DE102021100459A1

DE102021100459A1 - Verbrennungskraftmaschine mit zwei Abgasturboladern, Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102021100459A1
Application number: DE102021100459.4A
Authority: DE
Inventors: Rainer Drees
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2022-07-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einer einen ersten Brennraum (2, B1, B2, B3) aufweisenden ersten Brennraumgruppe (G1) und einer einen zweiten Brennraum (2, B4, B5, B6) aufweisenden zweiten Brennraumgruppe (G2); einem Gaseinströmtrakt (6) und einem Abgastrakt (7), welche an die Brennräume (2) angeschlossen sind, wobei je Brennraumgruppe (G1, G2) ein erster Ausströmkanal (23, 24) und ein zweiter Ausströmkanal (25, 26) vorgesehen sind; zwei Abgasturboladern (9, T1, T2), wobei eine jeweilige Abgasturbine (10) eine erste Turbineneingangsspirale (12) und eine zweite Turbineneingangsspirale (13) aufweist, und mittels des ersten Ausströmkanals (23) der ersten Brennraumgruppe (G1) die erste Turbineneingangsspirale (12) des ersten Abgasturboladers (9, T1) miteinander verbindbar sind und mittels des ersten Ausströmkanals (24) der zweiten Brennraumgruppe (G2) die erste Turbineneingangsspirale (12) des zweiten Abgasturboladers (9, T2) miteinander verbindbar sind; wobei mittels des zweiten Ausströmkanals (25) der ersten Brennraumgruppe (G1) die zweite Turbineneingangsspirale (13) des zweiten Abgasturboladers (9, T2) miteinander fluidisch verbindbar sind und mittels des zweiten Ausströmkanals (26) der zweiten Brennraumgruppe (G2) die zweite Turbineneingangsspirale (13) des ersten Abgasturboladers (9, T1) miteinander fluidisch verbindbar sind; einer Ventileinrichtung (27), die je zweitem Ausströmkanal (25, 26) zwischen der jeweiligen Brennraumgruppe (G1, G2) und der jeweiligen zweiten Turbineneingangsspirale (13) eine Ventileinheit (28, 29) umfasst, welche zwischen einer Durchströmstellung, in welcher der entsprechende zweite Ausströmkanal (25, 26) für ein Durchströmen freigegeben ist, und einer Sperrstellung, in welcher der entsprechende zweite Ausströmkanal (25, 26) gegen ein Durchströmen gesperrt ist, verstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine.
Heutzutage besteht im Serienfahrzeugbau, insbesondere Motorenbau, der Bedarf, immer strengere Abgasnormen zu erfüllen. Dies führt unter anderem zum sogenannten Downsizing - also zum Verringern von Zylinderanzahl und/oder von Hubraum -, um einen Kraftstoffverbrauch und infolgedessen einen CO₂-Ausstoß zu verringern. Um mit dem Downsizing einhergehende Nachteile, insbesondere eine aufgrund des Downsizings verringerte Leistungsausbeute, einer entsprechend ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine zumindest teilweise auszugleichen, ist es heutzutage bekannt, eine Ladung der Verbrennungskraftmaschine (Frischluft und/oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch) beim Einströmen in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zu verdichten. Hierbei hat sich das Verdichten der Ladung mittels eines Abgasturboladers als ein zweckmäßiger Ansatz herausgestellt, da mittels eines Abgasturboladers noch vorhandene thermische und/oder kinetische Energie eines Abgases der Verbrennungskraftmaschine genutzt wird. In diesem Zusammenhang sind sogenannte Twin-Scroll-Abgasturbolader bekannt, bei welchen eine Abgasturbine des Twin-Scroll-Abgasturboladers über zwei separat voneinander ausgebildete Turbineneingangsspiralen anströmbar ist. Die beiden voneinander separat ausgebildeten Turbineneingangsspiralen (Scrolls) sind fluidisch an unterschiedliche Brennräume der Verbrennungskraftmaschine angeschlossen, derart, dass im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Twin-Scroll-Abgasturboladers, dass aus einem ersten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßenes Abgas über eine erste der Turbineneingangsspiralen einem Turbinenrad des Twin-Scroll-Abgasturboladers zugeführt wird, und aus einem anderen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßenes Abgas über eine zweite der Turbineneingangsspiralen dem Turbinenrad zugeführt wird. Hierbei ist es Ziel, Abgasströme aus zwei nacheinander vom Ladungswechsel betroffenen Brennräumen auf der Strecke zwischen den Brennräumen und dem Turbinenrad zeitlich und räumlich besonders lange zu trennen. Auf diese Weise beeinflussen sich die Abgasströme beim Zuströmen in Richtung hin zu dem Turbinenrad nicht gegenseitig, wie es bei einem Abgasturbolader mit nur einer Turbineneingangsspirale (Mono-Scroll-Abgasturbolader) der Fall ist. Des Weiteren ist ein vollständiges Ausstoßen von Abgas aus dem jeweiligen Brennraum begünstigt, da zwei direkt aufeinanderfolgende Ausstoßtakte zweiter Brennräume der Verbrennungskraftmaschine sich zeitlich überschneiden. Denn im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine sind Auslassventile des zuerst ausstoßenden Brennraums auf bzw. werden noch geschlossen, während Auslassventile des nachfolgend ausstoßenden Brennraums schon geöffnet werden/sind. Sind die beiden nacheinander ausstoßenden Brennräume also an eine gemeinsame Turbineneingangsspirale angeschlossen, kann es dazu kommen, dass das Ausstoßen von Abgas aus einem der beiden Brennräume durch das Ausstoßen von Abgas aus dem entsprechend anderen der Brennräume behindert wird. Demnach ist vorgesehen, zwei direkt nacheinander ausstoßende Brennräume an voneinander unterschiedlich ausgebildete Turbineneingangsspiralen (eventuell desselben Abgasturboladers) anzuschließen.
Für Verbrennungskraftmaschinen, die eine besonders hohe Spitzenleistung bereitstellen sollen, beispielsweise für High-Performance-Modelle eines Kraftfahrzeugherstellers, ist es des Weiteren ein bekannter Ansatz, mehr als einen Abgasturbolader einzusetzen. Hierbei kommen beispielsweise zwei Mono-Scroll-Abgasturbolader zum Einsatz, wobei die beiden Abgasturbinen einer solchen Bi-Turbo-Anordnung - je nach Anordnung und Regelung der beiden Mono-Scroll-Abgasturbolader - parallel und/oder sequenziell mit den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zusammenwirken. Eine sequenzielle Anordnung bzw. Regelung von einem kleinen Mono-Scroll-Abgasturbolader und einem großen Mono-Scroll-Abgasturbolader wird im Fahrzeugbau beispielsweise dazu eingesetzt, ein besonders spontanes Ansprechverhalten der Verbrennungskraftmaschine bei einem Lastwunsch, insbesondere aus einem niedrigen Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine, auszubilden. Denn ein Laufzeug (Turbinenrad, Verdichterrad und gemeinsame Welle) des kleineren Abgasturboladers ist aufgrund seiner geringeren Masse und der damit einhergehenden geringeren Massenträgheit schneller beschleunigbar als das Laufzeug des größeren Abgasturboladers. Es wirkt also zunächst der kleinere der beiden Abgasturbolader, insbesondere im niedrigen Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine, und wenn eine maximale Leistung des kleineren Abgasturboladers erreicht ist - etwa am/beim Übergang zwischen dem niedrigen Drehzahlbereich und einem hohen Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine - wird alternativ oder zusätzlich zu dem kleineren Abgasturbolader der größere Abgasturbolader aktiviert, dessen Laufzeug aufgrund des hohen Abgasstroms im hohen Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine nun effizient beschleunigt wird. Eine derartige Lösung mit zwei sequenziell zu betreibenden Abgasturboladern erfordert jedoch eine besonders aufwendige Regelung. Daneben erfordert eine solche Lösung ein besonders aufwendiges Temperaturmanagement.
Um diesen Problemen Herr zu werden, sind Abgasturbolader mit einer verstellbaren Leitschaufelgeometrie bekannt. Diese sogenannten VTG-Abgasturbolader (VTG: Variable Turbinengeometrie) weisen üblicherweise eine einzige Turbineneingangsspirale sowie am Turbineneingang verstellbare Leitschaufeln auf. Mittels der verstellbaren Leitschaufeln ist ein Anströmwinkel, unter welchem das Abgas auf das Turbinenrad auftrifft, einstellbar bzw. regelbar. Dennoch werden die zuvor genannten Probleme mittels eines VGT-Abgasturboladers nicht gelöst, da der VGT-Abgasturbolader besonders aufwendig hinsichtlich seiner Konstruktion und hinsichtlich seiner Regelung ist. Des Weiteren sind die verstellbaren Leitschaufeln und/oder deren Verstellmechanik im Abgasstrom besonders hohen Temperaturen ausgesetzt, sodass eine Materialauslegung sowie eine Fertigung von VGT-Abgasturboladern besonders hoch sind.
Eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Twin-Scroll-Abgasturbolader ist beispielsweise aus der DE 10 2014 007 310 A1 sowie aus der WO 2019/201546 A1 bekannt. Des Weiteren ist aus der DE 10 2014 210 642 A1 eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Multi-Scroll-Abgasturbolader bekannt, wobei mittels eines Scroll-Ventils eine Menge von Abgas, das an eine Abgasturbine des Multi-Scroll-Abgasturboladers geleitet wird, variierbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine mit einer besonders effizienten Ladervorrichtung, ein besonders effizientes Verfahren zum Aufladen einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine anzusehen, wobei die Mittel der Verbrennungskraftmaschine zur Durchführung der Verfahrensschritte eingesetzt oder einsetzbar sind. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt.
