DE102009013040A1 - Internal combustion engine with register charging - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, insbesondere mit einem elektrifizierten Antriebsstrang, insbesondere mit einer Kombination aus einem Elektromotor und einer Brennkraftmaschine (Hybridmotor), mit wenigstens einem ersten Abgasturbolader (30), welcher wenigstens eine erste Turbine (28) und wenigstens einen ersten Verdichter (36) aufweist, wenigstens einem zweiten Abgasturbolader (34), welcher wenigstens eine zweite Turbine (32) und wenigstens einen zweiten Verdichter (38) aufweist, wobei die erste und die zweite Turbine (28, 32) in einem Abgasstrang (22) der Brennkraftmaschine bezüglich eines Abgasmassenstromes parallel zueinander angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Verdichter (36, 38) in einem Frischluftstrang (18) der Brennkraftmaschine bezüglich eines Frischluftmassenstromes parallel zueinander angeordnet sind, wobei im Abgasstrang (22) wenigstens eine Ventileinrichtung (54; 64) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine den Abgasmassenstrom durch die zweite Turbine (32) wahlweise reduziert und/oder unterbricht und gleichzeitig den Abgasmassenstrom durch die erste Turbine (28) uneingeschränkt zulässt, so dass im Wesentlichen nur der erste Abgasturbolader (30) einen Ladedruck erzeugt. Hierbei ist an dem zweiten Abgasturbolader (34) neben der zweiten Turbine (32) wenigstens eine zusätzliche weitere Antriebsvorrichtung (58) angeordnet.The invention relates to an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, in particular with an electrified drive train, in particular with a combination of an electric motor and an internal combustion engine (hybrid engine), with at least one first exhaust gas turbocharger (30), which at least one first turbine (28) and at least a first compressor (36), at least one second exhaust gas turbocharger (34) having at least one second turbine (32) and at least one second compressor (38), wherein the first and the second turbine (28, 32) in an exhaust line ( 22) of the internal combustion engine with respect to an exhaust gas mass flow are arranged parallel to each other, wherein the first and the second compressor (36, 38) in a fresh air line (18) of the internal combustion engine with respect to a fresh air mass flow are arranged parallel to each other, wherein in the exhaust line (22) at least one valve device ( 54; 64) is arranged and configured in such a way s this optionally depending on an operating condition of the internal combustion engine, the exhaust gas mass flow through the second turbine (32) reduces and / or interrupts and at the same time the exhaust gas mass flow through the first turbine (28) unrestricted, so that essentially only the first exhaust gas turbocharger (30) a Boost pressure generated. In this case, at least one additional further drive device (58) is arranged next to the second turbine (32) on the second exhaust gas turbocharger (34).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem ersten Abgasturbolader, welcher wenigstens eine erste Turbine und wenigstens einen ersten Verdichter aufweist, wenigstens einem zweiten Abgasturbolader, welcher wenigstens eine zweite Turbine und wenigstens einen zweiten Verdichter aufweist, wobei die erste und die zweite Turbine in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine bezüglich eines Abgasmassenstromes parallel zueinander angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Verdichter in einem Frischluftstrang der Brennkraftmaschine bezüglich eines Frischluftmassenstromes parallel zueinander angeordnet sind, wobei im Abgasstrang wenigstens eine Ventileinrichtung derart angeordnet und ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine den Abgasmassenstrom durch die zweite Turbine wahlweise reduziert und/oder unterbricht und gleichzeitig den Abgasmassenstrom durch die erste Turbine uneingeschränkt zulässt, so dass ein Ladedruck im Wesentlichen nur von dem ersten Abgasturbolader erzeugt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei Frischluft in wenigstens zwei Abgasturboladern mittels eines jeweiligen Verdichters verdichtet wird, wobei der jeweilige Verdichter von einer jeweiligen Abgasturbine angetrieben wird, wobei in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einem ersten Abgasturbolader ein zweiter Abgasturbolader zugeschaltet wird, wobei vor dem Zuschalten der zweite Abgasturbolader auf eine vorbestimmte Drehzahl beschleunigt wird, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 14.The The invention relates to an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, with at least one first exhaust gas turbocharger, which at least a first turbine and at least a first compressor has, at least a second exhaust gas turbocharger, which at least a second turbine and at least one second compressor, wherein the first and the second turbine in an exhaust line of the Internal combustion engine with respect to an exhaust gas mass flow in parallel are arranged to each other, wherein the first and the second compressor in a fresh air train of the internal combustion engine with respect to a fresh air mass flow are arranged parallel to each other, wherein arranged in the exhaust line at least one valve device such and is designed so that these depend on a Operating state of the internal combustion engine through the exhaust gas mass flow the second turbine optionally reduces and / or interrupts and simultaneously the exhaust gas mass flow through the first turbine unrestricted allows, so a boost pressure essentially only from the first exhaust gas turbocharger is generated according to the The preamble of claim 1. The invention further relates a method of operating an internal combustion engine, wherein fresh air in at least two exhaust gas turbochargers by means of a respective compressor is compressed, wherein the respective compressor of a respective Exhaust gas turbine is driven, depending on an operating point of the internal combustion engine a first exhaust gas turbocharger a second exhaust gas turbocharger is switched on, wherein before the connection accelerates the second exhaust gas turbocharger to a predetermined speed is, according to the preamble of claim 14.

Bei einer so genannten Registeraufladung an einem Verbrennungsmotor sind mindestens zwei Abgasturbolader (ATL) vorgesehen, die durch mindestens ein zusätzliches Schaltelement auf der Abgas- und/oder Frischluftseite miteinander betriebspunktabhängig mit Abgas bzw. Luft beaufschlagt werden.at a so-called register charging an internal combustion engine At least two exhaust gas turbochargers (ATL) are provided by at least one additional switching element on the exhaust gas and / or fresh air side operating point dependent be exposed to exhaust gas or air.

Es gibt viele Möglichkeiten eine Registeraufladung an einem Verbrennungsmotor zu realisieren. Diese zeichnen sich alle durch die Verwendung mind. zweier ATL's (Abgasturbolader) aus, die durch mindestens ein zusätzliches Schaltelement auf der Abgas- und/oder Frischluftseite miteinander betriebspunktabhängig mit Abgas bzw. Luft beaufschlagt werden können.It There are many ways to boot a registry To realize internal combustion engine. These are all characterized the use of at least two ATL's (turbocharger) made by at least one additional switching element on the exhaust gas and / or fresh air side operating point dependent can be acted upon with exhaust gas or air.

