DE-102017200362-B4 - Verfahren zum Betreiben einer parallel aufgeladenen Brennkraftmaschine mit zuschaltbarer Turbine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinderkopf (2), mindestens zwei Zylindern (3) und einem Ansaugsystem (11) zum Zuführen von Ladeluft zu den mindestens zwei Zylindern (3), bei der - jeder Zylinder (3) mindestens zwei Auslassöffnungen (4, 4a, 4b) zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung (4a) ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung (4, 4a, 4b) eine Abgasleitung (5a, 5b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (5) anschließt, - mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader (8, 9) eine Turbine (8a, 9a) und einen Verdichter (8b, 9b) umfasst, die auf derselben in einer ölgeschmierten Lagerung drehbar gelagerten Welle (8d) angeordnet sind, - die Verdichter (8b, 9b) der mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) parallel im Ansaugsystem (11) angeordnet sind, wobei jeder Verdichter (8b, 9b) in einer separaten Ansaugleitung (11a, 11b) des Ansaugsystems (11) angeordnet ist und die separaten Ansaugleitungen (11a, 11b) stromabwärts der Verdichter (8b, 9b) zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen, - stromabwärts des ersten Verdichters (8b) ein erstes Absperrelement (13a) in der zugehörigen Ansaugleitung (11a) angeordnet ist, - die Abgasleitungen (5a) der zuschaltbaren Auslassöffnungen (4a) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers (6a) zu einer ersten Gesamtabgasleitung (7a) zusammenführen, welche mit der Turbine (8a) des ersten Abgasturboladers (8) verbunden ist, und - die Abgasleitungen (5b) der anderen Auslassöffnungen (4b) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers (6b) zu einer zweiten Gesamtabgasleitung (7b) zusammenführen, welche mit der Turbine (9a) des zweiten Abgasturboladers (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass - ausgehend von einer bei abgeschalteten Auslassöffnungen (4a) deaktivierten ersten Turbine (8a) der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) unter Verwendung einer zweiten Versorgungsleitung (16b) erhöht wird, die stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) vom Ansaugsystem (11) abzweigt und als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung stellt, wobei der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) unter Verwendung der zweiten Versorgungsleitung (16b) erhöht wird, falls ein stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) im Ansaugsystem (11) vorliegender Ladedruck p charge größer ist als ein vorgebbarer Mindestladedruck p charge,min mit p charge ≥ p charge,min , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft verwendet wird, um den ersten Verdichter (8b) anzutreiben und die Welle (8d) in Drehung zu versetzen.

Inventors

• Franz J. Brinkmann
• Klemens Grieser
• Ludwig Stump
• Harald Stoffels
• Jens Wojahn

