DE102005039756A1

DE102005039756A1 - Two-or-multistage loading device for internal combustion engine, has inter cooler with flow channels to regulate performance of low and high pressure loading devices, where low pressure loading device has low pressure turbine with two flows

Info

Publication number: DE102005039756A1
Application number: DE102005039756A
Authority: DE
Inventors: André Wittmer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-01

Abstract

The device has a low pressure loading device (18) and a high pressure loading device (28) for fresh air. An inter cooler (30) is attached at a suction side of an internal combustion engine (32), and includes flow channels (40, 66) to regulate performance of the devices (18, 28). The device (18) has a low pressure turbine (50) with two flows (52, 54). A twin valve arrangement (56) is attached to a high pressure turbine (26) of the device (28), where the arrangement has one valve for regulating the performance of the high pressure turbine and another valve for direct admission of the flow (54).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufladeeinrichtung mit einer zweiflutigen Niederdruckturbine, insbesondere eine Aufladeeinrichtung zum Einsatz im Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine.The The present invention relates to a charging device a double-flow low-pressure turbine, in particular a charging device for use in the exhaust tract of an internal combustion engine.

Die Erweiterung der Leistungsgrenzen einer Aufladeeinrichtung, wie z. B. eines Abgasturboladers, erfolgt z. B. durch eine zweistufig geregelte Aufladung, wie sie aus Bosch, Kraftfahrttechnisches Taschenbuch, 23. Auflage, Vieweg, 1999, Seiten 445 bis 446 bekannt ist. Bei der zweistufig geregelten Aufladung sind zwei unterschiedlich große Abgasturbolader in Reihe geschaltet. Der Abgasmassenstrom strömt zunächst in eine Abgassammelrohrleitung. Von hier wird der Abgasmassenstrom über eine Hochdruckturbine expandiert. Bei großen Abgasmengen, wie sie bei hohen Drehzahlen auftreten, kann ein Teil des Abgasmassenstroms über einen Bypass um die Hochdruckturbine herumgeleitet werden. Anschließend wird der gesamte Abgasmassenstrom von einer der Hochdruckturbine nachgeschalteten Niederdruckturbine genutzt. Der angesaugte Frischluftmassenstrom wird zunächst durch eine Niederdruckstufe vorverdichtet und anschließend in der Hochdruckstufe weiterverdichtet. Idealerweise wird der Frischluftmassenstrom zwischen der Niederdruckstufe und der Hochdruckstufe zwischengekühlt.The Extension of the performance limits of a charging device, such. B. an exhaust gas turbocharger, z. B. by a two-stage regulated Charging, as found in Bosch, Kraft- Taschenbuch, 23rd edition, Vieweg, 1999, pages 445-446 is known. In the two-stage regulated turbocharging are two different sized turbochargers connected in series. The exhaust gas mass flow first flows into an exhaust gas collection pipe. From Here is the exhaust gas mass flow over a high-pressure turbine expands. For large amounts of exhaust gas, as at high speeds can occur, a part of the exhaust gas mass flow through a bypass be diverted around the high-pressure turbine. Subsequently, will the entire exhaust gas mass flow of a high-pressure turbine downstream Low pressure turbine used. The sucked fresh air mass flow will be first precompressed by a low pressure stage and then in the high-pressure stage further compressed. Ideally, the fresh air mass flow between the low pressure stage and the high pressure stage cooled.

Bei etwa 50% bis 60% der Nenndrehzahl wird das Abgas über einen Bypass vollständig um die Hochdruckturbine herumgeführt. Gleichzeitig wird somit auch der Betrieb des durch die Hochdruckturbine angetriebenen Hochdruckverdichters eingestellt, der mit einem von der Niederdruckturbine angetriebenen Niederdruckverdichter in Reihe geschaltet ist. In diesem Fall wird der Hochdruckverdichter über eine Ladeluftleitung umgangen, in der eine Rückschlagklappe vorgesehen ist, um zu verhindern, dass beim Betrieb des Hochdruckverdichters Ladeluft über die Ladeluftleitung zurückströmt.at About 50% to 60% of the rated speed is the exhaust gas over a Bypass completely around the high-pressure turbine. At the same time, therefore, the operation of the high-pressure turbine driven high pressure compressor set with one of the low-pressure turbine driven low-pressure compressor in series is switched. In this case, the high pressure compressor via a Bypassed charge air line, in which a check valve is provided, in order to prevent that during operation of the high pressure compressor charge air over the Charge air line flows back.