Speziell für die Registeraufladung an einem Ottomotor sind solche Registerkonzepte geeignet, die bei kleinen Motordrehzahlen einen ATL alleine beaufschlagen und für den Nennleistungsbereich einen zweiten ATL zuschalten, ohne auf die Verdichtungsarbeit des ersten ATL zu verzichten, d. h. der erste ATL trägt weiterhin einen sehr großen Teil zur gesamten Aufladearbeit bei. Mit einem solchen Konzept ist es möglich, den bei Ottomotoren sehr breiten Luftmassenstrombedarf optimal abzudecken. Da bei einer Lastanforderung im unteren Luftmassenstrombedarf des Motors die gesamte zur Verfügung stehende Abgasenergie nur einem ATL zur Verfügung gestellt wird, kann dieser sehr schnell auf seine Betriebsdrehzahl beschleunigt werden und somit auch sehr schnell einen hohen Ladedruck bereitstellen, was gegenüber einem konventionellen Mono- oder Twinturbokonzept zu einem überlegenen Ansprechverhalten führt. Bei einem konventionellen Monoturbokonzept muss der ATL in der Lage sein, die Nennleistung des Motors alleine abzudecken, weshalb er entsprechend groß ausgelegt werden muss. Dies ermöglicht zwangsläufig nur ein entsprechend träges Ansprechverhalten bei geringen Abgasmassenströmen, wie sie bei kleinen Motordrehzahlen vorliegen. Bei einem klassischen Twin- bzw. Biturbokonzept muss die zur Verfügung stehende Abgasenergie auch bei kleinen Abgasmassenströmen, die bei geringer Motordrehzahl vorliegt, auf zwei ATL's aufgeteilt werden.specially for the register charging on a gasoline engine are such Register concepts suitable for small engine speeds Apply ATL alone and for the rated power range switch on a second ATL, without focusing on the compaction work of the to forego the first ATL, d. H. the first ATL continues to wear a huge part of the overall charging work. With such a concept, it is possible that in gasoline engines optimally cover very wide air mass flow requirements. Because at one Load requirement in the lower mass air flow of the engine total available exhaust energy only one ATL can be made available very quickly its operating speed can be accelerated and thus also very fast provide a high boost pressure, which is opposite to a conventional mono or twin turbo concept to a superior Responsiveness leads. In a conventional monoturbo concept the ATL must be able to handle the rated horsepower of the engine alone why it should be interpreted as large got to. This inevitably allows only one accordingly slow response at low exhaust gas mass flows, as they are at low engine speeds. In a classic Twin or Biturbokonzept must the available Exhaust gas energy even with small exhaust gas mass flows, which at low engine speed, divided into two ATL's.

Ein Registerkonzept für einen Verbrennungsmotor ist beispielsweise aus der DE 10 2005 061 649 A1 bekannt und verfügt über zwei ATL's, die in ihrer Auslegung (Druckverhältnisse, Massen-/Volumendurchsatzvermögen, etc.) einer konventionellen Twinturboauslegung recht ähnlich oder auch identisch sind. Zweckmäßigerweise wird dabei ausgehend von der für den konventionellen Twinturbobetrieb optimalen ATL-Auslegung ein ATL etwas kleiner und der zweite ATL etwas größer gewählt. Die Beaufschlagung der ATL's mit Abgas erfolgt beim Registerkonzept derart, dass bei kleinen Abgasmassenströmen (kleine Motordrehzahlen) über eine schaltbare Rohrführung im Abgaskrümmer lediglich der kleinere der beiden ATL's mit dem gesamten zur Verfügung stehenden Abgasmassenstrom beaufschlagt wird. Gelangt dieser ATL an sein maximales Durchsatzvermögen, was etwa bei mittleren Motordrehzahlen der Fall ist, erfolgt die Zuschaltung des zweiten, etwas größeren ATL und das Registersystem wird bis zur Nennleistung analog einem konventionellen Twinturbosystem betrieben. Je nach Auslegung des Systems teilen sich die beiden ATL's den erforderlichen Massenstrom im Nennpunkt mit 50%/50% oder etwa 40% zu 60% oder etwa 45% zu 55% zugunsten des größeren ATL.A register concept for an internal combustion engine is for example from DE 10 2005 061 649 A1 and has two ATLs that are quite similar or identical in design (pressure ratios, mass / volume throughput, etc.) to a conventional twin-turbine design. Expediently, starting from the optimum ATL design for conventional twin-turbo operation, an ATL is chosen to be slightly smaller and the second ATL slightly larger. The admission of ATL's with exhaust gas takes place in the register concept such that with small exhaust gas mass flows (small engine speeds) via a switchable pipe in the exhaust manifold only the smaller of the two ATL's with the entire available exhaust gas mass flow is applied. If this ATL arrives at its maximum throughput capacity, which is the case for example at medium engine speeds, the connection of the second, somewhat larger ATL takes place and the register system is operated up to the rated power analogous to a conventional twin turbosystem. Depending on the design of the system, the two ATLs share the required mass flow at the nominal point with 50% / 50% or about 40% to 60% or about 45% to 55% in favor of the larger ATL.

Bei dem zuvor beschriebenen Registersystem kann der Ein-ATL-Betrieb den Luftmassenstrombedarf des Motors im mittleren und oberen Drehzahlbereich nicht bedienen, weshalb eine Zuschaltung des zweiten ATL notwendig ist. Eine Umschaltung auf einen größeren ATL, bei der der erste kleine ATL (die sog. Hochdruckstufe) abgeschaltet wird und der größere ATL (die Niederdruckstufe) vollständig die Aufladearbeit übernimmt, ist vergleichsweise einfach zu realisieren und derartige Konzepte befinden sich bereits auch in Serie. Die Zuschaltung eines zweiten ATL ist jedoch schwieriger zu beherrschen. Eine Umschaltung auf den zweiten ATL bringt, wie schon oben beschrieben, den Nachteil mit sich, dass dieser zweite ATL sehr groß dimensioniert sein muss, damit er den Luftmassenbedarf im Nennleistungspunkt des Motors alleine liefern kann. Dies führt zu entsprechenden Packagenachteilen. Zudem ist die Verfügbarkeit von ATL für ottomotorische Anwendungen insbesondere mit Nennleistungen oberhalb von 200 kW und Abgastemperaturen > 950°C begrenzt. Auch vor diesem Hintergrund ist die Zuschaltung eines zweiten ATL für ein Ottoregisterkonzept zielführender. Ein weiterer Nachteil einer derart zweistufig geregelten Aufladung an einem Ottomotor ist, dass im unteren Drehzahl-Bereich beide ATL in Serie geschaltet betrieben werden. Die Druckverhältnisse an beiden Turbinen multiplizieren sich demnach und der Motor muss gegen einen sehr hohen Abgasgegendruck arbeiten, was zu einem schlechteren Restgasausspülverhalten führt. Da ottomotorische Brennverfahren sehr kritisch bzgl. ihrer Klopfgrenze auf verbliebene Restgasanteile im Brennraum reagieren, ist ein solches zweistufiges Aufladeverfahren für Ottomotoren gegebenenfalls nachteilig.In the register system described above, the one-ATL operation, the air mass flow requirements of the engine in the middle and high speed range can not operate, which is why a connection of the second ATL is necessary. A switch to a larger ATL, in which the first small ATL (the so-called high-pressure stage) is switched off and the larger ATL (the low pressure stage) completely takes over the Aufladearbeit is comparatively easy to implement and such concepts are already in series. The connection of a second ATL is however more difficult to master. Switching to the second ATL brings, as already described above, the disadvantage that this second ATL must be very large, so that he can supply the air mass requirement in the rated power point of the engine alone. This leads to corresponding package disadvantages. In addition, the availability of ATL is limited for Otto engine applications, in particular with nominal powers above 200 kW and exhaust gas temperatures> 950 ° C. Against this background, the inclusion of a second ATL for a Otto register concept is more effective. Another disadvantage of such a two-stage regulated charging a gasoline engine is that in the lower speed range both ATL operated in series. Accordingly, the pressure ratios on both turbines multiply and the engine has to work against a very high exhaust backpressure, which leads to a poorer residual gas purging behavior. Since Otto-cycle combustion processes react very critically with respect to their knock limit to remaining residual gas fractions in the combustion chamber, such a two-stage charging process for gasoline engines may be disadvantageous.

