylinder zu einer zweiten Gruppe zusammen zu fassen. In a cylinder head with four cylinders arranged in series, it is advantageous in this regard, two cylinders, which have a firing interval of 360 ° KW, each to form a cylinder group together. If, for example, the ignition in the cylinders is initiated according to the ignition sequence 1-2-4-3 or according to the ignition sequence 1-3-4-2, it is advantageous for the outer cylinders to form a first group and the inner cylinders for a second group to get together.
Die Stoßaufladung hat aber auch Nachteile. So verschlechtert sich in der Regel der Ladungswechsel infolge der Druckimpulse im Abgasabführsystem. Die Zylinder einer Gruppe können sich beim Ladungswechsel gegenseitig behindern, d. h. beeinträchtigen. Die Druckwellen, die von einem Zylinder ausgehen, laufen nicht nur durch die mindestens eine Abgasleitung dieses Zylinders, sondern vielmehr auch entlang der Abgasleitungen der anderen Zylinder dieser Gruppe und zwar gegebenenfalls bis zu der am Ende der jeweiligen Leitung vorgesehenen Auslassöffnung. Während des Ladungswechsels bereits in eine Abgasleitung ausgeschobenes bzw. abgeführtes Abgas kann somit erneut in den Zylinder gelangen und zwar infolge der Druckwelle, die von einem anderen Zylinder ausgeht. Als nachteilig erweist es sich insbesondere, wenn gegen Ende des Ladungswechsels an der Auslassöffnung eines Zylinders Überdruck herrscht bzw. sich die Druckwelle eines anderen Zylinders die Abgasleitung entlang in Richtung Auslassöffnung ausbreitet, was der Evakuierung der Verbrennungsgase aus diesem Zylinder entgegenwirkt. Die Verbrennungsgase werden in dieser Phase des Ladungswechsels maßgeblich infolge der Hubbewegung des Kolbens ausgeschoben. Im Einzelfall kann sogar Abgas, das aus einem Zylinder stammt, in einen anderen Zylinder gelangen, bevor dessen Auslass schließt. Das im Zylinder befindliche Abgas, d. h. der im Zylinder verbleibende Restgasanteil, hat maßgeblich Einfluss auf das Klopfverhalten einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei die Gefahr einer klopfenden Verbrennung mit zunehmendem Abgasanteil steigt. The bumping but also has disadvantages. As a rule, the charge cycle deteriorates as a result of the pressure pulses in the exhaust gas removal system. The cylinders of a group can interfere with each other during the charge cycle, d. H. affect. The pressure waves emanating from a cylinder, not only run through the at least one exhaust pipe of this cylinder, but also along the exhaust pipes of the other cylinders of this group and optionally up to the provided at the end of each pipe outlet. Exhaust gas that has already been ejected or discharged into an exhaust gas line during the charge exchange can therefore again enter the cylinder as a result of the pressure wave that emanates from another cylinder. It proves to be disadvantageous, in particular, if overpressure prevails at the outlet opening of one cylinder towards the end of the charge change or if the pressure wave of another cylinder propagates along the exhaust pipe in the direction of the outlet opening, which counteracts the evacuation of the combustion gases from this cylinder. The combustion gases are significantly pushed out in this phase of the charge change as a result of the stroke of the piston. In some cases, even exhaust gas that originates from one cylinder can get into another cylinder before its outlet closes. The exhaust gas in the cylinder, d. H. the residual gas content remaining in the cylinder has a decisive influence on the knocking behavior of a spark-ignited internal combustion engine, whereby the risk of knocking combustion increases with increasing proportion of exhaust gas.
Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass eine Turbine ohne stoßweise und ohne wechselnd teilbeaufschlagt zu werden am effektivsten betrieben wird. Um eine stromabwärts der Zylinder im Abgasabführsystem vorgesehene Turbine bei höheren Motordrehzahlen optimal betreiben zu können, sollte die Turbine mit einem zeitlich möglichst konstanten Abgasdruck beaufschlagt werden, weshalb ein sich wenig verändernder Druck stromaufwärts des Turbinenlaufrades bevorzugt wird, um eine sogenannte Stauaufladung zu realisieren. Furthermore, it must be taken into account that a turbine is operated most effectively without intermittent and without alternating partial loading. In order to optimally operate a turbine provided downstream of the cylinder in the Abgasabführsystem at higher engine speeds, the turbine should be acted upon with a temporally constant as possible exhaust gas pressure, which is why a little changing pressure upstream of the turbine runner is preferred in order to realize a so-called congestion charging.