Eine zweistufige Aufladung in einer Aufladeeinrichtung erfolgt im Allgemeinen durch zwei in Reihe geschaltete Abgasturbolader. Durch diese wird eine zweistufige Entspannung über die beiden Turbinenteile der beiden Abgasturbolader erreicht wie eine zweistufige Verdichtung auf der Verdichterseite der beiden miteinander in Reihe geschalteten Abgasturbolader. Die Nachteile der ungeregelten zweistufigen Aufladung werden durch Regelorgane zur Umgehung der Hochdruckturbine und des Hochdruckverdichters vermieden.A Two-stage charging in a charging device is generally done by two turbochargers connected in series. Through this one becomes two-stage relaxation over the two turbine parts of the two turbochargers reached like a two-stage compression on the compressor side of the two together in series turbocharger. The disadvantages of the unregulated two-stage charge are by regulatory bodies to bypass the High-pressure turbine and the high-pressure compressor avoided.

Durch die Absteuerung des Abgasmassenstroms vor der Hochdruckturbine wird die Leistung der Hochdruckturbine geregelt. Der aus der Hochdruckturbine austretende Abgasmassenstrom vermischt sich mit dem Teil des Abgasmassenstromes, der durch die Bypassklappe fließt, und wird anschließend in der Niederdruckturbine entspannt. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist der Umstand, dass das vorhandene Druckgefälle zwischen der Austrittsseite der Verbrennungskraftmaschine und dem Ausgang der Hochdruckturbine über eine Bypassklappe entspannt wird, ohne Arbeit abzuführen.By the Absteuerung the exhaust gas mass flow in front of the high-pressure turbine is regulated the performance of the high-pressure turbine. The from the high pressure turbine exiting exhaust gas mass flow mixes with the part of the exhaust gas mass flow, the flows through the bypass flap, and afterwards relaxed in the low-pressure turbine. A disadvantage of this approach is the circumstance that the existing pressure gradient between the exit side the internal combustion engine and the output of the high-pressure turbine via a Bypass flap is relaxed without dissipating work.

Von Nachteil bei der ungeregelten zweistufigen Aufladung ist der Umstand, dass der gesamte Abgasmassenstrom in Hochdruckturbine und Niederdruckturbine ungeregelt entspannt wird. Dies bedeutet, dass die Leistung der zweistufigen Aufladeeinrichtung zwischen einem bestimmten Lastpunkt und dem maximalen Lastpunkt unregelbar ansteigt, was für einen Einsatz an einer Verbrennungskraftmaschine eines Personenkraftwagens indiskutabel ist. Aufgrund der Auslegung der Hochdruckturbine und der Niederdruckturbine bei der ungeregelten zweistufigen Aufladung besteht sowohl im Betriebsbereich bis zum Erreichen des Auslegungspunktes als auch nach dessen Überschreiten ein unbefriedigendes Ansprechverhalten.From Disadvantage of unregulated two-stage charging is the fact that the entire exhaust gas mass flow in high-pressure turbine and low-pressure turbine is relaxed unregulated. This means that the performance of two-stage charging device between a certain load point and the maximum load point increases unregelbar what a Use on an internal combustion engine of a passenger car is indiscussable. Due to the design of the high-pressure turbine and the low-pressure turbine in the unregulated two-stage charging exists in the operating range until reaching the design point as well as after it has passed an unsatisfactory response.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gesamtwirkungsgrad einer zwei- oder mehrstufigen Aufladeeinrichtung und deren Regelung zu verbessern. Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, wird eine zweistufige Aufladeeinrichtung vorgeschlagen, die eine zweiflutig ausgeführte Turbine als Niederdruckstufe aufweist. Ferner wird eine Bypassklappe, die parallel zum Turbinenteil der Hochdruckstufe einer zweistufigen Aufladeeinrichtung geschaltet ist, durch zwei Bypassklappen ersetzt. Damit wird erreicht, dass eine der Bypassklappen zur Regelung der Anströmung der ersten Flut der zweiflutig ausgebildeten Niederdruckturbine eingesetzt werden kann, während die zweite der beiden Bypassklappen nur für die Anströmung der zweiten Flut der zweiflutig ausgebildeten Niederdruckturbine dient.Of the The present invention is based on the object, the overall efficiency a two- or multi-stage charging device and its regulation to improve. The inventively proposed solution Following, a two-stage charging device is proposed, which is a two-fold executed Turbine has a low pressure stage. Furthermore, a bypass flap, parallel to the turbine part of the high-pressure stage of a two-stage Charging device is switched, replaced by two bypass valves. This ensures that one of the bypass valves for regulating the inflow the first flood of the twin-flow low-pressure turbine can be used while the second of the two bypass valves only for the flow of the second flood of the double-flow trained low-pressure turbine is used.

