DE102018215119B3

DE102018215119B3 - V8 cross-plane engine and operating method

Info

Publication number: DE102018215119B3
Application number: DE102018215119.9A
Authority: DE
Inventors: Dirk Christian Leinhos; Christian Schwarz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-09-06
Filing date: 2018-09-06
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2038-09-07

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine (100, 200, 300, 400) der V-Bauart, aufweisend acht Zylinder (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), die in zwei Bänken (15, 35) zu je vier Zylindern angeordnet sind, wobei jeder Zylinder zwei Gaswechsel-Auslassventile (9, 10) aufweist, einen mit jedem Zylinder verbundenen Kurbeltrieb mit einer Cross-Plane-Kurbelwelle, und zwei Abgasturbolader (23, 43) mit jeweils einem Turbinengehäuse, welches vier Abgaseinlässe (24-27, 44-47) aufweist, über welche eine Abgas-turbine (28, 48) mit Abgas beaufschlagbar ist, wobei an jeder der Bänke je zwei Zylinder zu einer Zylindergruppe (A, B, C, D) zusammengefasst sind, und jeder der Abgaseinlässe der beiden Abgasturbolader mit einer der Zylindergruppen durch ein Abgasrohr (11, 12, 13, 14, 31, 32, 33, 34) über je ein Gaswechsel-Auslassventil je Zylinder Abgas führend verbindbar ist.The invention relates to methods for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine (100, 200, 300, 400) of the V-type, comprising eight cylinders (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) in two banks (15, 35) are arranged to four cylinders, each cylinder having two gas exchange exhaust valves (9, 10), a connected to each cylinder crank mechanism with a cross-plane crankshaft, and two exhaust gas turbochargers (23, 43), respectively a turbine housing having four exhaust gas inlets (24-27, 44-47), via which an exhaust gas turbine (28, 48) can be acted upon with exhaust gas, wherein at each of the banks each two cylinders to a cylinder group (A, B, C , D) are summarized, and each of the exhaust gas inlets of the two exhaust gas turbochargers with one of the cylinder groups through an exhaust pipe (11, 12, 13, 14, 31, 32, 33, 34) via one gas exchange exhaust valve per cylinder exhaust leading leader is connectable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine der V-Bauart mit acht Zylindern, einer Cross-Plane-Kurbelwelle und zwei Abgasturboladern, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Maschine.The invention relates to an internal combustion engine of the V-type with eight cylinders, a cross-plane crankshaft and two exhaust gas turbochargers, and method for operating such a machine.

Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Europäische Patentschrift EP 2 115 284 B1 hingewiesen. Aus dieser ist eine Brennkraftmaschine mit acht Zylindern in V-Bauart, mit einer Abgasanlage mit einem ersten und einem zweiten Abgasturbolader bekannt, wobei von einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten, in Reihe nebeneinander angeordneten Zylinder eine erste Zylinderbank und von einem fünften, einem sechsten, einem siebten und einem achten, in Reihe nebeneinander angeordneten Zylinder eine zweite, der ersten Zylinderbank gegenüberliegende Zylinderbank gebildet ist, wobei die Brennkraftmaschine von Zylinder zu Zylinder eine Zündfolge von 90° Kurbelwinkel aufweist, wobei die Abgasanlage einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Abgasstrang von den Zylindern zu den zwei Abgasturboladern aufweist, und wobei einem Abgasstrang jeweils zwei Zylinder und zwei Abgassträngen jeweils ein Abgasturbolader zugeordnet ist, wobei zwei, einem Abgasstrang zugeordnete Zylinder einen Zündabstand von 360° Kurbelwinkel aufweisen und dass der erste und der zweite, einem Abgasturbolader zugeordnete Abgasstrang eine um 180° Kurbelwinkel zueinander verschobene Zündfolge aufweist.For technical environment, for example, the European Patent EP 2 115 284 B1 pointed. From this is an internal combustion engine with eight cylinders in V-type, with an exhaust system with a first and a second exhaust gas turbocharger known, wherein of a first, a second, a third and a fourth, in series juxtaposed cylinder, a first cylinder bank and of a fifth, a sixth, a seventh and an eighth, in series juxtaposed cylinder, a second, the first cylinder bank opposite cylinder bank is formed, wherein the internal combustion engine from cylinder to cylinder has a firing order of 90 ° crank angle, wherein the exhaust system a first, a second , a third and a fourth exhaust gas line from the cylinders to the two exhaust gas turbochargers, and wherein an exhaust gas line each two cylinders and two exhaust gas lines each an exhaust gas turbocharger is assigned, wherein two, an exhaust line associated cylinder have a firing interval of 360 ° crank angle and that the first and the two te, an exhaust gas turbocharger associated exhaust gas has a 180 ° crank angle to each other shifted firing order.

Weiter ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 247 631 B1 eine Auspuffanlage eines Verbrennungsmotors bekannt. Dieser weist auf: Eine Mehrzahl von einander unabhängiger Passagen, die jeweils einzeln mit einer Austrittsöffnung eines Zylinders des Motors verbunden sind und zu einer Verbindungsstelle mehrerer voneinander unabhängiger Passagen führen, und mit wenigstens einer Verbindungspassage, die wenigstens zwei voneinander unabhängige Passagen an von der Verbindungsstelle stromauf gelegenen Stellen miteinander verbindet, wobei die Verbindungspassage wenigstens zwei Abzweigarme beinhaltet, die jeweils von einer unabhängigen Passage an einer der genannten Stellen abzweigen und an dieser Stelle in Richtung auf die Austrittsöffnung gerichtet sind, und in einem von der genannten Stelle stromab gelegenen Bereich der Äquivalenzdurchmesser der unabhängigen Passage geringer ist als stromauf an dieser Stelle.Next is from the European patent specification EP 0 247 631 B1 an exhaust system of an internal combustion engine known. This comprises: a plurality of mutually independent passages, each individually connected to an exit port of a cylinder of the engine and leading to a junction of a plurality of independent passages, and having at least one communication passage, the at least two mutually independent passages from the junction upstream The connecting passage includes at least two branched arms, each branching off from an independent passage at one of said points and directed at this point in the direction of the outlet opening, and in a downstream of said point region of the equivalent diameter of independent passage is less than upstream at this point.

Weiter wird zum technischen Umfeld auf das Patentdokument DD 7941 A5 hingewiesen, aus dem eine Leitvorrichtung für radial beaufschlagte Turbinenräder bekannt ist. Es wird eine Leitvorrichtung beansprucht, für radial beaufschlagte Turbinenräder, insbesondere für heiße Gase, wobei diese mindestens einen axial zur Turbinenachse verschiebbaren Leitschaufelkranz umfasst und dieser Leitschaufelkranz wahlweise und wenigstens teilweise derart in den Druckmittelstrom vor der Laufschaufelung mindestens eines Turbinenrads einer Turbine hineingeschoben werden kann, dass dadurch eine Änderung der Durchflussbedingungen für das Druckmittel, je nach Form, Richtung und Durchflussquerschnitten der Leitschaufeln erfolgt, zum Zwecke, dadurch das Turbinenlaufrad mit nach Menge, Druck- und Temperatur veränderlicher Druckmittelenergie zu beaufschlagen.Next becomes the technical environment on the patent document DD 7941 A5 indicated, from which a guide device for radially loaded turbine wheels is known. It is claimed a guide device, for radially acted turbine wheels, in particular for hot gases, which at least one axially displaceable to the turbine axis vane ring and this vane ring can be optionally and at least partially pushed into the pressure medium flow before the blade of at least one turbine wheel of a turbine, that This causes a change in the flow conditions for the pressure medium, depending on the shape, direction and flow cross sections of the guide vanes, for the purpose of thereby pressurizing the turbine wheel with pressure medium and variable pressure medium energy.

Eine Segmentturbine ist beispielsweise aus der französischen Patentanmeldung FR 2 801 072 A1 bekannt, deren Fluten jedoch keine axiale Trennwand aufweisen und damit keine Zweipunkt-Variabilität des Abgas-Massenstroms ermöglicht.A segment turbine is for example from the French patent application FR 2 801 072 A1 However, their floods have no axial partition and thus does not allow two-point variability of the exhaust gas mass flow.