Assignees

• FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20170111

Priority Date

20160204

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinderkopf (2), mindestens zwei Zylindern (3) und einem Ansaugsystem (11) zum Zuführen von Ladeluft zu den mindestens zwei Zylindern (3), bei der - jeder Zylinder (3) mindestens zwei Auslassöffnungen (4, 4a, 4b) zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung (4a) ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung (4, 4a, 4b) eine Abgasleitung (5a, 5b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (5) anschließt, - mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader (8, 9) eine Turbine (8a, 9a) und einen Verdichter (8b, 9b) umfasst, die auf derselben in einer ölgeschmierten Lagerung drehbar gelagerten Welle (8d) angeordnet sind, - die Verdichter (8b, 9b) der mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) parallel im Ansaugsystem (11) angeordnet sind, wobei jeder Verdichter (8b, 9b) in einer separaten Ansaugleitung (11a, 11b) des Ansaugsystems (11) angeordnet ist und die separaten Ansaugleitungen (11a, 11b) stromabwärts der Verdichter (8b, 9b) zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen, - stromabwärts des ersten Verdichters (8b) ein erstes Absperrelement (13a) in der zugehörigen Ansaugleitung (11a) angeordnet ist, - die Abgasleitungen (5a) der zuschaltbaren Auslassöffnungen (4a) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers (6a) zu einer ersten Gesamtabgasleitung (7a) zusammenführen, welche mit der Turbine (8a) des ersten Abgasturboladers (8) verbunden ist, und - die Abgasleitungen (5b) der anderen Auslassöffnungen (4b) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers (6b) zu einer zweiten Gesamtabgasleitung (7b) zusammenführen, welche mit der Turbine (9a) des zweiten Abgasturboladers (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass - ausgehend von einer bei abgeschalteten Auslassöffnungen (4a) deaktivierten ersten Turbine (8a) der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) unter Verwendung einer zweiten Versorgungsleitung (16b) erhöht wird, die stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) vom Ansaugsystem (11) abzweigt und als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung stellt, wobei der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) unter Verwendung der zweiten Versorgungsleitung (16b) erhöht wird, falls ein stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) im Ansaugsystem (11) vorliegender Ladedruck p charge größer ist als ein vorgebbarer Mindestladedruck p charge,min mit p charge ≥ p charge,min , dadurch gekennzeichnet , dass die Druckluft verwendet wird, um den ersten Verdichter (8b) anzutreiben und die Welle (8d) in Drehung zu versetzen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Druckluft verwendet wird, um unmittelbar den Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) zu erhöhen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Druckluft verwendet wird, um den Druck in der separaten Ansaugleitung (11a) des ersten Verdichters (8b) zu erhöhen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) unter Verwendung eines elektrischen Hilfsantriebs, der mit der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) zumindest antriebsverbindbar ist, erhöht wird, wobei ein aktivierter elektrischer Hilfsantrieb die Welle (8d) und mindestens ein auf der Welle (8d) gelagertes Verdichterlaufrad in Drehung versetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass der Druck am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) unter Verwendung des elektrischen Hilfsantriebs erhöht wird, falls ein stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) im Ansaugsystem (11) vorliegender Ladedruck p charge kleiner ist als ein vorgebbarer Mindestladedruck p charge,min mit p charge < p charge,min .
6. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einem Zylinderkopf (2), mindestens zwei Zylindern (3) und einem Ansaugsystem (11) zum Zuführen von Ladeluft zu den mindestens zwei Zylindern (3), bei der - jeder Zylinder (3) mindestens zwei Auslassöffnungen (4, 4a, 4b) zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung (4a) ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung (4, 4a, 4b) eine Abgasleitung (5a, 5b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (5) anschließt, - mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader (8, 9) eine Turbine (8a, 9a) und einen Verdichter (8b, 9b) umfasst, die auf derselben in einer ölgeschmierten Lagerung drehbar gelagerten Welle (8d) angeordnet sind, - die Verdichter (8b, 9b) der mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) parallel im Ansaugsystem (11) angeordnet sind, wobei jeder Verdichter (8b, 9b) in einer separaten Ansaugleitung (11a, 11b) des Ansaugsystems (11) angeordnet ist und die separaten Ansaugleitungen (11a, 11b) stromabwärts der Verdichter (8b, 9b) zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen, - stromabwärts des ersten Verdichters (8b) ein erstes Absperrelement (13a) in der zugehörigen Ansaugleitung (11a) angeordnet ist, - die Abgasleitungen (5a) der zuschaltbaren Auslassöffnungen (4a) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers (6a) zu einer ersten Gesamtabgasleitung (7a) zusammenführen, welche mit der Turbine (8a) des ersten Abgasturboladers (8) verbunden ist, und - die Abgasleitungen (5b) der anderen Auslassöffnungen (4b) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers (6b) zu einer zweiten Gesamtabgasleitung (7b) zusammenführen, welche mit der Turbine (9a) des zweiten Abgasturboladers (9) verbunden ist, - eine zweite Versorgungsleitung (16b) zur Erhöhung des Drucks am verdichterseitigen Ende der Lagerung der Welle (8d) des ersten Abgasturboladers (8) vorgesehen ist, wobei diese zweite Versorgungsleitung (16b) stromabwärts des zweiten Verdichters (9b) vom Ansaugsystem (11) abzweigt und als Druckluft dienende Ladeluft zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet , dass eine Abblaseleitung (14) vorgesehen ist, die zwischen dem ersten Verdichter (8b) und dem ersten Absperrelement (13a) aus der zugehörigen Ansaugleitung (11a) abzweigt und stromaufwärts des zweiten Verdichters (9b) in die andere Ansaugleitung (11b) mündet, wobei in der Abblaseleitung (14) ein zweites Absperrelement (13b) angeordnet ist.
7. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Versorgungsleitung (16b) in eine erste Versorgungsleitung (16a) mündet.
8. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Versorgungsleitung (16b) unter Ausbildung eines Knotenpunktes (18) in die erste Versorgungsleitung (16a) mündet, wobei am Knotenpunkt (18) ein Absperrelement (18a) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer parallel aufgeladenen Brennkraftmaschine mit zuschaltbarer Turbine und Brennkraftmaschine zum Durchführen des besagten Verfahrens. In der Druckschrift DE 10 2007 046 655 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben einer aufladbaren Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgastrakt zwei Turbolader parallel angeordnet sind, wobei der zweite zuschaltbar ist, indem bedarfsweise eine zweite Auslassöffnung der Zylinder geöffnet wird, über die Abgas zu dem zweiten Turbolader geleitet wird. In der Druckschrift US 2012 / 0 328 418 A1 wird eine Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem Turbolader beschrieben, wobei hier besonders ölgeschmierte Lagerung der Wellen des Turboladers offenbart wird. Eine weitere Beschreibung einer Anordnung mit zwei Turboladern findet sich beispielhaft in der Druckschrift DE 10 2007 043 585 A1. In der Druckschrift EP 2 589 770 A1 wird eine Anordnung eines Turboladers einer Gasturbine mit einem zusätzlichen Kompressor für ein Generieren von komprimierter Luft beschrieben. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, mindestens zwei Zylindern und einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft zu den mindestens zwei Zylindern, bei der- jeder Zylinder mindestens zwei Auslassöffnungen zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,- mindestens zwei Abgasturbolader vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader eine Turbine und einen Verdichter umfasst, die auf derselben in einer ölgeschmierten Lagerung drehbar gelagerten Welle angeordnet sind,- die Verdichter der mindestens zwei Abgasturbolader parallel im Ansaugsystem angeordnet sind, wobei jeder Verdichter in einer separaten Ansaugleitung des- Ansaugsystems angeordnet ist und die separaten Ansaugleitungen stromabwärts der Verdichter zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen,- stromabwärts des ersten Verdichters ein erstes Absperrelement in der zugehörigen Ansaugleitung angeordnet ist,- die Abgasleitungen der zuschaltbaren Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers zu einer ersten Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche mit der Turbine des ersten Abgasturboladers verbunden ist, und- die Abgasleitungen der anderen Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers zu einer zweiten Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche mit der Turbine des zweiten Abgasturboladers verbunden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine aufgeladene Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine insbesondere Ottomotoren, aber auch Dieselmotoren und Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt. Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der Zylinder an einer Montage-Stirnseite miteinander verbunden werden. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane - in der Regel in Gestalt von Hubventilen - und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung dieser Steuerorgane. Jedes Hubventil bewegt sich unter Ausbildung, d. h. Vollziehen eines Ventilhubs zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung und gibt dabei die ventilzugehörige Öffnung während einer Öffnungsdauer frei. Der für die Bewegung des Ventils erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich des Ventils selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Häufig dient der Zylinderkopf zur Aufnahme der Ventiltriebe. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen der Zylinder und das Füllen mit Ladeluft über die Einlassöffnungen. Es ist die Aufgabe der Ventiltriebe die Einlass- und Auslassöffnungen rechtzeitig freizugeben bzw. zu schliessen, wobei in der Regel eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung der Zylinder sowie ein effektives Abführen der Abgase zu gewährleisten. Nach dem Stand der Technik werden die Zylinder daher auch häufig mit zwei oder mehr Einlass- bzw. Auslassöffnungen ausgestattet. Auch die mindestens zwei Zylinder der Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, sind mit mindestens zwei Auslassöffnungen ausgestattet. Die Ansaugleitungen, die zu den Einlassöffnungen führen, und die Abgasleitungen, die sich an die Auslassöffnungen a