Durch ein entsprechend großes Abgasvolumen stromaufwärts des Laufrades können die Druckpulsationen in den Abgasleitungen geglättet werden. Insofern erweist sich die Gruppierung der Zylinder, bei der die Abgasleitungen gruppenweise zusammengeführt werden, wodurch das Volumen des Abgasabführsystems stromaufwärts des Turbinenlaufrades in mehrere Teilvolumina aufgeteilt wird, als kontraproduktiv. By a correspondingly large volume of exhaust gas upstream of the impeller, the pressure pulsations in the exhaust pipes can be smoothed. In this respect, the grouping of the cylinders, in which the exhaust pipes are brought together in groups, whereby the volume of Abgasabführsystems upstream of the turbine runner is divided into several sub-volumes proves to be counterproductive.
Vielmehr wäre es hinsichtlich einer Stauaufladung vorteilhaft, die Abgasleitungen sämtlicher Zylinder zu einer einzigen Gesamtabgasleitung zusammen zu führen, um das Abgasvolumen des Abgasabführsystems stromaufwärts einer in dieser Gesamtabgasleitung angeordneten Turbine weitestgehend zu vergrößern, d. h. zu maximieren und die Druckschwankungen zu minimieren. Rather, it would be advantageous in terms of congestion advantageous to lead the exhaust pipes of all cylinders together to form a single total exhaust line to increase the exhaust gas volume of Abgasabführsystems upstream of a arranged in this entire exhaust line turbine as far as possible, d. H. to maximize and minimize pressure fluctuations.
Bei der Optimierung des Abgasabführsystems sowohl hinsichtlich niedriger Motordrehzahlen als auch hinsichtlich hoher Motordrehzahlen ergibt sich somit bei der Gestaltung des Abgasabführsystems ein Zielkonflikt. Eine Gruppierung der Zylinder zur Realisierung einer Stoßaufladung führt zu einem günstigen Betriebsverhalten bei niedrigen Motordrehzahlen, wohingegen bei größeren Motordrehzahlen Nachteile inkaufzunehmen sind. Wird hingegen stromaufwärts der Turbine ein möglichst großes Abgasvolumen realisiert, um die Vorteile einer Stauaufladung nutzen zu können, verschlechtert sich das Betriebsverhalten bei niedrigen Drehzahlen. In the optimization of the Abgasabführsystems both in terms of low engine speeds and in terms of high engine speeds thus results in the design of Abgasabführsystems a conflict of goals. A grouping of the cylinders for the realization of a bumping leads to a favorable performance at low engine speeds, whereas disadvantages are to be taken into account at higher engine speeds. If, on the other hand, the largest possible volume of exhaust gas is realized upstream of the turbine in order to be able to make use of the advantages of congestion charging, the performance at low speeds deteriorates.
Aus dem Stand der Technik sind Konzepte bekannt, bei denen sich die beiden Abgaskrümmer der zwei Zylindergruppen miteinander verbinden bzw. voneinander trennen lassen. Das Abgasabführsystem wird dann in Abhängigkeit der Drehzahl konfiguriert, um den Motor durch Trennen der Abgaskrümmer entsprechend einer Stoßaufladung und durch Verbinden der Abgaskrümmer entsprechend einer Stauaufladung aufladen zu können. Concepts are known from the prior art in which the two exhaust manifolds of the two cylinder groups can be connected or separated from one another. The exhaust gas removal system is then configured in dependence on the speed to charge the engine by disconnecting the exhaust manifolds in accordance with a buffing charge and by connecting the exhaust manifolds to a backup charge.
Nachteilig an dem vorstehend beschriebenen Konzept ist, dass durch die Verbindung der Krümmer eine Verbindung nahe der Auslassöffnungen der Zylinder realisiert wird, wodurch der oben beschriebenen Restgasproblematik bzw. der damit zusammenhängenden Klopfproblematik Vorschub geleistet wird. A disadvantage of the above-described concept is that the connection of the manifold a connection is realized near the outlet openings of the cylinder, whereby the residual gas problem or the related Klopfproblematik described above is propelled.