Eine Zwillingstromturbine ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 017 826 A1 bekannt. Eine weitere Zwillingsstromturbine ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 016 528 A1 bekannt. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 049 091 A1 zeigt ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit acht Zylindern, die in zwei V-förmig angeordneten Zylinderbänken angeordnet sind, die eine Kreuzkurbelwelle aufweist und die mindestens für jede der beiden Zylinderbänke einen Abgasturbolader besitzt. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2006 042 464 A1 betrifft einen Verbrennungsmotor mit Abgasturboladeranordnung, wobei vorgesehen ist, dass der Verbrennungsmotor zwei Zylinderbänke mit jeweils zwei Zylindergruppen aufweist. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2014 104 402 A1 zeigt einen Abgaskrümmer für zumindest einen Abschnitt eines Verbrennungsmotors, der eine definierte Anzahl von Brennräumen aufweist und eine Mehrzahl von Einlasskanälen und vier Auslasskanäle aufweist. Ein erstes Paar der vier Auslasskanäle ist in Gasströmungskommunikation mit einer ersten Teilmenge der Mehrzahl von Einlasskanälen angeordnet, und ein zweites Paar der vier Auslasskanäle, das von dem ersten Paar verschieden ist, ist in Gasströmungskommunikation mit einer zweiten Teilmenge der Mehrzahl von Einlasskanälen, die von der ersten Teilmenge verschieden sind, angeordnet.A twin-flow turbine is for example from the German patent application DE 10 2007 017 826 A1 known. Another twin-flow turbine is for example from the German patent application DE 10 2011 016 528 A1 known. The German patent application DE 10 2008 049 091 A1 shows a method of operating an internal combustion engine with eight cylinders, which are arranged in two V-shaped cylinder banks, which has a cross crankshaft and which has at least for each of the two cylinder banks an exhaust gas turbocharger. The German patent application DE 10 2006 042 464 A1 relates to an internal combustion engine with turbocharger arrangement, wherein it is provided that the internal combustion engine has two cylinder banks, each with two cylinder groups. The German patent application DE 10 2014 104 402 A1 shows an exhaust manifold for at least a portion of an internal combustion engine having a defined number of combustion chambers and having a plurality of inlet channels and four outlet channels. A first pair of the four exhaust passages is arranged in gas flow communication with a first subset of the plurality of intake passages, and a second pair of the four exhaust passages different from the first pair is in gas flow communication with a second subset of the plurality of intake passages derived from the first exhaust port first subset are different, arranged.

Heutige bekannte Turbinen von Abgasturboladern mit variablem Abgas-Massenstrom sind typischerweise mit einem variablen Vorleitrad (VTG) ausgestattet und bisher nur für einflutige Turbinen ausgeführt. Aufgrund von erforderlichen Spielen der Leitschaufeln und deren Verstelleinrichtung, sind die ertragbaren Turbineneintrittstemperaturen von VTGs typischerweise niedriger als bei Turbinen mit fester Geometrie, insbesondere für Brennkraftmaschinen, die nach dem Ottoprinzip arbeiten. Ausführungen, die hohe Temperaturen vertragen sind wegen der erforderlichen hoch temperaturfesten Werkstoffe wesentlich teurer. Es existiert somit aktuell keine kostengünstige Lösung für einen variablen Massenstrom für zweiflutige Turbinen, auch Twin-Scroll-Turbinen genannt, im Einsatz in V8-Cross-Plane-Motoren.Today's known turbochargers of exhaust gas turbochargers with variable exhaust gas mass flow are typically equipped with a variable Vorführrad (VTG) and previously performed only for single-flow turbines. Due to required clearance of the vanes and their adjustment device, the sustainable turbine entry temperatures of VTGs are typically lower than for fixed geometry turbines, especially for internal combustion engines operating on the Otto principle. Executions that tolerate high temperatures are much more expensive because of the required high temperature resistant materials. Thus, there is currently no cost-effective solution for a variable mass flow for twin-bladed turbines, also called twin-scroll turbines, in use in V8 cross-plane engines.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten V8-Cross-Plane-Motor sowie verbesserte Betriebsverfahren bereitzustellen.Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved V8 cross-plane engine and improved operating methods.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 10 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausführungen unter Schutz gestellt.This object is achieved by an internal combustion engine having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 10 and a method having the features of claim 11. In the dependent claims, advantageous embodiments are provided under protection.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine der V-Bauart bereitgestellt, die acht Zylinder aufweist, welche in zwei (Zylinder-)Bänken zu je vier Zylindern angeordnet sind. Dabei weist jeder Zylinder zwei Gaswechsel-Auslassventile auf, um insbesondere einen zweiflutigen Abgasauslass zu ermöglichen.According to one aspect of the invention, there is provided a V-type internal combustion engine having eight cylinders arranged in two (cylinder) banks of four cylinders each. In this case, each cylinder has two gas exchange exhaust valves, in particular to allow a double-flow exhaust outlet.

Die Brennkraftmaschine weist zusätzlich einen mit jedem Zylinder verbundenen Kurbeltrieb mit einer Cross-Plane-Kurbelwelle auf, wobei darunter insbesondere zu verstehen ist, dass die Umfangswinkelpositionen der vier Hubzapfen an 0°, 90°, 270° und 180° in dieser längsaxialen Reihenfolge liegen.The internal combustion engine additionally has a crank drive connected to each cylinder with a cross-plane crankshaft, wherein it is to be understood in particular that the circumferential angular positions of the four crank pins lie at 0 °, 90 °, 270 ° and 180 ° in this longitudinal axial sequence.

Zusätzlich weist die Brennkraftmaschine zwei Abgasturbolader mit jeweils einem Turbinengehäuse auf, welches vier Abgaseinlässe aufweist, über welche eine Abgasturbine des jeweiligen Abgasturboladers mit Abgas beaufschlagbar ist.In addition, the internal combustion engine has two exhaust gas turbochargers, each with a turbine housing, which has four exhaust gas inlets, via which an exhaust gas turbine of the respective exhaust gas turbocharger can be acted upon with exhaust gas.

An jeder der Bänke sind je zwei Zylinder zu einer Zylindergruppe zusammengefasst, und jeder der Abgaseinlässe der beiden Abgasturbolader ist mit einer der Zylindergruppen durch ein Abgasrohr über je ein Gaswechsel-Auslassventil je Zylinder Abgas führend verbindbar. D. h. insbesondere, dass zwischen je einem der Abgaseinlässe und je einem Gaswechsel-Auslassventil der beiden Zylinder der zugeordneten Zylindergruppe ein Abgasrohr verläuft. Vorzugsweise ist das Abgasrohr zu dem Abgaseinlass mit einem einzelnen Querschnitt ausgebildet und spaltet sich hin zu der Zylindergruppe in zwei Querschnitte auf, wobei jeder der Querschnitte hin zu einem Gaswechsel-Auslassventil des einen bzw. des anderen Zylinders der Zylindergruppe verläuft.At each of the banks are each two cylinders combined to form a cylinder group, and each of the exhaust gas inlets of the two exhaust gas turbochargers is leader with one of the cylinder groups through an exhaust pipe via a gas exchange outlet valve per cylinder exhaust connected. Ie. in particular, that runs between each one of the exhaust gas inlets and each a gas exchange exhaust valve of the two cylinders of the associated cylinder group, an exhaust pipe. Preferably, the exhaust pipe is formed to the exhaust gas inlet with a single cross section and splits in two cross sections towards the cylinder group, each of the cross sections extending to a gas exchange exhaust valve of one or the other cylinder of the cylinder group.

Die Zylindergruppen sind so gebildet, dass die innerhalb jeder der Bänke in der Zündfolge direkt nacheinander zündenden Zylinder jeweils unterschiedlichen Zylindergruppen zugeordnet sind. Insbesondere sind also in der Zündfolge der Brennkraftmaschine direkt nacheinander zündende Zylinder, insbesondere einer Bank, unterschiedlichen Zylindergruppen zugeordnet.The cylinder groups are formed such that the cylinders firing directly one after the other within each of the banks in the firing sequence are respectively assigned to different cylinder groups. In particular, in the firing order of the internal combustion engine, cylinders which ignite one after the other, in particular a bank, are assigned to different cylinder groups.

