DE102005039013A1 - Internal combustion engine e.g. petrol engine, for vehicle, has connecting line provided before exhaust gas turbochargers, where exhaust gas is fed to respective turbochargers with low or high engine speeds or exhaust gas mass flows - Google Patents

Internal combustion engine e.g. petrol engine, for vehicle, has connecting line provided before exhaust gas turbochargers, where exhaust gas is fed to respective turbochargers with low or high engine speeds or exhaust gas mass flows Download PDF

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Abstract

The engine has exhaust gas turbochargers (2, 3), where exhaust gas is fed to the turbocharger (2) via exhaust gas lines (11, 12) with low engine speeds or exhaust gas mass flows and to the turbocharger (3) with high engine speeds or exhaust gas mass flows. The gas lines are connected with the respective turbochargers, respectively. A connecting line (14) is provided before the exhaust gas turbochargers between the exhaust gas lines.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an internal combustion engine with two exhaust gas turbochargers according to the preamble of claim 1.

Derartige Brennkraftmaschinen, auch Turbomotoren genannt, weisen Prinzip bedingt eine Drehmomentschwäche im unteren Drehzahlbereich auf, da die Abgasenthalpie im leerlaufnahen Bereich nicht ausreicht, um den Turbolader auf die für den benötigten Ladedruck erforderlichen Drehzahlen zu beschleunigen. Eine derartige Drehmomentschwäche im unteren Drehzahlbereich wird üblicherweise "Turboloch" bezeichnet. Bei Brennkraftmaschinen mit vier bzw. sechs und mehr Zylindern werden zunehmend mehrere Turbolader verwendet. Bei der konventionellen BiTurbo-Anordnung werden zwei Abgasturbolader gleicher Baugröße parallel geschaltet. Diese werden gleichmäßig mit Abgas beaufschlagt, und es wird angestrebt, dass die Abgasturbolader synchron hoch laufen. Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber einer Monoturbo-Anordnung besteht darin, dass das Massenträgheitsmoment der zwei Abgasturbolader wesentlich geringer ist als dasjenige eines großen Abgasturboladers. Der Laufraddurchmesser geht nämlich in der fünften Potenz in das Massenträgheitsmoment ein. Nachteilig ist dabei allerdings, dass der stationäre Drehmomentverlauf nach wie vor ein vergleichbares Turboloch aufweist. Da der Abgasmassenstrom auf die beiden Abgasturbolader aufgeteilt wird, erhält jede Turbine lediglich den halben Abgasmassenstrom. Somit kann im stationären Drehmoment kein nennenswerter Vorteil gegenüber einer Anordnung mit einem einzigen Abgasturbolader erzielt werden.such Internal combustion engines, also called turbo engines, have a principle a torque weakness in the lower speed range, as the exhaust enthalpy in the idle close Range is insufficient to bring the turbocharger to the required boost pressure to accelerate required speeds. Such a torque weakness in the lower Speed range is commonly referred to as "turbo lag". at Internal combustion engines with four or six and more cylinders increasingly used several turbochargers. In the conventional BiTurbo arrangement will be two exhaust gas turbocharger of the same size in parallel connected. These become even with Exhaust gas is applied, and it is desirable that the exhaust gas turbocharger synchronously run up. The advantage of this arrangement over a monoturbo arrangement is that the moment of inertia the two exhaust gas turbochargers is much lower than that of one huge Exhaust gas turbocharger. The impeller diameter is in fact in the fifth power in the moment of inertia one. The disadvantage here, however, that the stationary torque curve after as before having a comparable turbo lag. As the exhaust gas mass flow is divided to the two exhaust gas turbochargers, each receives Turbine only half the exhaust gas mass flow. Thus, in stationary torque no significant advantage over an arrangement can be achieved with a single exhaust gas turbocharger.

Aus der Praxis ist eine Stufenaufladung bekannt, welche diesen Nachteil umgeht. Dabei ist allerdings eine motornahe Abgasklappe erforderlich, die thermisch extrem hoch belastet ist. Außerdem muss im Nennleistungsbereich allein der Niederdruck-Abgasturbolader den Ladeluftmassenstrom bereitstellen. Dies führt bei Motoren mit sechs und mehr Zylindern zu sehr großen Abgasturboladern, die vom Raumbedarf her äußerst problematisch sind. Nachteilig speziell für Ottomotoren ist ferner die große thermische Trägheit des Abgassystems, welche die Einhaltung strenger Emissionsvorschriften erschwert.Out In practice, a step charging is known, which has this disadvantage bypasses. However, a close-coupled exhaust flap is required, the thermally extremely high load. In addition, in the rated power range only the low-pressure exhaust gas turbocharger provide the charge air mass flow. this leads to in engines with six and more cylinders to very large turbochargers, the extremely problematic in terms of space requirements are. Disadvantageous especially for Gasoline engines is also the big one thermal inertia of the exhaust system, which requires compliance with strict emission regulations difficult.

Eine Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art ist beispielsweise aus der DE 34 39 999 C1 bekannt. Bei dieser Brennkraftmaschine sind je Zylinder zwei Auslassventile vorgesehen, wobei die jeweils ersten Auslassventile ausschließlich mit dem einen Abgasturbolader und die jeweils zweiten Auslassventile ausschließlich mit dem anderen Abgasturbolader verbunden sind.An internal combustion engine of the type mentioned is, for example, from the DE 34 39 999 C1 known. In this internal combustion engine two exhaust valves per cylinder are provided, wherein the respective first exhaust valves are connected exclusively to the one exhaust gas turbocharger and the respective second exhaust valves exclusively with the other exhaust gas turbocharger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die Abgasturboaufladung weiter verbessert ist.Of the Invention is the object of an internal combustion engine of mentioned in the beginning to create in which the exhaust turbocharger is further improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a Internal combustion engine solved with the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Further developments are the subject of the dependent claims.