Dadurch lässt sich ein höherer Zwischendruck vor der zweiten Flut der Niederdruckturbine und damit eine Verbesserung der Ausbeute der im Abgas enthaltenen Enthalpie erzielen.Thereby let yourself a higher one Intermediate pressure before the second tide of the low-pressure turbine and thus an improvement in the yield of the enthalpy contained in the exhaust gas achieve.

Die beiden Bypassklappen werden bevorzugt im Registerbetrieb betätigt. Dies bedeutet, dass eine der beiden Bypassklappen erst dann beginnt zu öffnen, wenn die andere der beiden Bypassklappen vollständig geöffnet ist. Werden die beiden Bypassklappen bauraumsparend in kompakter Bauweise hergestellt, können beide Bypassklappen in ein Gehäuse integriert werden. Der Bypass für die zweiflutig ausgeführte Niederdruckturbine der zweistufigen Aufladeeinrichtung kann an die Leitung, die in die erste Flut der zweiflutigen Niederdruckturbine eintritt, angeschlossen werden.The two bypass valves are preferably operated in register mode. This means that one of the two bypass flaps only starts to open when the other of the two bypass flaps is fully open. Are the two bypass valves space-saving in a compact design manufactured, both bypass flaps can be integrated into a housing. The bypass for the dual-stage low-pressure turbine of the two-stage supercharger can be connected to the line entering the first trough of the twin-lobe low-pressure turbine.

Durch eine Verbindung, welche über die beiden in ihrer geöffneten Position bewegten Bypassklappen herbeigeführt wird, können auch größere Abgasmassenströme abgesteuert werden, um die zweiflutig ausgeführte Niederdruckturbine zu regeln.By a connection which over the two in their open Position moving bypass valves is brought about, even larger exhaust gas mass flows can be deactivated be doubly executed Low-pressure turbine to regulate.

Zeichnungdrawing

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.Based In the drawings, the invention will be described below in more detail.

Es zeigt:It shows:

1 ein Fließschema einer zweistufigen Aufladeeinrichtung mit zweifacher Ladeluftkühlung, 1 a flow diagram of a two-stage supercharger with dual intercooling,

2 das Fließbild einer zweistufig ausgebildeten Aufladeeinrichtung mit zweiflutig ausgebildeter Niederdruckturbine und zwei Bypassklappen gemäß der vorliegenden Erfindung und 2 the flow chart of a two-stage charging device with double-flow low pressure turbine and two bypass valves according to the present invention and

3 ein Ausführungsbeispiel für eine zweiflutig ausgeführte Turbine. 3 an embodiment of a twin-flow turbine.

Ausführungsbeispieleembodiments

Der Darstellung gemäß 1 ist das Fließschema für eine zweistufige Aufladung mit einer hochdruckseitigen und einer niederdruckseitigen Aufladeeinrichtung zu entnehmen.The representation according to 1 the flow chart for a two-stage charging with a high-pressure side and a low-pressure side charging device can be seen.

Frischluft 10 wird in einem Niederdruckverdichter 12 einer Niederdruckaufladeeinrichtung 18 verdichtet. Der Niederdruckverdichter 12 ist über eine Welle 14 mit einer Niederdruckturbine 16 der Niederdruckaufladeeinrichtung 18 verbunden. Die im Niederdruckverdichter 12 verdichtete Frischluft wird einem ersten Ladeluftkühler 20 zugeführt. Dem ersten Ladeluftkühler 20 ist ein Hochdruckverdichter 24 einer Hochdruckaufladeeinrichtung 28 nachgeschaltet, der von einer Hochdruckturbine 26 angetrieben wird. Der Hochdruckverdichter 24 der Hochdruckaufladeeinrichtung 28 kann über einen ein Ventil 22 enthaltenden Bypass umgangen werden. Die im Hochdruckverdichter 24 weiter verdichtete Frischluft 10 oder die über das Ventil 22 am Hochdruckverdichter 24 vorbeigeleitete Luft wird durch einen zweite Ladeluftkühler 30 geleitet, bevor die nun höher verdichtete Luft einlassseitig einer Verbrennungskraftmaschine 32 zugeführt wird.fresh air 10 is in a low pressure compressor 12 a low pressure charging device 18 compacted. The low pressure compressor 12 is about a wave 14 with a low-pressure turbine 16 the low pressure charger 18 connected. The in the low-pressure compressor 12 compressed fresh air is a first intercooler 20 fed. The first intercooler 20 is a high pressure compressor 24 a high pressure charger 28 downstream of a high-pressure turbine 26 is driven. The high pressure compressor 24 the high pressure charger 28 can over a a valve 22 bypass bypassed be bypassed. The in the high pressure compressor 24 further compressed fresh air 10 or the over the valve 22 at the high pressure compressor 24 Passed by air is through a second intercooler 30 passed before the now higher compressed air inlet side of an internal combustion engine 32 is supplied.