Die Erfindung basiert dabei unter anderem auf der Idee, durch die Zuordnung der innerhalb einer Bank direkt nacheinander zündenden Zylinder zu unterschiedlichen Zylindergruppen sicherzustellen, dass ein Übersprechen eines Druckpulses aus dem später zündenden Zylinder in die noch geöffneten Gaswechsel-Auslassventile des früher zündenden Zylinders vermieden wird, und damit auch die aus dem Übersprechen resultierende Abgasgegendruck-Problematik. Insbesondere wird dem Übersprechen des Abgasdrucks dadurch entgegengewirkt, dass die Abgase jeder Zylindergruppe getrennt über die jeweiligen Abgasrohre zu dem Abgasturbolader geführt werden, wo das Abgas unterschiedlichen Zylindergruppen an unterschiedlichen Abgaseinlässen in die Abgasturbine strömen kann.Among other things, the invention is based on the idea of ensuring, by assigning the cylinders which ignite directly one after the other in succession to different cylinder groups, that a crosstalk of a pressure pulse from the later igniting cylinder into the still open gas exchange exhaust valves of the earlier igniting cylinder is avoided. and thus also the resulting from the crosstalk exhaust back pressure problem. In particular, the crosstalk of the exhaust gas pressure is counteracted by the fact that the exhaust gases of each cylinder group are guided separately via the respective exhaust pipes to the exhaust gas turbocharger, where the exhaust gas can flow different cylinder groups at different exhaust gas inlets in the exhaust gas turbine.

Damit ein Druckpuls aus dem später zündenden Zylinder also an einem Gaswechsel-Auslassventil des früher zündenden Zylinders wirksam werden kann, muss er zunächst die Abgasrohre seiner Zylindergruppe, anschließend die Abgasturbine des Turboladers und danach noch die Abgasrohre der anderen Zylindergruppe passieren. Die dabei zurückzulegende Entfernung ist - insbesondere im Vergleich zu einem gemeinsamen Abgassammler für die beiden betrachteten Zylinder - groß. Das Passieren der Abgasrohre und der Abgasturbine dauert schlicht länger; zudem schwächt sich über den zurückzulegenden Weg auch die Stärke des Druckstoßes ab. Das Übersprechen in den früher zündenden Zylinder wird auf diesem Wege deutlich reduziert oder fällt ganz weg, weil das entsprechende Gaswechsel-Auslassventil nach dem zurücklegen des Weges durch den Druckstoß bereits geschlossen ist.Thus, a pressure pulse from the later firing cylinder can thus be effective on a gas exchange exhaust valve of the earlier firing cylinder, he must first pass the exhaust pipes of his cylinder group, then the exhaust turbine of the turbocharger and then the exhaust pipes of the other cylinder group. The distance to be covered is large, especially in comparison to a common exhaust manifold for the two cylinders considered. The passage of the exhaust pipes and the exhaust gas turbine simply takes longer; In addition, the strength of the pressure surge weakens over the path to be covered. The crosstalk in the earlier igniting cylinder is significantly reduced or completely eliminated in this way, because the corresponding gas exchange outlet valve is already closed after covering the path through the pressure surge.

Gemäß einer Ausführung beträgt in jeder Zylindergruppe ein kürzerer Zündabstand zwischen der Zündung der beiden zusammengefassten Zylinder 270° Kurbelwinkel, insbesondere wenn idealisiert von einem Zündabstand von Zylinder zu Zylinder von 90° ausgegangen wird, wobei die Werte praktisch um bis zu ca. 5° in jede Richtung abweichen können. Damit kann eine zeitlich ausgewogene Beaufschlagung der beiden insbesondere als segmentierte Zwillingsstromturbinen ausgeführten Abgasturbine der beiden Turbolader mit Abgas erreicht werden, insbesondere in Kombination mit der Zuordnung der direkt nacheinander zündenden Zylinder zu unterschiedlichen Zylindergruppen.According to one embodiment, a shorter ignition interval between the ignition of the two combined cylinders 270 ° crank angle in each cylinder group, in particular when idealized by a firing interval from cylinder to cylinder of 90 °, the values practically up to about 5 ° in each Direction may differ. In this way, a temporally balanced admission of the two exhaust-gas turbines of the two turbochargers, in particular as segmented twin-flow turbines, to exhaust gas can be achieved, in particular in combination with the assignment of the cylinder firing directly one after the other to different cylinder groups.

Dabei laufen insbesondere zunächst nacheinander die kürzeren Zündabstände der beiden Zylindergruppen der einen Bank und anschließend nacheinander die kürzeren Zündabstände der beiden Zylindergruppen der anderen Bank ab, wobei zwischen den Startpunkten zeitlich benachbarter kürzerer Zündabstände jeweils 180° Kurbelwinkel liegen.In particular, the shorter firing intervals of the two cylinder groups of one bank and, in succession, the shorter firing intervals of the two run in succession Cylinder groups of the other bank, wherein between the starting points of temporally adjacent shorter firing intervals each 180 ° crank angle.

Unter einem kürzeren Zündabstand ist vorliegend insbesondere derjenige Zündabstand während einer Viertakt-Doppel-Umdrehung der Kurbelwelle, bezogen auf die Zündzeitpunkte der beiden in einer Zylindergruppe zusammengefassten Zylinder.In the present case, a shorter ignition interval is, in particular, that ignition interval during a four-stroke double revolution of the crankshaft, based on the ignition times of the two cylinders combined in a cylinder group.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführung der Erfindung bereitgestellt, wobei bei niedriger Last der Brennkraftmaschine eines der zwei Gaswechsel-Auslassventile der Zylinder einer, mehrerer oder aller Zylindergruppen geschlossen wird. According to a further aspect of the invention, a method is provided for operating an internal combustion engine according to an embodiment of the invention, wherein at low load of the internal combustion engine one of the two gas exchange exhaust valves of the cylinders of one, several or all cylinder groups is closed.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein weiteres Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführung der Erfindung bereitgestellt, wobei bei hoher Last der Brennkraftmaschine wenigstens eines der zwei Gaswechsel-Auslassventile der Zylinder einer, mehrerer oder aller Zylindergruppen und/oder ein Absperrorgan geöffnet wird. Gemäß einer Ausführung können Flutenverbindungen zwischen den Abgasrohren einer Zylindergruppe vorgesehen sein, die bei hoher Last der Brennkraftmaschine geöffnet werden können, um den Abgasgegendruck an der Turbine zu reduzieren.According to a further aspect of the invention, a further method is provided for operating an internal combustion engine according to an embodiment of the invention, wherein at high load of the internal combustion engine at least one of the two gas exchange exhaust valves of the cylinder one, several or all cylinder groups and / or a shut-off is opened. According to one embodiment, flood connections can be provided between the exhaust pipes of a cylinder group which can be opened at high load of the internal combustion engine in order to reduce the exhaust backpressure on the turbine.

Um sowohl eine Flutentrennung, als auch eine Zweipunkt-Variabilität des Abgas-Massenstroms zu ermöglichen, weisen gemäß einer Ausführung die Abgasturbolader als Abgasturbine jeweils eine Segmentturbine auf, deren Voluten zusätzlich eine axiale Trennwand aufweisen (Twin-Scroll). Insbesondere ist eine Abgasturbine vorgesehen, der an jedem der beiden Scrolls an jeweils zwei Segmenten Abgas zugeführt werden kann, insbesondere über jeweils einen der Abgaseinlässe. Jeder der Abgaseinlässe kann mit jeweils einem Gaswechsel-Auslassventil der beiden Zylinder einer der Zylindergruppen verbunden sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Konfiguration wird vorliegend als „segmentierte Zwillingsstromturbine“ bezeichnet.In order to enable both a flood separation, as well as a two-point variability of the exhaust gas mass flow, according to one embodiment, the exhaust gas turbocharger exhaust gas turbine each have a segment turbine whose volutes additionally have an axial partition (twin scroll). In particular, an exhaust gas turbine is provided, which can be supplied at each of the two scrolls to two segments exhaust gas, in particular via in each case one of the exhaust gas inlets. Each of the exhaust gas inlets may be connected to a respective gas exchange exhaust valve of the two cylinders of one of the cylinder groups. The configuration described in this paragraph is referred to herein as a "segmented twin-flow turbine".