Mit Hilfe der Verbindungsleitung zwischen den Abgasleitungen in Strömungsrichtung des Abgases vor den Abgasturboladern kann das Abgas bei geringen Motordrehzahlen oder Abgasmassenströmen daher durch beide Abgasleitungen zum ersten Abgasturbolader strömen. Die zweite Abgasleitung dient also im Sinne einer Doppelwirkung auch dazu, in bestimmten Betriebszuständen einen Abgasteilmassenstrom nicht zum zweiten Abgasturbolader, wohl aber zum ersten Abgasturbolader zu leiten. Das Abgas strömt also durch beide Abgasleitungen lediglich zu einem Abgasturbolader, nämlich zum ersten Abgasturbolader. Dadurch ergeben sich bereits im leerlaufnahen Betriebsbereich ein gutes Ansprechverhalten und ein hohes stationäres Drehmoment. Die motorferne Abgasklappe ist thermisch im Gegensatz zu einer aus dem zuvor beschriebenen Stand der Technik bekannten Ausführungsform thermisch relativ schwach belastet. Erfindungsgemäß können daher zwei relativ kleine Abgasturbolader zum Einsatz kommen, welche vergleichsweise problemlos eingebaut und in das Fahrzeug integriert werden können. Aus Gründen der Unterbringung und möglichst kurzer Abgasleitungen, das heißt aus so genannten "Packagegründen", wird die Erfindung vorteilhaft an Motoren mit gerader Zylinderzahl und einem Zylinderkopf, also an den Motoren R4, R6, R8 sowie VR4, VR6 und VR8 eingesetzt. Bei V-Motoren oder doppelter VR-Anordnung, also den VW-W-Motoren gelten diese Aussagen sinngemäß für zwei getrennte Bänke, mit dann insgesamt vier Abgasturboladern. Das sind V8-, W8-, V12-, W12-Motoren, nicht aber V6-Motoren.With Help the connecting line between the exhaust pipes in the flow direction the exhaust gas in front of the exhaust gas turbochargers, the exhaust gas at low Engine speeds or exhaust gas mass flows therefore through both exhaust pipes flow to the first exhaust gas turbocharger. The second exhaust pipe thus serves in the sense of a double action Also, in certain operating conditions, a partial exhaust gas mass flow not the second turbocharger, but the first exhaust gas turbocharger to lead. The exhaust gas flows So through both exhaust pipes only to an exhaust gas turbocharger, namely to the first exhaust gas turbocharger. This results already in idle close Operating range a good response and high steady state torque. The remote engine exhaust flap is thermally unlike one from the previously described prior art known embodiment thermally relatively weakly loaded. Therefore, according to the invention two relatively small exhaust gas turbocharger are used, which comparatively easily installed and integrated into the vehicle. Out establish the accommodation and as short as possible Exhaust pipes, that is from so-called "package reasons", the invention advantageous for engines with even number of cylinders and a cylinder head, So used on the engines R4, R6, R8 and VR4, VR6 and VR8. For V-engines or double VR arrangement, so the VW-W engines these statements apply mutatis mutandis to two separate benches, with then a total of four exhaust gas turbochargers. These are V8, W8, V12, W12 engines, but not V6 engines.

Vorteilhafterweise ist die Verbindungsleitung eine so genannte Übersprechstelle mit fester Geometrie ohne Verstellmöglichkeit oder eine Übersprechstelle mit verstellbarer Querschnittsgeometrie, wobei letztere entweder einstufig AUF/ZU oder engstufig oder stufenlos verstellbar ist. Damit kann die Verbindungsleitung äußerst flexibel und an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst ausgebildet sein. Ferner kann eine Übersprechstelle mit fester Geometrie ohne Verstellmöglichkeit einfach und kostengünstig ausgebildet sein.Advantageously, the connecting line is a so-called crosstalk with fixed geometry without adjustment or a cross-talk with adjustable cross-sectional geometry, the latter either one-step OPEN / CLOSE or engstufig or continuously adjustable. Thus, the connection line can be designed extremely flexible and adapted to the particular application. Furthermore, a crosstalk with fixed geometry without adjustment easy and kos be designed low.