Abgas verlässt die Verbrennungskraftmaschine 32 an deren Auslassseite und strömt der Hochdruckturbine 26 der Hochdruckaufladeeinrichtung 28 zu. Die Hochdruckturbine 26 der Hochdruckaufladeeinrichtung 28 kann durch einen Bypasskanal 36, in dem ein Bypassventil 34 aufgenommen ist, umgangen werden. Das entweder in der Hochdruckturbine 26 entspannte Abgas oder das über den Bypasskanal 36 strömende Abgas strömt der Niederdruckturbine 16 der Niederdruckaufladeeinrichtung 18 zu und verlässt den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine in Richtung Auspuff. Die Niederdruckturbine 16 kann durch einen Bypasskanal 40, in dem ein weiteres Bypassventil 38 aufgenommen ist, auch umgangen werden.Exhaust leaves the internal combustion engine 32 at the outlet side and flows the high-pressure turbine 26 the high pressure charger 28 to. The high pressure turbine 26 the high pressure charger 28 can through a bypass channel 36 in which a bypass valve 34 is bypassed. That either in the high-pressure turbine 26 relaxed exhaust gas or the via the bypass channel 36 flowing exhaust gas flows to the low-pressure turbine 16 the low pressure charger 18 to and leaves the exhaust tract of the internal combustion engine in the direction of the exhaust. The low pressure turbine 16 can through a bypass channel 40 in which another bypass valve 38 is included, also bypassed.

Durch die Absteuerung des Abgasmassenstroms vor der Hochdruckturbine 26 wird die Leistung der Hochdruckaufladeeinrichtung 28 geregelt. Der aus der Hochdruckturbine 26 austretende Teilabgasmassenstrom mischt sich mit dem Teil des Abgasmassenstroms, der durch das Bypassventil 34 des Bypasskanals 36 aus Gründen der Leistungsregelung strömt. Anschließend wird der gemischte Abgasmassenstrom in der Niederdruckturbine 16 der Niederdruckaufladeeinrichtung 18 entspannt. Der Nachteil bei diesem Verfahren ist darin zu erblicken, dass das zwischen der Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine 32 und an der Auslassseite der Hochdruckturbine 26 herrschende Druckgefälle für den Teil des Abgasmassenstroms, der den Bypasskanal 36 passiert, durch das Bypassventil 34 entspannt wird, ohne Arbeit zu leisten.By controlling the exhaust gas mass flow upstream of the high-pressure turbine 26 becomes the power of the high pressure charger 28 regulated. The from the high pressure turbine 26 Exiting partial exhaust gas mass flow mixes with the part of the exhaust gas mass flow passing through the bypass valve 34 of the bypass channel 36 flows for the sake of power control. Subsequently, the mixed exhaust gas mass flow in the low-pressure turbine 16 the low pressure charger 18 relaxed. The disadvantage of this method is to be seen in the fact that between the outlet side of the internal combustion engine 32 and on the outlet side of the high pressure turbine 26 prevailing pressure gradient for the part of the exhaust gas mass flow, the bypass channel 36 happens through the bypass valve 34 relaxed without doing any work.

Der Darstellung gemäß 2 ist ein Fließschema für eine zweistufige Aufladung einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zu entnehmen.The representation according to 2 is a flow chart for a two-stage supercharging an internal combustion engine according to the present invention can be seen.