Wie oben beschrieben, ist für die Anwendung am Ottomotor ein Registerkonzept zu bevorzugen, bei dem zunächst nur ein ATL, der gegen Umgebung entspannen kann, mit Abgas beaufschlagt wird und im Drehzahlverlauf des Motors ein zweiter ATL parallel geschaltet wird, d. h. beide ATL entspannen gegen Umgebung bzw. gegen normalen Druckverlust der Abgasanlage. Der Zuschaltvorgang erfolgt vorzugsweise über eine vollvariable Auslassventilsteuerung, kann aber auch über eine thermisch hoch belastbare Abgasklappe erfolgen. Der Zuschaltvorgang des zweiten ATL ist deshalb kritisch, da der zweite ATL vor dem Parallelschluss auf die Drehzahl des ersten, im Betrieb befindlichen ersten ATL gebracht werden muss. Ein Zuschaltvorgang kann nur dann ohne Drehmomenteinbruch erfolgen, wenn der Saugrohrdruck konstant bleibt. Bei einem ATL ist der Ladedruck direkt abhängig von der Drehzahl des ATL. Hieraus folgt für gleich große ATL die Bedingung, dass der erste und der zweite ATL eine identische Drehzahl aufweisen müssen, um einen Drehmomenteinbruch beim Zuschaltvorgang zu vermeiden. Im Fall unterschiedlich großer ATL muss vor dem Zuschaltvorgang die analoge Drehzahl für ein gleiches Druckverhältnis bei beiden ATL vor/nach der Turbine (p2/p1) erreicht werden. Für den Hochlauf des zweiten ATL wird Abgasenergie benötigt, die dem ersten ATL nicht mehr zur Verfügung steht, d. h. das theoretische Ladedruckpotential, das durch eine Registeraufladung besteht, kann nicht ausgenutzt werden, wenn ohne Drehmomenteinbruch von einem 1-ATL-Betrieb auf einen 2-ATL-Betrieb umgeschaltet wird.As described above, is for use on the gasoline engine Register concept to prefer, in the first only one ATL, which can relax against environment, exposed to exhaust gas and in the speed curve of the engine, a second ATL in parallel is switched, d. H. both ATL relax against environment or against normal pressure loss of the exhaust system. The connection process preferably takes place via a fully variable exhaust valve control, but can also have a thermally highly resilient exhaust flap respectively. The connection process of the second ATL is therefore critical, since the second ATL before the parallel closure to the speed of the first, must be brought in operation first ATL. A connection process can only take place without torque drop when the intake manifold pressure remains constant. With an ATL, the boost pressure is directly dependent from the speed of the ATL. It follows for the same size ATL the condition that the first and the second ATL are identical Must have speed to a torque dip to avoid during the connection process. In case of different sizes ATL has to set the analogue speed for an equal pressure ratio at both ATL before / after the turbine (p2 / p1) can be achieved. For the run-up of the second ATL exhaust gas energy is needed, which is no longer the first ATL is available, d. H. the theoretical boost pressure potential, which consists of a register charge can not be exploited, if without torque dip from a 1-ATL operation to a 2-ATL operation is switched.

Aus der DE 43 10 148 C2 ist eine Brennkraftmaschine mit Registeraufladung bekannt, wobei ein erster Abgasturbolader ständig Ladeluft liefert und ein zweiter Abgasturbolader wahlweise zugeschaltet wird. Um ein pulsationsfreies Zuschalten des zweiten Abgasturboladers zu ermöglichen wird in dem Fall, in dem der zweite Abgasturbolader nicht zur Ladeluftversorgung der Brennkraftmaschine beiträgt, ein Druckausgang eines Verdichters des zweiten Abgasturboladers mit dem Einlasse einer Turbine dieses zweiten Abgasturboladers verbunden. Auf diese Weise wird der zweite Abgasturbolader ständig auf einer Drehzahl gehalten, die er zur Ladeluftversorgung der Brennkraftmaschine benötigt, so dass beim Zuschalten des zweiten Abgasturboladers durch Abtrennen des Druckausgangs des Verdichters des zweiten Abgasturboladers vom Einlasse der Turbine dieses zweiten Abgasturboladers und Verbinden des Druckausgangs des Verdichters des zweiten Abgasturboladers mit der zur Brennkraftmaschine führenden Verbrennungsluftversorgungsleitung ohne Drucksprung sofort der benötigte Ladeluftdruck vorhanden ist.From the DE 43 10 148 C2 is an internal combustion engine with register charging known, with a first exhaust gas turbocharger constantly provides charge air and a second exhaust gas turbocharger is optionally switched on. In order to enable a pulsation-free connection of the second exhaust gas turbocharger in the case in which the second exhaust gas turbocharger does not contribute to the charge air supply of the internal combustion engine, a pressure output of a compressor of the second exhaust gas turbocharger is connected to the inlet of a turbine of this second exhaust gas turbocharger. In this way, the second exhaust gas turbocharger is constantly maintained at a speed required for the charge air supply of the internal combustion engine, so that when switching the second exhaust gas turbocharger by disconnecting the pressure output of the compressor of the second exhaust gas turbocharger from the inlet of the turbine of this second exhaust gas turbocharger and connecting the pressure output of the compressor the second exhaust gas turbocharger with the leading to the engine combustion air supply line without pressure jump immediately the required charge air pressure is present.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren der o. g. Art hinsichtlich der Zuschaltung eines zweiten Abgasturboladers einer Registeraufladung zu verbessern.Of the Invention is based on the object, an internal combustion engine as well a method of o. Type with regard to the connection of a second Turbocharger a register charge to improve.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 14 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.These The object is achieved by an internal combustion engine the o. g. Art having the features characterized in claim 1 and by a method of o. g. Art with the characterized in claim 14 Characteristics solved. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.

Dazu ist es bei einer Brennkraftmaschine der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass an dem zweiten Abgasturbolader neben der Turbine wenigstens eine zusätzliche weitere Antriebsvorrichtung angeordnet ist.To it is in an internal combustion engine o. g. Art provided according to the invention, that at the second exhaust gas turbocharger next to the turbine at least arranged an additional additional drive device is.

Dies hat den Vorteil, dass vor dem Zuschalten des zweiten Abgasturboladers zum Hochfahren der Drehzahl dieses zweiten Abgasturboladers die zusätzliche Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, so dass keine oder nur wenig Energie aus dem Abgasmassenstrom zum Hochfahren der Drehzahl des zweiten Abgasturboladers entnommen werden muss. Hierdurch wird auf einfache Weise ein Zuschaltvorgang ohne Drehmomenteinbruch der Brennkraftmaschine erzielt.This has the advantage that before switching on the second exhaust gas turbocharger for raising the speed of this second exhaust gas turbocharger the additional Drive device is provided so that little or no Energy from the exhaust gas mass flow for raising the speed of the second Exhaust gas turbocharger must be removed. This will be on easy Way a connection process without torque drop of the internal combustion engine achieved.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zusätzliche Antriebsvorrichtung ein Elektromotor.In a preferred embodiment is the additional Drive device an electric motor.