Vorteilhafterweise sind die zwei Abgasturbolader parallel zueinander angeordnet. Damit lassen sich die Vorteile parallel zueinander angeordneter Abgasturbolader auch bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine nutzen, so dass die erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Abgasturbolader geringe Massenträgheitsmomente aufweisen können.advantageously, the two turbochargers are arranged parallel to each other. In order to let the advantages of parallel turbocharger arranged also in the internal combustion engine according to the invention use, so that the exhaust gas turbocharger used according to the invention is low Moments of inertia can have.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist/sind zumindest der erste Abgasturbolader, vorzugsweise aber beide Abgasturbolader, mit einer Bypassleitung versehen und ist der Querschnitt der Bypassleitung des ersten Abgasturboladers vorzugsweise größer als derjenige der Bypassleitung des zweiten Abgasturboladers ausgebildet. Damit sind vorzugsweise beide Abgasturbolader wirkungsvoll vor überhöhten Drehzahlen und damit schädigenden Einflüssen geschützt. Somit ist die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine erhöht.According to one Development of the invention is / are at least the first exhaust gas turbocharger, but preferably both exhaust gas turbochargers, with a bypass line provided and is the cross section of the bypass line of the first exhaust gas turbocharger preferably greater than that of the bypass line of the second exhaust gas turbocharger is formed. Thus, both exhaust gas turbochargers are preferably effective against excessive speeds and thus protected from harmful influences. Consequently the reliability of the internal combustion engine according to the invention is increased.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist stromabwärts des ersten Abgasturboladers ein Vorkatalysator angeordnet, welcher mit zumindest einer stromaufwärts des Vorkatalysators vorgesehenen Lambdasonde regelbar ist, wobei vorzugsweise eine weitere Lambdasonde stromabwärts des Vorkatalysators, aber stromaufwärts einer Abgaszusammenführung angeordnet ist. Da das gesamte Abgas über den ersten Abgasturbolader geleitet werden kann, erreicht der dem ersten Abgasturbolader nachgeordnete Vorkatalysator schnell die zur Umsetzung erforderliche Betriebstemperatur. Auch in der Heizphase des Katalysators nach einem Kaltstart ist eine solche Schaltung solange beizubehalten, bis der Hauptkatalysator eine vorbestimmte Mindesttemperatur von beispielsweise 300 °C überschritten hat.According to one Another embodiment of the invention is downstream of the first exhaust gas turbocharger a precatalyst is arranged, which with at least one upstream of the Pre-catalyst provided lambda probe is controllable, preferably another lambda probe downstream of the precatalyst, but upstream an exhaust gas recombination is arranged. Because the entire exhaust gas over the first turbocharger can be passed, which reaches the first exhaust gas turbocharger downstream Precatalyst quickly the required operating temperature for the reaction. Also in the heating phase of the catalyst after a cold start to maintain such a circuit until the main catalyst exceeded a predetermined minimum temperature of, for example, 300 ° C. Has.

Vorteilhafterweise weisen die zwei Abgasturbolader jeweils einen Verdichter auf und sind die beiden Verdichter parallel zueinander angeordnet und fördern die Luft über einen gemeinsamen oder vorzugsweise zwei separate Ladeluftkühler mittels Druckleitungen in ein gemeinsames Saugrohr, wobei gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform vor der Zusammenführung der beiden Druckleitungen ein Druckregelventil angeordnet ist, das auf Durchgang schaltet, sobald der Druck im Saugrohr kleiner oder gleich dem Druck in der Druckleitung vor dem Druckregler ist. Die Ausführungsform mit zwei Ladeluftkühlern hat den regelungstechnischen Vorteil, dass das Volumen der Ladeluftkühler dämpfend wirkt und sich so einfacher ein synchroner Lauf der Abgasturbolader realisieren lässt.advantageously, the two exhaust gas turbochargers each have a compressor and the two compressors are arranged parallel to each other and promote the Air over a common or preferably two separate intercooler by means of pressure lines in a common intake manifold, according to a particularly preferred embodiment before the merger the two pressure lines, a pressure control valve is arranged, the switches to continuity as soon as the pressure in the suction pipe is lower or lower is equal to the pressure in the pressure line before the pressure regulator. The embodiment with two intercoolers has the control technical advantage that the volume of the intercooler has a dampening effect and realize a synchronous running of the turbocharger easier leaves.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist bei geradzahliger Zylinderzahl die eine Hälfte der Zylinder mit der ersten Abgasleitung und die andere Hälfte der Zylinder mit der zweiten Abgasleitung verbunden. Damit sind die Zylinder gleichmäßig auf die beiden Abgasleitungen aufgeteilt.According to one Another embodiment of the invention is even number of cylinders one half the cylinder with the first exhaust pipe and the other half of the Cylinder connected to the second exhaust pipe. This is the Cylinder evenly divided the two exhaust pipes.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Verdichter des zweiten Abgasturboladers eine regelbare Umlufteinrichtung vorgesehen, welche die vom Verdichter verdichtete Luft vorzugsweise nach Durchströmen eines Ladeluftkühlers über ein Umluftventil in den Saugbereich eines der Verdichter, vorzugsweise des Verdichters des zweiten Abgasturboladers, zurückführt. Eine solche Umlufteinrichtung kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn der Verdichter des zweiten Abgasturboladers noch nicht die Solldrehzahl und den Sollladedruck erreicht hat. In diesem Fall ist erforderlich, die Ladeluft des zweiten Verdichters abzusteuern bzw. abzuregeln. Durch die Regelbarkeit der Umlufteinrichtung kann der Ladedruck nach dem zweiten Verdichter allmählich an den Saugrohrdruck angenährt werden. Eine Rückführung bei der Ausführung mit zwei Ladeluftkühlern vorzugsweise nach dem zweiten Ladeluftkühler dient der Vermeidung einer Überhitzung im Kreislaufbetrieb. Alternativ dazu kann es auch möglich sein, die abzublasende Ladeluft in die Umgebung zu leiten.According to one particularly preferred embodiment The invention is the compressor of the second exhaust gas turbocharger a controllable air circulation device provided by the compressor compressed air preferably after flowing through a charge air cooler via a Recirculation valve in the suction area of one of the compressors, preferably of the compressor of the second exhaust gas turbocharger. A Such recirculation device is used in particular when the compressor of the second exhaust gas turbocharger not yet the target speed and has reached the target boost pressure. In this case, it is necessary to control or regulate the charge air of the second compressor. Due to the controllability of the air circulation device, the boost pressure gradually after the second compressor Approached to the intake manifold pressure become. A return at the execution with two intercoolers preferably after the second charge air cooler serves to avoid overheating in circulation mode. Alternatively, it may be possible to guide the bleed charge air into the environment.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung bilden und die einzige Figur zeigt:
eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zwei parallel geschalteten Abgasturboladern.Embodiments of the subject invention are described below with reference to the drawing, all described and / or illustrated features alone or in any combination, the subject matter of the present invention, regardless of their combination in the claims or their dependency form and the sole figure shows:
a schematic representation of an internal combustion engine with two exhaust gas turbochargers connected in parallel.