Unter einer segmentierten Zwillingsstromturbine wird vorliegend insbesondere eine Turbine eines Abgasturboladers verstanden, deren Turbinengehäuse über zwei weitgehend gegenüberliegende Twin-Scrolls verfügt. Gegenüber einem Twin-Scroll ist bei einer segmentierten Zwillingsstromturbine die Flutentrennung um 90° gedreht, d. h. die Trennwand erstreckt sich koaxial zu einer Drehachse der Turbine. Jeder Twin-Scroll leitet Abgas radial umlaufend auf das Turbinenrad, wobei die zwei Scrolls des ersten Twin-Scroll axial voneinander beabstandet sind und dem Scrolls des zweiten Twin-Scroll gegenüber liegen. Somit bilden der erste Scroll des ersten Twin-Scrolls eine erste Abgaseintrittsebene auf das Turbinenrad und der zweite Scroll des zweiten Twin-Scrolls eine zweite, von der ersten Abgaseintrittsebene axial beabstandete zweite Abgaseintrittsebene auf das Turbinenrad. Alle vier Scrolls sind von dem Turbinengehäuse bis zum Turbinenrad vollständig voneinander getrennt.In the present case, a segmented twin-flow turbine is understood in particular to mean a turbine of an exhaust-gas turbocharger whose turbine housing has two largely opposite twin-scrolls. Compared to a twin-scroll, in a segmented twin-flow turbine, the flood separation is rotated by 90 °. H. the partition extends coaxially with a rotational axis of the turbine. Each twin-scroll directs exhaust gas radially circumferentially on the turbine wheel, wherein the two scrolls of the first twin-scroll are axially spaced from each other and the scrolls of the second twin-scroll are opposite. Thus, the first scroll of the first twin-scroll form a first exhaust gas entry plane onto the turbine wheel and the second scroll of the second twin-scroll forms a second second exhaust gas entry plane, axially spaced from the first exhaust gas entry plane, onto the turbine wheel. All four scrolls are completely separated from the turbine housing to the turbine wheel.

Das Abschalten der Fluten kann gemäß einer Ausführung mittels einer geeigneten Verschaltung der beiden Gaswechsel-Auslassventile jedes Zylinders erfolgen. Soll beispielsweise ein bestimmter Abgaseinlass der Abgasturbine eines der Abgasturbolader im Betrieb der Brennkraftmaschine nicht mit Abgas beaufschlagt werden, kann vorgesehen sein, die beiden mit diesem Abgaseinlass über ein Abgasrohr verbundenen Gaswechsel-Auslassventile geschlossen zu halten und die Abgase aus den entsprechenden Zylindern über das jeweils andere Gaswechsel-Auslassventil des entsprechenden Zylinders auszulassen.The shutdown of the floods can be carried out according to an embodiment by means of a suitable interconnection of the two gas exchange exhaust valves of each cylinder. If, for example, a certain exhaust gas inlet of the exhaust gas turbine of one of the exhaust gas turbochargers during operation of the internal combustion engine are not exposed to exhaust gas, it may be provided to keep closed the two associated with this exhaust inlet via an exhaust pipe gas exchange exhaust valves and the exhaust gases from the respective cylinders on the other Drain gas outlet valve of the corresponding cylinder.

Zusätzlich oder alternativ kann gemäß einer Ausführung das Abschalten der Fluten über die Absperrorgane erfolgen, die insbesondere entlang der Abgasrohre einen Abgasstrom ermöglichen und/oder sperren können. Als Absperrorgane können beispielsweise Klappen, Ventile oder Walzen zum Einsatz kommen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der Einsatz ist prinzipiell bei Achtzylinder-Brennkraftmaschinen mit V-Bauform mit je einem Turbolader pro Zylinderbank möglich.Additionally or alternatively, according to one embodiment, the shutdown of the floods via the shut-off, which allow in particular along the exhaust pipes exhaust flow and / or can lock. As shut-off valves, for example, valves, valves or rollers can be used, as are known from the prior art. The use is in principle possible with eight-cylinder internal combustion engines with V-design with one turbocharger per cylinder bank.

Die Erfindung ermöglicht die Nutzung einer Teilturbine mit besserer Ausnutzung des Abgasimpulses und der Aufrechterhaltung der Flutentrennung und auch Schaltungen für z. B. den Betrieb mit einem abgeschalteten Zylinder, sowie durch Umschalten die Nutzung der gesamten Turbine zur Erzielung der Nennleistung. Damit können z. B. die Abgasturbinen der beiden Abgasturbolader insgesamt größer ausgelegt werden, um den Gegendruck in der Nennleistung zu reduzieren und gleichzeitig in der Teillast einen höheren Auflade- und Wirkungsgrad zu erreichen.The invention enables the use of a sub-turbine with better utilization of the exhaust pulse and the maintenance of flood separation and circuits for z. As the operation with a deactivated cylinder, and by switching the use of the entire turbine to achieve the rated power. This can z. B. the exhaust gas turbines of the two exhaust gas turbochargers are designed to be larger overall to reduce the back pressure in the rated power while achieving a higher charging and efficiency in the partial load.

Um eine einfache Bauart der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, ist gemäß einer Ausführung jedem der Abgasturbolader eine der Bänke zugeordnet, sodass die Zylindergruppen der jeweiligen Bank mit den Abgaseinlässen des zugeordneten Abgasturboladers verbunden sind.In order to enable a simple design of the internal combustion engine, according to one embodiment, each of the exhaust gas turbochargers is associated with one of the banks, so that the cylinder groups of the respective bank are connected to the exhaust gas inlets of the associated exhaust gas turbocharger.

Damit mittels der beiden Abgasturbolader die für die beiden Zylinderbänke zu verdichtende Frischluft, insbesondere zeitlich, gleichmäßig mit Druck beaufschlagt werden kann, sind gemäß einer Ausführung die Ausgangsseiten der Verdichter der beiden Abgasturbolader, insbesondere für einen Druckausgleich, miteinander verbindbar oder verbunden.Thus, by means of the two exhaust gas turbocharger for the two cylinder banks to be compressed fresh air, in particular temporally, evenly pressurized, according to an embodiment, the output sides of the compressor of the two Exhaust gas turbocharger, in particular for pressure equalization, connectable or connected.

Gemäß einer Ausführung weisen ein gemeinsames Abgasrohr jeder Zylindergruppe oder beide gemeinsamen Abgasrohre einer Zylindergruppe ein Absperrorgan auf, um in Betrieb der Brennkraftmaschine eine Abgasbeaufschlagung der Abgasturbine durch das betreffende Abgasrohr - je nach Stellung des Absperrorgans - zu ermöglichen oder zu unterbinden.According to one embodiment, a common exhaust pipe of each cylinder group or both common exhaust pipes of a cylinder group on a shut-off to allow operation of the internal combustion engine exhaust gas of the exhaust gas turbine through the exhaust pipe in question - depending on the position of the obturator - or to prevent.

Um den Abgasgegendruck bei einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine senken zu können, ist für die Zusammenschaltung der einzelnen Fluten das Abgas einer Zylindergruppe mit dem Abgas einer anderen Flut der Zylindergruppe und/oder einer oder beider Fluten einer anderen Zylindergruppe über eine Flutenverbindung verbindbar. Dazu ist insbesondere eine schaltbare Flutenverbindung bereitgestellt, welche gemäß den Vorgaben einer Steuereinheit geöffnet oder geschlossen sein kann.In order to be able to lower the exhaust gas backpressure during a full load operation of the internal combustion engine, the exhaust gas of one cylinder group can be connected to the exhaust of another cylinder of the cylinder group and / or one or both of another cylinder group via a flood connection. For this purpose, in particular, a switchable flood connection is provided, which can be opened or closed in accordance with the specifications of a control unit.

Gemäß einer Ausführung weist das Turbinengehäuse zwei Twin-Scroll-Abgaseinlässe (also insbesondere insgesamt vier Abgaseinlässe: zwei umfangs-versetzte Abgaseinlässe für jeden der beiden zueinander axial versetzten Twin-Scrolls) auf, insbesondere um an einer Zylinderbank zwei Zylindergruppen aus zwei Zylindern jeweils doppelt anbinden zu können (jeder Zylinder weist zwei Gaswechsel-Auslassventile auf).According to one embodiment, the turbine housing has two twin-scroll exhaust gas inlets (ie in particular a total of four exhaust gas inlets: two circumferentially offset exhaust gas inlets for each of the two mutually axially offset twin scrolls), in particular to double bind two cylinder groups of two cylinders on a cylinder bank to be able to (each cylinder has two gas exchange exhaust valves).