Frischluft 10 strömt dem Niederdruckverdichter 12 zu, der über die Welle 14 mit einer zweiflutigen Niederdruckturbine 50 verbunden ist und durch diese angetrieben ist. Die zweiflutige Niederdruckturbine 50 der Niederdruckaufladeeinrichtung 18 umfasst eine erste Flut 52 und eine zweite Flut 54.fresh air 10 flows to the low-pressure compressor 12 too, about the wave 14 with a twin-flow low-pressure turbine 50 is connected and driven by them. The twin-flow low-pressure turbine 50 the low pressure charger 18 includes a first flood 52 and a second flood 54 ,

Die im Niederdruckverdichter 12 vorverdichtete Frischluft 10 passiert den ersten Ladeluftkühler 20 und wird dort abgekühlt. Die abgekühlte vorverdichtete Frischluft 10 passiert nun entweder den Hochdruckverdichter 24 der Hochdruckaufladeeinrichtung 28 oder wird über das Ventil 22 am Hochdruckverdichter 24 vorbeigeleitet und tritt in den zweiten Ladeluftkühler 30 ein. Dort wird die entweder im Hochdruckverdichter 24 weiterverdichtete Luft oder die über das Ventil 22 strömende Frischluft abgekühlt, bevor sie einlassseitig in die Verbrennungskraftmaschine 32 eintritt. Der Hochdruckverdichter 24 und eine Hochdruckturbine 26 sind über eine Welle 76 miteinander gekoppelt.The in the low-pressure compressor 12 precompressed fresh air 10 happens the first intercooler 20 and is cooled down there. The cooled pre-compressed fresh air 10 now happens either the high pressure compressor 24 the high pressure charger 28 or will over the valve 22 at the high pressure compressor 24 passed by and enters the second intercooler 30 one. There will be either in the high pressure compressor 24 further compressed air or via the valve 22 Cooling fresh air cooled before entering the internal combustion engine on the inlet side 32 entry. The high pressure compressor 24 and a high-pressure turbine 26 are about a wave 76 coupled together.

Auslassseitig verlässt das Abgas die Verbrennungskraftmaschine 32 und strömt einer Verzweigung 62 zu. An der Verzweigung 62 zweigt ein Kanal 64 zur Hochdruckturbine 26 der Hochdruckaufladeeinrichtung 28 ab. Ferner erstreckt sich von der Verzweigung 62 ein erster Strömungskanal 66 zu einem ersten Ventil 58 und ein zweiter Strömungskanal 68 zu einem zweiten Ventil 60 einer Zwillingsventilanordnung 56. Die Ventile 58, 60 können beispielsweise als Klappen ausgeführt sein.On the exhaust side, the exhaust gas leaves the internal combustion engine 32 and flows into a branch 62 to. At the junction 62 a channel branches off 64 to the high-pressure turbine 26 the high pressure charger 28 from. It also extends from the branch 62 a first flow channel 66 to a first valve 58 and a second flow channel 68 to a second valve 60 a twin valve arrangement 56 , The valves 58 . 60 For example, they can be designed as flaps.

Die erste Flut 52 der zweiflutigen Niederdruckturbine 50 wird nunmehr mit dem Abgasmassenstrom beaufschlagt, der in der Hochdruckturbine 26 der Hochdruckaufladeeinrichtung 28 entspannt wurde. Der in der Hochdruckturbine 26 entspannte Teilabgasmassenstrom strömt einem ersten Kanal 70 zu, der in der ersten Flut 52 der zweiflutig ausgebildeten Niederdruckturbine 50 mündet.The first flood 52 the twin-flow low-pressure turbine 50 is now subjected to the exhaust gas mass flow, in the high-pressure turbine 26 the high pressure charger 28 was relaxed. The one in the high-pressure turbine 26 relaxed partial exhaust gas mass flow flows to a first channel 70 too, in the first tide 52 the twin-flow low-pressure turbine 50 empties.

An der Verzweigung 62 zum ersten Ventil 58 und einem zweiten Ventil 60 der Zwillingsventilanordnung 56 strömt ein Teilabgasmassenstrom entsprechend des Öffnungsgrades des zweiten Ventils 60 durch den zweiten Strömungskanal 68 und einen von diesem abzweigenden Kanal 72 direkt in die zweite Flut 54 der zweiflutig ausgebildeten Niederdruckturbine 50. Damit stellt sich am Eintritt in die zweite Flut 54 ein höheres Zwischen druckniveau ein. Der Zustand des Teilabgasmassenstroms hinsichtlich Druck und Enthalpie im Verzweigungspunkt 62 entspricht bei geöffnetem zweiten Ventil 60 im Wesentlichen dem Zustand des Teilabgasmassenstroms am Eintritt in die zweite Flut 54 der Niederdruckturbine 50.At the junction 62 to the first valve 58 and a second valve 60 the twin valve assembly 56 flows a partial exhaust gas mass flow according to the opening degree of the second valve 60 through the second flow channel 68 and a branching off this channel 72 directly into the second flood 54 the twin-flow low-pressure turbine 50 , This is the entrance to the second flood 54 a higher intermediate pressure level. The state of the partial exhaust mass flow in terms of pressure and enthalpy at the branch point 62 corresponds to open second valve 60 essentially the state of the partial exhaust mass flow at the entrance to the second flood 54 the low-pressure turbine 50 ,