Eine Brennkraftmaschine 1 mit zwei Abgasturboladern 2, 3 ist in einer schematischen Darstellung in der einzigen Figur gezeigt.An internal combustion engine 1 with two exhaust gas turbochargers 2 . 3 is shown in a schematic representation in the single figure.

Die in der Figur gezeigte Brennkraftmaschine 1 hat gemäß der dargestellten Ausführungsform sechs Zylinder 4 bis 9, deren nicht näher gezeigte Einlassventile mit einem Saugrohr 10 und deren nicht näher gezeigte Auslassventile mit einer ersten Abgasleitung 11 bzw. mit einer zweiten Abgasleitung 12 verbunden sind. Wie in der Figur gezeigt, sind die in der Figur von links gesehen ersten drei Zylinder 4 bis 6 an die zweite Abgasleitung 12 und die in der Figur sich daran nach rechts hin anschließenden Zylinder 7 bis 9 an die erste Abgasleitung 11 angeschlossen. Pro Zylinder 4 bis 9 ist wenigstens ein nicht näher gezeigtes Einlassventil und wenigstens ein nicht näher gezeigtes Auslassventil vorgesehen.The internal combustion engine shown in the figure 1 has six cylinders according to the illustrated embodiment 4 to 9 , The inlet valves not shown in detail with a suction pipe 10 and their exhaust valves not shown in detail with a first exhaust pipe 11 or with a second exhaust pipe 12 are connected. As shown in the figure, the first three cylinders seen in the figure from the left are three 4 to 6 to the second exhaust pipe 12 and the cylinders adjoining to the right in the figure 7 to 9 to the first exhaust pipe 11 connected. Per cylinder 4 to 9 is at least one inlet valve not shown in detail and at least one exhaust valve not shown in detail provided.

Das Abgas ist über wenigstens eine Abgasleitung 11, 12 bei geringen Motordrehzahlen oder Abgasmassenströmen zunächst dem ersten Abgasturbolader 2 und bei höheren Motordrehzahlen oder Abgasmassenströmen mittels einer motorfernen, verstellbaren Absperreinrichtung 13 auch dem zweiten Abgasturbolader 3 zuleitbar, wobei die wenigstens eine Abgasleitung, wie zuvor erwähnt, die erste Abgasleitung 11, welche mit dem ersten Abgasturbolader 2 verbunden ist, und die zweite Abgasleitung 12 ist, welche mit dem zweiten Abgasturbolader 3 verbunden ist.The exhaust gas is via at least one exhaust pipe 11 . 12 At low engine speeds or exhaust gas mass flows initially the first exhaust gas turbocharger 2 and at higher engine speeds or exhaust gas mass flows by means of a remote, adjustable shut-off device 13 also the second exhaust gas turbocharger 3 zuleitbar, wherein the at least one exhaust pipe, as mentioned above, the first exhaust pipe 11 , which with the first exhaust gas turbocharger 2 connected, and the second exhaust pipe 12 which is with the second exhaust gas turbocharger 3 connected is.

Erfindungsgemäß ist zwischen den Abgasleitungen 11, 12 vor den Abgasturboladern 2, 3 eine Verbindungsleitung 14 vorgesehen. Das Abgas strömt daher bei geringen Motordrehzahlen oder Abgasmassenströmen durch beide Abgasleitungen 11, 12 und die Verbindungsleitung 14 zum ersten Abgasturbolader 2, wie dies nachfolgend noch genauer erläutert wird.According to the invention is between the exhaust pipes 11 . 12 in front of the exhaust gas turbochargers 2 . 3 a connection line 14 intended. The exhaust gas therefore flows through the two exhaust pipes at low engine speeds or exhaust gas mass flows 11 . 12 and the connection line 14 to the first exhaust gas turbocharger 2 , as will be explained in more detail below.

Die Verbindungsleitung 14 ist eine sogenannte Übersprechstelle 15 mit fester Geometrie ohne Verstellmöglichkeit oder eine Übersprechstelle 15 mit verstellbarer Querschnittsgeometrie. Die Übersprechstelle 15 mit verstellbarer Querschnittsgeometrie ist entweder einstufig AUF/ZU, engstufig oder stufenlos verstellbar.The connection line 14 is a so-called crosstalk 15 with fixed geometry without adjustment or a crosstalk 15 with adjustable cross-sectional geometry. The crosstalk 15 with adjustable cross-sectional geometry is either single-stage OPEN / CLOSE, narrow-stepped or infinitely adjustable.

Wie in der Figur gezeigt, sind die zwei Abgasturbolader 2, 3 parallel zueinander angeordnet, jedoch, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, nacheinander geschaltet.As shown in the figure, the two exhaust gas turbochargers 2 . 3 arranged parallel to each other, but, as will be explained in more detail below, connected in succession.

Zumindest der erste Abgasturbolader 2, gemäß einer besonders bevorzugten, in der einzigen Figur gezeigten Ausführungsform der Erfindung aber beide Abgasturbolader 2, 3, ist/sind mit einer Bypassleitung 16, 17 versehen. Die Bypassleitungen 16, 17 sind in der Figur gepunktet dargestellt. Sie werden auch "Wastegate" genannt. Der Querschnitt der Bypassleitung 16 des ersten Abgasturboladers 2 ist vorzugsweise größer als derjenige der Bypassleitung 17 des zweiten Abgasturboladers 3 ausgebildet.At least the first exhaust gas turbocharger 2 However, according to a particularly preferred embodiment of the invention shown in the single figure, both exhaust gas turbochargers 2 . 3 , is / are with a bypass line 16 . 17 Mistake. The bypass lines 16 . 17 are shown dotted in the figure. They are also called "wastegate". The cross section of the bypass line 16 of the first exhaust gas turbocharger 2 is preferably larger than that of the bypass line 17 the second exhaust gas turbocharger 3 educated.