Ebenfalls bekannt sind Konzepte, bei denen sich die Fluten der mehrflutigen Turbine im Turbinengehäuse miteinander verbinden bzw. voneinander trennen lassen, wobei die Fluten in Abhängigkeit der Drehzahl miteinander verbunden bzw. voneinander getrennt werden, um die Brennkraftmaschine mittels Stoßaufladung bzw. mittels Stauaufladung zu betreiben und aufzuladen. Also known are concepts in which the floods of the multi-flow turbine in the turbine housing connect or separate, the floods are interconnected depending on the speed or separated from each other to operate the engine by means of supercharging or by means of accumulation charging and charge.
Neben dem strikten Trennen und vollständigen Verbinden der Krümmer bzw. der Fluten wären Konzepte bzw. Turbinen von Interesse, bei denen auf das Ausmaß der Interaktion zwischen den Fluten der Turbine und somit auf das Trennverhalten der Turbinenfluten Einfluss genommen werden kann In addition to the strict separation and complete connection of the manifolds or the floods, concepts or turbines would be of interest, in which the extent of the interaction between the floods of the turbine and thus the separation behavior of the turbine floods can be influenced
Die Turbine könnte dann nahezu im gesamten Kennfeld der Brennkraftmaschine an unterschiedlichste Betriebspunkte bzw. unterschiedlichste Betriebsbedingungen angepasst werden, um einen möglichst verbrauchsoptimierten und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. The turbine could then be adapted almost to the entire map of the engine to different operating points or different operating conditions to ensure the most fuel-efficient and low-emission operation of the engine.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der auf das Ausmaß der Interaktion zwischen den Fluten der Turbine und auf das Trennverhalten der Fluten, d. h. den Trennungsgrad, Einfluss genommen werden kann. In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1, wherein the extent of interaction between the turbine's floods and the separation behavior of the floods, i. H. the degree of separation can be influenced.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen. A further sub-task of the present invention is to show a method for operating such an internal combustion engine.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der
- – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt,
- – mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass diese mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden,
- – die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, und
- – die mindestens zwei Gesamtabgasleitungen mit einer mehrflutigen segmentierten Turbine, die mindestens ein in einem Turbinengehäuse auf einer drehbaren Welle gelagertes Laufrad umfasst und deren mindestens zwei Fluten – in einem Schnitt senkrecht zur Welle des Laufrades – zumindest entlang eines bogenförmigen Abschnitts aufeinander liegend angeordnet sind und das mindestens eine Laufrad spiralförmig auf unterschiedlich großen Radien umschließen und jeweils entlang eines kreisbogenförmigen Segments zu dem mindestens einen Laufrad hin geöffnet sind, in der Art verbunden sind, dass jeweils eine Gesamtabgasleitung mit einer der mindestens zwei Fluten der Turbine verbunden ist, und
- – jeweils zwei benachbarte Fluten zumindest abschnittsweise und in Fortsetzung der Gesamtabgasleitungen im Turbinengehäuse mittels Gehäusewandung voneinander getrennt sind, wobei die mindestens eine – zwei benachbarte Fluten trennende – Gehäusewandung laufradseitig ein freies zungenartiges Ende aufweist und unter Ausbildung eines Zungenabstandes beabstandet zu dem mindestens einen Laufrad endet,
- – ein beweglicher ringförmiger Träger vorgesehen ist, der mindestens ein zungenartiges Element aufweist und zwecks Variation des Zungenabstandes entlang der drehbaren Welle translatorisch verschiebbar ist, wobei das mindestens eine zungenartige Element in einer ersten Arbeitsposition des Trägers das freie zungenartige Ende einer zwei benachbarte Fluten trennenden Gehäusewandung unter Verkleinerung des Zungenabstandes verlängert und das mindestens eine zungenartige Element in einer Ruheposition des Trägers seitlich benachbart zu dem mindestens einen Laufrad positioniert ist.