Der Einsatz der Zwillingsventilanordnung 56 bietet die Möglichkeit, das zweite Ventil 60 voll zur Anströmung der zweiten Flut 54 der zweiflutigen Niederdruckturbine 50 einzusetzen. Der aus der Hochdruckturbine 26 austretende Teilabgasmassenstrom wird nur mit dem Teilabgasmassenstrom, der das erste Ventil 58 passiert, vor dem Eintritt in die erste Flut 52 der zweiflutigen Niederdruckturbine 50 vermischt.The use of the twin valve arrangement 56 offers the possibility of the second valve 60 full to the flow of the second tide 54 the twin-flow low-pressure turbine 50 use. The from the high pressure turbine 26 Exiting partial exhaust gas mass flow is only with the partial exhaust gas mass flow, which is the first valve 58 happened before entering the first tide 52 the twin-flow low-pressure turbine 50 mixed.

Im Vergleich zur Lösung gemäß 1, bei der der aus der Hochdruckturbine 26 austretende Teilabgasmassenstrom mit dem Teilabgasmassenstrom vermischt wird, der durch die im Bypasskanal 36 vorhandene Bypassklappe 34 fließt, ohne Arbeit zu leisten, stellt sich bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ein höheres Zwischendruckniveau am Eintritt in die zweite Flut 54 ein. Erst wenn das zweite Ventil 60 voll geöffnet steht, öffnet das erste Ventil 58 im Registerbetrieb, so dass die erste Flut 52 der Niederdruckturbine 50 mit dem im Hochdruckturbine 26 entspannten Teilabgasmassenstrom und mit dem Teilabgasmassenstrom beaufschlagt wird, der entsprechend des Öffnungsgrades des ersten Ventils 58 in den Kanal 70 zur ersten Flut 52 der Niederdruckturbine 50 strömt. Dies verbessert den Wirkungsgrad der Niederdruckaufladeeinrichtung 18 erheblich, da ein höheres Zwischendruckniveau vor der zweiten Flut 54 erreicht wird. Im Vergleich zur in 1 dargestellten Lösung gemäß des Standes der Technik, ermöglicht die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung gemäß des Fließschemas in 2 neben einer Regelung der Leistung der Hochdruckturbine 26 durch entsprechende Betätigung des ersten Ventils 58 nach Öffnung des zweiten Ventils 60 der Zwillingsventilanordnung 56 aufgrund der Teilung der Abgasmassenströme, einen höheren Zwischendruck an der zweiten Flut 54 der zweiflutig ausgebildeten Niederdruckturbine 50 und damit eine bessere Ausbeute der im Abgas enthaltenen Enthalpie.Compared to the solution according to 1 in which the from the high-pressure turbine 26 leaving partial exhaust gas mass flow is mixed with the partial exhaust gas mass flow, by the in the bypass channel 36 existing bypass flap 34 flows, to do without work, arises in the proposed solution according to the invention, a higher intermediate pressure level at the entrance to the second flood 54 one. Only when the second valve 60 fully open, opens the first valve 58 in register mode, so that the first tide 52 the low-pressure turbine 50 with the in the high-pressure turbine 26 relaxed partial exhaust gas mass flow and with the partial exhaust gas mass flow is applied, which corresponds to the opening degree of the first valve 58 in the channel 70 to the first flood 52 the low-pressure turbine 50 flows. This improves the efficiency of the low-pressure charger 18 significantly, as a higher intermediate pressure level before the second flood 54 is reached. Compared to in 1 illustrated solution according to the prior art, allows the proposed solution according to the invention according to the flow chart in 2 in addition to a regulation of the power of the high-pressure turbine 26 by appropriate actuation of the first valve 58 after opening the second valve 60 the twin valve assembly 56 due to the division of the exhaust gas mass flows, a higher intermediate pressure at the second flood 54 the twin-flow low-pressure turbine 50 and thus a better yield of the enthalpy contained in the exhaust gas.