Stromabwärts des ersten Abgasturboladers 2 ist ein Vorkatalysator 20 angeordnet. Dieser ist mit zumindest einer stromaufwärts des Vorkatalysators 20 vorgesehenen Lambdasonde 21 regelbar. Vorzugsweise ist, wie in der Figur gezeigt, eine weitere Lambdasonde 22 stromabwärts des Vorkatalysators 20, aber stromaufwärts einer Abgaszusammenführung 23 angeordnet.Downstream of the first exhaust gas turbocharger 2 is a precatalyst 20 arranged. This is with at least one upstream of the precatalyst 20 provided lambda probe 21 adjustable. Preferably, as shown in the figure, another lambda probe 22 downstream of the precatalyst 20 but upstream of exhaust gas recombination 23 arranged.

Die zwei Abgasturbolader 2, 3 weisen jeweils eine Turbine 24, 25 und einen Verdichter 26, 27 auf. Die beiden Verdichter 26, 27 sind parallel zueinander angeordnet. Sie fördern die Luft über einen gemeinsamen oder bevorzugt, wie in der Figur gezeigt, über zwei separate Ladeluftkühler 30, 31 mittels Druckleitungen 32, 33 in das gemeinsame Saugrohr 10. Vor der Zusammenführung der beiden Druckleitungen 32, 33 ist, wie in der Figur in der Druckleitung 33 gezeigt, ein Druckregelventil 34 angeordnet. Das Druckregelventil 34 schaltet auf Durchgang, sobald der Druck im Saugrohr 10 kleiner oder gleich dem Druck in der Druckleitung 33 vor dem Druckregelventil 34 ist.The two turbochargers 2 . 3 each have a turbine 24 . 25 and a compressor 26 . 27 on. The two compressors 26 . 27 are arranged parallel to each other. They promote the air via a common or preferred, as shown in the figure, via two separate intercoolers 30 . 31 by means of pressure lines 32 . 33 in the common intake manifold 10 , Before merging the two pressure lines 32 . 33 is, as in the figure in the pressure line 33 shown a pressure control valve 34 arranged. The pressure control valve 34 switches to passage as soon as the pressure in the intake manifold 10 less than or equal to the pressure in the pressure line 33 in front of the pressure control valve 34 is.

Wie zuvor bereits angedeutet, ist bei geradzahliger Zylinderzahl die eine Hälfte der Zylinder, das sind in der Figur die in der rechten Hälfte angeordneten Zylinder 7 bis 9, mit der ersten Abgasleitung 11 und die andere Hälfte der Zylinder, das sind in der Figur die in der linken Hälfte angeordneten Zylinder 4 bis 6, mit der zweiten Abgasleitung 12 verbunden.As already indicated above, with even-numbered cylinders, one half of the cylinders, that is, in the figure, are the cylinders arranged in the right-hand half 7 to 9 , with the first exhaust pipe 11 and the other half of the cylinders, which are in the figure, the cylinders arranged in the left half 4 to 6 , with the second exhaust pipe 12 connected.

Wie in der Figur gezeigt, ist am Verdichter 27 des zweiten Abgasturboladers 3 eine regelbare Umlufteinrichtung 35 vorgesehen. Die Umlufteinrichtung 35 führt die vom Verdichter 27 verdichtete Luft vorzugsweise nach Durchströmen des Ladeluftkühlers 31, wie dies in der Figur gezeigt ist, über ein Umluftventil 36 in den Ansaugbereich 37 eines der Verdichter 26, 27 zurück. Gemäß der gezeigten Darstellung führt die Umlufteinrichtung die verdichtete Luft in den Ansaugbereich 37 des Verdichters 27 des zweiten Abgasturboladers zurück. Gemäß einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist es aber auch möglich, die vorverdichtete Luft in den Ansaugbereich des anderen Verdichters 26 zurückzuführen.As shown in the figure, is on the compressor 27 the second exhaust gas turbocharger 3 a controllable air circulation system 35 intended. The recirculation device 35 leads from the compressor 27 compressed air preferably after flowing through the intercooler 31 , as shown in the figure, via a recirculation valve 36 in the intake area 37 one of the compressors 26 . 27 back. As shown, the recirculation means directs the compressed air into the intake area 37 of the compressor 27 the second exhaust gas turbocharger back. According to another, not shown embodiment of the invention, it is also possible, the pre-compressed air in the intake of the other compressor 26 due.

Wie ferner dargestellt, ist stromabwärts der Abgaszusammenführung 23 ein Hauptkatalysator 40 mit stromabwärts vorgesehener Lambdasonde 40 vorgesehen.As further shown, downstream is the exhaust gas recombination 23 a main catalyst 40 with downstream provided lambda probe 40 intended.

Entlang einer Volllast-Kurve lassen sich folgende Betriebsphasen unterscheiden; nachfolgend wird also der Betrieb der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine näher erläutert.Along a full load curve, the following operating phases can be distinguished; Below, therefore, the operation of the internal combustion engine according to the invention explained in more detail.