- Each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases out of the cylinder and an exhaust pipe connects to each outlet opening,
- At least two cylinders are configured in such a way that they form at least two groups each having at least one cylinder,
- - Combine the exhaust gas lines of the cylinder of each cylinder group to form an exhaust manifold to form an overall exhaust line, and
- - The at least two total exhaust pipes with a mehrflutigen segmented turbine, which comprises at least one mounted in a turbine housing on a rotatable shaft impeller and whose at least two floods - in a section perpendicular to the shaft of the impeller - are arranged one above the other at least along an arcuate portion and the At least one impeller helically enclose on different radii and are each open along an arcuate segment to the at least one impeller, are connected in such a way that each one Total exhaust gas line is connected to one of the at least two floods of the turbine, and
- - Each two adjacent floods at least in sections and in continuation of the total exhaust pipes in the turbine housing by means of housing are separated from each other, wherein the at least one - two adjacent floods separating - housing wall impeller side has a free tongue-like end and spaced to form a tongue gap ends to the at least one impeller,
- - A movable annular support is provided which has at least one tongue-like element and for the purpose of varying the tongue spacing along the rotatable shaft is translationally displaceable, wherein the at least one tongue-like element in a first working position of the carrier, the free tongue-like end of a two adjacent floods separating housing under Reduced reduction of the tongue spacing and the at least one tongue-like element is positioned in a rest position of the wearer laterally adjacent to the at least one impeller.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind zwei benachbarte Fluten der Turbine an ihrem laufradseitigen Ende mittels Überströmkanal miteinander verbunden bzw. verbindbar, wobei auf den Strömungsquerschnitt des Überströmkanals und damit auf das Ausmaß der Interaktion zwischen den Fluten durch eine Variation des Zungenabstandes Einfluss genommen werden kann. Der Zungenabstand ist definiert bzw. ergibt sich dabei als der Abstand zwischen dem freien zungenartigen Ende der die benachbarten Fluten voneinander trennenden Gehäusewandung und dem mindestens einen Laufrad bzw. als Abstand zwischen dem Ende eines zungenartigen Elements eines ringförmiger Träger, welches zumindest in einer ersten Arbeitsposition des Trägers das freie zungenartige Ende einer zwei benachbarte Fluten trennenden Gehäusewandung verlängert, und dem mindestens einen Laufrad. In the internal combustion engine according to the invention two adjacent floods of the turbine are connected to each other at their impeller end by means of overflow or connectable, with the flow cross section of the overflow and thus on the extent of interaction between the floods can be influenced by a variation of the tongue spacing. The tongue spacing is defined or results as the distance between the free tongue-like end of the housing walls separating the adjacent floods and the at least one impeller or as a distance between the end of a tongue-like element of an annular carrier, which at least in a first working position of the Support extended the free tongue-like end of a two adjacent floods separating housing, and the at least one impeller.
Erfindungsgemäß steht die Interaktion zwischen den Fluten im Vordergrund bzw. die Einflussnahme auf diese Interaktion und die Variation des Ausmaßes dieser Interaktion und nicht der Übergang von einer Stauaufladung zu einer Stoßaufladung bzw. umgekehrt. According to the invention, the interaction between the floods in the foreground or the influence on this interaction and the variation of the extent of this interaction and not the transition from a congestion charge to a shock charge or vice versa.
Damit wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, bei der auf das Ausmaß der Interaktion zwischen den Fluten der Turbine Einfluss genommen werden kann. Thus, the first object of the invention is solved, namely provided a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1, in which the extent of interaction between the floods of the turbine influence can be taken.
Nichtsdestotrotz lassen sich Ausführungsformen realisieren, bei denen benachbarte Fluten der Turbine und damit die Abgassysteme der dazugehörigen Zylindergruppen in der ersten Arbeitsposition des ringförmigen Trägers voneinander getrennt werden, so dass jede Flut nur mit den Abgasleitungen der Zylindergruppe kommuniziert, aus denen sie originär gespeist wird. Dies unterstützt eine Stoßaufladung unter Ausnutzung der sich in den Abgaskrümmern ausbreitenden Druckspitzen. In der Ruheposition des Trägers wäre dann ein Austausch von Abgas zwischen benachbarten Fluten via Überströmkanal möglich. In Abhängigkeit des Ausmaßes der Interaktion zwischen den Fluten ließen sich die Druckschwankungen in den Fluten der Turbine glätten bzw. die Drücke in den Fluten stromaufwärts des Laufrades angleichen. Eine konkrete Zielsetzung könnte für den Einzelfall formuliert werden. Nevertheless, embodiments can be realized in which adjacent floods of the turbine and thus the exhaust systems of the associated cylinder groups are separated in the first working position of the annular support, so that each flood only communicates with the exhaust gas lines of the cylinder group, from which it is originally fed. This assists in bumping by utilizing the pressure spikes propagating in the exhaust manifolds. In the rest position of the carrier then an exchange of exhaust gas between adjacent floods via overflow would be possible. Depending on the extent of the interaction between the floods, the pressure fluctuations in the floods of the turbine could be smoothed or the pressures in the floods upstream of the impeller could be adjusted. A concrete objective could be formulated for the individual case.