Um ein Übersprechen eines Auslass-Gasdrucks eines Zylinders auch in anderen Zylinder zu reduzieren, ist die Abgasturbine eine segmentierte Zwillingsstromturbine, wobei insbesondere das Turbinenlaufrad eine Twin-Scroll-Turbine aufweist, die insbesondere derart segmentiert ausgebildet ist, dass sie an zwei unterschiedlichen Umfangspositionen jedes der Scroll mit Abgas beaufschlagbar ist.In order to reduce a crosstalk of an outlet gas pressure of a cylinder in other cylinders, the exhaust gas turbine is a segmented twin-flow turbine, in particular the turbine wheel has a twin-scroll turbine, which is in particular designed segmented so that they at two different circumferential positions of each Scroll with exhaust gas can be acted upon.

Gemäß verschiedenen, alternativen Ausführungen können an sich bei wenigstens einem, insbesondere jedem, der Turbolader auch eine Doppelturbine oder zwei getrennte Abgasturbinen vorgesehen sein, die gemeinsam ein Verdichterrad des Abgasturboladers antreiben. Bei diesen Ausführungen können die vier Abgaseinlässe auch auf zwei Twin-Scroll-Turbinen oder auf zwei Segmentturbinen aufgeteilt werden, je nachdem, wie die Doppelturbine oder der zwei getrennten Abgasturbinen ausgeführt sind. Insbesondere kann dabei auch zwischen den beiden Turbinenlaufrädern eine axiale Trennwand angeordnet sein.According to various alternative embodiments, in at least one, in particular each, of the turbocharger can also be provided a double turbine or two separate exhaust gas turbines, which together drive a compressor wheel of the exhaust gas turbocharger. In these embodiments, the four exhaust gas inlets may also be split into two twin scroll turbines or two segment turbines, depending on how the twin turbine or the two separate exhaust gas turbines are configured. In particular, an axial dividing wall can also be arranged between the two turbine impellers.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.

1a-b zeigt schematisch eine V8-Cross-Plane-Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung in einem ersten und in einem zweiten Betriebszustand.
2a-b zeigt schematisch eine V8-Cross-Plane-Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung in einem ersten Betriebszustand und in einem zweiten Betriebszustand.
3 zeigt schematisch eine V8-Cross-Plane-Brennkraftmaschine gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung.
4 zeigt schematisch eine V8-Cross-Plane-Brennkraftmaschine gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung.

Further advantages and possible applications of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the figures.

1a-b schematically shows a V8 cross-plane engine according to a first embodiment of the invention in a first and in a second operating state.
2a-b schematically shows a V8 cross-plane engine according to a second embodiment of the invention in a first operating state and in a second operating state.
3 schematically shows a V8 cross-plane engine according to a third embodiment of the invention.
4 schematically shows a V8 cross-plane engine according to a fourth embodiment of the invention.

In den 1 bis 4 gelten für einander im Wesentlichen entsprechende Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.In the 1 to 4 apply to each other substantially corresponding components the same reference numerals.

In den 1a und 1b ist eine V8-Cross-Plane-Brennkraftmaschine 100 mit acht Zylindern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 dargestellt, wobei 1a die Brennkraftmaschine 100 in einem ersten Betriebszustand bei einem Teillastbetrieb und 1b die Brennkraftmaschine 100 in einem zweiten Betriebszustand bei einem Volllastbetrieb zeigt. In the 1a and 1b is a V8 cross-plane engine 100 with eight cylinders 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th shown, where 1a the internal combustion engine 100 in a first operating condition at a partial load operation and 1b the internal combustion engine 100 in a second operating state during a full load operation.

Vier der Zylinder 1, 2, 3, 4 der Brennkraftmaschine 100 sind an einer ersten Zylinderbank 15 angeordnet, die anderen vier Zylinder 5, 6, 7, 8 sind an einer zweiten Zylinderbank 35 angeordnet. Im Ausführungsbespiel stehen die Zylinderlängsachsen der Zylinder 1, 2, 3, 4 an der ersten Bank 15 rechtwinkelig zu den Zylinderlängsachsen der Zylinder 5, 6, 7, 8 an der zweiten Bank 35.Four of the cylinders 1 . 2 . 3 . 4 the internal combustion engine 100 are at a first cylinder bank 15 arranged, the other four cylinders 5 . 6 . 7 . 8th are on a second cylinder bank 35 arranged. In the exemplary example, the cylinder longitudinal axes of the cylinder 1 . 2 . 3 . 4 at the first bank 15 perpendicular to the cylinder longitudinal axes of the cylinder 5 . 6 . 7 . 8th at the second bank 35 ,

Jeder der beiden Bänke 15, 35 ist ein Abgasturbolader 23, 43 zugeordnet. Die Ausgangsseiten 16, 36 der Verdichter 17, 37 der beiden Abgasturbolader 23, 43 sind im Ausführungsbeispiel miteinander zum Druckausgleich zwischen den beiden Ausgangsseiten der Verdichter 16, 36 verbunden.Each of the two benches 15 . 35 is an exhaust gas turbocharger 23 . 43 assigned. The exit pages 16 . 36 the compressor 17 . 37 the two turbochargers 23 . 43 are in the embodiment with each other for pressure equalization between the two output sides of the compressor 16 . 36 connected.

Im Folgenden werden die Merkmale der Brennkraftmaschine 100 zunächst für die Motorseite der ersten Bank 15 beschrieben, anschließend werden die Unterschiede zur Motorseite der zweiten Bank 35 beschrieben.The following are the characteristics of the internal combustion engine 100 first for the engine side of the first bank 15 then the differences become the engine side of the second bank 35 described.

Auf der Motorseite der ersten Bank 15 wird eine Frischluft durch ein nicht beziffertes Ansaugsystem zuerst in einen nicht dargestellten Ansauggeräuschdämpfer gefördert und durchläuft anschließend einen Verdichter 17 des Abgasturboladers 23, von dem die Frischluft verdichtet und aufgeheizt wird. Ein Einströmen der Frischluft ist durch einen Pfeil in Richtung des Verdichters 17 dargestellt. Die aufgeheizte Frischluft wird anschließend in der Ausgangsseite 16 des Verdichters 17 geführt und in einem Ladeluftkühler 18 gekühlt und weiter durch eine Drosselklappe 19 in einen Luftsammler 20 gefördert und von dort in die vier Zylinder 1, 2, 3, 4 der Brennkraftmaschine 100 gefördert und verbrannt.On the engine side of the first bank 15 Fresh air is first conveyed through an unnumbered intake system into an intake silencer, not shown, and then passes through a compressor 17 the exhaust gas turbocharger 23 from which the fresh air is compressed and heated. An inflow of fresh air is indicated by an arrow in the direction of the compressor 17 shown. The heated fresh air is then in the output side 16 of the compressor 17 guided and in a charge air cooler 18 cooled and continue through a throttle 19 in an air collector 20 promoted and from there into the four cylinders 1 . 2 . 3 . 4 the internal combustion engine 100 promoted and burned.

Jeder Zylinder 1, 2, 3, 4 verfügt über zwei Gaswechsel-Auslassventile 9, 10 die für jeden Zylinder 1, 2, 3, 4 gleich beziffert sind. Für jedes Gaswechsel-Auslassventil 9, 10 ist jeweils ein eigenes Abgasrohr 11, 12, 13, 14 vorgesehen, wobei jeweils ein Auslass-Gaswechselventil 9, 10 von zwei Zylindern (Zylinder 1 und 3 sowie Zylinder 2 und 4) auf ein Abgasrohr 11, 12, 13, 14 zusammengeschalten sind und dann in vier Abgaseinlässe 24, 25, 26, 27 des Abgasturboladers 23 münden. Somit werden jeweils zwei Zylinder 1 und 3 bzw. 2 und 4 zu einer Zylindergruppe A, B zusam mengefasst.Every cylinder 1 . 2 . 3 . 4 has two gas exchange exhaust valves 9 . 10 the for each cylinder 1 . 2 . 3 . 4 are numbered equal. For each gas exchange outlet valve 9 . 10 Each is its own exhaust pipe 11 . 12 . 13 . 14 provided, wherein in each case an outlet gas exchange valve 9 . 10 of two cylinders (cylinder 1 and 3 as well as cylinders 2 and 4 ) on an exhaust pipe 11 . 12 . 13 . 14 are interconnected and then in four exhaust gas inlets 24 . 25 . 26 . 27 the exhaust gas turbocharger 23 lead. Thus, two cylinders each 1 and 3 respectively. 2 and 4 to a cylinder group A . B summarized.

