Turboladers sowie Verbrennungsmotor und Fahrzeug mit einem solchen

Die Erfindung betrifft ein Absperrorgan zur Flutenverbindung und

Flutentrennung eines Turboladers. Durch diese Flutenverbindung und Flutentrennung kann eine Umschaltung zwischen einer Stau- und

Stoßaufladung eines Turboladers für einen Verbrennungsmotor bewirkt werden. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit solch einem Absperrorgan sowie ein Fahrzeug mit solch einem

Verbrennungsmotor oder Absperrorgan.

Absperrorgane zur Verbindung und Trennung von Fluten eines Turboladers sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese Umschaltung kann dazu dienen, im unteren Drehzahlbereich bei geschlossenem Absperrorgan eine Stoßaufladung und im oberen Drehzahlbereich bei geöffnetem Absperrorgan eine Stauaufladung bei geometrisch gleichem Krümmer zu veranlassen. Dies hat den Vorteil, dass die Abgasenergie am Turbolader über das ganze Motorendrehzahlband des Verbrennungsmotors besser ausgenutzt werden kann. Diese Absperrorgane unterliegen im Betrieb jedoch sehr hohen Temperaturen. Daher kann es zu Verformungen, beispielsweise einer Veränderung einer Absperrorganöffnung von einer runden zu einer leicht ovalen Form, kommen. Dies kann wiederum dazu führen, dass das

Absperrorgan nicht mehr vollständig schließt. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch ein Absperrorgan gemäß Anspruch 1 , einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 8 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Absperrorgan für einen Turbolader für einen Verbrennungsmotor. Das Absperrorgan hat eine erste Flut; eine zweite Flut, die durch eine Wandung von der ersten Flut getrennt ist; eine Absperrorganöffnung, die in der Wandung ausgebildet ist, um die erste und zweite Flut zu verbinden; einen Absperrorgankörper zum wahlweisen Öffnen und Schließen der Absperrorganöffnung, sowie einen Kühlkanal, der in der Wandung verläuft und die Absperrorganöffnung zumindest teilweise umgibt. Durch die gezielte Kühlung am Absperrorgan kann eine ordnungsgemäße Funktion des Absperrorgan über einen größeren Temperaturbereich und damit eine verbesserte Funktion der Stau-Stoß- Umschaltung erreicht werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umgibt der

Kühlkanal die Absperrorganöffnung ringartig vollständig. Dadurch wird eine gleichmäßige Kühlung der Absperrorganöffnung erreicht, wodurch eine Formtreue der Absperrorganöffnung über einen größeren Temperaturbereich aufrecht erhalten werden kann.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kühlkanal mit einem Eingang und einem Ausgang versehen, mit denen der Kühlkanal in einen Kühl- oder Kältekreis einbindbar ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Eingang und der Ausgang auf gegenüberliegenden Seiten der Absperrorganöffnung angeordnet sind. Dies erleichtert die Einbindung in den Kühl- oder Kältekreis und bietet gute Strömungseigenschaften.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das

Absperrorgan als separates Bauteil ausgebildet.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das

Absperrorgan einstückig, insbesondere monolithisch, mit einem

Zylinderkopfgehäuse des Verbrennungsmotors ausgebildet.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kühlkanal in einen Kühlkreislauf eingebunden, welcher in einem Material des

Zylinderkopfgehäuses ausgebildet ist. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einem ersten Zylinder, in dem ein erster Brennraum ausgebildet ist, einem zweiten Zylinder, in dem ein zweiter Brennraum ausgebildet ist, und einem solchen Absperrorgan bereit, wobei ein Abgasauslass des ersten

Brennraums mit einem Eingang der ersten Flut verbunden ist und getrennt davon ein Abgasauslass des zweiten Brennraums mit einem Eingang der zweiten Flut verbunden ist.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Absperrorgan oder solch einem Verbrennungsmotor bereit.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt: Figur 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor mit einem

erfindungsgemäßen Absperrorgan und einem Turbolader gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 zeigt detaillierter das Absperrorgan des Ausführungsbeispiels aus Figur 1 , und

Figur 3 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor mit einem

erfindungsgemäßen Absperrorgan und einem Turbolader gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Figur 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor, beispielsweise einen Ottomotor oder einen Dieselmotor, der mehrere Zylinder 1 - 4, beispielsweise vier oder sechs, ausbildet. Es handelt sich dabei um einen

Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Pkw. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Verbrennungsmotor einen ersten Zylinder 1 , einen zweiten Zylinder 2, einen dritten Zylinder 3 und einen vierten Zylinder 4 auf. Diese Zylinder 1 - 4 sind in einem Motorblock 5 ausgebildet, welcher in bekannter Weise ein Kurbelgehäuse und ein