Die wenigstens eine Ventileinrichtung ist beispielsweise stromauf und/oder stromab der zweiten Turbine des zweiten Abgasturboladers angeordnet und umfasst beispielsweise eine Abgasklappe.The For example, at least one valve device is upstream and / or upstream arranged downstream of the second turbine of the second exhaust gas turbocharger and includes, for example, an exhaust flap.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens ein Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine wenigstens zwei unabhängig voneinander steuerbare Auslassventile auf, wobei wenigstens ein jeweiliges erstes Auslassventil wenigstens eines Arbeitszylinders strömungsleitend mit der ersten Turbine verbunden und bezüglich des Abgasmassenstromes von der zweiten Turbine getrennt ist, wobei wenigstens ein jeweiliges zweites Auslassventil wenigstens eines Arbeitszylinders strömungsleitend mit der zweiten Turbine verbunden und bezüglich des Abgasmassenstromes von der ersten Turbine getrennt ist, wobei eine zyklische Betätigung zum Öffnen der zweiten Auslassventile wahlweise derart abschaltbar ausgebildet ist, dass die zweiten Auslassventile länger als in einem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine üblich geschlossen bleiben und die Ventileinrichtung zum Reduzieren und/oder Unterbrechen des Abgasmassenstromes durch die zweite Turbine ausbilden.In a preferred embodiment has at least one Working cylinder of the internal combustion engine at least two independently mutually controllable exhaust valves, wherein at least one respective first outlet valve of at least one working cylinder flow-conducting connected to the first turbine and with respect to the exhaust gas mass flow is separated from the second turbine, wherein at least one respective second outlet valve of at least one working cylinder flow-conducting connected to the second turbine and with respect to the exhaust gas mass flow is separated from the first turbine, wherein a cyclic operation for selectively opening the second exhaust valves in such a way can be switched off, that the second exhaust valves longer as usual in a working cycle of the internal combustion engine remain closed and the valve means for reducing and / or Forming the exhaust gas mass flow through the second turbine train.

Zweckmäßigerweise ist wenigstens einer der Abgasturbolader als Single Scroll Abgasturbolader mit einer Einlassspirale oder als Twin Scroll Abgasturbolader mit zwei Einlassspiralen ausgebildet.Conveniently, is at least one of the exhaust gas turbochargers as single scroll turbocharger with an inlet spiral or as Twin Scroll turbocharger with two Inlet spirals formed.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind ein Eingang der ersten Turbine des ersten Abgasturboladers und ein Eingang der zweiten Turbine des zweiten Abgasturboladers über eine Übersprechleitung strömungsleitend miteinander verbunden.In In a preferred embodiment, an input of the first turbine of the first exhaust gas turbocharger and an input of the second Turbine of the second exhaust gas turbocharger via a crosstalk line connected flow-conducting.

Zweckmäßigerweise weist die Brennkraftmaschine wenigstens zwei Arbeitszylinder auf, wobei ein Abgasauslass wenigstens eines ersten Arbeitszylinders ausschließlich mit der ersten Turbine strömungsleitend verbunden ist, so dass der Abgasmassenstrom aus wenigstens einem ersten Arbeitszylinder ausschließlich die erste Turbine beaufschlagt, und ein Abgasauslass wenigstens eines zweiten Arbeitszylinders ausschließlich mit der zweiten Turbine strömungsleitend verbunden ist, so dass der Abgasmassenstrom aus wenigstens einem zweiten Arbeitszylinder ausschließlich die zweite Turbine beaufschlagt.Conveniently, the internal combustion engine has at least two working cylinders, wherein an exhaust outlet of at least a first working cylinder exclusively with the first turbine flow-conducting is connected so that the exhaust gas mass flow of at least one first working cylinder exclusively the first turbine acted upon, and an exhaust outlet of at least a second working cylinder exclusively with the second turbine flow-conducting is connected so that the exhaust gas mass flow of at least one second working cylinder exclusively the second turbine applied.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist an der ersten Turbine und/oder an der zweiten Turbine eine Überbrückungsleitung mit Ventileinrichtung, insbesondere ein Wastegate, zum wenigstens teilweise vorbeileiten des Abgasmassenstromes an der jeweiligen Turbine angeordnet.In a preferred embodiment is at the first turbine and / or at the second turbine, a bypass line with valve device, in particular a wastegate, for at least partially bypassing the exhaust gas mass flow at the respective Turbine arranged.

Zweckmäßigerweise ist im Frischluftstrang stromab des ersten Verdichters und/oder des zweiten Verdichters wenigstens ein Druckregelventil angeordnet.Conveniently, is in the fresh air line downstream of the first compressor and / or arranged at least one pressure control valve of the second compressor.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Frischluftstrang stromab des ersten Verdichters und/oder des zweiten Verdichters wenigstens eine Drosselklappe angeordnet.In a preferred embodiment is in the fresh air line downstream of the first compressor and / or the second compressor arranged at least one throttle.

Zweckmäßigerweise ist eine Umluftleitung mit einem Umluftventil vorgesehenen, welche wahlweise den Frischluftstrang stromab des zweiten Verdichters mit dem Frischluftstrang stromauf des zweiten Verdichters strömungsleitend verbindet.Conveniently, is a recirculation line provided with a recirculation valve, which optionally with the fresh air line downstream of the second compressor with the flow of fresh air upstream of the second compressor combines.

Ferner ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Beschleunigung des zweiten Abgasturboladers auf die vorbestimmte Drehzahl wenigstens teilweise mittels eines bezüglich der Abgasturbine des zweiten Abgasturboladers zusätzlichen Antriebs durchgeführt wird.Further it is in a method of o. g. Art provided according to the invention, that the acceleration of the second exhaust gas turbocharger to the predetermined Speed at least partially by means of a respect to the Exhaust gas turbine of the second exhaust gas turbocharger additional Drive is performed.

Dies hat den Vorteil, dass für die Beschleunigung des zweiten Abgasturboladers auf die gewünschte Drehzahl keine Energie aus einem Abgasmassenstrom entnommen werden muss.This has the advantage that for the acceleration of the second Exhaust gas turbocharger to the desired speed no energy must be removed from an exhaust gas mass flow.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die vorbestimmte Drehzahl derart bestimmt, dass ein Druckverhältnis vor und nach der Turbine des zweiten Abgasturboladers einem Druckverhältnis vor und nach der Turbine des ersten Abgasturboladers entspricht.In In a preferred embodiment, the predetermined Speed determined so that a pressure ratio before and after the turbine of the second exhaust gas turbocharger a pressure ratio before and after the turbine of the first exhaust gas turbocharger corresponds.

Zweckmäßigerweise wird als zusätzlicher Antrieb ein Elektromotor verwendet.Conveniently, is used as an additional drive an electric motor.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Zuschalten des zweiten Abgasturboladers mittels Öffnen einer Ventileinrichtung in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine durchgeführt.In In a preferred embodiment, the connection of the second exhaust gas turbocharger by opening a valve device performed in an exhaust line of the internal combustion engine.

Zweckmäßigerweise wird beim Zuschalten des zweiten Abgasturboladers zusätzlich eine Ventileinrichtung in einem Frischluftstrang der Brennkraftmaschine geöffnet.Conveniently, is in addition to the connection of the second exhaust gas turbocharger a valve device in a fresh air line of the internal combustion engine open.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Energie zum Antrieb des zusätzlichen Antriebs aus einem Energiespeicher, insbesondere einem Akkumulator für elektrische Energie, entnommen, wobei der Energiespeicher beispielsweise mittels Rekuperation von Bremsenergie gespeist wird.In a preferred embodiment, an energy for Drive of the additional drive from an energy store, in particular an accumulator for electrical energy, taken, the energy storage, for example by means of recuperation is fed by braking energy.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt inThe The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing explained. This shows in

1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, 1 a first preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention in a schematic representation,

2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, 2 a second preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention in a schematic representation,

3 eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, 3 A third preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention in a schematic representation,

4 eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung und 4 a fourth preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention in a schematic representation and

5 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung. 5 a fifth preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention in a schematic representation.