Jedes der Abgasrohre 11, 12, 13, 14 ist mit einem separaten Abgaseinlass 24, 25, 26, 27 in einem nicht bezifferten Turbinengehäuse des Abgasturboladers 23, in dem eine, insbesondere als segmentierte Zwillingsstromturbine ausgebildete, Turbine 28 drehbar gelagert ist und den Verdichter 17 antreibt, Abgas führend verbunden. Das Abgas verlässt das Turbinengehäuse durch einen nicht bezifferten Abgasstrang, in dem eine Abgasreinigungsanlage 21 angeordnet ist. Das austretende Abgas ist mit einem Pfeil schematisch dargestellt.Each of the exhaust pipes 11 . 12 . 13 . 14 is with a separate exhaust inlet 24 . 25 . 26 . 27 in an unnumbered turbine housing of the exhaust gas turbocharger 23 in which a turbine, in particular designed as a segmented twin-flow turbine 28 is rotatably mounted and the compressor 17 drives, leading exhaust connected. The exhaust gas leaves the turbine housing through an unnumbered exhaust system, in which an exhaust gas purification system 21 is arranged. The exiting exhaust gas is shown schematically by an arrow.

Die Motorseite der zweiten Bank 35 ist an sich mit den Zylindern 5, 6, 7, 8 analog zu der Motorseite der ersten Bank 15 ausgebildet, wobei aber die Zylinder 5 und 6 sowie die Zylinder 7 und 8 jeweils zu einer Zylindergruppe C, D zusammengefasst sind. Folglich münden die Abgasrohre 31, 32, 33 ,34 in vier Abgaseinlässe 44, 45, 46, 47 des Abgasturboladers 43.The engine side of the second bank 35 is in itself with the cylinders 5 . 6 . 7 . 8th analogous to the engine side of the first bank 15 trained, but with the cylinder 5 and 6 as well as the cylinders 7 and 8th each to a cylinder group C . D are summarized. Consequently, the exhaust pipes open 31 . 32 . 33 , 34 in four exhaust gas inlets 44 . 45 . 46 . 47 the exhaust gas turbocharger 43 ,

Die Zuordnung der einzelnen Zylinder 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 der beiden Bänke 15, 35 zu den Zylindergruppen A, B, C, D erfolgt abgestimmt anhand der Zündreihenfolge der Zylinder. Bei V8-Cross-Plane-Motoren (also Brennkraftmaschinen mit acht Zylindern, von denen jeweils vier an einer von zwei Zylinderbänken angeordnet sind, und welche eine gekreuzte Kurbelwelle aufweisen) ergibt sich zwangsweise eine Zündfolge, bei der bei jedem halben Arbeitstakt (= bei einer Umdrehung der Kurbelwelle) einmal zwei Zylinder derselben Zylinderbank direkt nacheinander einen Arbeitstakt ausführen, ohne dass dazwischen ein Zylinder an der anderen Zylinderbank gezündet hat.The assignment of the individual cylinders 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th the two benches 15 . 35 to the cylinder groups A . B . C . D is coordinated by the firing order of the cylinder. at V8 Cross-plane engines (ie internal combustion engines with eight cylinders, four of which are arranged on one of two cylinder banks, and which have a crossed crankshaft) results inevitably a firing order in which at each half power stroke (= in one revolution of the Crankshaft) once two cylinders of the same cylinder bank directly one after the other perform a power stroke without between them a cylinder has ignited at the other cylinder bank.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel (und auch in den Ausführungsbeispielen der 2, 3 und 4) ist die Zündreihenfolge der Zylinder der Brennkraftmaschine 1 - 5 - 4 - 8 - 6 - 3 - 7 - 2. Bezogen auf die beiden Zylinderbänke ergibt sich dabei eine Zündreihenfolge von links - rechts - links - rechts - rechts - links - rechts - links, sodass an der ersten Bank die Zylinder 1 und 2 direkt nacheinander zünden und an der zweiten Bank die Zylinder 6 und 8.In the present embodiment (and also in the embodiments of the 2 . 3 and 4 ) is the firing order of the cylinders of the internal combustion engine 1 - 5 - 4 - 8th - 6 - 3 - 7 - 2 , Relative to the two cylinder banks results in a firing order from left - right - left - right - right - left - right - left, so that at the first bank, the cylinder 1 and 2 ignite directly one after the other and at the second bank the cylinders 6 and 8th ,

Die Zuordnung der Zylindergruppen A, B, C, D erfolgt im Ausführungsbeispiel dann derart, dass die Zylinder 1 und 2 unterschiedlichen Zylindergruppen A, B der ersten Bank 15 zugeordnet werden, die Zylinder 6 und 8 unterschiedlichen Zylindergruppen C, D der zweiten Bank 35. Mit dieser Verschaltung der Abgasrohre 11, 12, 13, 14, 31, 32, 33, 34 hin zum jeweiligen Abgasturbolader 23, 43 kann in dieser Ausführung eine Teilturbine mit besserer Ausnutzung des Abgasimpulses unter Aufrechterhaltung der Flutentrennung verwendet werden, und auch Schaltungen für z.B. den Betrieb mit einem abgeschalteten Zylinder, sowie durch Umschalten die Nutzung der gesamten Turbine zur Erzielung der Nennleistung realisiert werden.The assignment of the cylinder groups A . B . C . D takes place in the embodiment then such that the cylinder 1 and 2 different cylinder groups A . B the first bank 15 to be assigned to the cylinders 6 and 8th different cylinder groups C . D the second bank 35 , With this interconnection of the exhaust pipes 11 . 12 . 13 . 14 . 31 . 32 . 33 . 34 to the respective exhaust gas turbocharger 23 . 43 can be used in this embodiment, a sub-turbine with better utilization of the exhaust pulse while maintaining the flood separation, and also circuits for example, the operation with a deactivated cylinder, and by switching the use of the entire turbine to achieve the rated power can be realized.

Jeder der Zylinder 1, 2, 6, 8 wird dann mit einem weiteren Zylinder zu einer Zylindergruppe A, B, C, D zusammengefasst, und zwar im Ausführungsbeispiel mit demjenigen Zylinder, der bezogen auf einen Arbeitstakt der V8-Brennkraftmaschine (= 720° Kurbelwinkel) einen kürzeren Zündabstand von 270° aufweist. Die Zylindergruppen sind daher im Ausführungsbeispiel: Zylinder 1 und 3, Zylinder 2 und 4, Zylinder 5 und 6, Zylinder 7 und 8. Damit kann eine zeitlich ausgewogene Beaufschlagung der jeweiligen Abgasturbine der beiden Turbolader mit Abgas erreicht werden.Each of the cylinders 1 . 2 . 6 . 8th then becomes a cylinder group with another cylinder A . B . C . D summarized, in the embodiment with that cylinder, which has a shorter firing interval of 270 ° with respect to a power stroke of the V8 internal combustion engine (= 720 ° crank angle). The cylinder groups are therefore in the embodiment: cylinder 1 and 3 , Cylinder 2 and 4 , Cylinder 5 and 6 , Cylinder 7 and 8th , Thus, a timely balanced admission of the respective exhaust gas turbine of the two turbochargers with exhaust gas can be achieved.

Mit anderen möglichen Zündreihenfolgen wie z.B. 1 - 5 - 4 - 2 - 6 - 3 - 7 - 8 (links - rechts - links - links - rechts - links - rechts - rechts) lassen sich in nicht näher beschriebenen Ausführungsbeispielen die Zylindergruppen analog bilden: Zylinder 1 und 2, Zylinder 3 und 4, Zylinder 5 und 7, Zylinder 6 und 8.With other possible firing orders such as 1 - 5 - 4 - 2 - 6 - 3 - 7 - 8th (Left - right - left - left - right - left - right - right) can be in analogous embodiments not described in detail form the cylinder groups: cylinder 1 and 2 , Cylinder 3 and 4 , Cylinder 5 and 7 , Cylinder 6 and 8th ,

In dem in 1a dargestellten Betriebszustand ist jeweils eines der Gaswechsel-Auslassventile 9 und 10 geschlossen, wobei das jeweils zu schließende Ventil 9 oder 10 so gewählt ist, dass an jedem Scroll jedes Turboladers 23, 43 nur eines der Eingangssegmente mit Abgas beaufschlagt wird. (Die geschlossenen Ventile 9, 10 sind komplett schwarz dargestellt.) Damit kann trotz des anliegenden Teillastbetriebs ein großes Moment an den verbleibenden Einlässen aufgebracht werden.In the in 1a shown operating state is in each case one of the gas exchange exhaust valves 9 and 10 closed, with each valve to be closed 9 or 10 is chosen so that every scroll of each turbocharger 23 . 43 only one of the input segments is exposed to exhaust gas. (The closed valves 9 . 10 are shown completely black.) Thus, despite the applied partial load operation, a large moment can be applied to the remaining inlets.

