DE3200521C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aufgeladenen Verbrennungs­ motor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a charged combustion Motor according to the preamble of claim 1.

In Verbrennungsmotoren, die mit einer Abgasturbine auf­ geladen werden, werden an der Turbine zwei verschiedene bekannte Zulaufverfahren verwendet, und zwar in erster Linie davon abhängend, welche Eigenschaften dem Motor zu geben sind. Gemeinsam für die beiden Zulaufverfahren ist, daß die Abgase von verschiedenen Zylindern oder Zylindergruppen durch wengistens zwei verschiedene Strö­ mungskanäle der Abgasturbine zugeführt werden, welche, wenn das sog. Stoßaufladeverfahren verwendet wird, als separate Rohre bis zu der Turbine fortgesetzt werden, aber welche, wenn das sog. Pulskonverterverfahren ver­ wendet wird, unmittelbar vor der Turbine zusammengefaßt werden. Stoßaufladung ist gewöhnlicherweise vorteilhaf­ ter im niedrigeren Drehzahlbereich des Motors, während das Pulskonverterverfahren gewöhnlicherweise vorteil­ hafter ist im höheren Drehzahl- oder Belastungsbereich des Motors.In internal combustion engines with an exhaust gas turbine are loaded on the turbine two different known feed method used, namely in the first Line depends on what characteristics the engine are to be given. Together for the two feed processes is that the exhaust gases from different cylinders or Cylinder groups through two different streams channels of the exhaust gas turbine are supplied, which, if the so-called shock charging method is used as separate pipes are continued up to the turbine but what if the so-called pulse converter method ver is summarized immediately in front of the turbine will. Shock charging is usually beneficial ter in the lower engine speed range while the pulse converter process is usually advantageous is more in the higher speed or load range of the motor.

Bei dem Zulauf der Abgase in die Abgasturbine sind die strömungstechnischen Faktoren von größter Bedeutung. Das ganze Ladeverfahren und dadurch auch der Wirkungs­ grad des ganzen Motors hängen in großem Ausmaß von der tadellosen und effektiven Funktion der Abgasturbine ab. When the exhaust gases are fed into the exhaust gas turbine, they are fluidic factors of paramount importance. The whole charging process and therefore the effect degrees of the whole engine depend to a large extent on the impeccable and effective function of the exhaust gas turbine from.  

Die US-PS 34 23 926 gibt eine Lösung dafür, wie das Stoßaufladeverfahren während des normalen Betriebs des Motors ohne weiteres in ein Pulskonverterverfahren umge­ wandelt werden kann, die hierfür vorgeschlagenen Steuer­ anordnungen erfüllen aber nicht die genannten Kriterien, nämlich das Strömungsbild der Gasströme bei dieser Um­ wandlung nicht wesentlich zu stören. In sämtlichen Aus­ führungsformen der US-PS 34 23 926 handelt es sich um eine Strömungssteuerung, die so ausgeführt wird, daß eine Öffnung in einer Zwischenwand zweier Parallelkanäle geöffnet wird.The US-PS 34 23 926 gives a solution for how that Shock charging process during normal operation of the Motors easily converted into a pulse converter process can be converted, the tax proposed for this orders do not meet the criteria mentioned, namely the flow pattern of the gas flows at this order not significantly disrupt change. In all out leadership forms of US-PS 34 23 926 are a flow control that is carried out so that an opening in an intermediate wall of two parallel channels is opened.

Die Querschnittsform und die Laufrichtung der Kanäle bleiben unverändert nicht nur vor und nach der Mischungs­ zone, sondern auch in der Mischungszone selbst. Dies hat zur Folge, daß bei Öffnen der Verbindungswand durch Verschwenken der darin angeordneten Zwischenwand die beiden parallellaufenden Gasströme nur in ihren Grenzbe­ reichen verwirbeln. Dabei kommt es zu einem gewünschten Druckausgleich, jedoch nicht zu einer Durchmischung der Gasströme.The cross-sectional shape and the running direction of the channels remain unchanged not only before and after the mix zone, but also in the mixing zone itself. This has the consequence that when opening the connecting wall through Swiveling the partition arranged therein two parallel gas flows only in their border areas swirl enough. This results in a desired one Pressure equalization, but not for thorough mixing of gas flows.

Beim Gegenstand der DE-OS 30 08 180 werden nicht wie bei der beschriebenen US-PS zwei parallel angeordnete Strömungskanäle alternativ miteinander verbunden oder voneinander getrennt. Vielmehr wird in der ersten Alter­ nativstellung einer der Strömungskanäle ganz abgesperrt, so daß die Gasströme durch den verbleibenden Strömungs­ kanal geführt werden. Dadurch verändern sich die Einlauf­ parameter der Abgasturbine vollständig.In the subject of DE-OS 30 08 180 are not like in the described US-PS two arranged in parallel Flow channels alternatively connected to each other or separated from each other. Rather, it is at the first age completely closed off one of the flow channels, so that the gas flows through the remaining flow channel. This changes the enema exhaust turbine parameters complete.

Ausgehend von der US-PS 34 23 926 liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, beim Umschalten auf das Pulskon­ verterverfahren, d. h. bei Öffnen der Zwischenwand, eine optimale Durchmischung der Gasströme zu erreichen, ohne dabei das Strömungsbild wesentlich zu beeinträchtigen. Diese Aufgabe wird mit den Mitteln des Anspruchs 1 ge­ löst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen beschrieben. Mit einem erfindungsgemäß aufge­ bauten Verbrennungsmotor ist es möglich, die Gasströme nach dem vorliegenden Bedarf zu steuern, ohne daß dabei das zu erreichende vorteilhafte Ergebnis vernichtende Strömungsverluste auftreten.The application is based on US Pat. No. 3,423,926 based on the task when switching to pulse Verterverfahren, d. H. when opening the partition, one to achieve optimal mixing of the gas streams without  thereby significantly impairing the flow pattern. This task is ge with the means of claim 1 solves. Further developments of the invention are in the Unteran sayings described. With one according to the invention built internal combustion engine it is possible to reduce the gas flows to control according to the present need without doing so destroying the advantageous result to be achieved Flow losses occur.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet eine Zusammenfassung und Trennung der Strömungskanäle, z. B. von dem Ladedruck gesteuert, automatisch statt, so daß wenn der Motor langsam oder unter niedriger Belastung läuft, die genannten Strömungskanäle voneinander getrennt sind, und wenn der Motor schnell oder unter höherer Belastung läuft, die genannten Strömungskanäle zusammengefaßt sind. In dieser Weise erhält, man eine einfache Konstruktion, da der Ladedruck direkt für den Antrieb der Steueranordnung dar Strömung in einer geeigneten druckmittelbetätigten Anordnung ausgenützt werden kann. Als Ausgangswert für die Steuerung der Bewegung der Strömungssteueranordnung kann auch die Drehzahl, die Brennstoffzufuhr oder die Belastung des Motors verwendet werden, das letztgenannte z. B. in dem Fall, wenn der Motor einen Generator antreibt. Auch andere automatische Steuerver­ fahren sind denkbar.In a preferred embodiment of the invention, a Summary and separation of the flow channels, e.g. B. from that Boost pressure controlled automatically instead, so that when the engine runs slowly or under low load, the aforementioned Flow channels are separated and when the engine runs fast or under higher load, the aforementioned Flow channels are summarized. In this way, a simple construction because the boost pressure is directly for the drive of the control arrangement is flow in a suitable pressure-operated arrangement can be used can. As a starting value for controlling the movement of the Flow control arrangement can also change the speed Fuel supply or the load on the engine used be the latter z. B. in the case when the engine drives a generator. Other automatic tax ver driving are conceivable.

Eine strömungstechnisch vorteilhafte Lösung entsteht, wenn die genannten Strömungskanäle in der Strömungsrich­ tung gesehen zu einem Kanal zusammengefaßt werden, dessen Querschnittsfläche 0,5 .. 0,8 mal die genannte Gesamt­ querschnittsfläche beträgt. A fluidically advantageous solution is created if the flow channels mentioned in the flow direction seen can be combined into a channel, the Cross-sectional area 0.5 .. 0.8 times the total mentioned cross-sectional area.  

Wenn die Erfindung in Praxis z. B. in einem Viertaktverbren­ nungsmotor angewendet wird, wird das beste Ergebnis gewöhn­ licherweise erzielt, wenn die Zusammenfassung der Strömungs­ kanäle in der oberen Hälfte des Drehzahl- oder Belastungsbereichs des Motors stattfindet.If the invention in practice, for. B. in a four-stroke motor is used, the best result is used achieved when the summary of the flow channels in the top half of the speed or Load range of the engine takes place.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the accompanying drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 die Abgasturbine eines aufgeladenen Verbren­ nungsmotors und die daran angeschlossenen Strömungskanäle teilweise geschnitten; Figure 1 partially cut the exhaust gas turbine of a supercharged combustion engine and the flow channels connected thereto;

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 in einer anderen Funk­ tionslage; FIG. 2 shows the arrangement according to FIG. 1 in a different radio position;

Fig. 3 den Schnitt III-III der Fig. 1; Fig. 3 shows the section III-III of Fig. 1;

Fig. 4 den Schnitt IV-IV der Fig. 2. Fig. 4 shows the section IV-IV of FIG. 2.

In der Zeichnung bezeichnet 1 eine Abgasturbine und 2 das an der Turbine angeschlossene. Zulaufrohrsystem der Abgase. Das Zulaufrohrsystem 2 umfaßt zwei separate Rohre 3 und 4, in welchen die Abgase von verschiedenen Zylindern oder Zylinder­ gruppen geleitet werden. Die Rohre 3 und 4 werden zu einem gemeinsamen Kanalteil 5 zusammengefaßt, von dem sie wieder als separate Rohre divergieren, die direkt an der Abgasturbine 1 angeschlossen sind. In der Mitte des gemeinsamen Kanalteils 5 ist eine Drehscheibe 6 gelagert, die eine in der Strömungs­ richtung gelagerte Drehwelle 7 hat. An dieser Drehwelle kann ein Kettenrad 8, ein Dreharm oder ein anderes Kraft­ übertragungselement angeschlossen sein, mit dem die erforderliche Drehkraft der Welle 7 übermittelt wird. In den Fig. 3 und 4 ist eine druckmittelbetätigte Drehkrafteinheit 9 dargestellt. In der Steuerung der Regelanordnung können verschiedene Ventilkonstruktioner als Hilfsmittel verwendet werden, z. B. Magnetventile, die ihre Steuerimpulse von einer die Drehzahl des Motors messender Vorrichtung oder von einem die Belastung des Motors steuernder Prozessor erhalten. Es ist wichtig, daß die Drehscheibe 6 mit Sicherheit eine von den möglichen Endlagen einnimmt und nicht irrtümlicherweise in irgendeiner unbestimmten, das Strömungsbild störenden Zwischenlage bleiben kann.In the drawing, 1 denotes an exhaust gas turbine and 2 the one connected to the turbine. Inlet pipe system for the exhaust gases. The inlet pipe system 2 comprises two separate pipes 3 and 4 , in which the exhaust gases from different cylinders or cylinder groups are passed. The tubes 3 and 4 are combined to form a common channel part 5 , from which they diverge again as separate tubes which are connected directly to the exhaust gas turbine 1 . In the middle of the common channel part 5 , a turntable 6 is mounted, which has a rotating shaft 7 mounted in the flow direction. A sprocket 8 , a rotating arm or another force transmission element can be connected to this rotating shaft, with which the required rotating force of the shaft 7 is transmitted. In FIGS. 3 and 4, a fluid-operated rotary power unit 9 is shown. In the control of the control arrangement, various valve designers can be used as aids, e.g. B. solenoid valves, which receive their control pulses from a device measuring the speed of the motor or from a processor controlling the load on the motor. It is important that the turntable 6 assumes one of the possible end positions with certainty and cannot erroneously remain in any indefinite intermediate position which disturbs the flow pattern.

Wie es den Figuren zu entnehmen ist, werden bei der gezeigten Ausführungsform in den beiden Funktionslagen besonders stromlinienförmige Strömungskanäle gebildet, in denen die Strömungsverluste klein sind. Die freie Querschnittsfläche des gemeinsamen Kanalteils 5 ist etwa 0,7 mal der Gesamtquer­ schnittsfläche der darin zusammengefaßten Strömungskanäle.As can be seen from the figures, in the embodiment shown, particularly streamlined flow channels are formed in the two functional layers, in which the flow losses are small. The free cross-sectional area of the common channel part 5 is approximately 0.7 times the total cross-sectional area of the flow channels combined therein.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern verschiedene Abwandlungen der Erfindung sind innerhalb des Rahmens der Patentansprüche möglich.The invention is not based on the illustrated embodiment limited, but various modifications of the invention are possible within the scope of the claims.

Claims (4)

1. Aufgeladener Verbrennungsmotor mit einem von einer Abgasturbine getriebenen Ladeluftkompressor, wobei für die Leitung der Abgase von verschiedenen Zylindern oder Zylindergruppen in die Abgasturbine parallel wenig­ stens zwei Strömungskanäle (3, 4) vorgesehen sind, die stromaufwärts von der Abgasturbine eine Verbindung (5) aufweisen, in der eine drehbare Zwischenwand (6) gela­ gert ist, deren Drehachse in Strömungsrichtung einge­ stellt ist und mit der die Strömungskanäle einerseits voneinander getrennt gehalten und andererseits miteinan­ der verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die wengistens zwei Strömungskanäle (3, 4) von den Zylindern bzw. den Zylindergruppen kommend in der Strömungsrichtung gesehen konvergierend zu einem gemeinsamen Kanalteil (5) zusammengefaßt sind,
• - dessen Querschnittsfläche etwas kleiner ist als die Gesamtquerschnittsfläche der gesamten Strömungskanäle,
• - daß separate Strömungskanäle divergierend von dem genannten gemeinsamen Strömungskanalteil (5) zur Abgasturbine geführt sind,
• - und daß diese Anordnung der zu- und abführenden Strömungskanäle in der Lage der drehbaren Zwischen­ wand (6) in dem gemeinsamen Kanalteil (5), in der sie die Strömungskanäle verbindet, ein stromlinien­ artiges Zusammenfließen der Gasströme aus den ankom­ menden Strömungskanälen (3, 4) zuläßt.

1. Supercharged internal combustion engine with a charge air compressor driven by an exhaust gas turbine, wherein at least two flow channels ( 3 , 4 ) are provided in parallel for directing the exhaust gases from different cylinders or cylinder groups into the exhaust gas turbine and have a connection ( 5 ) upstream of the exhaust gas turbine , in which a rotatable intermediate wall ( 6 ) is mounted, the axis of rotation of which is set in the direction of flow and with which the flow channels are kept separate from one another and are connected to one another on the other, characterized in that

• - The at least two flow channels ( 3 , 4 ) coming from the cylinders or the cylinder groups, seen in the flow direction, converging to a common channel part ( 5 ),
• whose cross-sectional area is somewhat smaller than the total cross-sectional area of the entire flow channels,
• - That separate flow channels are diverging from said common flow channel part ( 5 ) to the exhaust gas turbine,
• - And that this arrangement of the supply and discharge flow channels in the position of the rotatable intermediate wall ( 6 ) in the common channel part ( 5 ), in which it connects the flow channels, a streamlined confluence of the gas streams from the incoming flow channels ( 3 , 4 ) allows.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer­ schnittsfläche des gemeinsamen Kanalteils (5) 0,5... 0,8 mal die Gesamtquerschnittsfläche der Strömungskanäle (3, 4) beträgt.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the common channel part ( 5 ) is 0.5 ... 0.8 times the total cross-sectional area of the flow channels ( 3 , 4 ). 3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusam­ menfassung und Trennung der genannten Strömungskanäle (3, 4) zum Beispiel von dem Ladedruck gesteuert automa­ tisch stattfindet, so daß wenn der Motor langsam oder unter niedriger Belastung läuft, die genannten Strö­ mungskanäle (3, 4) voneinander getrennt sind, und wenn der Motor schnell oder unter höherer Belastung läuft, die genannten Strömungskanäle (3, 4) zusammengefaßt sind.3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that a summary and separation of said flow channels ( 3 , 4 ) takes place, for example, controlled automatically by the boost pressure, so that when the engine is running slowly or under low load, said Flow channels ( 3 , 4 ) are separated from each other, and if the engine is running fast or under higher loads, the flow channels ( 3 , 4 ) are summarized. 4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammen­ fassung der genannten Strömungskanäle (3, 4) in der obe­ ren Hälfte des Geschwindigkeits- oder Belastungsbereichs des Motors stattfindet.4. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the summary of said flow channels ( 3 , 4 ) takes place in the upper half of the speed or load range of the engine.