Mehrflutige Turbinen eignen sich für aufgeladene Brennkraftmaschinen, bei denen die Abgasleitungen der Zylinder gruppenweise zusammengeführt werden, um eine Flutentrennung zu realisieren und um die Interaktion der Fluten zu unterbinden, aber auch für Brennkraftmaschinen mit Teilabschaltung, bei denen eine Zylindergruppe als schaltbare Zylindergruppe ausgebildet ist und bei denen gegebenenfalls die Flut einer abgeschalteten Zylindergruppe ebenfalls abgeschaltet, d. h. verschlossen werden können soll. Mehrflutige turbines are suitable for supercharged internal combustion engines, in which the exhaust pipes of the cylinders are grouped together to realize a flood separation and to prevent the interaction of the floods, but also for internal combustion engines with partial shutdown, where a cylinder group is designed as a switchable cylinder group and at where appropriate, the flood of a deactivated cylinder group also switched off, d. H. should be able to be closed.
Die Turbine kann grundsätzlich mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet werden, die durch Verstellen an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. The turbine can in principle be equipped with a variable turbine geometry, which can be adjusted by adjusting to the respective operating point of the internal combustion engine.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern unter Ausbildung von mindestens zwei Abgaskrümmern zu mindestens zwei Gesamtabgasleitungen zusammengeführt. Insofern sind Ausführungsformen mit drei, vier, fünf oder mehr Zylindern, bei denen die Abgasleitungen von mehr als zwei Zylindern zu zwei oder mehr Gesamtabgasleitungen zusammengeführt werden, ebenfalls erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen, wobei dann eine dreiflutige, vierflutige oder fünfflutige Turbine zum Einsatz kommen könnte. In the internal combustion engine according to the invention, the exhaust gas lines of at least two cylinders are combined to form at least two exhaust manifolds to at least two total exhaust gas lines. In this respect, embodiments with three, four, five or more cylinders, in which the exhaust pipes are combined by more than two cylinders to two or more total exhaust pipes, also internal combustion engines according to the invention, in which case a trifold, four-flow or five-flute turbine could be used.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert. Further advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are discussed in connection with the subclaims.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Träger zweistufig verstellbar ist und sich entweder in der ersten Arbeitsposition oder in der Ruheposition befindet. Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the carrier is adjustable in two stages and is either in the first working position or in the rest position.
Ist der Träger zweistufig schaltbar ausgeführt in der Art, dass das mindestens eine zungenartige Element entweder eine zwei benachbarte Fluten trennende Gehäusewandung an ihrem freien zungenartigen Ende verlängert oder aber seitlich benachbart zu dem mindestens einen Laufrad positioniert ist, vereinfacht sich die Steuerung des Trägers. Dies bietet insbesondere Kostenvorteile. If the carrier is designed to be switchable in two stages in such a way that the at least one tongue-like element either extends a housing wall separating two adjacent flows at its free tongue-like end or is positioned laterally adjacent to the at least one running wheel, the control of the carrier is simplified. This offers particular cost advantages.
Der Träger kann aber auch stufenlos schaltbar sein, so dass das mindestens eine zungenartige Element die Gehäusewandung nur entlang eines Abschnitts ihres freien zungenartigen Endes verlängert und ein verbleibender Abschnitt nicht verlängert wird, d. h. unverlängert bleibt und seine ursprüngliche Erstreckung beibehält. Die Anzahl der Freiheitsgrade betreffend die Einflussnahme auf die Interaktion zwischen den Fluten der Turbine wird deutlich erhöht. The support may also be continuously switchable, so that the at least one tongue-like element extends the housing wall only along a portion of its free tongue-like end and a remaining portion is not extended, d. H. remains unchanged and maintains its original extent. The number of degrees of freedom influencing the interaction between the floods of the turbine is significantly increased.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Träger zwischen der ersten Arbeitsposition und der Ruheposition stufenlos verstellbar ist. D. h. sämtliche Positionen zwischen der ersten Arbeitsposition und der Ruheposition stellen weitere Arbeitspositionen dar. Also advantageous are embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the carrier between the first working position and the rest position is continuously adjustable. Ie. all positions between the first working position and the rest position represent further working positions.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Träger elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar ist, vorzugsweise mittels der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine. Embodiments in which the carrier is electrically, hydraulically, pneumatically, mechanically or magnetically controllable, preferably by means of the engine control of the internal combustion engine, are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine zungenartige Element integral mit dem Träger ausgebildet ist und der Träger und das mindestens eine zungenartige Element ein monolithisches Bauteil bilden. Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the at least one tongue-like element is formed integrally with the carrier and the carrier and the at least one tongue-like element form a monolithic component are advantageous.