Die in 1 dargestellte, erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine umfasst vier Arbeitszylinder 10, 12, 14 und 16, die über einen Frischluftstrang 18 mit einem Saugrohr 20 mit einem Frischluftmassenstrom gespeist werden und die einen Abgasmassenstrom an einen Abgasstrang 22 mit Katalysatoren 24 und Lambdasonden 26 abgeben. In dem Abgasstrang 22 ist eine erste Abgasturbine 28 eines ersten Abgasturboladers 30 und eine zweite Abgasturbine 32 eines zweiten Abgasturboladers 34 angeordnet, wobei die beiden Abgasturbinen 28, 32 bezüglich des Abgasmassenstromes parallel zueinander in dem Abgasstrang 22 angeordnet sind. In dem Frischluftstrang 18 ist ein erster Verdichter 36 des ersten Abgasturboladers 30 und ein zweiter Verdichter 38 des zweiten Abgasturboladers 34 angeordnet, wobei die beiden Verdichter 36, 38 bezüglich des Frischluftmassenstromes parallel zueinander in dem Frischluftstrang 18 angeordnet sind. Die erste Turbine 28 treibt den ersten Verdichter 36 an und die zweite Turbine 32 treibt den zweiten Verdichter 38 an. Eine Übersprechleitung 40 verbindet die jeweiligen Eingänge der beiden Turbinen 28, 32 strömungsleitend miteinander. Die erste Turbine 28 weist eine erste Überbrückungsleitung 42 mit Ventileinrichtung (Wastegate 1) auf, welche wahlweise wenigstens einen Teil des Abgasmassenstromes an der ersten Turbine 28 vorbei leitet. Die zweite Turbine 32 weist eine zweite Überbrückungsleitung 44 mit Ventileinrichtung (Wastegate 2) auf, welche wahlweise wenigstens einen Teil des Abgasmassenstromes an der zweiten Turbine 32 vorbei leitet. Die Überbrückungsleitungen 42, 44 sind beispielsweise als interne Wastegates der jeweiligen Turbine 28, 32 ausgebildet. In dem Frischluftstrang 18 ist stromab des ersten Verdichters 36 ein erster Ladeluftkühler 50 und stromab des zweiten Verdichters 38 ein zweiter Ladeluftkühler 52 angeordnet. Der zweite Verdichter 38 weist eine Umluftleitung 46 mit einem Umluftventil 48 auf, um wenigstens einen Teil der von dem zweiten Verdichter 38 verdichteten Luft von dem Ausgang des zweiten Verdichters 38 stromab des zweiten Ladeluftkühlers 52 an den Eingang des zweiten Verdichters 38 zurück zu leiten. In einem nur der zweiten Turbine 32 zugeordneten Abschnitt des Abgastraktes 22 ist eine Abgasklappe 54 angeordnet. In dem Frischluftstrang 18 ist stromab der beiden Ladeluftkühler 50, 52 eine Drosselklappe 56 angeordnet. Stromab des zweiten Ladeluftkühlers 52 ist in dem Frischluftstrang 18 ein Druckregelventil 60 angeordnet.In the 1 shown, the first preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention comprises four working cylinders 10 . 12 . 14 and 16 that have a fresh air line 18 with a suction pipe 20 be fed with a fresh air mass flow and the exhaust gas mass flow to an exhaust line 22 with catalysts 24 and lambda probes 26 submit. In the exhaust system 22 is a first exhaust gas turbine 28 a first exhaust gas turbocharger 30 and a second exhaust gas turbine 32 a second exhaust gas turbocharger 34 arranged, the two exhaust gas turbines 28 . 32 with respect to the exhaust gas mass flow parallel to each other in the exhaust line 22 are arranged. In the fresh air line 18 is a first compressor 36 of the first exhaust gas turbocharger 30 and a second compressor 38 the second exhaust gas turbocharger 34 arranged, with the two compressors 36 . 38 with respect to the fresh air mass flow parallel to each other in the fresh air line 18 are arranged. The first turbine 28 drives the first compressor 36 on and the second turbine 32 drives the second compressor 38 at. A crosstalk line 40 connects the respective inputs of the two turbines 28 . 32 flow-conducting together. The first turbine 28 has a first bypass line 42 with valve device (wastegate 1 ), which optionally at least a portion of the exhaust gas mass flow at the first turbine 28 passes by. The second turbine 32 has a second bypass line 44 with valve device (wastegate 2 ), which optionally at least a portion of the exhaust gas mass flow at the second turbine 32 passes by. The bypass lines 42 . 44 are, for example, as internal wastegates of the respective turbine 28 . 32 educated. In the fresh air line 18 is downstream of the first compressor 36 a first intercooler 50 and downstream of the second compressor 38 a second intercooler 52 arranged. The second compressor 38 has a recirculation line 46 with a recirculation valve 48 to at least a portion of that of the second compressor 38 compressed air from the outlet of the second compressor 38 downstream of the second intercooler 52 to the input of the second compressor 38 to lead back. In one only the second turbine 32 assigned section of the exhaust tract 22 is an exhaust flap 54 arranged. In the fresh air line 18 is downstream of the two intercoolers 50 . 52 a throttle 56 arranged. Downstream of the second intercooler 52 is in the fresh air line 18 a pressure control valve 60 arranged.

Erfindungsgemäß umfasst der zweite Abgasturbolader 34 neben der zweiten Turbine 38 eine weitere Antriebsvorrichtung 58 für den zweiten Verdichter 32 in Form eines Elektromotors.According to the invention, the second exhaust gas turbocharger comprises 34 next to the second turbine 38 another drive device 58 for the second compressor 32 in the form of an electric motor.

Bei der in 1 dargestellten, ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist die Abgasklappe 54 motorfern und bezüglich des Abgasmassenstromes stromab der zweiten Turbine 32 angeordnet. Die beiden Abgasturbolader 30, 34 sind mit SS-Abgasturbinen (Singel-Scroll-Abgasturbinen) 28, 32 mit einer Einlassspirale in der Abgasturbine 28, 32 ausgebildet. In der Übersprechleitung 40 ist eine Regelklappe (nicht dargestellt) angeordnet.At the in 1 shown, the first preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention is the exhaust valve 54 remote engine and with respect to the exhaust gas mass flow downstream of the second turbine 32 arranged. The two turbochargers 30 . 34 are with SS exhaust gas turbines (single-scroll exhaust gas turbines) 28 . 32 with an inlet spiral in the exhaust gas turbine 28 . 32 educated. In the crosstalk line 40 is a control valve (not shown) arranged.

2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform gemäß 1 ist der erste Abgasturbolader 30 mit einer TS-Abgasturbine (Twin-Scroll-Abgasturbine) 28 mit zwei Einlassspiralen in der ersten Abgasturbine 28 ausgebildet, wohingegen der zweite Abgasturbolader 34 mit einer SS-Abgasturbine 32 ausgebildet ist. 2 shows a second preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, wherein functionally identical parts with the same reference numerals as in 1 are designated so that their explanation to the above description of 1 is referenced. Unlike the first embodiment according to 1 is the first turbocharger 30 with a TS exhaust gas turbine (twin-scroll exhaust gas turbine) 28 with two inlet spirals in the first exhaust gas turbine 28 formed, whereas the second exhaust gas turbocharger 34 with an SS exhaust turbine 32 is trained.