In der ersten Phase werden im leerlaufnahen Bereich oder bei geringen Abgasmassenströmen zunächst die beiden Bypassleitungen 16, 17 der Abgasturbolader 2, 3 und die motorferne Absperreinrichtung 13 geschlossen. Die motorferne, verstellbare Absperreinrichtung 13 ist beispielsweise eine Abgasklappe. Das Abgas der Zylinder 7 bis 9 strömt daher direkt über die erste Abgasleitung 11 und das Abgas der Zylinder 4 bis 6, in der Figur sind dies die drei Zylinder der linken Hälfte des Motors, über die zweite Abgasleitung 12 und die Verbindungsleitung 14 zur Turbine 24 des ersten Abgasturboladers 2. Wegen der geschlossenen Absperreinrichtung 13 wird die Turbine 25 des zweiten Abgasturboladers 3 nicht durchströmt. Der zweite Abgasturbolader 3 steht daher still oder läuft mit geringer Drehzahl mit.In the first phase, the two bypass lines are initially in Leerlaufnahen area or at low exhaust gas mass flows 16 . 17 the exhaust gas turbocharger 2 . 3 and the motor-off shut-off device 13 closed. The motor-remote, adjustable shut-off device 13 is for example an exhaust flap. The exhaust of the cylinders 7 to 9 therefore flows directly over the first exhaust pipe 11 and the exhaust of the cylinders 4 to 6 , in the figure, these are the three cylinders of the left half of the engine, via the second exhaust pipe 12 and the connection line 14 to the turbine 24 of the first exhaust gas turbocharger 2 , Because of the closed shut-off device 13 becomes the turbine 25 the second exhaust gas turbocharger 3 does not flow through. The second turbocharger 3 therefore stands still or runs at low speed.

Der erste Abgasturbolader 2 beschleunigt schon bei geringem Abgasangebot auf hohe Drehzahlen, so dass bereits bei geringen Motordrehzahlen oder Abgasmassenströmen sehr hohe Ladedrücke bzw. Drehmomente erreicht werden können. Das nachteilige Übersprechen zwischen den Zylindern kann minimiert werden, in dem die Übersprechstelle 15 möglichst kurz vor dem Eintritt in die Turbinen 25, 25 angeordnet ist. Der Abstand zwischen der Verbindungsleitung 14 und dem jeweiligen Turbineneintritt beträgt <100/80/60/40/20/10 mm. Da das gesamte Abgas, wie zuvor erwähnt, über die Turbine 24 des ersten Abgasturboladers 2 geführt wird, erreicht der Vorkatalysator 20 nach der Turbine 24 schnell die zur Umsetzung erforderliche Betriebstemperatur. Wie zuvor erwähnt, ist in der Heizphase des Katalysators nach Kaltstart diese Schaltung solange beizubehalten, bis der Hauptkatalysator 40 eine vorbestimmte Mindesttemperatur, z. B. 300 °C, überschritten hat. Nur bei in dieser ersten Phase unüblichen, den Abgasturbolader 2 gefährdeten Betriebszuständen, beispielsweise Volllast bei hohen Drehzahlen, kann ein Öffnen der Bypassleitung 16 und/oder ein Öffnen der motorfernen Absperreinrichtung 13, zumindest temporär vorgesehen sein. Außerdem kann ein Öffnen der Bypassleitung 16 bei sehr niedrigen Motorlasten und -drehzahlen vorgesehen sein, um die Aufheizung des/der nachgeschalteten Katalysators/Katalysatoren zu beschleunigen.The first exhaust gas turbocharger 2 accelerates even at low exhaust gas supply to high speeds, so that even at low engine speeds or exhaust gas mass flows very high boost pressures or torques can be achieved. The adverse crosstalk between the cylinders can be minimized in that the crosstalk 15 as soon as possible before entering the turbines 25 . 25 is arranged. The distance between the connection line 14 and the respective turbine inlet is <100/80/60/40/20/10 mm. Since the entire exhaust, as previously mentioned, about the turbine 24 of the first exhaust gas turbocharger 2 is performed, the precatalyst reaches 20 after the turbine 24 quickly the required operating temperature for implementation. As previously mentioned, in the heating phase of the catalyst after cold start this circuit is to be maintained until the main catalyst 40 a predetermined minimum temperature, z. B. 300 ° C, has exceeded. Only at unusual in this first phase, the exhaust gas turbocharger 2 endangered operating conditions, such as full load at high speeds, can open the bypass line 16 and / or opening the motor remote shut-off device 13 be provided at least temporarily. In addition, an opening of the bypass line 16 be provided at very low engine loads and speeds to accelerate the heating of the / the downstream catalyst / catalysts.

Bei weiterer Beschleunigung der Motordrehzahl oder des Abgasmassenstroms würde bei geschlossenen Bypassleitungen 16, 17 und geschlossener Absperreinrichtung 13 das Zieldrehmoment des ersten Abgasturboladers 2 überschritten. Zur Ladedruckregelung wird nun die motorferne Absperreinrichtung sukzessive geöffnet. Die beiden Bypassleitungen 16, 17 bleiben weiterhin geschlossen. Der Abgasmassenstrom teilt sich nun abhängig von der Stellung der motorfernen Abgas-Absperreinrichtung auf die beiden Turbinen 24, 25 auf. Die Abgasklappe wird dabei vorteilhafterweise gerade so eingestellt, dass der erste Abgasturbolader 2 den bei der jeweiligen Drehzahl gewünschten Sollladedruck bereitstellt. Da der Verdichter 27 des zweiten Abgasturboladers 3 noch nicht die Solldrehzahl und den Sollladedruck erreicht hat, muss die Ladeluft des Verdichters 27 des zweiten Abgasturboladers 3 abgeregelt werden. Mit Hilfe der zuvor beschriebenen Umlufteinrichtung 35 ist es möglich, die verdichtete Luft des Verdichters 27 über das Umluftventil 36 zum Verdichtereintritt (Ansaugbereich 37) zurückzuführen.With further acceleration of the engine speed or the exhaust gas mass flow would be with closed bypass lines 16 . 17 and closed shut-off device 13 the target torque of the first exhaust gas turbocharger 2 exceeded. For boost pressure control, the shut-off device remote from the engine is now opened successively. The two bypass lines 16 . 17 stay closed. The exhaust gas mass flow is now divided depending on the position of the engine-remote exhaust shut-off device on the two turbines 24 . 25 on. The exhaust valve is advantageously just set so that the first exhaust gas turbocharger 2 provides the desired charge pressure desired at the respective speed. Because the compressor 27 the second exhaust gas turbocharger 3 has not reached the target speed and the target boost pressure, the charge air of the compressor 27 the second exhaust gas turbocharger 3 be regulated. With the help of the previously described recirculation device 35 it is possible to use the compressed air of the compressor 27 via the recirculation valve 36 to the compressor inlet (intake area 37 ).