Wie in 1b dargestellt ist, werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei höherer Last oder beim Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine 100 sämtliche Gaswechsel-Auslassventile 9, 10 geöffnet, damit eine maximale Abgasmenge die Turbine 28 bzw. 48 des Abgasturboladers 23 bzw. 43 antreiben kann.As in 1b are shown in the present embodiment at higher load or at full load operation of the internal combustion engine 100 all gas exchange exhaust valves 9 . 10 opened so that a maximum amount of exhaust gas the turbine 28 respectively. 48 the exhaust gas turbocharger 23 respectively. 43 can drive.

In den 2a und 2b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer V8-Cross-Plane-Brennkraftmaschine 200 mit acht Zylindern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 dargestellt, wobei 2a die Brennkraftmaschine 200 in einem ersten Betriebszustand bei einem Teillastbetrieb und 2b die Brennkraftmaschine 100 in einem zweiten Betriebszustand bei einem Volllastbetrieb zeigt. In the 2a and 2 B is another embodiment of a V8 cross-plane engine 200 with eight cylinders 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th shown, where 2a the internal combustion engine 200 in a first operating condition at a partial load operation and 2 B the internal combustion engine 100 in a second operating state during a full load operation.

Vor der Brennkraftmaschine 100 gemäß 1 unterscheidet sich die Brennkraftmaschine 200 gemäß 2 im Wesentlichen durch die Zuordnung der im Teillast Fall zu verschließenden Gaswechsel-Auslassventile 9, 10 zu den Abgaseinlässen 24, 25, 26, 27 sowie 44, 45, 46, 47. Insbesondere beinhaltet ein Betriebsverfahren für die Brennkraftmaschine 200 die Möglichkeit, im Teillastbetrieb diejenigen Gaswechsel-Auslassventile 9, 10 zu schließen (schwarz dargestellt), über welche jeweils einer der beiden Scrolls der Abgasturbinen 28 bzw. 48 mit Abgas beaufschlagbar ist.In front of the internal combustion engine 100 according to 1 the internal combustion engine is different 200 according to 2 essentially by the assignment of the gas exchange exhaust valves to be closed in the partial load case 9 . 10 to the exhaust gas inlets 24 . 25 . 26 . 27 such as 44 . 45 . 46 . 47 , In particular, includes an operating method for the internal combustion engine 200 the possibility in part-load operation of those gas exchange exhaust valves 9 . 10 to close (shown in black), on each of which one of the two scrolls of the exhaust gas turbine 28 respectively. 48 can be acted upon with exhaust gas.

Diese Ausführung unterscheidet sich von der der Brennkraftmaschine 100 gemäß 1, bei welcher bei einem Teillastbetrieb vorgesehen ist, dass beide Twin-Scrolls jeweils nur an einem der beiden Turbinensegmente mit Abgas beaufschlagt werden.This embodiment differs from that of the internal combustion engine 100 according to 1 in which, in the case of a partial load operation, it is provided that exhaust gas is applied to both twin scrolls only at one of the two turbine segments.

Bei der Brennkraftmaschine 200 sind also die Abgasrohre jeder der Zylindergruppen über die Gaswechsel-Auslassventile 9, 10 jeweils auf eines der Umfangssegmente der jeweiligen Abgasturbine 28, 48 gerichtet. Damit wird eine der Twin-Scroll-Fluten von beiden Seiten (Segmenten) mit Abgas beaufschlagt.In the internal combustion engine 200 So are the exhaust pipes of each of the cylinder groups on the gas exchange exhaust valves 9 . 10 each on one of the peripheral segments of the respective exhaust gas turbine 28 . 48 directed. Thus, one of the twin-scroll floods from both sides (segments) is exposed to exhaust gas.

Hingegen sind bei der Brennkraftmaschine 100 gemäß 1 die Abgasrohre jeder der Zylindergruppen über die Gaswechsel-Auslassventile 9, 10 jeweils auf einen der Twin-Scrolls der jeweiligen Abgasturbine 28, 48 gerichtet. Damit wird je ein Segment beider Twin-Scroll-Fluten mit Abgas beaufschlagt.On the other hand are in the internal combustion engine 100 according to 1 the exhaust pipes of each of the cylinder groups via the gas exchange exhaust valves 9 . 10 in each case on one of the twin scrolls of the respective exhaust gas turbine 28 . 48 directed. Thus, a segment of both twin-scroll floods is ever exposed to exhaust gas.

Auch bei der Brennkraftmaschine 200 werden, wie in 2b dargestellt ist, bei höherer Last oder beim Volllastbetrieb sämtliche Gaswechsel-Auslassventile 9, 10 geöffnet, damit eine maximale Abgasmenge die Turbine 28 bzw. 48 des Abgasturboladers 23 bzw. 43 antreiben kann.Also with the internal combustion engine 200 be like in 2 B is shown, at higher load or full load operation all gas exchange exhaust valves 9 . 10 opened so that a maximum amount of exhaust gas the turbine 28 respectively. 48 the exhaust gas turbocharger 23 respectively. 43 can drive.

In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer V8-Cross-Plane-Brennkraftmaschine 300 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass schaltbare Flutenverbindungen 30, 50 vorgesehen sind, welche die Flutentrennung der Zylindergruppen A und B an der ersten Bank 15 sowie die Flutentrennung der Zylindergruppen C und D an der zweiten Bank 35 aufheben. Hierdurch wird - insbesondere Volllastbetrieb - der Abgasgegendruck der Brennkraftmaschine 300 an den Abgasturboladern 23 und 43 in vorteilhafter Weise nochmals weiter auf das Niveau einer Mono-Scroll Turbine reduziert.In 3 is another embodiment of a V8 cross-plane engine 300 represented, which differs from the embodiment according to 1 essentially only differs in that switchable flood connections 30 . 50 are provided, which the flooding separation of the cylinder groups A and B at the first bank 15 as well as the flooding separation of the cylinder groups C and D at the second bank 35 cancel. In this way - in particular full load operation - the exhaust back pressure of the internal combustion engine 300 at the exhaust gas turbochargers 23 and 43 advantageously further reduced further to the level of a mono-scroll turbine.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer V8-Cross-Plane-Brennkraftmaschine 400 dargestellt, dass sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass schaltbare Flutenverbindungen 30, 50 vorgesehen sind, welche die Flutentrennung der Zylindergruppen A und B an der ersten Bank 15 sowie die Flutentrennung der Zylindergruppen C und D an der zweiten Bank 35 aufheben. Hierdurch wird - insbesondere Volllastbetrieb - der Abgasgegendruck der Brennkraftmaschine 300 an den Abgasturboladern 23 und 43 in vorteilhafter Weise nochmals weiter auf das Niveau einer Mono-Scroll Turbine reduziert.In 4 is another embodiment of a V8 cross-plane engine 400 shown that of the embodiment according to 2 essentially only differs in that switchable flood connections 30 . 50 are provided, which the flooding separation of the cylinder groups A and B at the first bank 15 as well as the flooding separation of the cylinder groups C and D at the second bank 35 cancel. In this way - in particular full load operation - the exhaust back pressure of the internal combustion engine 300 at the exhaust gas turbochargers 23 and 43 advantageously further reduced further to the level of a mono-scroll turbine.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 2, 3, 41, 2, 3, 4: Zylinder an der ersten ZylinderbankCylinder on the first cylinder bank
5, 6, 7, 85, 6, 7, 8: Zylinder an der zweiten ZylinderbankCylinder on the second cylinder bank
99: erste Gaswechsel-Auslassventilefirst gas exchange exhaust valves
1010: zweite Gaswechsel-Auslassventilesecond gas exchange exhaust valves
11, 12, 13, 1411, 12, 13, 14: Abgasrohre an der ersten ZylinderbankExhaust pipes on the first cylinder bank
1515: erste Zylinderbankfirst cylinder bank
16, 3616, 36: Ausgangsseite des VerdichtersOutput side of the compressor
17, 3717, 37: Verdichtercompressor
1818: LadeluftkühlerIntercooler
1919: Drosselklappethrottle
2020: Luftsammlerplenum
21, 2221, 22: Abgasreinigungsanlagenemission control systems
2323: Abgasturbolader der ersten ZylinderbankExhaust gas turbocharger of the first cylinder bank
24, 25, 26, 2724, 25, 26, 27: Abgaseinlässe des Abgasturboladers 23 Exhaust gas inlets of the exhaust gas turbocharger 23
2828: Abgasturbine des Turboladers 23 Exhaust gas turbine of the turbocharger 23
3030: schaltbare Flutenverbindungen des Abgasturboladers 23 Switchable flood connections of the exhaust gas turbocharger 23
3535: zweite Zylinderbanksecond cylinder bank
31, 32, 33, 3431, 32, 33, 34: Abgasrohre an der zweiten ZylinderbankExhaust pipes on the second cylinder bank
4343: Abgasturbolader der zweiten ZylinderbankExhaust gas turbocharger of the second cylinder bank
44, 45, 46, 4744, 45, 46, 47: Abgaseinlässe des Abgasturboladers 43 Exhaust gas inlets of the exhaust gas turbocharger 43
4848: Abgasturbine des Abgasturboladers 43 Exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger 43
5050: schaltbare Flutenverbindungen des Abgasturboladers 43 Switchable flood connections of the exhaust gas turbocharger 43
A, B, C, DA, B, C, D: Zylindergruppencylinder groups
100100: BrennkraftmaschineInternal combustion engine