Erfindungsgemäß ist eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welche einen ersten Brennraum und zumindest einen weiteren Brennraum aufweist. Der jeweilige Brennraum umfasst eine Einströmseite und eine Ausströmseite. Die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine sind des Weiteren zu zumindest zwei Brennraumgruppen zusammengefasst. Das bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine eine erste Brennraumgruppe mit zumindest einem der Brennräume und wenigstens eine zweite Brennraumgruppe mit zumindest einem anderen der Brennräume umfasst. Bei der Brennraumgruppe kann es sich beispielsweise um eine sogenannte Zylinderbank einer Verbrennungskraftmaschine handeln. Dies gilt insbesondere für V-Motoren, W-Motoren, Boxer-Motoren, etc. Bei Reihen-Motoren (R-Motoren), beispielsweise R-4-Motoren, R-6-Motoren etc., kann beispielsweise eine erste Hälfte der Anzahl der Brennräume der ersten Brennraumgruppe zugewiesen sein und die zweite Hälfte der Brennräume der zweiten Brennraumgruppe. Es ist des Weiteren denkbar, dass die jeweilige Brennraumgruppe lediglich direkt zueinander benachbarte Brennräume der Verbrennungskraftmaschine umfasst. Ferner ist es möglich, dass die Brennraumgruppen unterschiedlich viele Brennräume der Verbrennungskraftmaschine umfassen, etwa wenn die Verbrennungskraftmaschine eine ungerade Anzahl an Brennräumen aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass ein und derselbe Brennraum mehreren Brennraumgruppen zugeordnet ist.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst weiter einen Gaseinströmtrakt sowie einen Abgastrakt, wobei es sich bei dem Gaseinströmtrakt und bei dem Abgastrakt jeweils um ein jeweiliges Leitungssystem, beispielsweise Rohrwerk und/oder Schlauchwerk, handelt. Der Gaseinströmtrakt ist an der Einströmseite an die Brennräume angeschlossen. Ferner ist der Gaseinströmtrakt dazu ausgebildet, von einem Gas, insbesondere Luft, durchströmt zu werden, sodass das Gas bzw. die Luft durch den Gaseinströmtrakt hin zu den Brennräumen und in die Brennräume strömen kann. In analoger Weise ist der Abgastrakt an der Ausströmseite an die Brennräume angeschlossen. Der Abgastrakt ist dazu ausgebildet, von einem Gas, insbesondere Abgas, durchströmt zu werden, sodass aus den Brennräumen ausgestoßenes Abgas durch den Abgastrakt hindurch aus den Brennräumen heraus und von den Brennräumen wegströmen kann. Folglich sind der Gaseinströmtrakt und die Brennräume an der Einströmseite fluidisch miteinander verbunden, wobei der Abgastrakt und die Brennräume an der Ausströmseite fluidisch miteinander verbunden sind.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst weiter eine Ladervorrichtung, insbesondere einen ersten Abgasturbolader und wenigstens einen zweiten Abgasturbolader. Das bedeutet, dass die Ladervorrichtung durch die Abgasturbolader gebildet ist, wobei die Ladervorrichtung weitere Abgasturbolader und/oder andere Ladereinrichtungen umfassen kann. Der jeweilige Abgasturbolader umfasst eine in dem Abgastrakt angeordnete Abgasturbine und einen in dem Gaseinströmtrakt angeordneten Verdichter. Die jeweilige Abgasturbine umfasst ein Turbinenrad und der jeweilige Verdichter umfasst ein Verdichterrad, wobei das jeweilige Turbinenrad und das jeweilige Verdichterrad des jeweiligen Abgasturboladers drehfest auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, sodass das Verdichterrad antreibbar ist, indem das Turbinenrad durch aus den Brennräumen ausgestoßenes Abgas antreibbar ist. Des Weiteren umfasst die jeweilige Abgasturbine eine erste Turbineneingangsspirale und eine zweite Turbineneingangsspirale, welche jeweils auch als „Scroll“ bezeichnet werden können. Dementsprechend ist vorgesehen, dass der jeweilige Abgasturbolader als ein sogenannter Twin-Scroll-Abgasturbolader ausgebildet ist.
Der Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine weist des Weiteren zwischen den Brennräumen und den Abgasturboladern bzw. zwischen den Ausströmseiten der Brennräume und den Abgasturboladern je Brennraumgruppe bzw. je Abgasturbolader einen ersten Ausströmkanal auf. Weist also die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise zwei Brennraumgruppen bzw. zwei Turbolader auf, umfasst der Abgastrakt in diesem Fall zwei erste Ausströmkanäle. Mittels des jeweiligen ersten Ausströmkanals sind die Brennräume der jeweiligen Brennraumgruppe und die jeweilige erste Turbineneingangsspirale bzw. der jeweilige erste Scroll des jeweiligen Abgasturboladers - je nach Stellung eines dem entsprechenden ersten Ausströmkanal zugeordneten Gaswechselventils, insbesondere Auslassventils, der Verbrennungskraftmaschine - miteinander fluidisch verbindbar oder verbunden. Genauer gesagt sind mittels des ersten Ausströmkanals der ersten Brennraumgruppe die Brennräume der ersten Brennraumgruppe und die erste Turbineneingangsspirale des ersten Abgasturboladers miteinander verbindbar, und mittels des ersten Ausströmkanals der zweiten Brennraumgruppe sind die Brennräume der zweiten Brennraumgruppe und die erste Turbineneingangsspirale des zweiten Abgasturboladers miteinander verbindbar. Wird also im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine Abgas aus einem der Brennräume der ersten Brennraumgruppe ausgestoßen, strömt dieses durch den Abgastrakt, insbesondere durch den ersten Ausströmkanal der ersten Brennraumgruppe und in die erste Turbineneingangsspirale des ersten Abgasturboladers hinein, um beim Verlassen der ersten Turbineneingangsspirale das Turbinenrad des ersten Abgasturboladers anzutreiben. In analoger Weise strömt im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine das aus einem Brennraum der zweiten Brennraumgruppe abgestoßene Abgas durch den ersten Ausströmkanal der zweiten Brennraumgruppe hindurch und in die erste Turbineneingangsspirale des zweiten Abgasturboladers hinein, um beim Verlassen der ersten Turbineneingangsspirale des zweiten Abgasturboladers dessen Turbinenrad anzutreiben.
Zudem weist der Abgastrakt je Brennraumgruppe einen zweiten Ausströmkanal auf. Hierbei sind die zweiten Ausströmkanäle zwischen den Brennräumen bzw. zwischen den Brennraumgruppen und den Abgasturboladern angeordnet. Im Gegensatz zu den ersten Ausströmkanälen sind die zweiten Ausströmkanäle überkreuz angeordnet, was bedeutet, dass mittels des zweiten Ausströmkanals der ersten Brennraumgruppe die zweite Turbineneingangsspirale des zweiten Abgasturboladers miteinander verbindbar oder verbunden sind, und mittels des zweiten Ausströmkanals der zweiten Brennraumgruppe die zweite Turbineneingangsspirale des ersten Abgasturboladers miteinander verbindbar oder verbunden sind. Wird also im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine aus einem Brennraum der ersten Brennraumgruppe Abgas durch den zweiten Ausströmkanal der ersten Brennraumgruppe bzw. des zweiten Abgasturboladers ausgestoßen, strömt dieses in Richtung hin zu der zweiten Turbineneingangsspirale des zweiten Abgasturboladers. Dahingegen strömt Abgas, das aus einem Brennraum der zweiten Brennraumgruppe ausgestoßen wird, durch den zweiten Ausströmkanal der zweiten Brennraumgruppe bzw. des ersten Abgasturboladers in Richtung hin zu der zweiten Turbineneingangsspirale des ersten Abgasturboladers.
Die Verbrennungskraftmaschine weist überdies eine Ventileinrichtung auf, die je zweitem Ausströmkanal zwischen der jeweiligen Brennraumgruppe und der jeweiligen zweiten Turbineneingangsspirale eine Ventileinheit umfasst. Anders ausgedrückt ist die jeweilige Ventileinheit der Ventileinrichtung in dem jeweiligen zweiten Ausströmkanal angeordnet, um eine Durchströmbarkeit desselben zu steuern bzw. zu regeln. Hierzu ist die jeweilige Ventileinheit zwischen einer Durchströmstellung und einer Sperrstellung verstellbar. In der Durchströmstellung ist der entsprechende zweite Ausströmkanal für ein Durchströmen freigegeben, wohingegen in der Sperrstellung der entsprechende zweite Ausströmkanal gegen ein Durchströmen gesperrt ist. Mit anderen Worten ist der entsprechende zweite Ausströmkanal von Gas, beispielsweise dem Abgas, durchströmbar, wenn die Ventileinrichtung, das heißt die entsprechende Ventileinheit, zumindest teilweise in die Durchströmstellung verstellt ist. Ist die entsprechende Ventileinheit teilweise aus der Durchströmstellung ausgerückt, das heißt teilweise in die Sperrstellung verstellt, ist der entsprechende zweite Ausströmkanal in geringerem Maße von dem Abgas durchströmbar, also teilweise gegen das Durchströmen gesperrt. Ist die entsprechende Ventileinheit vollständig in die Sperrstellung verstellt, ist der entsprechende zweite Ausströmkanal vollständig gegen das Durchströmen mit dem Abgas gesperrt.
Es gilt also für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine - am Beispiel der ersten Brennraumgruppe erklärt -, dass aus einem Brennraum der ersten Brennraumgruppe ausgestoßenes Abgas durch den zweiten Ausströmkanal in die zweite Turbineneingangsspirale des zweiten Abgasturboladers strömt, wenn durch die Ventileinrichtung der entsprechende zweite Ausströmkanal zumindest teilweise freigegeben ist, das heißt zumindest teilweise in die Durchströmstellung verstellt ist. Ist dahingegen durch die Ventileinheit der entsprechende zweite Ausströmkanal vollständig versperrt, strömt kein Abgas durch den entsprechenden zweiten Ausströmkanal. Folglich sind der jeweilige Brennraum der Verbrennungskraftmaschine und einer der Abgasturbolader je nach Stellung der Ventileinrichtung über den entsprechenden zweiten Ausströmkanal fluidisch miteinander verbindbar oder verbunden.