Das Umluftventil 36 ist regelbar, damit der Ladedruck nach Verdichter 27 allmählich an den Saugrohrdruck angenährt werden kann. Wie erwähnt, erfolgt die Rückführung bei der gezeigten Ausführung mit zwei Ladeluftkühlern 30, 31 vorzugsweise nach dem Ladeluftkühler 31. Gemäß einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung kann die Rückführung auch in den Saugbereich des Verdichters 26 des ersten Abgasturboladers 2 zurückgeführt werden. Sobald der Druck vor dem Druckregelventil 34 den Wert des Druckes im Saugrohr erreicht hat, öffnet das Druckregelventil 34.The recirculation valve 36 is adjustable, so that the boost pressure after compressor 27 can be gradually approached to the intake manifold pressure. As mentioned, the return takes place in the embodiment shown with two intercoolers 30 . 31 preferably after the intercooler 31 , According to another, not shown embodiment of the invention, the return can also in the suction region of the compressor 26 of the first exhaust gas turbocharger 2 to be led back. Once the pressure in front of the pressure control valve 34 has reached the value of the pressure in the intake manifold, opens the pressure control valve 34 ,

Gemäß einer weiteren, nicht näher gezeigten Ausführungsform der Erfindung kann auch der erste Abgasturbolader 2 mit einer Umlufteinrichtung ausgerüstet sein. Dies erhöht die Spontaneität des Ansprechens beim Anfahren nochmals. Wenn die motorferne Abgasklappe in Form der Absperreinrichtung 13 öffnet, hat das Abgas von dem ersten Abgasturbolader 2 den Hauptkatalysator 40 bereits vorgeheizt, so dass in dieser Betriebsphase in aller Regel auf zusätzliche Katalysator-Heizmaßnahmen verzichtet werden kann.According to a further embodiment of the invention, not shown in detail, the first exhaust gas turbocharger 2 be equipped with a recirculation device. This increases the spontaneity of the response when starting again. If the remote engine exhaust flap in the form of shut-off 13 opens, has the exhaust gas from the first exhaust gas turbocharger 2 the main catalyst 40 already preheated, so that can be dispensed with in this phase of operation usually additional catalyst heating measures.

Die zuletzt beschriebene zweite Phase endet, wenn die motorferne Abgas-Absperreinrichtung voll geöffnet ist.The last described second phase ends when the remote engine exhaust shut-off device full open is.

In der dritten Phase ist die motorferne Abgas-Absperreinrichtung 13 voll geöffnet. Beide Abgasturbolader werden gleichmäßig mit Abgas beaufschlagt. Das Druckregelventil 34 ist geöffnet. Zur Ladedruckregelung werden bei weiterer Drehzahlsteigerung die Bypassleitungen 16, 17 der Abgasturbolader 2, 3 synchron angesteuert. Optional können die beiden nicht dargestellten Steuerdosen über ein gemeinsames Taktventil (nicht gezeigt) angesteuert werden.In the third phase is the off-gas exhaust shut-off device 13 fully open. Both exhaust gas turbochargers are uniformly exposed to exhaust gas. The pressure control valve 34 it is open. For boost pressure control, the bypass lines will increase as the speed increases 16 . 17 the exhaust gas turbocharger 2 . 3 controlled synchronously. Optionally, the two control boxes, not shown, via a common timing valve (not shown) can be controlled.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 besteht in einem frühen "Anspringen" des Katalysators aufgrund einer geringen thermischen Trägheit des Abgassystems im ersten Strang, welcher dem ersten Abgasturbolader zugeordnet ist.Another advantage of the internal combustion engine according to the invention 1 consists in an early "starting" of the catalyst due to a low thermal inertia of the exhaust system in the first strand, which is associated with the first exhaust gas turbocharger.

Damit ist eine Brennkraftmaschine mit einer verbesserten Abgasturboaufladung geschaffen.In order to is an internal combustion engine with an improved turbocharger created.

Claims (9)

Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern (2, 3), bei welcher das Abgas über wenigstens eine Abgasleitung (11, 12) bei geringen Motordrehzahlen oder Abgasmassenströmen zunächst dem ersten Abgasturbolader (2) und bei höheren Motordrehzahlen oder Abgasmassenströmen mittels einer motorfernen, verstellbaren Absperreinrichtung (13) auch dem zweiten Abgasturbolader (3) zuleitbar ist, und bei welcher die wenigstens eine Abgasleitung eine erste, mit dem ersten Abgasturbolader (2) verbundene Abgasleitung (11) und eine zweite, mit dem zweiten Abgasturbolader (3) verbundene Abgasleitung (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Abgasleitungen (11, 12) vor den Abgasturboladern (2, 3) eine Verbindungsleitung (14) vorgesehen ist.Internal combustion engine with two exhaust gas turbochargers ( 2 . 3 ), in which the exhaust gas via at least one exhaust pipe ( 11 . 12 ) at low engine speeds or exhaust gas mass flows initially the first exhaust gas turbocharger ( 2 ) and at higher engine speeds or exhaust gas mass flows by means of a motor-remote, adjustable shut-off device ( 13 ) also the second exhaust gas turbocharger ( 3 ), and in which the at least one exhaust gas line has a first, with the first exhaust gas turbocharger ( 2 ) connected exhaust pipe ( 11 ) and a second, with the second exhaust gas turbocharger ( 3 ) connected exhaust pipe ( 12 ), characterized that between the exhaust pipes ( 11 . 12 ) in front of the exhaust gas turbochargers ( 2 . 3 ) a connection line ( 14 ) is provided. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (14) eine Übersprechstelle (15) mit fester Geometrie ohne Verstellmöglichkeit oder eine Übersprechstelle (15) mit verstellbarer Querschnittsgeometrie ist, wobei letztere entweder einstufig AUF/ZU, engstufig oder stufenlos verstellbar ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the connecting line ( 14 ) a crosstalk station ( 15 ) with fixed geometry without adjustment or a cross-talk station ( 15 ) with adjustable cross-sectional geometry, the latter being either single-stage OPEN / CLOSE, narrow-stepped or infinitely adjustable. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Abgasturbolader (2, 3) parallel zueinander angeordnet sind.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the two exhaust gas turbochargers ( 2 . 3 ) are arranged parallel to each other. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste Abgasturbolader (2), vorzugsweise aber beide Abgasturbolader (2, 3), mit einer Bypassleitung (16, 17) versehen ist/sind und der Querschnitt der Bypassleitung (16) des ersten Abgasturboladers (2) vorzugsweise größer als derjenige der Bypassleitung (17) des zweiten Abgasturboladers (3) ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that at least the first exhaust gas turbocharger ( 2 ), but preferably both exhaust gas turbochargers ( 2 . 3 ), with a bypass line ( 16 . 17 ) is / are and the cross section of the bypass line ( 16 ) of the first exhaust gas turbocharger ( 2 ) preferably larger than that of the bypass line ( 17 ) of the second exhaust gas turbocharger ( 3 ) is trained. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des ersten Abgasturboladers (2) ein Vorkatalysator (20) angeordnet ist, welcher zumindest mit einer stromaufwärts des Vorkatalysators (20) vorgesehen Lambdasonde (21) regelbar ist, wobei vorzugsweise eine weitere Lambdasonde (22) stromabwärts des Vorkatalysators (20) aber stromabwärts einer Abgaszusammenführung (23) angeordnet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that downstream of the first exhaust gas turbocharger ( 2 ) a precatalyst ( 20 ) is arranged, which at least one upstream of the precatalyst ( 20 ) provided lambda probe ( 21 ) is adjustable, wherein preferably a further lambda probe ( 22 ) downstream of the precatalyst ( 20 ) but downstream of an exhaust gas recombination ( 23 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Abgasturbolader (2,3) jeweils einen Verdichter (26, 27) aufweisen und die beiden Verdichter (26, 27) parallel zueinander angeordnet sind und die Luft über einen gemeinsamen oder vorzugsweise zwei separate Luftladekühler (30, 31) mittels Druckleitungen (32, 33) in ein gemeinsames Saugrohr (19) fördern.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the two exhaust gas turbochargers ( 2 . 3 ) each have a compressor ( 26 . 27 ) and the two compressors ( 26 . 27 ) are arranged parallel to one another and the air via a common or preferably two separate air charging radiator ( 30 . 31 ) by means of pressure lines ( 32 . 33 ) in a common intake manifold ( 19 ). Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Zusammenführung der beiden Druckleitungen (32, 33) ein Druckregelventil (34) angeordnet ist, das auf Durchgang schaltet, sobald der Druck im Saugrohr (10) kleiner oder gleich dem Druck in der Druckleitung (33) vor dem Druckregelventil (34) ist.Internal combustion engine according to claim 6, characterized in that before the merging of the two pressure lines ( 32 . 33 ) a pressure regulating valve ( 34 ), which switches to passage as soon as the pressure in the intake manifold ( 10 ) less than or equal to the pressure in the pressure line ( 33 ) in front of the pressure regulating valve ( 34 ). Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geradzahliger Zylinderzahl die eine Hälfte der Zylinder (7 – 9) mit der ersten Abgasleitung (11) und die zweite Hälfte der Zylinder (4 – 6) mit der zweiten Abgasleitung (12) verbunden ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that, in the case of an even number of cylinders, one half of the cylinders ( 7 - 9 ) with the first exhaust pipe ( 11 ) and the second half of the cylinders ( 4 - 6 ) with the second exhaust pipe ( 12 ) connected is. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Verdichter (27) des zweiten Abgasturboladers (3) eine regelbare Umlufteinrichtung (35) vorgesehen ist, welche die vom Verdichter (27) verdichtete Luft vorzugsweise nach Durchströmen eines Ladeluftkühlers (31) über ein Umluftventil (36) in den Ansaugbereich (37) eines der Verdichter (26, 27), vorzugsweise des Verdichters (27) des zweiten Abgasturboladers (3), zurückführt.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that on the compressor ( 27 ) of the second exhaust gas turbocharger ( 3 ) a controllable recirculation device ( 35 ) provided by the compressor ( 27 ) compressed air preferably after flowing through an intercooler ( 31 ) via a recirculation valve ( 36 ) in the intake area ( 37 ) one of the compressors ( 26 . 27 ), preferably the compressor ( 27 ) of the second exhaust gas turbocharger ( 3 ), returns.
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