Claims

Brennkraftmaschine (100, 200, 300, 400) der V-Bauart, aufweisend - acht Zylinder (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), die in zwei Bänken (15, 35) zu je vier Zylindern angeordnet sind, wobei jeder Zylinder zwei Gaswechsel-Auslassventile (9, 10) aufweist, - einen mit jedem Zylinder verbundenen Kurbeltrieb mit einer Cross-Plane-Kurbelwelle, und - zwei Abgasturbolader (23, 43) mit jeweils einem Turbinengehäuse, welches vier Abgaseinlässe (24-27, 44-47) aufweist, über welche eine Abgasturbine (28, 48) mit Abgas beaufschlagbar ist, wobei - an jeder der Bänke je zwei Zylinder zu einer Zylindergruppe (A, B, C, D) zusammengefasst sind, - jeder der Abgaseinlässe der beiden Abgasturbolader mit einer der Zylindergruppen durch ein Abgasrohr (11, 12, 13, 14, 31, 32, 33, 34) über je ein Gaswechsel-Auslassventil je Zylinder Abgas führend verbindbar ist, und - die Zylindergruppen so gebildet sind, dass die innerhalb jeder der Bänke in der Zündfolge direkt nacheinander zündenden Zylinder jeweils unterschiedlichen Zylindergruppen zugeordnet sind.Internal combustion engine (100, 200, 300, 400) of the V-type, comprising - eight cylinders (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) which are arranged in two banks (15, 35) of four cylinders, each cylinder having two gas exchange outlet valves (9, 10) . a crankshaft connected to each cylinder with a cross-plane crankshaft, and - Two exhaust gas turbocharger (23, 43) each having a turbine housing, which has four exhaust gas inlets (24-27, 44-47), via which an exhaust gas turbine (28, 48) can be acted upon with exhaust gas, wherein - two cylinders are combined to form a cylinder group (A, B, C, D) at each of the banks, - Each of the exhaust gas inlets of the two exhaust gas turbochargers with one of the cylinder groups through an exhaust pipe (11, 12, 13, 14, 31, 32, 33, 34) via a gas exchange exhaust valve per cylinder exhaust leading leader, and - The cylinder groups are formed so that the inside of each of the banks in the firing order directly firing sequentially cylinders are each assigned to different cylinder groups.

Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Zylindergruppe (A, B, C, D) ein kürzerer Zündabstand zwischen der Zündung der beiden zusammengefassten Zylinder (1,3; 2,4; 5,6; 7,8) 270° Kurbelwinkel beträgt.Internal combustion engine according to Claim 1 , characterized in that in each cylinder group (A, B, C, D) is a shorter ignition interval between the ignition of the two combined cylinders (1,3; 2,4; 5,6; 7,8) 270 ° crank angle.

Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst nacheinander die kürzeren Zündabstande der beiden Zylindergruppen (A, B) der einen Bank (15) und anschließend nacheinander die kürzeren Zündabstände der beiden Zylindergruppen (C, D) der anderen Bank (35) ablaufen.Internal combustion engine according to Claim 2 , characterized in that first successively the shorter firing distances of the two cylinder groups (A, B) of a bank (15) and then successively run the shorter firing intervals of the two cylinder groups (C, D) of the other bank (35).

Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Abgasturbolader (23; 43) eine der Bänke (15; 35) zugeordnet ist, sodass die Zylindergruppen (A, B; C, D) der jeweiligen Bank mit den Abgaseinlässen 11, 12, 13, 14; 31, 32, 33, 34) des zugeordneten Abgasturboladers (23; 43) verbunden sind.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that one of the banks (15; 35) is assigned to each of the exhaust-gas turbochargers (23; 43), so that the cylinder groups (A, B; C, D) of the respective bank with the exhaust-gas inlets 11, 12, 13, 14; 31, 32, 33, 34) of the associated exhaust gas turbocharger (23, 43) are connected.

Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsseiten (16, 36) der Verdichter (17, 37) der beiden Abgasturbolader (23, 43) für einen Druckausgleich miteinander verbindbar oder verbunden sind.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the output sides (16, 36) of the compressors (17, 37) of the two exhaust gas turbochargers (23, 43) are connectable or connected to each other for pressure equalization.

Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Abgasrohr jeder Zylindergruppe oder beide gemeinsamen Abgasrohre einer Zylindergruppe ein Absperrorgan aufweist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a common exhaust pipe of each cylinder group or both common exhaust pipes of a cylinder group comprises a shut-off.

Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas einer Zylindergruppe mit dem Abgas einer anderen Flut der Zylindergruppe und/oder mit dem Abgas wenigsten einer Flut einer anderen Zylindergruppe über eine Flutenverbindung (30, 50) verbindbar ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas of a cylinder group with the exhaust gas of another flood of the cylinder group and / or with the exhaust least a tide of another cylinder group via a flood connection (30, 50) is connectable.

Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse zwei Twin-Scroll Abgaseinlässe aufweist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine housing has two twin-scroll exhaust gas inlets.

Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine eine segmentierte Zwillingsstromturbine ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas turbine is a segmented twin-flow turbine.

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (100,200, 300, 400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei niedriger Last der Brennkraftmaschine eines der zwei Gaswechsel-Auslassventile (9, 10) der Zylinder (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) einer, mehrerer oder aller Zylindergruppen (A, B, C, D) geschlossen wird.Method for operating an internal combustion engine (100, 200, 300, 400) according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that at low load of the internal combustion engine one of the two gas exchange exhaust valves (9, 10) of the cylinder (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) one, more or all cylinder groups (A, B , C, D) is closed.

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei hoher Last der Brennkraftmaschine wenigstens eines der zwei Gaswechsel-Auslassventile der Zylinder einer, mehrerer oder aller Zylindergruppen und/oder ein Absperrorgan geöffnet wird.Method for operating an internal combustion engine according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that at high load of the internal combustion engine at least one of the two gas exchange exhaust valves of the cylinder one, several or all cylinder groups and / or a shut-off device is opened.

Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Schritte gemäß Anspruch 10 als auch die Schritte gemäß Anspruch 11 durchgeführt werden.Method, characterized in that both the steps according to Claim 10 as well as the steps according to Claim 11 be performed.

Verfahren gemäß Anspruch 11 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei hoher Last der Brennkraftmaschine die Flutenverbindungen (30, 50) geöffnet werden.Method according to Claim 11 for operating an internal combustion engine according to Claim 7 , characterized in that at high load of Internal combustion engine, the flood connections (30, 50) are opened.