Diese Verbrennungskraftmaschine hat den Vorteil, dass die Turbinenräder der Abgasturbolader besonders gleichmäßig antreibbar sind. Denn die Brennraumgruppen, das heißt die Zuordnung der Brennräume zu der jeweiligen Brennraumgruppe, ist insbesondere derart gewählt, dass bei einer gegebenen Zündreihenfolge für die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine zwei Auslasstakte von zwei direkt nacheinander ausstoßenden Brennräumen sich gegenseitig nicht in unerwünschter Weise beeinflussen. Denn innerhalb der jeweiligen Ausströmkanäle, das heißt innerhalb des jeweiligen ersten Ausströmkanals und innerhalb des jeweiligen zweiten Ausströmkanals, erfolgt kein Druckausgleich, das heißt keine Verringerung des Drucks, indem zwei direkt nacheinander ausstoßende Brennräume Abgas mit unterschiedlichem Druck in die jeweiligen ersten Ausströmkanäle bzw. in die jeweiligen zweiten Ausströmkanäle ausstoßen. Denn je nach Verbrennungsqualität und/oder je nach Fertigungstoleranzen des jeweiligen Brennraums weicht ein Abgasdruck des aus dem jeweiligen Brennraum ausgestoßenen Abgases von dem Abgasdruck eines aus einem anderen der Brennräume ausgestoßenen Abgases ab.
Bei der Verbrennungskraftmaschine handelt es sich insbesondere um eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Kraftwagens, zum Beispiel Personenkraftwagens und/oder Lastkraftwagens. Die Verbrennungskraftmaschine kann des Weiteren als eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine („Dieselmotor“) oder als eine fremdzündende Verbrennungskraftmaschine („Ottomotor“) ausgebildet sein. Aufgrund der oben beschriebenen Ladervorrichtung, bei welcher sich je Abgasturbolader Abgasströme von zwei unterschiedlichen Brennraumgruppen erst direkt am Turbinenrad miteinander vermischen, ergibt sich für die Verbrennungskraftmaschine ein besonders vorteilhaftes Ansprechverhalten, insbesondere wenn in einem niedrigen Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine ein Lastwunsch eingegeben wird. Der Lastwunsch ist beispielsweise über ein Fahrpedal, das durch einen Nutzer der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einen Fahrer des mit der Verbrennungskraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs betätigbar ist, eingebbar. Denn ein jeweiliges Laufzeug der beiden Abgasturbolader ist besonders effizient und schnell beschleunigbar, wodurch besonders schnell eine erwünschte Verdichterwirkung im Gaseinströmtrakt der Verbrennungskraftmaschine vorliegt und für das Verdichten der Ladung der Verbrennungskraftmaschine nutzbar ist.
Vorzugsweise ist die jeweilige Ventileinheit elektrisch verstellbar bzw. regelbar. Darüber hinaus ist es denkbar, dass die jeweilige Ventileinheit ein elektrisch steuerbares bzw. verstellbares Sperrventil und/oder ein elektrisch verstellbares bzw. steuerbares Wegeventil umfasst. Mittels des Sperrventils und/oder Wegeventils kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der jeweilige zweite Ausströmkanal ganz oder teilweise gegen ein Durchströmen gesperrt ist, wenn die jeweilige Ventileinheit, das heißt das jeweilige Sperrventil bzw. das jeweilige Wegeventil in Bezug auf den entsprechenden zweiten Ausströmkanal ganz oder teilweise in die Sperrstellung verstellt ist. Für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gilt dann, dass das Abgas, das aus der jeweiligen Brennraumgruppe ausgestoßen wird, anstatt durch den jeweiligen zweiten Ausströmkanal vollständig durch den jeweiligen ersten Ausströmkanal in Richtung hin zu dem entsprechenden Abgasturbolader strömt. Bedarfsgerecht, beispielsweise wenn in dem entsprechenden ersten Ausströmkanal, ein vorgegebener oder vorgebbarer Abgasdruck erreicht und/oder überschritten wird und/oder wenn eine erwünschte Laufzeugdrehzahl erreicht/überschritten ist, ist dann das Abgas aus der entsprechenden Brennraumgruppe zumindest teilweise hin zu dem anderen der beiden Abgasturbolader leitbar, indem die jeweilige Ventileinheit in Bezug zu dem entsprechenden zweiten Ausströmkanal zumindest teilweise in die Durchströmstellung verstellt wird. Es lässt sich so eine noch effizientere Betriebsweise der beiden Abgasturbolader realisieren, indem bedarfsgerecht, beispielsweise je nach Lastwunsch, das Abgas zu dem entsprechenden Abgasturbolader geleitet wird. Darüber hinaus stellt sich das Steuern bzw. Regeln der beiden Abgasturbolader besonders einfach dar, da das Steuern bzw. Regeln mittels eines einfachen Verstellens der die Ventileinrichtung erfolgt.
Insbesondere handelt es sich bei der Ventileinrichtung um eine von der Gaswechselventileinheit der Verbrennungskraftmaschine unterschiedlich ausgebildete Ventileinrichtung. Es hat sich in weiterer Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Ventileinrichtung die Gaswechselventileinheit der Verbrennungskraftmaschine umfasst oder zumindest teilweise durch diese gebildet ist. Das bedeutet, dass die Ventileinrichtung alternativ oder zusätzlich zu dem Sperrventil und/oder Wegeventil Gaswechselventile, insbesondere Auslassventile, der Verbrennungskraftmaschine umfasst, mittels derer in einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine eine fluidische Verbindung zwischen dem Brennraum und dem Abgastrakt öffenbar bzw. schließbar ist. Im Allgemeinen ist es für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, dass je Brennraum mehr als ein Auslassventil vorgesehen ist, um ein besonders vorteilhaftes Ausströmen von Abgas aus dem Brennraum beim Ausstoßtakt zu gewährleisten. Hierzu kann insbesondere eine Variable Auslassventilsteuerung zum Einsatz kommen, sodass ein jeweiliger Öffnungsgrad des entsprechenden Ventils einstellbar ist. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass das entsprechende Ventil, insbesondere Auslassventil, hinsichtlich dessen Öffnens bzw. Schließens regelbar ist, sodass zum Beispiel das Ventil in erwünschter Weise ganz oder bestimmungsgemäß teilweise öffenbar und/oder schließbar ist.
Es ist dann beispielsweise vorgesehen, dass ein jeweiliges erstes Auslassventil des jeweiligen Brennraums der ersten Brennraumgruppe und lediglich der erste Ausströmkanal der ersten Brennraumgruppe fluidisch miteinander verbunden bzw. verbindbar sind, wohingegen ein jeweiliges zweites Auslassventil der Brennräume der ersten Brennraumgruppe lediglich mit dem zweiten Ausströmkanal der ersten Brennraumgruppe fluidisch verbunden bzw. verbindbar sind. Soll bedarfsgerecht im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine Abgas aus der ersten Brennraumgruppe lediglich durch den ersten Ausströmkanal in Richtung hin zu dem ersten Abgasturbolader entweichen, sind die zweiten Auslassventile der Brennräume der ersten Brennraumgruppe deaktiviert, insbesondere in einem geschlossenen Zustand gehalten. Soll hingegen zumindest teilweise Abgas aus den Brennräumen der ersten Brennraumgruppe durch den zweiten Ausströmkanal in Richtung hin zu dem zweiten Abgasturbolader ausströmen können, sind die zweiten Auslassventile der Brennräume der ersten Brennraumgruppe aktiviert, insbesondere mit einem Ventiltrieb der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt, wobei mittels des Ventiltriebs die ersten Auslassventile und die zweiten Auslassventile antreibbar sind. Dieser Ventiltrieb umfasst beispielsweise eine Auslassnockenwelle der Verbrennungskraftmaschine und ist insbesondere als ein variabler Gaswechselventiltrieb ausgebildet, um zum Beispiel die zweiten Auslassventile von dem Ventiltrieb zumindest zeitweise abzukoppeln und/oder einen Ventilhub, eine Geschlossenzeit und/oder eine Offenzeit des jeweiligen Auslassventils bedarfsgerecht zu steuern.
Indem zur bedarfsgerechten Abgasleitung in den jeweiligen ersten Ausströmkanal und/oder in den jeweiligen zweiten Ausströmkanal der Ventiltrieb bzw. die Gaswechselventileinheit der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt ist, ergibt sich der Vorteil, dass auf ein weiteres, separat ausgebildetes Ventil in dem zweiten Ausströmkanal verzichtet werden kann, wodurch sich eine derartige Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine als besonders bauraumeffizient herausgestellt hat.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine eine Steuereinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Ventileinrichtung basierend auf einer aktuellen Laufzeugdrehzahl des jeweiligen Abgasturboladers in Verbindung mit einem aktuellen Lastwunsch zu steuern. Das bedeutet, dass der Steuereinheit die aktuelle Laufzeugdrehzahl des jeweiligen Abgasturboladers bereitstellbar ist. Hierzu ist eine Sensorik zum Erfassen der Laufzeugdrehzahl vorstellbar, auf welche jedoch (insbesondere unter ökonomischen Gesichtspunkten) in modernen Kraftfahrzeugen oftmals verzichtet wird. Demnach wir die aktuelle Laufzeugdrehzahl zum Beispiel in Abhängigkeit von dem aktuellen Abgasmassenstrom errechnet oder (etwa zuvor mittels eines entsprechenden Prüfstands-Versuchs-Aufbaus) modelliert.