Zwischen dem Träger und dem mindestens einen zungenartigen Element muss eine Verbindung vorgesehen, d. h. hergestellt werden. Diese Verbindung kann entweder dadurch realisiert, dass beide Bauteile gemäß der vorstehenden Ausführungsform aus einem Stück, d. h. integral gefertigt werden, oder alternativ durch Stoffschluss, Kraftschluss oder Formschluss der mindestens zwei Bauteilen. Between the carrier and the at least one tongue-like element a connection must be provided, i. H. getting produced. This connection can be realized either by the fact that both components according to the above embodiment, in one piece, d. H. be manufactured integrally, or alternatively by material bond, adhesion or positive connection of the at least two components.
Die Ausbildung als monolithisches Bauteil macht Verbindungsmittel, wie Schrauben, Nieten oder dergleichen, zur Ausbildung einer Verbindung entbehrlich. Damit entfällt auch die konstruktive Anforderung, Bauraum für die Verbindungsmittel vorzusehen. The design as a monolithic component makes connection means, such as screws, rivets or the like, unnecessary to form a connection. This eliminates the design requirement to provide space for the connection means.
Zudem wird die Anzahl der Bauteile nennenswert reduziert, wenn der Träger und das mindestens eine zungenartige Element als monolithisches Bauteil ausgebildet werden. Dadurch, dass weniger Teile zu fertigen und zu verbinden sind, treten weniger Montage- und/oder Herstellungsfehler auf. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Funktionstüchtigkeit und die Lebensdauer aus. In addition, the number of components is significantly reduced when the carrier and the at least one tongue-like element are formed as a monolithic component. As fewer parts have to be manufactured and connected, fewer assembly and / or manufacturing errors occur. This has an advantageous effect on the functionality and the lifetime.
Wie vorstehend bereits erwähnt können aber auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen der Träger und das mindestens eine zungenartige Element separate Bauteile darstellen, die miteinander verbunden sind. However, as already mentioned above, embodiments of the supercharged internal combustion engine may also be advantageous, in which the carrier and the at least one tongue-like element are separate components which are connected to one another.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die mehrflutige segmentierte Turbine eine Doppelstromturbine mit zwei Fluten ist. Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the multi-flow segmented turbine is a double-flow turbine with two floods are advantageous.
Bei einer Doppelstromturbine sind zwei Fluten – in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse des mindestens einen Laufrades gesehen – aufeinander liegend angeordnet, wobei die zwei Fluten zumindest entlang eines bogenförmigen Abschnitts das mindestens eine Laufrad spiralförmig auf unterschiedlich großen Radien umschließen. In a double-flow turbine, two floods-viewed in a section perpendicular to the axis of rotation of the at least one impeller-are arranged one above the other, the two floods enclosing the at least one impeller spirally on radii of different sizes at least along an arcuate section.
Vorteilhaft sind bei einer Doppelstromturbine Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die zwei Fluten jeweils entlang eines kreisbogenförmigen Segments von 180° zu dem mindestens einen Laufrad hin geöffnet sind. Dann beaufschlagen beide Fluten das mindestens eine Laufrad entlang des Laufradumfanges auf gleichgroßen Kreisbögen mit Abgas. Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the two floods are each open along an arcuate segment of 180 ° to the at least one impeller are advantageous in a double-flow turbine. Then apply both floods the at least one impeller along the impeller circumference on the same circular arcs with exhaust gas.
Vorteilhaft sind in Zusammenhang mit einer Doppelstromturbine Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Träger zwei zungenartige Elemente aufweist, welche in der ersten Arbeitsposition des Trägers jeweils das freie zungenartige Ende einer von insgesamt zwei Gehäusewandungen, die die zwei benachbarten Fluten voneinander trennen, verlängern. Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the carrier has two tongue-like elements which, in the first operating position of the carrier, respectively extend the free tongue-like end of one of a total of two housing walls which separate the two adjacent flutes, are advantageous in connection with a double-flow turbine.