Der Teilabgasstrom, der das zweite Ventil 60 der Zwillingsventilanordnung 56 passiert, strömt über den Strömungskanal 72 direkt der zweiten Flut 54 der zweiflutig ausgebildeten Niederdruckturbine 50 zu, ohne sich mit dem im Kanal 70 der ersten Flut 52 der zweiflutigen Niederdruckturbine 50 zuströmenden Abgasmassenstrom zu vermischen. Der erfindungsgemäßen Lösung folgend, wird die zweite Flut 54 der Niederdruckturbine 50 über den Teilabgasmassenstrom, der das zweite Ventil 60 passiert, beaufschlagt, während die erste Flut 52 der Niederdruckturbine 50 über den in der Hochdruckturbine 26 entspannten sowie den das erste Ventil 58 entsprechend seines Öffnungsgrades passierenden Teilabgasmassenstrom beaufschlagt ist. Am Eintritt in die zweite Flut 54 der Niederdruckturbine 50 kann dadurch ein höheres Zwischendruckniveau erreicht werden, was im Wesentlichen dem Zustand des Gases hinsichtlich Druck und Enthalpie am Verzweigungspunkt 62 entspricht. Steht das zweite Ventil 60 vollständig geöffnet, so öffnet das erste Ventil 58, so dass sich im Kanal 70 zur ersten Flut 52 der Zustand des Gases am Verzweigungspunkt 62 einstellt. Nach dem Eintritt in die Niederdruckturbine 50 in die erste Flut 52 bzw. in die zweite Flut 72 gleichen sich die Zustände in den Kanälen 70 und 72 wieder an.The partial exhaust stream, which is the second valve 60 the twin valve assembly 56 happens, flows over the flow channel 72 directly the second tide 54 the twin-flow low-pressure turbine 50 to without interfering with the one in the canal 70 the first flood 52 the twin-flow low-pressure turbine 50 to mix incoming exhaust gas mass flow. Following the inventive solution, the second flood 54 the low-pressure turbine 50 via the partial exhaust mass flow, the second valve 60 happens, charged, during the first tide 52 the low-pressure turbine 50 about in the high-pressure turbine 26 relaxed as well as the first valve 58 according to its degree of opening passing partial exhaust gas mass flow is acted upon. At the entrance to the second flood 54 the low-pressure turbine 50 can be achieved thereby a higher intermediate pressure level, which is essentially the state of the gas in terms of pressure and enthalpy at the branch point 62 equivalent. Is the second valve 60 fully opened, the first valve opens 58 , so that in the channel 70 to the first flood 52 the state of the gas at the branch point 62 established. After entering the low-pressure turbine 50 in the first tide 52 or in the second flood 72 the conditions are similar in the channels 70 and 72 back to.

Die beiden in der Zwillingsventilanordnung 56 enthaltenen Ventile 58 bzw. 60 werden bevorzugt im Registerbetrieb betätigt. Dies bedeutet, dass das erste Ventil 58 der Zwillingsventilanordnung 56 erst dann beginnt zu öffnen, wenn das zweite Ventil 60 der Zwillingsventilanordnung 56 vollständig geöffnet steht.The two in the twin valve arrangement 56 contained valves 58 respectively. 60 are preferably operated in register mode. This means that the first valve 58 the twin valve assembly 56 only then begins to open when the second valve 60 the twin valve assembly 56 completely open.

Werden die Ventile 58, 60 als kleinbauende Klassen ausgelegt, so besteht in vorteilhafter Weise hinsichtlich der beengten Bauraumverhältnisse im Motorraum eines Kraftfahrzeuges die Möglichkeit, das erste Ventil 58 und das zweite Ventil 60 der Zwillingsventilanordnung 56 in ein und demselben Gehäuse unterzubringen.Be the valves 58 . 60 designed as a small-sized classes, so there is the possibility of the first valve in an advantageous manner with regard to the confined space conditions in the engine compartment of a motor vehicle 58 and the second valve 60 the twin valve assembly 56 in one and the same housing accommodate.

Die Bypassleitung 40 für die zweiflutig ausgeführte Niederdruckturbine 50 kann auch an die Leitung, die aus der ersten Flut 52 der zweiflutig ausgebildeten Niederdruckturbine 50 heraustritt, angeschlossen werden.The bypass line 40 for the double-ended guided low-pressure turbine 50 can also contact the line that came from the first tide 52 the twin-flow low-pressure turbine 50 exit, be connected.

Stehen das erste Ventil 58 sowie das zweite Ventil 60, die bevorzugt im Registerbetrieb betätigt werden, beide vollständig geöffnet, können auch größere Abgasmassenströme abgesteuert werden, um die zweiflutig ausgebildete Niederdruckturbine 50 der Niederdruckaufladeeinrichtung 18 regeln zu können, da die Kanäle 70, 72 über die offenstehenden Ventile 58, 60 verbunden sind.Stand the first valve 58 as well as the second valve 60 , which are preferably operated in register mode, both fully open, even larger exhaust gas mass flows can be controlled to the twin-flow low-pressure turbine 50 the low pressure charger 18 to be able to regulate, since the channels 70 . 72 over the open valves 58 . 60 are connected.