Des Weiteren ist der Steuereinheit der Lastwunsch bereitstellbar, welcher vom Nutzer der Verbrennungskraftmaschine bzw. Fahrer des Kraftfahrzeugs, eingegeben wird. Ist beispielsweise die aktuelle Laufzeugdrehzahl gering und der Lastwunsch hoch, ist zum Erfüllen dieses Lastwunsches ein besonders hoher Ladedruck auf der Verdichterseite des jeweiligen Abgasturboladers erforderlich, das heißt eine besonders hohe Laufzeugdrehzahl des jeweiligen Abgasturboladers. Indem also mittels der Steuereinheit die Ventileinrichtung bei niedriger Laufzeugdrehzahl und hohem Lastwunsch vollständig in die Sperrstellung verstellt wird, sind die zweiten Ausströmkanäle gegen das Durchströmen gesperrt. Hierdurch ist gewährleistet, dass ein gesamter Abgasstrom der jeweiligen Brennraumgruppe vollständig in die erste Turbineneingangsspirale des entsprechenden Abgasturboladers eingeleitet wird. Dabei ist die erste Turbineneingangsspirale auf einen schnellen Drehzahlzuwachs bei niedrigem Abgasmassenstrom ausgelegt bzw. konstruktiv optimiert. Insbesondere handelt es sich bei der ersten Turbineneingangsspirale um eine innere Turbineneingangsspirale des entsprechenden Abgasturboladers. Demnach ist die zweite Turbineneingangsspirale als eine äußere Turbineneingangsspirale ausgebildet. Hierbei ist also die erste bzw. beispielsweise innere Turbineneingangsspirale zwischen dem Verdichter und der zweiten bzw. beispielsweise äußeren Turbineneingangsspirale angeordnet.
Somit wird zunächst am Laufzeug eine Drehzahlerhöhung verursacht, wobei in diesem Betriebszustand der entsprechende Abgasturbolader aufgrund des beschleunigten bzw. beschleunigenden Laufzeugs den Brennräumen eine wunschgemäß hohe Ladeluftmenge bereitstellt. Hieraus resultiert ein entsprechend steigender bzw. gestiegener Abgasmassenstrom, mittels derer wiederum das Laufzeug weiter beschleunigt wird. Ist die aktuelle Laufzeugdrehzahl des jeweiligen Abgasturboladers dann entsprechend dem Lastwunsch hoch, sodass der jeweilige Abgasturbolader einen dem Lastwunsch entsprechenden Ladedruck auf der Verdichterseite zur Verfügung stellt, wird mittels der Steuereinheit die Ventileinrichtung, das heißt die jeweilige Ventileinheit, derart angesteuert, dass der jeweilige zweite Ausströmkanal zumindest teilweise von dem Abgas durchströmbar ist. Das bedeutet, dass dann die jeweilige Ventileinheit zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in die Durchströmstellung verstellt wird oder ist. Rotiert also das Laufzeug des jeweiligen Abgasturboladers mit der dem Lastwunsch entsprechenden Laufzeugdrehzahl, ist oder wird dieser Lastwunsch des Fahrers bzw. Nutzers erfüllt, wobei dem jeweiligen Abgasturbolader durch einen der ersten Ausströmkanäle und durch einen der zweiten Ausströmkanäle Abgas aus beiden Brennraumgruppen bereitgestellt wird.
Insgesamt ergibt sich also eine effizientere bzw. schnellere Beschleunigung des Laufzeugs, wodurch das Ansprechverhalten der Verbrennungskraftmaschine noch vorteilhafter ausgebildet ist, insbesondere ein sogenanntes Turboloch besonders gering ausfällt. Anders ausgedrückt ist ein saugmotorischer Teilbetrieb eines Gesamtbetriebs der Verbrennungskraftmaschine in vorteilhafter Weise besonders klein, bei welchem die Verbrennungskraftmaschine gezwungen ist, Luft über das sich noch nicht schnell genug drehende Turbinenrad hinweg durch einen sich absenkenden Kolben im entsprechenden Brennraum anzusaugen.
Einer weiteren Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine zur Folge sind die jeweilige erste Turbineneingangsspirale und die jeweilige zweite Turbineneingangsspirale gleich ausgebildet. Das bedeutet, dass die jeweilige erste Turbineneingangsspirale und die jeweilige zweite Turbineneingangsspirale, das heißt die beiden Scrolls der beiden Abgasturbolader, gleiche Abmessungen und gleiche Geometrie aufweisen. Folglich ist der jeweilige Abgasturbolader der Verbrennungskraftmaschine besonders einfach und/oder aufwandsarm hergestellt oder herstellbar.
In alternativer Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ist vorgesehen, dass die jeweilige erste Turbineneingangsspirale und die jeweilige zweite Turbineneingangsspirale des jeweiligen Abgasturboladers voneinander unterschiedlich ausgebildet sind. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die jeweilige erste Turbineneingangsspirale kleiner als die jeweilige zweite Turbineneingangsspirale des jeweiligen Abgasturboladers ausgebildet ist. Mit anderen Worten weist die erste Turbineneingangsspirale beispielsweise einen kleineren Durchströmdurchmesser auf als die zweite Turbineneingangsspirale. Durch eine derartige Ausgestaltung der Turbineneingangsspiralen des jeweiligen Abgasturboladers werden die oben genannten Vorteile nochmals verstärkt. Besonders bevorzugt ist es, die erste Turbineneingangsspirale derart auszugestalten, dass ein Anströmverhalten des durch die erste Turbineneingangsspirale strömenden und auf das Turbinenrad auftreffenden Abgases einem Anströmverhalten eines Abgases in einem Abgasturbolader mit variabler Leitschaufelgeometrie (VTG-Abgasturbolader) bei niedriger Laufzeugdrehzahl zumindest ähnelt. In analoger Weise ist vorgesehen, dass die zweite Turbineneingangsspirale derart ausgebildet ist, dass ein Anströmverhalten des durch die erste Turbineneingangsspirale und durch die zweite Turbineneingangsspirale strömenden und auf das Turbinenrad auftreffenden Abgases einem Anströmverhalten des Abgases in dem Abgasturbolader mit verstellbarer Leitschaufelgeometrie bei hoher Laufzeugdrehzahl zumindest ähnelt. Mit anderen Worten wird mittels einer derartigen Ausgestaltung des vorliegenden Twin-Scroll-Abgasturboladers unter vorteilhaftem Ausbleiben einer besonders aufwendigen und/oder anfälligen Verstellmechanik ein Betriebsverhalten eines VTG-Abgasturboladers erzeugt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine zweigen der erste Ausströmkanal und der zweite Ausströmkanal der jeweiligen Brennraumgruppe von einem gemeinsamen Gasausgleichselement voneinander ab. Das bedeutet, dass bei der Verbrennungskraftmaschine je Brennraumgruppe ein Gasausgleichselement vorgesehen ist, von welchem sowohl der erste Ausströmkanal als auch der zweite Ausströmkanal der jeweiligen Brennraumgruppe abzweigen. Anders ausgedrückt weist also die Verbrennungskraftmaschine ein erstes Gasausgleichselement auf, das der ersten Brennraumgruppe zugeordnet ist und des Weiteren ein zweites Gasausgleichselement, das der zweiten Brennraumgruppe zugeordnet ist. Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine strömt also aus der ersten Brennraumgruppe ausgestoßenes Abgas in das erste Gasausgleichselement, und in analoger Weise strömt im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine aus der zweiten Brennraumgruppe ausgestoßenes Abgas in das zweite Gasausgleichselement. Von dem jeweiligen Gasausgleichselement strömt dann das Abgas weiter in den jeweiligen ersten Ausströmkanal und - sofern die Ventileinrichtung zumindest teilweise in die Durchströmstellung verstellt ist - in den jeweiligen zweiten Ausströmkanal. Dementsprechend sind die Abgasturbolader der Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Prinzip Stauaufladung antreibbar, wobei das Turbinenrad besonders gleichmäßig von dem aus den Brennräumen ausgestoßenen Abgas angeströmt wird.
Alternativ oder zusätzlich - wie bei einer weiteren Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen - ist das jeweilige Turbinenrad der Abgasturbolader gemäß dem Prinzip Stoßaufladung bzw. Impulsaufladung antreibbar. Hierzu weist der jeweilige zweite Ausströmkanal so viele voneinander separat ausgebildete Ausströmkanalelemente auf, wie die jeweilige Brennraumgruppe Brennräume aufweist. Dabei zweigen das jeweilige Ausströmkanalelement und der erste Ausströmkanal direkt am jeweiligen Brennraum voneinander ab.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das jeweilige Turbinenrad des jeweiligen Abgasturboladers sowohl mittels Stoßaufladung als auch mittels Stauaufladung antreibbar ausgebildet ist. Beispielsweise erfolgt im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine das Antreiben des entsprechenden Turbinenrads durch den ersten Ausströmkanal mittels Stauaufladung, wobei das Antreiben des entsprechenden Turbinenrads durch den zweiten Ausströmkanal mittels Stoßaufladung erfolgt. Des Weiteren ist eine umgekehrte Ausgestaltung denkbar, bei welcher das Antreiben des Turbinenrads durch den ersten Ausströmkanal mittels Stoßaufladung erfolgt, wobei das Antreiben des Turbinenrads dann durch den zweiten Ausströmkanal mittels Stauaufladung erfolgt.
Indem zum Antreiben des Turbinenrads mittels Stoßaufladung eine kinetische Energie des ausgestoßenen Abgases genutzt wird, ergibt sich ein besonders effizienter Betrieb des Abgasturboladers. Insbesondere in Verbindung mit einem besonders kleinen Durchströmdurchmesser der ersten Turbineneingangsspirale ergibt sich so ein besonders hohes Beschleunigungsvermögen des Laufzeugs des jeweiligen Abgasturboladers. Dies unterstützt das erwünschte besonders spontane Ansprechverhalten der Verbrennungskraftmaschine.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine. Hierbei wird ein erstes Abgas aus einem Brennraum einer ersten Brennraumgruppe der Verbrennungskraftmaschine und durch einen ersten Ausströmkanal der ersten Brennraumgruppe hindurch in eine erste Turbineneingangsspirale eines ersten Abgasturboladers der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßen. Des Weiteren wird ein zweites Abgas aus einem Brennraum einer zweiten Brennraumgruppe und durch einen ersten Ausströmkanal der zweiten Brennraumgruppe hindurch in eine erste Turbineneingangsspirale eines zweiten Abgasturboladers ausgestoßen. Wenn eine zwischen der ersten Brennraumgruppe und der zweiten Turbineneingangsspirale angeordnete Ventileinheit der Verbrennungskraftmaschine in eine Durchströmstellung verstellt ist, wird ein Anteil des ersten Abgases durch einen zweiten Ausströmkanal der ersten Brennraumgruppe hindurch in eine zweite Turbineneingangsspirale des zweiten Abgasturboladers ausgestoßen. Des Weiteren wird ein Anteil des zweiten Abgases durch einen zweiten Ausströmkanal der zweiten Brennraumgruppe hindurch in eine zweite Turbineneingangsspirale des ersten Abgasturboladers ausgestoßen, wenn eine zwischen der zweiten Brennraumgruppe und der zweiten Turbineneingangsspirale angeordnete Ventileinheit in eine Durchströmstellung verstellt ist.