Bei einer Doppelstromturbine werden die beiden aufeinander liegenden Fluten durch eine im Inneren des Turbinengehäuses verlaufende Gehäusewandung voneinander getrennt, wobei häufig die das Gehäuse nach außen begrenzende Gehäusewandung die Fluten im Eintrittsbereich der Turbine trennt, d. h. ebenfalls eine zwei benachbarte Fluten voneinander trennende Gehäusewandung darstellt. Dann müssen zwei zungenartige Elemente vorgesehen werden, um in der ersten Arbeitsposition des Trägers die zwei Gehäusewandungen zu verlängern. In a twin-flow turbine, the two superimposed floods are separated by a housing wall extending inside the turbine housing, wherein often the housing wall bounding the housing separates the floods in the inlet region of the turbine, d. H. also represents a two adjacent floods separating housing. Then two tongue-like elements must be provided to extend the two housing walls in the first working position of the wearer.
Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang aber auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen der Träger ein zungenartiges Element aufweist, welches in der ersten Arbeitsposition des Trägers das freie zungenartige Ende einer Gehäusewandung, die die zwei benachbarten Fluten voneinander trennt, verlängert. Im Einzelfall dient die das Gehäuse nach außen begrenzende Gehäusewandung nicht zur Trennung der Fluten, so dass die im Inneren des Turbinengehäuses verlaufende Gehäusewandung die einzige zwei benachbarte Fluten voneinander trennende Gehäusewandung darstellt. In this context, however, embodiments of the supercharged internal combustion engine may also be advantageous in which the carrier has a tongue-like element which, in the first operating position of the carrier, is the free one tongue-like end of a housing wall, which separates the two adjacent floods, extended. In the individual case, the housing wall which limits the housing to the outside is not used to separate the floods, so that the housing wall running in the interior of the turbine housing is the only housing wall separating two adjacent floods.
Vorteilhaft sind grundsätzlich Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Träger so viele zungenartige Elemente aufweist wie die Turbine Fluten umfasst oder aber Ausführungsformen, bei denen der Träger ein zungenartiges Element weniger aufweist wie die Turbine Fluten umfasst. In principle, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the carrier has as many tongue-like elements as the turbine comprises floods or embodiments in which the carrier has a tongue-like element less than the turbine comprises floods are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens eine Gehäusewandung eine unbewegliche und fest mit dem Gehäuse verbundene Wand ist. Diese Ausführung der Gehäusewandung gewährleistet, dass die vom heißen Abgas in die Gehäusewandung eingebrachte Wärme in vorteilhafter Weise und ausreichendem Maße in das und via Gehäuse abgeführt wird. Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the at least one housing wall is an immovable wall fixedly connected to the housing are advantageous. This embodiment of the housing wall ensures that the heat introduced by the hot exhaust gas into the housing wall is dissipated in an advantageous manner and to a sufficient extent into and via the housing.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe innerhalb des Zylinderkopfes unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen. Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the exhaust gas lines of the cylinders of each cylinder group within the cylinder head merge to form an exhaust gas manifold to form an exhaust gas manifold.
Die im Abgasabführsystem vorgesehene mehrflutige Turbine kann dann sehr nah am Auslass der Brennkraftmaschine, d. h. nahe an den Auslassöffnungen der Zylinder, angeordnet werden. Dies hat gleich mehrere Vorteile, insbesondere weil sich die Abgasleitungen zwischen den Zylindern und der Turbine verkürzen. The multi-flow turbine provided in the exhaust-gas removal system can then be located very close to the outlet of the internal combustion engine, i. H. be arranged close to the outlet openings of the cylinder. This has several advantages, especially because shorten the exhaust pipes between the cylinders and the turbine.
Nicht nur der Weg für die heißen Abgase zur Turbine verkürzt sich, sondern auch das Volumen sowohl der einzelnen Abgaskrümmer als auch des gesamten Abgasabführsystems stromaufwärts der Turbine nimmt ab. Die thermische Trägheit des Abgasabführsystems nimmt durch Reduzierung der Masse und der Länge der beteiligten Abgasleitungen ebenfalls ab. Not only is the path for the hot exhaust gases to the turbine shortened, but also the volume of both the individual exhaust manifold and the entire Abgasabführsystems upstream of the turbine decreases. The thermal inertia of the Abgasabführsystems also decreases by reducing the mass and the length of the involved exhaust pipes.
Auf diese Weise kann die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal genutzt und ein schnelles Ansprechverhalten der Turbine gewährleistet werden. In this way, the exhaust enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust pressure and the exhaust gas temperature, optimally utilized and a rapid response of the turbine can be ensured.