3 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform gemäß 1 ist die Abgasklappe 54 motornah und bezüglich des Abgasmassenstromes stromauf der zweiten Abgasturbine 32 angeordnet. Beide Abgasturbolader 30, 34 sind mit SS-Abgasturbinen 28, 32 ausgebildet. 3 shows a third preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, wherein functionally identical parts with the same reference numerals as in 1 are designated so that their explanation to the above description of 1 is referenced. Unlike the first embodiment according to 1 is the exhaust flap 54 close to the engine and with respect to the exhaust gas mass flow upstream of the second exhaust gas turbine 32 arranged. Both turbochargers 30 . 34 are with SS exhaust gas turbines 28 . 32 educated.

Bei allen zuvor erläuterten bevorzugten Ausführungsform gemäß der 1 bis 3 ist der Abgasstrang 22 derart ausgebildet, dass der Abgasmassenstrom aus ersten Arbeitszylindern 10, 16 ausschließlich der ersten Turbine 28 zugeführt wird und der Abgasmassenstrom aus zweiten Arbeitszylindern 12, 14 ausschließlich der zweiten Turbine 32 zugeführt wird.In all previously explained preferred embodiment according to the 1 to 3 is the exhaust system 22 designed such that the exhaust gas mass flow from first working cylinders 10 . 16 excluding the first turbine 28 is supplied and the exhaust gas mass flow from second working cylinders 12 . 14 excluding the second turbine 32 is supplied.

4 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform gemäß 1 ist der Abgasstrang 22 doppelflutig ausgebildet und die Abgasklappe 54 ist motornah, bezüglich des Abgasmassenstromes stromauf der zweiten Abgasturbine 32 sowie in der Übersprechleitung 40 angeordnet. Der erste Abgasturbolader 30 und/oder der zweite Abgasturbolader 34 weisen eine TS-Abgasturbine 28, 32 auf. 4 shows a fourth preferred embodiment of a Brennkraftma invention machine, where functionally identical parts with the same reference numerals as in 1 are designated so that their explanation to the above description of 1 is referenced. Unlike the first embodiment according to 1 is the exhaust system 22 double-suction design and the exhaust flap 54 is close to the engine, with respect to the exhaust gas mass flow upstream of the second exhaust gas turbine 32 as well as in the crosstalk line 40 arranged. The first exhaust gas turbocharger 30 and / or the second exhaust gas turbocharger 34 have a TS exhaust gas turbine 28 . 32 on.

5 zeigt eine fünfte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform gemäß 1 ist keine Übersprechleitung 40 vorgesehen. Jeder Arbeitszylinder 10, 12, 14, 16 weist jeweils ein erstes Auslassventil 62 und ein zweites Auslassventil 64 auf. Die ersten Auslassventile 62 sind bezüglich des Abgasmassenstromes strömungsleitend nur mit der ersten Turbine 28 verbunden und von der zweiten Turbine 32 getrennt. Die zweiten Auslassventile 64 sind bezüglich des Abgasmassenstromes strömungsleitend nur mit der zweiten Turbine 32 verbunden und von der ersten Turbine 28 getrennt. In solchen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, in denen der erste Abgasturbolader 30 allein den notwendigen Ladedruck für ein gewünschtes Motormoment zur Verfügung stellen kann, beispielsweise in einem LowEnd Torque Bereich, bleiben die zweiten Auslassventile 64 geschlossen und lediglich die ersten Auslassventile 62 werden gemäß dem Arbeitsspiel bzw. einem Kurbelwellenwinkel zyklisch geöffnet und geschlossen. Dies wird beispielsweise durch eine Auslassnockenwelle mit Hubumschalter erreicht. Dadurch wird nur die erste Turbine 28 mit dem Abgasmassenstrom beaufschlagt. ATL 30 kann als SS-ATL oder als TS-ATL (hier dargestellt) ausgeführt sein. Der erste Verdichter 36 weist eine Umluftleitung mit einem Umluftventil 66 auf, um wenigstens einen Teil der von dem ersten Verdichter 36 verdichteten Luft von dem Ausgang des ersten Verdichters 36 stromab des ersten Ladeluftkühlers 50 an den Eingang des ersten Verdichters 36 zurück zu leiten. 5 shows a fifth preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, wherein functionally identical parts with the same reference numerals as in 1 are designated so that their explanation to the above description of 1 is referenced. Unlike the first embodiment according to 1 is not a crosstalk line 40 intended. Every working cylinder 10 . 12 . 14 . 16 each has a first exhaust valve 62 and a second exhaust valve 64 on. The first exhaust valves 62 are with respect to the exhaust gas mass flow only in flow with the first turbine 28 connected and from the second turbine 32 separated. The second exhaust valves 64 With respect to the exhaust gas mass flow are only in flow with the second turbine 32 connected and from the first turbine 28 separated. In such operating conditions of the internal combustion engine, in which the first exhaust gas turbocharger 30 alone can provide the necessary boost pressure for a desired engine torque, for example, in a low-end torque range, remain the second exhaust valves 64 closed and only the first exhaust valves 62 are cyclically opened and closed according to the working cycle or a crankshaft angle. This is achieved for example by an exhaust camshaft with Hubumschalter. This will only be the first turbine 28 subjected to the exhaust gas mass flow. ATL 30 may be implemented as SS-ATL or TS-ATL (shown here). The first compressor 36 has a recirculation line with a recirculation valve 66 to at least a portion of that of the first compressor 36 compressed air from the outlet of the first compressor 36 downstream of the first intercooler 50 to the entrance of the first compressor 36 to lead back.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Registersystem wird der Einsatz eines EU-ATL (Elektrisch Unterstützter ATL) als zweiter, zuzuschaltender Abgasturbolader 34 vorgeschlagen. Der EU-ATL 34 kann neben der ihm zugeführten Abgasenergie (Bypass-Massenstrom des ersten ATL 30, wenn dieser den Soll-Ladedruck erreicht hat) zusätzlich durch elektrische Energie beschleunigt werden. Damit kann zum einen die Performance des Registerverbundes gesteigert werden und zum anderen fallen die Stromspitzen während der Beschleunigung des EU-ATL 34 im Registerverbund deutlich geringer aus, als bei Verwendung eines EU-ATL als Mono-ATL-Konzept. Im Registerverbund muss der zweite ATL 34 erst seine Ziel-Drehzahl (vorbestimmte Drehzahl) erreicht haben, bevor auf 2-ATL-Betrieb umgeschaltet werden kann (Zuschaltung des zweiten ATL 34), da hier der erste, ausschließlich über Abgasenergie beschleunigte ATL 30 bestimmend für das Dynamikgefühl ist.In the internal combustion engine according to the invention with register system, the use of an EU ATL (Electrically Assisted ATL) as the second, zuzuschaltender exhaust gas turbocharger 34 proposed. The EU ATL 34 can in addition to the exhaust gas energy supplied to it (bypass mass flow of the first ATL 30 , if this has reached the target boost pressure) additionally accelerated by electrical energy. Thus, on the one hand, the performance of the register network can be increased and, on the other hand, the power peaks during the acceleration of the EU ATL fall 34 in the register network is significantly lower than when using an EU ATL as a mono-ATL concept. The register network must have the second ATL 34 only have reached its target speed (predetermined speed) before it can be switched to 2-ATL operation (connection of the second ATL 34 ), since this is the first ATL accelerated exclusively via exhaust gas energy 30 is decisive for the dynamic feeling.