Dieses Verfahren ist aufgrund der überkreuz angeordneten zweiten Ausströmkanäle der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht und bietet ein besonders effizientes Betreiben der beiden Abgasturbolader der Verbrennungskraftmaschine. Indem die beiden Abgasturbolader der Verbrennungskraftmaschine durch dieses Verfahren besonders effizient betrieben werden, wird eine Ladung (Frischluft und/oder Kraftstoff-Luft-Gemisch) besonders effizient mit Druck beaufschlagt, wodurch die Verbrennungskraftmaschine besonders spontan auf einen Lastwunsch, beispielsweise des Nutzers der Verbrennungskraftmaschine oder Fahrers des entsprechend ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, anspricht.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildete Verbrennungskraftmaschine umfasst. Die Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs ist insbesondere mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine betreibbar, wodurch sich für das Kraftfahrzeug die gleichen Vorteile wie für die Verbrennungskraftmaschine und für das Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine ergeben.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Ansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit einer einen ersten Abgasturbolader und einen zweiten Abgasturbolader umfassenden Ladervorrichtung;
2 eine schematische Ansicht des jeweiligen Abgasturboladers, welcher eine erste Turbineneingangsspirale und eine zweite Turbineneingangsspirale aufweist;
3 eine schematische Ansicht des jeweiligen Abgasturboladers in einer alternativen Ausführungsform, wobei die ersten Turbineneingangsspirale kleiner als die zweite Turbineneingangsspirale ausgebildet ist;
4 eine schematische Ansicht der Verbrennungskraftmaschine, wobei eine Ventileinrichtung der Ladervorrichtung zumindest teilweise durch eine Gaswechselventileinheit der Verbrennungskraftmaschine gebildet ist;
5 eine schematische Ansicht der Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Abgastrakt derart ausgebildet ist, dass die Abgasturbolader mittels Stauaufladung antreibbar sind; und
6 eine schematische Ansicht der Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Abgastrakt derart ausgebildet ist, dass die Abgasturbolader mittels Stoßaufladung antreibbar sind.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden eine Verbrennungskraftmaschine 1, ein Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 1 sowie ein mit der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgerüstetes Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) gemeinsam beschrieben.
Eine schematische und vereinfachte Ansicht der Verbrennungskraftmaschine 1 ist in 1 dargestellt. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist eine Vielzahl von Brennräumen 2 auf. Im vorliegenden Beispiel weist die Verbrennungskraftmaschine sechs Brennräume 2 auf, die zur eindeutigen Ansprache mit B1, B2, B3, B4, B5, B6 bezeichnet sind. Es ist jedoch zu verstehen, dass die vorliegende Beschreibung in analoger Weise auf Verbrennungskraftmaschinen anwendbar ist, die mehr oder weniger als sechs Brennräume aufweisen. So ist die vorliegende Beschreibung in analoger Weise beispielsweise auf eine Verbrennungskraftmaschine anwendbar, die zwei Brennräume, drei Brennräume, vier Brennräume, fünf Brennräume, acht Brennräume, zehn Brennräume, zwölf Brennräume etc. aufweist.
Der jeweilige Brennraum 2, B1-B6 ist einer ersten Brennraumgruppe G1 und/oder einer zweiten Brennraumgruppe G2 zugewiesen. Das bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 die beiden Brennraumgruppen G1, G2 aufweist. Die Brennräume 2 sind den Brennraumgruppen G1, G2 insbesondere gemäß einer vorgegebenen bzw. vorgebbaren Zündreihenfolge der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist vorliegend die Zündreihenfolge B1 - B5 - B3 - B6 - B2 - B4 auf, und die mit B1, B2, B3 bezeichneten der Brennräume 2 sind der ersten Brennraumgruppe G1 zugeordnet, wohingegen die mit B4, B5, B6 bezeichneten der Brennräume 2 der zweiten Brennraumgruppe G2 zugeordnet sind. Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 erfolgen also zwei direkt aufeinanderfolgende Zündtakte der Verbrennungskraftmaschine 1 in unterschiedlichen Brennraumgruppen G1, G2. Alternativ oder zusätzlich sind die Brennräume 2 gemäß einer räumlichen Anordnung den Brennraumgruppen G1, G2 zugeordnet. Vorliegend weist die Verbrennungskraftmaschine 1 zwei Brennraumbänke 3 („Zylinderbänke“) auf, wobei jede der Brennraumbänke 3 einen Anteil, beispielsweise eine Hälfte, ein Viertel etc., der Brennräume 2 aufweist. Die Brennräume 2 bzw. die Brennraumbänke 3 können dabei in Reihe zueinander angeordnet sein (Reihen-Motor), nebeneinander über einen V-Winkel voneinander beabstandet sein (V-Motor, VR-Motor), einander gegenüberliegen (Boxer-Motor, V-180°-Motor) oder anderweitig räumlich zueinander angeordnet sein (zum Beispiel Stern-Motor). Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei der Verbrennungskraftmaschine 1 um einen „Reihen-6-Zylinder-Motor“ mit der bereits erwähnten Zündreihenfolge.
Der jeweilige Brennraum 2 weist eine Einströmseite 4 und eine gegenüberliegende Ausströmseite 5 auf. Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 strömt in einem Fülltakt oder Ansaugtakt über die Einströmseite 4 eine Ladung in den jeweiligen Brennraum 2 ein. Bei einem Ausstoßtakt strömt die zu einem Abgas verbrannte Ladung über die Ausströmseite 5 aus dem Brennraum 2 heraus.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist weiter einen Gaseinströmtrakt 6 und einen Abgastrakt 7 auf, wobei der Gaseinströmtrakt 6 - je nach Stellung eines Gaswechselventils, insbesondere Einlassventils, der Verbrennungskraftmaschine 1 - fluidisch mit den Einströmseiten 4 der Brennräume 2 verbunden bzw. verbindbar ist. Der Gaseinströmtrakt 6 kann auch als Ladedruckseite der Verbrennungskraftmaschine 1 bezeichnet werden.
Der Abgastrakt 7 ist an den Ausströmseiten mit den Brennräumen 2 - je nach Stellung eines weiteren Gaswechselventils, insbesondere Auslassventils 32 (siehe 4), der Verbrennungskraftmaschine 1 - fluidisch verbindbar oder verbunden. Bei dem Gaseinströmtrakt 6 und bei dem Abgastrakt 7 handelt es sich jeweils um eine Leitungsvorrichtung, beispielsweise ein Rohrwerk und/oder Schlauchwerk, welches von einem Gas, zum Beispiel Luft, Luft-Kraftstoff-Gemisch, Abgas etc., durchströmbar ist.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist weiter eine Ladervorrichtung 8 auf, welche einen oder mehr Abgasturbolader 9 umfasst. Vorliegend weist die Verbrennungskraftmaschine 1 zwei Abgasturbolader 9 auf - die Verbrennungskraftmaschine 1 ist also eine Bi-Turbo-Verbrennungskraftmaschine. Zur eindeutigen Ansprache ist der erste der Abgasturbolader 9 mit T1 und der zweite der Abgasturbolader 9 mit T2 bezeichnet. Der jeweilige Abgasturbolader 9 weist eine in dem Abgastrakt 7 angeordnete Abgasturbine 10 und einen in dem Gaseinströmtrakt 6 angeordneten Verdichter 11 auf. Dabei weist die jeweilige Abgasturbine 10 eine erste, beispielsweise innere Turbineneingangsspirale 12 sowie eine zweite, beispielsweise äußere Turbineneingangsspirale 13 auf. Die jeweilige Turbineneingangsspirale 12, 13 kann auch als „Scroll“ bezeichnet werden, was bedeutet, dass es sich bei dem jeweiligen Abgasturbolader 9 um einen Twin-Scroll-Abgasturbolader handelt.
Stromab der Abgasturbolader 9, das heißt an einer jeweiligen Turbinenausgangsseite 14 der Abgasturbolader 9, weist der Abgastrakt 7 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 sowie einen Abgasschalldämpfer 16 auf. In einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 strömt also das Abgas an der Turbinenausgangsseite 14 der Abgasturbolader 9 in die Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 ein und danach in den Abgasschalldämpfer 16, um danach in eine Umgebung der Verbrennungskraftmaschine 1, insbesondere in eine Umgebung des mit der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgerüsteten Kraftfahrzeugs zu entweichen.