Zylinderkopfgehäuse aufweist. In jedem Zylinder 1 - 4 ist in bekannter Weise ein Brennraum ausgebildet, d.h. der erste Zylinder 1 bildet einen Brennraum 6, der zweite Zylinder 2 einen Brennraum 7, der dritte Zylinder 3 einen Brennraum 8 und der vierte Zylinder 4 einen Brennraum 9 aus. Jeder der Brennräume 6 - 9 stößt im Betrieb Verbrennungsabgas über zumindest einen jeweils zugeordneten Abgasauslass 10 - 13 aus, an denen das Abgas den zugeordneten Brennraum 6 - 9 verlässt, d.h. Abgas aus dem ersten

Brennraum 6 wird über einen ersten Abgasauslass 10, Abgas aus dem zweiten Brennraum 7 wird über einen zweiten Abgasauslass 11 , Abgas aus dem dritten Brennraum 8 wird über einen dritten Abgasauslass 12 und Abgas aus dem vierten Brennraum 9 wird über einen vierten Abgasauslass 13 ausgestoßen. An den Abgasauslässen 10 - 13 sind Krümmer 14, 15 angeschlossen, welche die Abgasauslässe mit einem Absperrorgan 16. Das Absperrorgan 16 dient dazu, Fluten eines Turboladers miteinander zu verbinden oder zu trennen. Dies kann wiederum dazu dienen, eine Stau-Stoß-Umschaltung des Turboladers zu bewirken. Die Funktion ist jedoch nicht darauf beschränkt. So dient die Flutenverbindung auch dazu, die anströmbare Fläche der Turbine des Turboladers zu vergrößern.

Figur 2 zeigt dieses Absperrorgan 16 in Form eines Ventils genauer. Es ist ebenfalls möglich, anstatt des dargestellten Ventils ein Absperrorgan in Form eines Schiebers oder in Form einer Klappe zu verwenden. Das Absperrorgan 16 aus Figur 2 hat zwei Fluten 17, 18, die mittels einer Wandung 19 voneinander getrennt sind. In dem Absperrorgan 16 sind die beiden Fluten 17, 18 innerhalb des Absperrorgans 16 ausschließlich über eine

Absperrorganöffnung 20, welche die Wandung 19 durchdringt, miteinander verbindbar. Die Absperrorganöffnung 20 durchdringt die Wandung 19 vollständig, vorzugsweise mit einem kreisrunden Querschnitt (entlang der Durchdringungsrichtung gesehen). Es ist jedoch auch ein anderer

Querschnitt möglich, beispielsweise oval, quadratisch, rechteckig, usw.

Ferner ist ein Absperrorgan körper 21 mit einem Absperrorganteller vorgesehen, wobei letzterer wahlweise die Absperrorganöffnung 20 schließt oder öffnet. Der Absperrorgan körper 21 ist in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung der Abgase in den Fluten 18, 19 verschiebbar. Der Absperrorganteller ist beispielsweise kreisrund und so dimensioniert, dass er die Absperrorganöffnung verschließen kann. Der Absperrorgan körper kann auch in Form eines Schiebers, einer Klappe oder dergleichen ausgebildet sein. Entsprechend wird dieser Absperrorgankörper dann zum Öffnen und Schließen geschoben, geklappt, gedreht, usw. Ein Eingang 22 der Flut 17, der sich stromaufwärts (bzgl. der Abgasströmung) der Absperrorganöffnung 20 befindet, ist über den Krümmer 14 mit den Abgasauslässen 10 und 13 verbunden (siehe Fig. 1 ). Der Eingang 22 ist nicht mit den Abgasauslässen 11 und 12 verbunden. Ein Eingang 23 der Flut 18, der sich stromaufwärts (bzgl. der Abgasströmung) der Absperrorganöffnung 20 befindet, ist über den Krümmer 15 mit den Abgasauslässen 11 und 12 verbunden (siehe Fig. 1 ).

Der Eingang 23 ist nicht mit den Abgasauslässen 10 und 13 verbunden. Die Fluten 17, 18 sind in einem Gehäuse 25, welches beispielsweise aus

Vollmaterial ausgebildet ist, ausgebildet, das Gehäuse 25 umfasst die

Wandung 19, welche einstückig, vorzugsweise monolithisch, mit dem übrigen Gehäuse 25 ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß verläuft in der Wandung 19 ein Kühlkanal 24, der die Absperrorganöffnung 20 zumindest abschnittsweise umgibt. Insbesondere umgibt der Kühlkanal 24 die Absperrorganöffnung 20 geschlossen ringartig. Der ringartige Abschnitt des Kühlkanals 24 ist auf gegenüberliegenden Seiten mit einem, insbesondere geradlinig verlaufenden, Zulauf 26 und einem, insbesondere geradlinig verlaufenden, Ablauf 27 versehen. Dort wo der Zu- und Ablauf das Gehäuse 25 verlassen, ist ein Eingang 28 und ein Ausgang 29 ausgebildet, mit denen der Kühlkanal 24 in einen Kühl- oder Kältekreislauf eingebunden werden kann. Bei dem Kühlkreislauf handelt es sich beispielsweise um einen Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors in welchem Kühlmittel zirkulierbar ist, bei dem Kältemittelkreislauf handelt es sich beispielsweise um einen Kältekreislauf einer Klimaanlage in dem

Kältemittel zirkulierbar ist. Denkbar wäre auch ein Kühlkreislauf, in welchem ein Fluid oder ein Gas, beispielsweise Luft zirkuliert wird. Ebenfalls denkbar wäre auch, ohne einen Kühlkreislauf, Luft durch den Kühlkanal 24 zu führen, wobei Luft aus der Umgebung entnommen wird und anschließend wieder an die Umgebung abgegeben wird. Hergestellt wird das Gehäuse 25

beispielsweise mittels 3D-Druck oder durch Gießen.