Idealerweise kommt das zuvor beschriebene Registersystem in einem elektrifizierten Antriebsstrang zur Anwendung, wobei die Beschleunigungsenergie für den EU-ATL 34 vorzugsweise aus einem Speicher entnommen wird, der über rekuperierte Bremsenergie gespeist wird.Ideally, the register system described above is used in an electrified powertrain, with the acceleration energy for the EU ATL 34 is preferably removed from a memory which is fed via recuperated braking energy.

Mit dem zweiten ATL 34 in Form des EU-ATL steht eine Brennkraftmaschine mit einem Registersystem zur Verfügung, bei dem der zweite ATL 34 mit einer Mischung aus Abgasenergie und elektrischer Energie beschleunigt werden kann. Damit steht dem ersten ATL 30 im 1-ATL-Betrieb mehr Abgasenergie zur Verfügung, wodurch höhere Mitteldrücke erzielt werden können. Gleichzeitig kann der Umschaltvorgang in den 2-ATL-Betrieb (Zuschaltung des zweiten ATL 34) auf einfache Weise drehmomentneutral durchgeführt werden. Der bei einer Registeraufladung kritische Betriebsbereich der Zuschaltphase des zweiten ATL 34 wird durch die Verwendung des EU-ATL 34 entschärft. Hierdurch kann eine höhere Leistung des Registerverbundes erzielt werden.With the second ATL 34 in the form of the EU-ATL an internal combustion engine with a register system is available, in which the second ATL 34 can be accelerated with a mixture of exhaust energy and electrical energy. This is the first ATL 30 In 1-ATL operation more exhaust energy available, whereby higher mid-pressures can be achieved. At the same time the switching process in the 2-ATL mode (connection of the second ATL 34 ) are performed in a simple manner torque neutral. The operating mode of the connection phase of the second ATL which is critical in the case of a register charge 34 is through the use of EU ATL 34 defused. As a result, a higher performance of the register network can be achieved.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102005061649 A1 [0005] DE 102005061649 A1 [0005]
  • - DE 4310148 C2 [0008] - DE 4310148 C2 [0008]

Claims (20)

Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, insbesondere mit einem elektrifizierten Antriebsstrang, insbesondere mit einer Kombination aus einem Elektromotor und einer Brennkraftmaschine (Hybridmotor), mit wenigstens einem ersten Abgasturbolader (30), welcher wenigstens eine erste Turbine (28) und wenigstens einen ersten Verdichter (36) aufweist, wenigstens einem zweiten Abgasturbolader (34), welcher wenigstens eine zweite Turbine (32) und wenigstens einen zweiten Verdichter (38) aufweist, wobei die erste und die zweite Turbine (28, 32) in einem Abgasstrang (22) der Brennkraftmaschine bezüglich eines Abgasmassenstromes parallel zueinander angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Verdichter (36, 38) in einem Frischluftstrang (18) der Brennkraftmaschine bezüglich eines Frischluftmassenstromes parallel zueinander angeordnet sind, wobei im Abgasstrang (22) wenigstens eine Ventileinrichtung (54; 64) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine den Abgasmassenstrom durch die zweite Turbine (32) wahlweise reduziert und/oder unterbricht und gleichzeitig den Abgasmassenstrom durch die erste Turbine (28) uneingeschränkt zulässt, so dass im Wesentlichen nur der erste Abgasturbolader (30) einen Ladedruck erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Abgasturbolader (34) neben der zweiten Turbine (32) wenigstens eine zusätzliche weitere Antriebsvorrichtung (58) angeordnet ist.Internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, in particular with an electrified drive train, in particular with a combination of an electric motor and an internal combustion engine (hybrid engine), with at least one first exhaust gas turbocharger ( 30 ), which at least one first turbine ( 28 ) and at least one first compressor ( 36 ), at least one second exhaust gas turbocharger ( 34 ), which at least one second turbine ( 32 ) and at least one second compressor ( 38 ), wherein the first and the second turbine ( 28 . 32 ) in an exhaust gas line ( 22 ) of the internal combustion engine with respect to an exhaust gas mass flow are arranged parallel to each other, wherein the first and the second compressor ( 36 . 38 ) in a fresh air line ( 18 ) of the internal combustion engine with respect to a fresh air mass flow are arranged parallel to each other, wherein in the exhaust line ( 22 ) at least one valve device ( 54 ; 64 ) is arranged and configured in such a way that, as a function of an operating state of the internal combustion engine, the exhaust gas mass flow through the second turbine ( 32 ) optionally reduces and / or interrupts and at the same time the exhaust gas mass flow through the first turbine ( 28 ), so that essentially only the first exhaust gas turbocharger ( 30 ) generates a boost pressure, characterized in that on the second exhaust gas turbocharger ( 34 ) next to the second turbine ( 32 ) at least one additional further drive device ( 58 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebsvorrichtung (58) ein Elektromotor ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the additional drive device ( 58 ) is an electric motor. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ventileinrichtung (54) eine Abgasklappe umfasst.Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the at least one valve device ( 54 ) comprises an exhaust flap. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ventileinrichtung (54) stromauf und/oder stromab der zweiten Turbine (32) des zweiten Abgasturboladers (34) angeordnet ist.Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one valve device ( 54 ) upstream and / or downstream of the second turbine ( 32 ) of the second exhaust gas turbocharger ( 34 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Arbeitszylinder (10, 12, 14, 16) der Brennkraftmaschine wenigstens zwei unabhängig voneinander steuerbare Auslassventile (62, 64) aufweist, wobei wenigstens ein jeweiliges erstes Auslassventil (62) wenigstens eines Arbeitszylinders (10, 12, 14, 16) strömungsleitend mit der ersten Turbine (28) verbunden und bezüglich des Abgasmassenstromes von der zweiten Turbine (32) getrennt ist, wobei wenigstens ein jeweiliges zweites Auslassventil (64) wenigstens eines Arbeitszylinders (10, 12, 14, 16) strömungsleitend mit der zweiten Turbine (32) verbunden und bezüglich des Abgasmassenstromes von der ersten Turbine (28) getrennt ist, wobei eine zyklische Betätigung zum Öffnen der zweiten Auslassventile (64) wahlweise derart abschaltbar ausgebildet ist, dass die zweiten Auslassventile (64) länger als in einem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine üblich geschlossen bleiben und die Ventileinrichtung zum Reduzieren und/oder Unterbrechen des Abgasmassenstromes durch die zweite Turbine (32) ausbilden.Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one working cylinder ( 10 . 12 . 14 . 16 ) of the internal combustion engine at least two independently controllable exhaust valves ( 62 . 64 ), wherein at least one respective first outlet valve ( 62 ) at least one working cylinder ( 10 . 12 . 14 . 16 ) flow-conducting with the first turbine ( 28 ) and with respect to the exhaust gas mass flow from the second turbine ( 32 ) is separated, wherein at least one respective second exhaust valve ( 64 ) at least one working cylinder ( 10 . 12 . 14 . 16 ) flow-conducting with the second turbine ( 32 ) and with respect to the exhaust gas mass flow from the first turbine ( 28 ), wherein a cyclic operation for opening the second exhaust valves ( 64 ) is optionally designed such that it can be switched off so that the second outlet valves ( 64 ) remain closed for a longer time than in a working cycle of the internal combustion engine and the valve device for reducing and / or interrupting the exhaust gas mass flow through the second turbine ( 32 ) train. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Abgasturbolader (30, 34) als Single Scroll Abgasturbolader mit einer Einlassspirale in der Turbine (28, 32) ausgebildet ist.Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one of the exhaust gas turbochargers ( 30 . 34 ) as a single scroll turbocharger with an inlet spiral in the turbine ( 28 . 32 ) is trained. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Abgasturbolader (30, 34) als Twin Scroll Abgasturbolader mit zwei Einlassspiralen in der Turbine (28, 32) ausgebildet ist.Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one of the exhaust gas turbochargers ( 30 . 34 ) as Twin Scroll turbocharger with two inlet spirals in the turbine ( 28 . 32 ) is trained. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingang der ersten Turbine (28) des ersten Abgasturboladers (30) und ein Eingang der zweiten Turbine (32) des zweiten Abgasturboladers (34) über eine Übersprechleitung (40) strömungsleitend miteinander verbunden sind.Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that an input of the first turbine ( 28 ) of the first exhaust gas turbocharger ( 30 ) and an input of the second turbine ( 32 ) of the second exhaust gas turbocharger ( 34 ) via a crosstalk line ( 40 ) are conductively connected to each other. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Brennkraftmaschine wenigstens zwei Arbeitszylinder (10, 12, 14, 16) aufweist, wobei ein Abgasauslass wenigstens eines ersten Arbeitszylinders (10, 16) ausschließlich mit der ersten Turbine (28) strömungsleitend verbunden ist, so dass der Abgasmassenstrom aus wenigstens einem ersten Arbeitszylinder (10, 16) ausschließlich die erste Turbine (28) beaufschlagt, und ein Abgasauslass wenigstens eines zweiten Arbeitszylinders (12, 14) ausschließlich mit der zweiten Turbine (32) strömungsleitend verbunden ist, so dass der Abgasmassenstrom aus wenigstens einem zweiten Arbeitszylinder (12, 14) ausschließlich die zweite Turbine (32) beaufschlagt.Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that this internal combustion engine has at least two working cylinders ( 10 . 12 . 14 . 16 ), wherein an exhaust gas outlet of at least one first working cylinder ( 10 . 16 ) exclusively with the first turbine ( 28 ) is conductively connected, so that the exhaust gas mass flow from at least one first working cylinder ( 10 . 16 ) only the first turbine ( 28 ), and an exhaust gas outlet of at least one second working cylinder ( 12 . 14 ) exclusively with the second turbine ( 32 ) is conductively connected, so that the exhaust gas mass flow from at least one second working cylinder ( 12 . 14 ) exclusively the second turbine ( 32 ). Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Turbine (28) und/oder an der zweiten Turbine (32) eine Überbrückungsleitung (42, 44) mit Ventileinrichtung, insbesondere ein Wastegate, zum wenigstens teilweise vorbeileiten des Abgasmassenstromes an der jeweiligen Turbine (28, 32) angeordnet ist.Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that on the first turbine ( 28 ) and / or at the second turbine ( 32 ) a bridging line ( 42 . 44 ) with valve device, in particular a wastegate, for at least partially bypassing the exhaust gas mass flow at the respective turbine ( 28 . 32 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Frischluftstrang (18) stromab des ersten Verdichters (36) und/oder des zweiten Verdichters (38) wenigstens ein Druckregelventil (60) angeordnet ist.Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the fresh air line ( 18 ) downstream of the first compressor ( 36 ) and / or the second compressor ( 38 ) at least one pressure regulating valve ( 60 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Frischluftstrang (18) stromab des ersten Verdichters (36) und/oder des zweiten Verdichters (38) wenigstens eine Drosselklappe (56) angeordnet ist.Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the fresh air line ( 18 ) downstream of the first compressor ( 36 ) and / or the second compressor ( 38 ) at least one throttle valve ( 56 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umluftleitung (46) mit einem Umluftventil (48) vorgesehenen ist, welche wahlweise den Frischluftstrang (18) stromab des zweiten Verdichters (38) mit dem Frischluftstrang (18) stromauf des zweiten Verdichters (38) strömungsleitend verbindet.Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that a recirculating air line ( 46 ) with a recirculation valve ( 48 ) is provided, which optionally the fresh air line ( 18 ) downstream of the second compressor ( 38 ) with the fresh air line ( 18 ) upstream of the second compressor ( 38 ) connects in a flow-conducting manner. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei Frischluft in wenigstens zwei Abgasturboladern mittels eines jeweiligen Verdichters verdichtet wird, wobei der jeweilige Verdichter von einer jeweiligen Abgasturbine angetrieben wird, wobei in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einem ersten Abgasturbolader ein zweiter Abgasturbolader zugeschaltet wird, wobei vordem Zuschalten der zweite Abgasturbolader auf eine vorbestimmte Drehzahl beschleunigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung des zweiten Abgasturboladers auf die vorbestimmte Drehzahl wenigstens teilweise mittels eines bezüglich der Abgasturbine des zweiten Abgasturboladers zusätzlichen Antriebs durchgeführt wird.Method for operating an internal combustion engine, wherein fresh air in at least two exhaust gas turbochargers by means of a each compressor is compressed, wherein the respective compressor is driven by a respective exhaust gas turbine, depending on from an operating point of the internal combustion engine to a first exhaust gas turbocharger a second exhaust gas turbocharger is switched on, whereby before connecting accelerates the second exhaust gas turbocharger to a predetermined speed is characterized in that the acceleration of the second Exhaust gas turbocharger at the predetermined speed at least partially by means of a with respect to the exhaust gas turbine of the second exhaust gas turbocharger additional Drive is performed. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Drehzahl derart bestimmt wird, dass ein Druckverhältnis vor und nach der Turbine des zweiten Abgasturboladers einem Druckverhältnis vor und nach der Turbine des ersten Abgasturboladers entspricht.Method according to claim 14, characterized in that that the predetermined speed is determined such that a pressure ratio before and after the turbine of the second exhaust gas turbocharger a pressure ratio before and after the turbine of the first exhaust gas turbocharger corresponds. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzlicher Antrieb ein Elektromotor verwendet wird.Method according to claim 14 or 15, characterized that uses as an additional drive an electric motor becomes. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschalten des zweiten Abgasturboladers mittels Öffnen einer Ventileinrichtung in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.Method according to at least one of the claims 14 to 16, characterized in that the connection of the second Exhaust gas turbocharger by opening a valve device performed in an exhaust line of the internal combustion engine becomes. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zuschalten des zweiten Abgasturboladers zusätzlich eine Ventileinrichtung in einem Frischluftstrang der Brennkraftmaschine geöffnet wird.Method according to at least one of the claims 14 to 17, characterized in that when connecting the second Exhaust gas turbocharger additionally a valve device in one Fresh air train of the internal combustion engine is opened. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energie zum Antrieb des zusätzlichen Antriebs aus einem Energiespeicher, insbesondere einem Akkumulator für elektrische Energie, entnommen wird.Method according to at least one of the claims 14 to 18, characterized in that an energy for driving the additional drive from an energy store, in particular an accumulator for electrical energy is taken. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher mittels Rekuperation von Bremsenergie gespeist wird.Method according to claim 19, characterized that the energy storage powered by recuperation of braking energy becomes.
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