An einer jeweiligen Verdichtereingangsseite 17 der Abgasturbolader 9 weist die Verbrennungskraftmaschine 1 im vorliegenden Beispiel einen jeweiligen Ansauggeräuschdämpfer 18 auf, über welche im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 mittels des jeweiligen Verdichters 11 Luft aus der Umgebung in den jeweiligen Verdichter 11 angesaugt bzw. eingesaugt wird. Die an einer jeweiligen Verdichterausgangsseite 19 des jeweiligen Abgasturboladers 9 austretende Luft durchströmt stromab des jeweiligen Verdichters 11 den Gaseinströmtrakt 6 in Richtung hin zu den Brennräumen 2 bzw. in Richtung hin zu den Brennraumgruppen G1, G2 und wird dabei gekühlt. Hierzu umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 im vorliegenden Beispiel im Gaseinströmtrakt 6 zwischen den Brennräumen 2 und den Verdichtern 11 einen als Ladeluftkühler 20 ausgebildeten Wärmetauscher. Weiter weist die Verbrennungskraftmaschine 1 im vorliegenden Beispiel eine Drosseleinheit 21, etwa eine Drosselklappe.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist als Teil des Abgastrakts 7 je Brennraumgruppe G1, G2 und/oder je Abgasturbolader 9 einen ersten Ausströmkanal 23, 24 auf. Hierbei sind die Brennräume 2 der ersten Brennraumgruppe G1, das heißt die mit B1, B2, B3 bezeichneten der Brennräume 2, und die erste Turbineneingangsspirale 12 des mit T1 bezeichneten der Abgasturboladers 9 über den ersten Ausströmkanal 23 fluidisch miteinander verbunden bzw. verbindbar. Mit anderen Worten ist der erste Ausströmkanal 23 der ersten Brennraumgruppe G1 - das heißt den Brennräumen B1, B2, B3 - bzw. dem ersten Abgasturbolader T1 zugeordnet. In analoger Weise sind die Brennräume 2 der zweiten Brennraumgruppe G2, das heißt die mit B4, B5, B6 bezeichneten der Brennräume 2, und die erste Turbineneingangsspirale 12 des mit T2 bezeichneten der Abgasturboladers 9 über den ersten Ausströmkanal 24 fluidisch miteinander verbunden bzw. verbindbar. Anders ausgedrückt ist der erste Ausströmkanal 24 der zweiten Brennraumgruppe G2 - das heißt den Brennräumen B4, B5, B6 - bzw. dem zweitem Abgasturbolader T2 zugeordnet. Hierbei sind ein jeweiliges turboladerseitiges Ende des jeweiligen ersten Ausströmkanals 23, 24 und die jeweilige erste bzw. innere Turbineneingangsspirale 12 des jeweiligen Abgasturboladers 9 fluidisch miteinander verbunden. Das bedeutet, dass im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 aus den Brennräumen 2 ausgestoßenes Abgas durch den jeweiligen ersten Ausströmkanal 23, 24 in die jeweilige innere bzw. erste Turbineneingangsspirale 12 einströmt.
Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine 1 als Teil des Abgastrakts 7 zwischen den Brennräumen 2 und den Abgasturboladern 9 je Brennraumgruppe G1, G2 einen zweiten Ausströmkanal 25, 26 auf. Hierbei sind die zweiten Ausströmkanäle 25, 26 überkreuz angeordnet. Anders ausgedrückt ist der zweite Ausströmkanal 25 der ersten Brennraumgruppe G1, das heißt den Brennräumen B1, B2, B3, sowie dem zweiten Turbolader T2 zugeordnet. Dementsprechend ist der zweite Ausströmkanal 26 der zweiten Brennraumgruppe G2, das heißt den Brennräumen B4, B5, B6, und dem ersten Abgasturbolader T1 zugeordnet. Insoweit sind die Ausströmseiten 5 der Brennräume B1, B2, B3 bzw. die Ausströmseiten 5 der ersten Brennraumgruppe G1 und die zweite bzw. äußere Turbineneingangsspirale 13 des zweiten Abgasturboladers T2 fluidisch miteinander verbindbar oder verbunden. In analoger Weise sind die Ausströmseiten 5 der Brennräume B4, B5, B6 bzw. die Ausströmseiten 5 der zweiten Brennraumgruppe G2 und die zweite bzw. äußere Turbineneingangsspirale 13 des ersten Abgasturboladers T1 fluidisch miteinander verbindbar oder verbunden.
Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 eine Ventileinrichtung 27, die je zweitem Ausströmkanal 25, 26 zwischen der jeweiligen Brennraumgruppe G1, G2 und der jeweiligen zweiten bzw. äußeren Turbineneingangsspirale 13 eine Ventileinheit 28, 29 aufweist. Die jeweilige Ventileinheit 28, 29 ist derart in dem jeweiligen zweiten Ausströmkanal 25, 26 angeordnet, dass bedarfsgerecht ein Durchströmen des jeweiligen zweiten Ausströmkanals 25, 26 mittels der entsprechenden Ventileinheit 28, 29 regelbar, insbesondere sperrbar und/oder freigebbar ist. Hierzu ist die jeweilige Ventileinheit 28, 29 zwischen einer Durchströmstellung, in welcher der entsprechende zweite Ausströmkanal 25, 26 für ein Durchströmen freigegeben ist, und einer Sperrstellung, in welcher der entsprechende zweite Ausströmkanal 25, 26 gegen ein Durchströmen gesperrt ist, verstellbar.
Ausgehend von einem aktivierten bzw. befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1, wobei die Verbrennungskraftmaschine 1 eine erste bzw. niedrige Kurbelwellendrehzahl bereitstellt und ein Nutzer der Verbrennungskraftmaschine 1, insbesondere der Fahrer des mit der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, einen hohen Lastwunsch äußert (beispielsweise indem der Fahrer ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs besonders weit betätigt), stellt sich das Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 1 wie folgt dar: Aufgrund eines Ausstoßtakts eines der Brennräume 2 der ersten Brennraumgruppe G1 wird erstes Abgas aus einem der Brennräume B1, B2, B3 durch den ersten Ausströmkanal 23 hindurch in die erste bzw. innere Turbineneingangsspirale 12 des ersten Abgasturboladers T1 ausgestoßen. Bei einem sich direkt an diesen ersten Ausstoßtakt anschließenden weiteren Ausstoßtakt eines Brennraums 2 der zweiten Brennraumgruppe G2 wird zweites Abgas aus einem der Brennräume B4, B5, B6 durch den ersten Ausströmkanal 24 hindurch in die erste bzw. innere Turbineneingangsspirale 12 des zweiten Abgasturboladers T2 ausgestoßen. Aufgrund der Zündreihenfolge der Verbrennungskraftmaschine 1 erfolgt das Ausstoßen von Abgas aus der ersten Brennraumgruppe G1 und aus der zweiten Brennraumgruppe G2 abwechselnd. Daher werden im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 der erste Abgasturbolader T1 und der zweite Abgasturbolader T2 abwechselnd angeströmt. Hierbei ist zunächst die Ventileinrichtung 27 vollständig in die Sperrstellung verstellt. Das bedeutet, dass die Ventileinheiten 28, 29 jeweils vollständig in die Sperrstellung verstellt sind, um die beiden zweiten Ausströmkanäle 25, 26 gegen ein Durchströmen von Abgas zu sperren. Dies ist für den durch den Fahrer eingegebenen Lastwunsch vorteilhaft, da auf diese Weise den beiden Abgasturboladern 9 bzw. T1, T2 besonders effizient Abgas bereitstellbar ist bzw. bereitgestellt wird, wodurch ein jeweiliges Laufzeug der Abgasturbolader 9 besonders schnell beschleunigt wird. Folglich reagiert die Verbrennungskraftmaschine 1 aufgrund des schnelten Ladedruckaufbaus besonders zügig bzw. spontan auf den vom Fahrer eingegebenen Lastwunsch, da das jeweilige Laufzeug der Abgasturbolader 9 besonders schnell beschleunigt wird. Wenn eine Laufzeugdrehzahl und/oder eine Kurbelwellendrehzahl erreicht sind/ist, bei welcher aus den Brennräumen 2 ein ausreichend großer Abgasmassenstrom ausgestoßen wird, wird die Ventileinrichtung 27, das heißt die jeweilige Ventileinheit 28, 29 zumindest teilweise in die Durchströmstellung verstellt, sodass dann an der Ausströmseite 5 der jeweiligen Brennraumgruppe G1, G2 das Abgas zumindest teilweise durch den jeweiligen zweiten Ausströmkanal 25, 26 in Richtung hin zu der jeweiligen zweiten bzw. äußeren Turbineneingangsspirale 13 der Abgasturbolader 9 strömt. Mit anderen Worten strömt das erste Abgas zumindest teilweise durch den zweiten Ausströmkanal 25 hindurch in die zweite Turbineneingangsspirale 13 des zweiten Abgasturboladers T2, wenn die zwischen der ersten Brennraumgruppe G1 und der zweiten Turbineneingangsspirale 13 des zweiten Abgasturboladers T2 angeordnete Ventileinheit 28 zumindest teilweise oder vollständig in die Durchströmstellung verstellt ist. Dementsprechend strömt das zweite Abgas teilweise durch den zweiten Ausströmkanal 26 der zweiten Brennraumgruppe G2 hindurch in die zweite bzw. äußere Turbineneingangsspirale 13 des ersten Abgasturboladers T1, wenn die zwischen der zweiten Brennraumgruppe G2 und der zweiten Turbineneingangsspirale 13 des ersten Abgasturboladers T1 angeordnete Ventileinheit 29 zumindest teilweise oder vollständig in die Durchströmstellung verstellt ist.
Es wird also zunächst bei vollständig in der Sperrstellung angeordneter Ventileinrichtung 27 zunächst das jeweilige Laufzeug der Abgasturbolader 9 beschleunigt, wobei in diesem Betriebszustand der jeweilige Abgasturbolader 9 ein lediglich geringes Drehmoment zum Aufbau von Ladedruck auf der Verdichterseite bzw. im Verdichter 11 erzeugt. Wenn dann der ausreichend große Abgasmassenstrom erreicht ist/wird, wodurch die Laufzeugdrehzahl ausreichend hoch ist, wird aufgrund des Verstellens der Ventileinrichtung 27 in die Durchströmstellung das Abgas bzw. der Abgasmassenstrom zumindest teilweise auf/in die jeweilige zweite bzw. äußere Turbineneingangsspirale 13 der Abgasturbolader 9 geleitet. Ist dies der Fall, fungiert der jeweilige Abgasturbolader 9 zumindest ähnlich einem Mono-Scroll-Abgasturbolader. Der Lastwunsch des Fahrers wird so besonders effizient erfüllt.
2 zeigt eine schematische Ansicht des jeweiligen Abgasturboladers 9, welcher die erste Turbineneingangsspirale 12 und die zweite Turbineneingangsspirale 13 umfasst. Es ist zu erkennen, dass in diesem Beispiel die Turbineneingangsspiralen 12, 13 des jeweiligen Abgasturboladers 9 gleich groß ausgebildet sind. Das bedeutet, dass die beiden Turbineneingangsspiralen 12, 13 des jeweiligen Abgasturboladers 9 insbesondere einen gleichen Durchströmdurchmesser aufweisen. Für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 bedeutet das, dass die jeweilige Turbineneingangsspirale 12, 13 des jeweiligen Abgasturboladers 9 in gleichem Maße von Gas, insbesondere Abgas bzw. einem Abgasstrom, durchströmbar sind.
In 3 ist eine schematische Ansicht des jeweiligen Abgasturboladers 9 dargestellt, wobei die erste bzw. innere Turbineneingangsspirale 12 kleiner als die zweite bzw. äußere Turbineneingangsspirale 13 des jeweiligen Abgasturboladers 9 ausgebildet ist. Mit anderen Worten weist die innere bzw. erste Turbineneingangsspirale 12 ein geringeres Durchströmvermögen auf als die zweite bzw. äußere Turbineneingangsspirale 13 des jeweiligen Abgasturboladers 9. Beispielsweise weist hierzu die erste bzw. innere Turbineneingangsspirale 12 einen geringeren Durchströmdurchmesser als die zweite bzw. äußere Turbineneingangsspirale 13 auf. Bei gegebener Abgasmasse und gegebenem Abgasdruck in der ersten bzw. inneren Turbineneingangsspirale 12 ergibt sich so eine höhere Abgasstromgeschwindigkeit in der ersten bzw. inneren Turbineneingangsspirale 12 als in der zweiten bzw. äußeren Turbineneingangsspirale 13. Ist also der jeweilige Abgasturbolader 9 der Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß 3 mit einer kleineren ersten bzw. inneren Turbineneingangsspirale12 ausgerüstet, wird das Laufzeug des entsprechend ausgebildeten Abgasturboladers 9 noch schneller beschleunigt. Hieraus resultiert für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 ein noch spontaneres bzw. zügigeres Ansprechverhalten.
Insbesondere ist ein Durchströmdurchmesser sowie eine Geometrie der inneren bzw. ersten Turbineneingangsspirale 12 bezüglich einer Abgasmenge und eines Anströmverhaltens des durch die erste Turbineneingangsspirale 12 strömenden und hiernach auf das Turbinenrad auftreffenden Abgases optimiert. Ferner sind konstruktive Mittel denkbar, etwa eine in/an der entsprechenden Turbineneingangsspirale 12, 13 angebrachte, feststehende Leitvorrichtung, um das Strömen des Abgases besonders vorteilhaft zu gestalten. Insbesondere ist der innere Scroll, das heißt die erste Turbineneingangsspirale 12, so ausgelegt bzw. konstruiert, dass der entsprechend ausgerüstete Abgasturbolader 9 im unteren Kurbelwellendrehzahlbereich und/oder im unteren Laufzeugdrehzahlbereich ein ähnliches Verhalten zeigt wie ein Abgasturbolader mit variabler Leitschaufelgeometrie (VTG-Abgasturbolader). Bei höheren Kurbelwellendrehzahlen und/oder bei höheren Laufzeugdrehzahlen wird das Turbinenrad des jeweiligen Abgasturboladers 9 sowohl durch den entsprechend zugeordneten der ersten Ausströmkanäle 23, 24 als auch durch den entsprechend zugeordneten der zweiten Ausströmkanäle 25, 26 mit Abgas beströmt, wobei dann die Ladervorrichtung 8 ein ähnliches Verhalten zeigt wie ein Mono-Scroll-Abgasturbolader, das heißt wie ein Abgasturbolader, welcher lediglich eine einzige Turbineneingangsspirale aufweist.
Es ist des Weiteren denkbar, dass das jeweilige Turbinenrad hinsichtlich dessen Schaufelgeometrie für ein besonders günstiges Strömungsverhalten in der Abgasturbine des jeweiligen Abgasturboladers 9 strömungstechnisch an die erste/innere Turbineneingangsspirale 12 und/oder an die zweite/äußere Turbineneingangsspirale 13 angepasst ist. Hierbei ist von besonderem Vorteil, wenn das Turbinenrad derart ausgebildet ist, dass im Betrieb des jeweiligen Abgasturboladers das zuvor beschriebene VTG-Abgasturbolader-Verhalten erreicht oder begünstigt wird.
Im vorliegenden Beispiel (siehe 1) weist die Verbrennungskraftmaschine 1 des Weiteren eine Steuereinheit 30 auf, die kabellos und/oder kabelgebunden mit der Ventileinrichtung 27 gekoppelt oder koppelbar ist. Die Steuereinheit 30 und die Ventileinrichtung 26 sind miteinander koppelbar oder gekoppelt, sodass mittels der Steuereinheit 30 die Ventileinheiten 28, 29 basierend auf der aktuellen Laufzeugdrehzahl des jeweiligen Abgasturboladers 9 in Verbindung mit dem aktuellen Lastwunsch steuerbar sind. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Ventileinrichtung 27, insbesondere die jeweilige Ventileinheit 28, 29 elektrisch/elektronisch steuerbare Ventile aufweisen, welche ein Steuerausgangssignal der Steuereinheit 30 als ein Steuereingangssignal akzeptieren. Es ist dann weiter vorgesehen, dass - insbesondere im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 - der Steuereinheit 30 die aktuelle Kurbelwellendrehzahl und/oder die aktuelle Laufzeugdrehzahl bereitgestellt werden/wird. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 30 eine Sensorik aufweist, mittels derer die Kurbelwellendrehzahl und/oder die Laufzeugdrehzahl erfassbar sind/ist. Die Ventileinheiten 28, 29 sind mittels der Steuereinheit 30 separat voneinander oder gemeinsam miteinander steuerbar. Das bedeutet, dass die Ventileinheit 28 einen anderen Öffnungsgrad aufweisen kann, als die Ventileinheit 29 bzw. umgekehrt.
In 4 ist eine schematische Teilansicht der in 1 dargestellten Verbrennungskraftmaschine 1 gezeigt. Es ist in 4 zu erkennen, dass die Ventileinrichtung 27 der Ladervorrichtung 8 bzw. der Verbrennungskraftmaschine 1 zumindest teilweise durch eine Gaswechselventileinheit 31 der Verbrennungskraftmaschine 1 gebildet ist. Die Gaswechselventileinheit 31 weist im vorliegenden Beispiel je Brennraum zwei Auslassventile 32 auf, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen nur einige wenige mit dem entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Indem die Brennräume 2 der ersten Brennraumgruppe G1 oder der zweiten Brennraumgruppe G2 zugeordnet sind, sind dementsprechend die Auslassventile 32 der Gaswechselventileinheit 31 ebenfalls der ersten Brennraumgruppe G1 oder der zweiten Brennraumgruppe G2 zugeordnet. Das bedeutet, dass die Ventileinrichtung 27 alternativ oder zusätzlich zu der jeweiligen Ventileinheit 28, 29 die Auslassventile 32 der Gaswechselventileinheit 31 aufweist. Im vorliegenden Beispiel weist die Ventileinrichtung 27 alternativ zu den Ventileinheiten 28, 29 die Auslassventile 32 auf, wobei mittels der Auslassventile 32 der jeweilige zweite Ausströmkanal 25, 26 gegen ein Durchströmen sperrbar und/oder für ein Durchströmen freigebbar ist. Unter Betrachtung eines einzigen der Brennräume 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 ist in 4 zu erkennen, dass ein erstes der beiden Auslassventile 32 dem entsprechenden ersten Ausströmkanal 23 zugeordnet ist, wohingegen ein zweites der beiden Auslassventile 32 des jeweiligen Brennraums 2 dem jeweiligen zweiten Ausströmkanal 25, 26 zugeordnet ist. Das bedeutet, dass bei dem Ausstoßtakt des jeweiligen Brennraums 2 beispielsweise das gesamte Abgas in den ersten Ausströmkanal 23 ausgestoßen wird, wenn das jeweilige zweite der beiden Auslassventile 32 vollständig in die Sperrstellung verstellt ist, beispielsweise während des Ausstoßtakts in der vollständigen Sperrstellung gehalten wird. Es ist also denkbar, dass das dem jeweiligen zweiten Ausströmkanal 25, 26 zugeordnete der beiden Auslassventile 32 des jeweiligen Brennraums 2 zumindest zeitweise deaktiviert wird, beispielsweise mittels einer Gaswechselventilsteuerung. Bei einer solchen Gaswechselventilsteuerung kann es sich beispielsweise um eine verstellbare Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 handeln, welche insbesondere Teil eines Ventiltriebs der Gaswechselventileinheit 31 ist. Die beiden Auslassventile 32 desselben Brennraums 2 sind also unabhängig voneinander steuerbar oder regelbar. Hierbei ist insbesondere ein jeweiliger Hub des entsprechenden Auslassventils 32 verstellbar.
5 zeigt in schematischer Teilansicht die Verbrennungskraftmaschine 1, wobei der Abgastrakt 7 derart ausgebildet ist, dass die Abgasturbolader 9 bzw. T1, T2 mittels Stauaufladung antreibbar sind. Hierzu weist der Abgastrakt 7 je Brennraumgruppe G1, G2 ein Gasausgleichselement 33, 34 auf, von welchem der entsprechende erste Ausströmkanal 23, 24 und der entsprechende zweite Ausströmkanal 25, 26 abzweigen. Im vorliegenden Beispiel weist die Verbrennungskraftmaschine 1 also ein erstes Gasausgleichselement 33 auf, in welches im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 Abgas aus den der ersten Brennraumgruppe G1 zugeordneten Brennräume 2 einströmt. Gleichermaßen weist die Verbrennungskraftmaschine 1 ein zweites Gasausgleichselement 34 auf, in welches im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 Abgas aus den der zweiten Brennraumgruppe G2 zugeordneten Brennräume 2 strömt.