Ein Ausgang 30 der Flut 17, der stromabwärts der Absperrorganöffnung 20 angeordnet ist, führt über einen Turbolader-Scroll zu einer Turbine 32 und getrennt davon führt ein Ausgang 31 der Flut 18, der stromabwärts der Absperrorganöffnung 20 angeordnet ist, über einen Turbolader-Scroll zur Turbine 32. Die Turbine 32 ist die Turbine eines Turboladers 33, welche einen Verdichter 34 antreibt, der den Verbrennungsmotor auflädt. Fig. 1 zeigt darüber hinaus einen Abgasstrang 35 sowie einen Luftansaugtrakt 36.

Figur 3 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor mit einem

erfindungsgemäßen Absperrorgan und einem Turbolader gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich dabei um einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Pkw.

Der Verbrennungsmotor aus Figur 3 ist beispielsweise ein Ottomotor oder ein Dieselmotor, der mehrere Zylinder 101 - 104, beispielsweise vier oder sechs, ausbildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der

Verbrennungsmotor einen ersten Zylinder 101 , einen zweiten Zylinder 102, einen dritten Zylinder 103 und einen vierten Zylinder 104 auf. Diese Zylinder 101 - 104 sind in einem Motorblock 105 ausgebildet, welcher in bekannter Weise ein Kurbelgehäuse und ein Zylinderkopfgehäuse aufweist. In jedem Zylinder 101 - 104 ist in bekannter Weise ein Brennraum ausgebildet, d.h. der erste Zylinder 101 bildet einen Brennraum 106, der zweite Zylinder 102 einen Brennraum 107, der dritte Zylinder 103 einen Brennraum 108 und der vierte Zylinder 104 einen Brennraum 109 aus. Jeder der Brennräume 106 - 109 stößt im Betrieb Verbrennungsabgas über zumindest einen jeweils zugeordneten Abgasauslass 110 - 113 aus, an denen das Abgas den jeweils zugeordneten Brennraum 106 - 109 verlässt, d.h. Abgas aus dem ersten Brennraum 106 wird über einen ersten Abgasauslass 110, Abgas aus dem zweiten Brennraum 107 wird über einen zweiten Abgasauslass 111 , Abgas aus dem dritten Brennraum 108 wird über einen dritten Abgasauslass 112 und Abgas aus dem vierten Brennraum 109 wird über einen vierten

Abgasauslass 113 ausgestoßen.

An den Abgasauslässen 110 - 113 sind ein Abgaskanal 114, in Form eines internen Kanals, und ein Abgaskanal 115, in Form eines internen Kanals, ausgebildet, welche die Abgasauslässe 110 - 113 mit einem Absperrorgan 116, insbesondere zur Stau-Stoß-Umschaltung, verbinden. Die Abgaskanäle 114 und 115 können als interne Kanäle im Material des

Zylinderkopfgehäuses ausgebildet sein.

Während beim ersten Ausführungsbeispiel das Absperrorgan 16 ein separates Bauteil ist, insbesondere separat vom Zylinderkopfgehäuse, welches mit Krümmern 14, 15 mit dem Motorblock 5, insbesondere dem Zylinderkopfgehäuse, verbunden ist, ist im zweiten Ausführungsbeispiel das Absperrorgan 116 vorgesehen, welches in den Motorblock 105 integriert ist. Das heißt, das Gehäuse 25 des Absperrorgans 116 ist einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Zylinderkopfgehäuse des Motorblocks 105 ausgebildet.

Das Absperrorgan 116 entspricht dem Absperrorgan 16 aus dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Unterschied, dass das Absperrorgan 116 einstückig mit dem Zylinderkopfgehäuse ausgebildet ist. Im Übrigen wird bzgl. des Absperrorgans 116 auf die Beschreibung des Absperrorgans 16 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen. Anstatt externer

Leitungen, die an den Eingang 28 und den Ausgang 29 anschließbar sind, um den Kühlkanal 24 in ein Kühl- oder Kältekreis einzubinden, können im zweiten Ausführungsbeispiel interne Leitungen vorgesehen sein, welche im Material der einstückig ausgebildeten Einheit aus Zylinderkopfgehäuse und Gehäuse 25 ausgebildet sind.

Im Übrigen wird auch hinsichtlich der Elemente 32 - 36 auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen.

Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der

vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in

verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.