Die vorgeschlagene Maßnahme führt des Weiteren zu einer kompakten Bauweise des Zylinderkopfes und damit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und gestattet ein dichtes Packaging der gesamten Antriebseinheit. The proposed measure further leads to a compact design of the cylinder head and thus the internal combustion engine according to the invention and allows a dense packaging of the entire drive unit.
Die Verkürzung der Leitungslängen und die damit einhergehende Verkleinerung des Abgasvolumens stromaufwärts des Laufrades verbessert das Ansprechverhalten der Turbine und unterstützt die Stoßaufladung im unteren Last- bzw. Drehzahlbereich. The shortening of the line lengths and the concomitant reduction of the exhaust volume upstream of the impeller improves the response of the turbine and supports the boost charging in the lower load or speed range.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem der Träger in die erste Arbeitsposition überführt wird, um den Trennungsgrad der mindestens zwei Fluten durch Verkleinern des Zungenabstandes zu erhöhen. The second sub-problem underlying the invention, namely to disclose a method for operating a supercharged internal combustion engine of the type described above, is achieved by a method in which the carrier is transferred to the first working position by the degree of separation of the at least two floods by reducing the tongue spacing to increase.
Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren. The comments made in connection with the internal combustion engine according to the invention also apply to the inventive method.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen der Träger in die erste Arbeitsposition überführt wird, um die Stoßaufladung zu unterstützen. Advantageous are process variants in which the carrier is transferred to the first working position in order to support the bumping charge.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen das Verschieben des Trägers kennfeldgesteuert durchgeführt wird. Advantageous are process variants in which the displacement of the carrier is carried out in a map-controlled manner.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen der Träger zu hohen Lasten hin und/oder zu hohen Drehzahlen hin in die Ruheposition überführt wird. Process variants in which the carrier is transferred to high loads and / or to high rotational speeds in the rest position are advantageous.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der
Die Doppelstromturbine
Die zwei benachbarten Fluten
Bei der in
Der Träger
Die
Es sollen nur die Unterschiede zu den
Der durch translatorisches Verschieben zwecks Variation des Zungenabstandes in die erste Arbeitsposition überführte Träger
Die dargestellte Doppelstromturbine
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- zweiflutige Turbine twin-flow turbine
- 2 2
- Turbinengehäuse turbine housing
- 3 3
- Laufrad Wheel
- 4 4
- Drehachse, Welle Rotation axis, shaft
- 5 5
- Gehäusewandung housing
- 5a 5a
- freies zungenartiges Ende einer benachbarte Fluten trennenden Gehäusewandungfree tongue-like end of a neighboring floods separating housing wall
- 5b 5b
- ringförmiger Träger annular carrier
- 5c 5c
- zungenartiges Element des Trägers tongue-like element of the carrier
- 6 6
- erste Eintrittsöffnung first entrance opening
- 7 7
- zweite Eintrittsöffnung second inlet
- 8 8th
- erste Flut first tide
- 9 9
- zweite Flut second tide
- 10 10
- Flansch flange
- 11 11
- Doppelstromturbine, zweiflutige segmentierte Turbine Twin-flow turbine, double-flow segmented turbine
- ∆r .delta..sub.R
- Zungenabstand in der Ruheposition Tongue gap in the rest position
- ∆r1 Δr 1
- Zungenabstand in der ersten Arbeitsposition Tongue clearance in the first working position
Claims (16)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102013213452.5A DE102013213452A1 (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Supercharged internal combustion engine with multi-segmented turbine and method for operating such an internal combustion engine |
| DE202013103051U DE202013103051U1 (en) | 2013-07-09 | 2013-07-10 | Supercharged internal combustion engine with multi-flow segmented turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102013213452.5A DE102013213452A1 (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Supercharged internal combustion engine with multi-segmented turbine and method for operating such an internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102013213452A1 true DE102013213452A1 (en) | 2015-01-15 |
Family
ID=52107260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102013213452.5A Withdrawn DE102013213452A1 (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Supercharged internal combustion engine with multi-segmented turbine and method for operating such an internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102013213452A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3819486A1 (en) * | 2019-11-08 | 2021-05-12 | Volkswagen Ag | Turbocharger for high performance engine concepts |
| US20230287805A1 (en) * | 2022-03-11 | 2023-09-14 | Garrett Transportation I Inc. | Twin scroll turbine housing |
-
2013
- 2013-07-09 DE DE102013213452.5A patent/DE102013213452A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R082 | Change of representative | ||
| R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |