DE3312093A1

DE3312093A1 - Mit einem abgasturbolader ausgeruestete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3312093A1
Application number: DE19833312093
Authority: DE
Inventors: Eckart Dipl.-Ing.Dr. 3170 Gifhorn Müller; Henning Dipl.-Ing.Dr. 3171 Wedesbüttel Schröder
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: MUELLER, ECKART, DR.-ING., 3170 GIFHORN, DE
Priority date: 1983-04-02
Filing date: 1983-04-02
Publication date: 1984-10-04
Also published as: DE3312093C2

Description

a r ι · i ν ο. r S ! ι ι s c η α γ τ 3180 Wolfsburg

K 3417/1702pt-hu-sa

Mit einem Abgasturbolader ausgerüstete Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine mit einem Abgasturbolader ausgerüstete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche aufgeladene Brennkraftmaschine ist aus der US-PS 4 207 742, F02B 37/00, bekannt. Zur Anpassung der Betriebsweise des Abgasturboladers an den jeweiligen Verbrennungsluftbedarf der Brennkraftmaschine, also insbesondere zur Erhöhung der Leistung des Abgasturboladers bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, findet dort eine mehrflutige Abgasturbine Verwendung, wobei einzelne Kanäle in der Turbine zwecks Erzielung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der Abgase in ihnen einen relativ kleinen Querschnitt besitzen. Damit diese Abgaskanäle bei hohen Drehzahlen und/oder Lasten der Brennkraftmaschine, d.h. dann, wenn ein großes Abgasangebot vorhanden ist, keinen unerwünscht hohen Abgasgegendruck hervor-rufen, der die Gaswechselarbeit der Brennkraftmaschine erhöhen würde, zweigen von den einzelnen Brennräumen bzw. Brennraumgruppen zugeordneten, stets mit dem Eingang der Abgasturbine verbundenen Abgasleitungen Verbindungsleitungen zum Abgasrohr ab, in denen wastegateartige Regelventile angeordnet sind, die durch den Abgasdruck in der jeweiligen Abgasleitung gegen die Kraft von Federn betätigt werden und diesen auf einen bestimmten Wert einregeln.

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Mit dieser bekannten Anordnung wird zwar der unerwünschte Abgasgegendruck begrenzt, jedoch auf einen durchaus beachtlichen Wert, der schon deshalb erforderlich ist, weil infolge der ständigen Verbindung der Abgasleitungen mit dem Eingang der Abgasturbine andernfalls ein Druckausgleich zwischen den verschiedenen Abgasleitungen in der Turbine selbst und damit eine Störung des Betriebs des Abgasturboladers erfolgen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der also ebenfalls durch Herstellen von die Abgasturbine umgehenden Bypassverbindungen eine bestimmte Betriebsweise des Abgasturboladers erzielt werden kann, bei der aber der Abgasgegendruck für diejenigen Brennräume (Zylinder), deren Abgasleitungen jeweils mit dem Abgasauslaß unter Umgehung der Abgasturbine verbunden sind, bis etwa auf Atmosphärendruck verringert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

In Abweichung von dem beschriebenen Stand der Technik erfolgt bei der Erfindung also beim Auftreten bestimmter Abgasdrücke am Eingang der Abgasturbine, beim Auftreten eines bestimmten Ladedrucks in der Luft- oder Gemischeinlaßleitung der Brennkraftmaschine oder beim Auftreten von in einem gespeicherten Kennfeld vorgegebenen Betriebswerten des Abgasturboladers bzw. der Brennkraftmaschine ein Abschalten einzelner oder mehrerer Abgasleitungen vom Eingang der Abgasturbine sowie die Herstellung einer strömungswiderstandsarmen Verbindung dieser Abgasleitungen mit dem Abgasauslaß, bevorzugt dem Abgasrohr des Turboladers, in dem annähernd Atmosphärendruck herrscht. An den Umschaltvorrichtungen, die durch Walzenschieber oder Klappen gebildet sein können, wofür dem Fachmann Konstruktionen zur Verfügung stehen können, entsteht also kein den Abgasgegendruck nennenswert beeinflussender Druckabfall, und diese direkten Verbindungen zwischen den Abgasleitungen einerseits und dem Abgasauslaß andererseits haben infolge der Abtrennung der Abgasleitungen vom Eingang der Abgasturbine auch keinerlei Einfluß auf die Strömungsverhältnisse des Abgases im Bereich der Abgasturbine selbst.

Im Regelfall wird man die erfindungsgemäße aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 3 auslegen. Der Vorteil dieser Auslegung besteht darin, daß die Abgasturbine relativ klein gehalten sein kann. Sie muß so ausgelegt sein, daß sie etwa bei der höchsten Drehzahl der Brennkraftmaschine und damit bei Durchschaltung der Verbindungen von einzelnen Abgasleitungen zum Abgasauslaß den erforderlichen Ladedruck erzeugt; bei niedrigeren Drehzahlen der Brennkraftmaschine erfolgt dann die Belieferung der Abgasturbine mit Abgas auch über die dann wieder auf sie geschalteten Abgasleitungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt schematisch die Figur.