In 6 ist eine schematische Teilansicht der Verbrennungskraftmaschine 1 dargestellt, wobei der Abgastrakt 7 derart ausgebildet ist, dass die Abgasturbolader 9 bzw. T1, T2 mittels Stoßaufladung antreibbar sind. Hierzu weist der jeweilige zweite Ausströmkanal 25, 26 so viele separat voneinander ausgebildete Ausströmkanalelemente 35 auf, wie die jeweilige Brennraumgruppe G1, G2 Brennräume 2 aufweist, wobei das jeweilige Ausströmkanalelement 35 und der entsprechende erste Ausströmkanal 23, 24 direkt am jeweiligen Brennraum 2 voneinander abzweigen. Insbesondere ist vorgesehen, dass mittels der Ventileinrichtung 27 die Ausströmkanalelemente 35 gemeinsam gegen ein Durchströmen von Abgas sperrbar bzw. für ein Durchströmen von Abgas freigebbar sind. Der zweite Ausströmkanal 25, der der ersten Brennraumgruppe G1 zugeordnet ist, weist im vorliegenden Beispiel drei Ausströmkanalelemente 35 auf. Mit anderen Worten ist der zweite Ausströmkanal 25 der ersten Brennraumgruppe G1 durch die drei Ausströmkanalelemente 35 gebildet. Die drei Ausströmkanalelemente 35 sind gemeinsam mittels der Ventileinheit 28 gegen das Durchströmen von Abgas sperrbar bzw. für das Durchströmen von Abgas freigebbar. In analoger Weise ist der zweite Ausströmkanal 26 der zweiten Brennraumgruppe G2 ausgebildet. Das bedeutet, dass die Ausströmkanalelemente 35 des der zweiten Brennraumgruppe G2 zugeordneten zweiten Ausströmkanals 26 mittels der Ventileinheit 29 gegen das Durchströmen von Abgas sperrbar bzw. für das Durchströmen von Abgas freigebbar sind.
Bei der Verbrennungskraftmaschine 1 kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Abgasturbolader 9 sowohl mittels Stauaufladung als auch mittels Stoßaufladung betrieben werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass einer der beiden Abgasturbolader 9 rein mit Stauaufladung betrieben wird, wobei der andere der beiden Abgasturbolader 9 rein mit Stoßaufladung betrieben wird. Ferner ist es möglich, dass der jeweilige Abgasturbolader 9 sowohl mittels Stauaufladung als auch mittels Stoßaufladung betrieben wird. Hierzu bietet sich beispielsweise die Ausgestaltung gemäß 6 an. Ferner kann bei der Verbrennungskraftmaschine 1 vorgesehen sein, dass der jeweilige erste Ausströmkanal 23, 24 gemäß dem Prinzip der Stoßaufladung ausgebildet ist, wobei der entsprechende zweite Ausströmkanal 25, 26 gemäß dem Prinzip Stauaufladung ausgebildet ist.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie mittels der beiden besonders einfach und/oder robust ausgebildeten Abgasturboladern 9 ein Ansprechverhalten für die Verbrennungskraftmaschine 1 besonders vorteilhaft, insbesondere zumindest annähernd dem eines VGT-Abgasturboladers entsprechend, ausgebildet werden kann. Es entfällt insbesondere eine konstruktiv aufwendige Umsetzung von variablen (das heißt steuerbaren und im Abgasmassenstrom bewegbar angeordneten) Leitschaufeln, die hinsichtlich ihrer Einsatzfähigkeit strengen thermischen Grenzen unterliegen.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
2: Brennraum
3: Brennraumbank, Zylinderbank
4: Einströmseite
5: Ausströmseite
6: Gaseinströmtrakt
7: Abgastrakt
8: Ladervorrichtung
9: Abgasturbolader
10: Abgasturbine
11: Verdichter
12: erste/innere Turbineneingangsspirale
13: zweite/äußere Turbineneingangsspirale
14: Turbinenausgangsseite
15: Abgasnachbehandlungseinrichtung
16: Abgasschalldämpfer
17: Verdichtereingangsseite
18: Ansauggeräuschdämpfer
19: Verdichterausgangsseite
20: Ladeluftkühler
21: Drosseleinheit
23: erster Ausströmkanal
24: erster Ausströmkanal
25: zweiter Ausströmkanal
26: zweiter Ausströmkanal
27: Ventileinrichtung
28: Ventileinheit
29: Ventileinheit
30: Steuereinheit
31: Gaswechselventileinheit
32: Auslassventil
33: Gasausgleichselement
34: Gasausgleichselement
35: Ausströmkanalelement
B1: Brennraum
B2: Brennraum
B3: Brennraum
B4: Brennraum
B5: Brennraum
B6: Brennraum
G1: Brennraumgruppe
G2: Brennraumgruppe
T1: Abgasturbolader
T2: Abgasturbolader

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014007310 A1 [0005]
WO 2019/201546 A1 [0005]
DE 102014210642 A1 [0005]

Claims

Verbrennungskraftmaschine (1) mit - einer einen ersten Brennraum (2, B1, B2, B3) aufweisenden ersten Brennraumgruppe (G1) und einer einen zweiten Brennraum (2, B4, B5, B6) aufweisenden zweiten Brennraumgruppe (G2), wobei der jeweilige Brennraum (2) eine Einströmseite (4) und eine Ausströmseite (5) umfasst; - einem Gaseinströmtrakt (6), der an der Einströmseite (4) an die Brennräume (2) angeschlossen ist; - einem Abgastrakt (7), welcher an der Ausströmseite (5) an die Brennräume (2) angeschlossen ist und je Brennraumgruppe (G1, G2) einen ersten Ausströmkanal (23, 24) sowie je Brennraumgruppe (G1, G2) einen zweiten Ausströmkanal (25, 26) aufweist; - einem ersten Abgasturbolader (9, T1) und einem zweiten Abgasturbolader (9, T2), deren jeweilige Abgasturbine (10) eine erste Turbineneingangsspirale (12) und eine zweite Turbineneingangsspirale (13) aufweist, und mittels des ersten Ausströmkanals (23) der ersten Brennraumgruppe (G1) die erste Turbineneingangsspirale (12) des ersten Abgasturboladers (9, T1) miteinander fluidisch verbindbar sind und mittels des ersten Ausströmkanals (24) der zweiten Brennraumgruppe (G2) die erste Turbineneingangsspirale (12) des zweiten Abgasturboladers (9, T2) miteinander fluidisch verbindbar sind; - wobei mittels des zweiten Ausströmkanals (25) der ersten Brennraumgruppe (G1) die zweite Turbineneingangsspirale (13) des zweiten Abgasturboladers (9, T2) miteinander fluidisch verbindbar sind und mittels des zweiten Ausströmkanals (26) der zweiten Brennraumgruppe (G2) die zweite Turbineneingangsspirale (13) des ersten Abgasturboladers (9, T1) miteinander fluidisch verbindbar sind; - einer Ventileinrichtung (27), die je zweitem Ausströmkanal (25, 26) zwischen der jeweiligen Brennraumgruppe (G1, G2) und der jeweiligen zweiten Turbineneingangsspirale (13) eine Ventileinheit (28, 29) umfasst, welche zwischen einer Durchströmstellung, in welcher der entsprechende zweite Ausströmkanal (25, 26) für ein Durchströmen freigegeben ist, und einer Sperrstellung, in welcher der entsprechende zweite Ausströmkanal (25, 26) gegen ein Durchströmen gesperrt ist, verstellbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (27) eine Gaswechselventileinheit (31) der Verbrennungskraftmaschine (1) umfasst.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (1) eine Steuereinheit (30) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Ventileinrichtung (27) basierend auf einer aktuellen Laufzeugdrehzahl des jeweiligen Abgasturboladers (9) in Verbindung mit einem aktuellen Lastwunsch zu steuern.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige erste Turbineneingangsspirale (12) und die jeweilige zweite Turbineneingangsspirale (13) gleich ausgebildet sind.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige erste Turbineneingangsspirale (12) und die jeweilige zweite Turbineneingangsspirale (13) voneinander unterschiedlich ausgebildet sind.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige erste Turbineneingangsspirale (12) kleiner als die jeweilige zweite Turbineneingangsspirale (13) ausgebildet ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige erste Ausströmkanal (23, 24) und der jeweilige zweite Ausströmkanal (25, 26) der jeweiligen Brennraumgruppe (G1, G2) von einem jeweiligen Gasausgleichselement (33,34) voneinander abzweigen.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige zweite Ausströmkanal (25, 26) so viele voneinander separat ausgebildete Ausströmkanalelemente (35) aufweist, wie die jeweilige Brennraumgruppe (G1, G2) Brennräume (2) aufweist, wobei das jeweilige Ausströmkanalelement (35) und der zugehörige erste Ausströmkanal (23, 24) direkt am jeweiligen Brennraum (2) voneinander abzweigen.
Verfahren zum Betreiben einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine (1), wobei - erstes Abgas aus einem Brennraum (2, B1, B2, B3) einer ersten Brennraumgruppe (G1) und durch einen ersten Ausströmkanal (23) der ersten Brennraumgruppe (G1) hindurch in eine erste Turbineneingangsspirale (12) eines ersten Abgasturboladers (9, T1) ausgestoßen wird; - zweites Abgas aus einem Brennraum (2, B4, B5, B6) einer zweiten Brennraumgruppe (G2) und durch einen ersten Ausströmkanal (24) der zweiten Brennraumgruppe (G2) hindurch in einen erste Turbineneingangsspirale (12) eines zweiten Abgasturboladers (9, T2) ausgestoßen wird; - ein Anteil des ersten Abgases durch einen zweiten Ausströmkanal (25) der ersten Brennraumgruppe (G1) hindurch in eine zweite Turbineneingangsspirale (13) des zweiten Abgasturboladers (9, T2) ausgestoßen wird, wenn eine zwischen der ersten Brennraumgruppe (G1) und der zweiten Turbineneingangsspirale (13) angeordnete Ventileinheit (28) in eine Durchströmstellung verstellt ist; - ein Anteil des zweiten Abgases durch einen zweiten Ausströmkanal (26) der zweiten Brennraumgruppe (G2) hindurch in eine zweite Turbineneingangsspirale (13) des ersten Abgasturboladers (9, T1) ausgestoßen wird, wenn eine zwischen der zweiten Brennraumgruppe (G2) und der zweiten Turbineneingangsspirale (13) angeordnete Ventileinheit (29) in eine Durchströmstellung verstellt ist.
Kraftfahrzeug mit einer nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine (1).