In diesem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Brennkraftmaschine 1 sechs Brennräume (Zylinder) mit den einzelnen Abgasleitungen 7 bis 12 aufweist. Diese münden -in diesem Ausführungsbeispiel nach vorheriger Zusammenfassung in Abgaskrümmern 13 und IA- in den Eingang 15 der Abgasturbine 16 des ferner den Ladeluftkompressor 17 enthaltenden Abgasturbolader 18 an sich bekannten Aufbaus ein. Die Abgasturbine 16 besitzt das Abgasrohr 19.

Von dem Abgaskrümmer 13 geht die Bypassleitung 20 ab. An der Kreuzungsstelle von Bypassleitung 20, Abgasleitung 8 und Abgaskrümmer 13 ist die um die Schwenkachse 21 schwenkbare Klappe 22 vorgesehen, die, gesteuert beispielsweise durch den Ladedruck am Ausgang 23 des Ladeluftkompressors 17, drei Stellungen einnehmen kann: In der bei 2' angedeuteten ersten Stellung trennt sie beide Abgasleitungen 7 und 8 vom Eingang 15 der Abgasturbine 16 ab und verbindet sie über die Bypassleitung 20 strömungswiderstandsarm mit dem als Abgasauslaß dienenden Abgasrohr 19. Der Abgasgegendruck für die an die beiden Abgasleitungen 7 und 8 angeschlossenen Zylinder besitzt damit einen Minimalwert. In einer zweiten, ausgezogen dargestellten Lage verbindet die Klappe 22 die Abgasleitung 8 unter Abtrennung von der Bypassleitung 20 mit dem Eingang 15 der Abgasturbine 16, während die Klappe die Abgasleitung 7 unter Abtrennung von" dem Turbineneingang 15 über die Bypassleitung 20 direkt mit dem Abgasrohr 19 verbindet. In ihrer dritten Stellung 22" schließlich verbindet die Klappe 22 beide Abgasleitungen 7 und 8 mit dem Turbineneingang 15 unter Ab-

sperrung der Bypassleitung 20. Diese Stellung 22" wird die Klappe 22 insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 und damit bei geringem Abgasangebot für die Abgasturbine 16 einnehmen.

Wie aus dieser Beschreibung ersichtlich, brauchen nur noch diejenigen Zylinder, die mit dem Turbineneingang 15 verbunden sind, gegen den hohen Abgasdruck am Turbineneingang auszuschieben. Diejenigen Zylinder, deren Abgasleitungen -hier die Leitungen 7 und 8- über die Klappe 22 jeweils direkt mit dem Abgasrohr 19 verbunden sind, arbeiten dagegen nur gegen einen sehr niedrigen Abgasgegendruck.

Der Abgasauslaß für die Abgasleitungen 7 und 8 kann in Abweichung von dem gezeichneten Ausführungsbeispiel auch durch ein vom Abgasrohr 19 unabhängiges Rohr gebildet sein, das ins Freie mündet.

Claims

/(·■ ι. τ f. Y, t. (■ l; i. VV ι: j. '

3180 Wolfsburg
K 3417/1702pt-hu-sa

³ f. März 1983

PATENTANSPRÜCHE

TlJ Mit einem Abgasturbolader ausgerüstete Brennkraftmaschine mit einzelnen Brennräumen oder Brennraumgruppen zugeordneten Abgasleitungen, einem an die Abgasturbine des Turboladers angeschlossenen Abgasrohr und Einrichtungen zum Herstellen die Abgasturbine umgehender Verbindungen zwischen einzelnen Abgasleitungen und einem Abgasauslaß bei bestimmten Betriebswerten von Turbolader und/oder Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen strömungswiderstandsarme Umschaltvorrichtungen (22) zum Umschalten der einzelnen Abgasleitungen (7,8) vom Eingang (15) der Abgasturbine (16) zum Abgasauslaß (Abgasrohr 19) und umgekehrt enthalten.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kreuzungsstelle von zwei Abgasleitungen (7,8) und einer zum Abgasauslaß (Abgasrohr 19) führenden Bypassleitung (20) eine Klappe (22) zwischen einer ersten Stellung (22^f), in der sie beide Abgasleitungen (7,8) unter Absperrung gegen die Abgasturbine (16) auf die Bypassleitung (20) schaltet, einer zweiten Stellung, in der sie eine der Abgasleitungen (8) unter Absperrung gegen die Bypassleitung (20) auf die Abgasturbine (16) und die andere Abgasleitung (7) unter Absperrung gegen die Abgasturbine auf die Bypassleitung (20) schaltet, und einer dritten Stellung (22") schwenkbar ist, in der sie beide Abgasleitungen (7,8) unter Absperrung gegen die Bypassleitung (20) auf die Abgasturbine (16) schaltet.

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3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung der einzelnen Abgasleitungen (7-12) zu Brennräumen und Brennraumgruppen sowie die Auslegung des Abgasturboladers (18) derart getroffen sind, daß der Abgasturbolader (18) praktisch über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) den jeweils erforderlichen Ladedruck der Brennkraftmaschine (1) erzeugt.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasauslaß durch das Abgasrohr (19) gebildet ist.