Der Darstellung gemäß 3 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiflutigen Turbine zu entnehmen. Bei der in 3 dargestellten Niederdruckaufladeeinrichtung 18 handelt es sich um einen Niederdruckverdichter 12, der über eine Welle 14 von der zweiflutigen Niederdruckturbine 50 angetrieben wird. Der zweiflutig ausgeführten Niederdruckturbine 50 strömt Abgas über den ersten Strömungskanal 70 bzw. den zweiten Strömungskanal 72 zu.The representation according to 3 is a perspective view of a twin-flow turbine to take. At the in 3 illustrated low pressure charging device 18 it is a low-pressure compressor 12 that about a wave 14 from the twin-flow low-pressure turbine 50 is driven. The twin-flow low-pressure turbine 50 exhaust gas flows over the first flow channel 70 or the second flow channel 72 to.

Das in den beiden Fluten der zweiflutig ausgeführten Niederdruckturbine 50 entspannte Abgas verlässt die Niederdruckaufladeeinrichtung 18, wie durch den Pfeil 74 angedeutet, in Richtung Auspuffanlage des Kraftfahrzeuges, wobei die im Abgas enthaltene Enthalpie zum höchstmöglichen Maße zur Verdichtung der Frischluft der Verbrennungskraftmaschine auf deren Einlassseite zugeführt wird.That in the two floods of the twin-flow low-pressure turbine 50 relaxed exhaust gas leaves the low-pressure charging device 18 as by the arrow 74 indicated, in the direction of the exhaust system of the motor vehicle, wherein the enthalpy contained in the exhaust gas is supplied to the highest possible extent for compression of the fresh air of the internal combustion engine on the inlet side.

Claims

Charging device for an internal combustion engine ( 32 ) with a low-pressure charging device ( 18 ) and a high-pressure charging device ( 28 ) for fresh air ( 10 ) and at least one of the internal combustion engine ( 32 ) on the intake side associated intercooler ( 30 ) each having at least one flow channel ( 66 . 40 ), for power control of the low-pressure and high-pressure charging device ( 18 . 28 ) characterized records in that the low-pressure charging device ( 18 ) a low-pressure turbine ( 50 ) with a first flood ( 52 ) and a second flood ( 54 ).

Charging device according to claim 1, characterized in that a high-pressure turbine ( 26 ) of the high-pressure charging device ( 28 ) a twin valve arrangement ( 56 ) is associated with a first valve ( 58 ) for controlling the power of the high-pressure turbine ( 26 ) and a second valve ( 60 ) for direct impingement of the second flood ( 54 ).

Charging device according to claim 2, characterized in that the first tide ( 52 ) of the double-flow low-pressure turbine ( 50 ) via a flow channel ( 70 ) with one in the high-pressure turbine ( 26 ) relaxed partial exhaust gas mass flow and with a first valve ( 58 ) passing partial exhaust gas mass flow is applied.

Charging device according to claim 2, characterized in that the second tide ( 54 ) of the two-stage low-pressure turbine ( 50 ) via a flow channel ( 72 ) to the second flood ( 54 ) with a second valve ( 60 ) passing partial exhaust gas mass flow is applied.

Charging device according to claim 2, characterized in that the first valve ( 58 ) and the second valve ( 60 ) of the twin valve arrangement ( 56 ) can be actuated in register mode.

Charging device according to claim 5, characterized in that the first valve ( 58 ) only then begins to open after the second valve ( 60 ) is completely open.

Charging device according to claims 1 and 2, characterized in that the double-flow low-pressure turbine ( 50 ) a second flood ( 54 ) bypass bypass ( 40 ) with a bypass valve ( 38 ) is assigned to the power control.

Charging device according to claims 1 and 2, characterized in that the power of the high-pressure turbine ( 26 ) via the first valve ( 58 ), which a flow channel ( 70 ) to the first flood ( 52 ) of the low-pressure turbine ( 50 ) and via the second valve ( 60 ), which another flow channel ( 72 ) to the second flood ( 54 ) of the low-pressure turbine ( 50 ), and the low-pressure turbine ( 50 ) via a bypass valve ( 38 ) is regulated.

Charging device according to claim 2, characterized in that the first valve ( 58 ) and the second valve ( 60 ) are designed as flaps, which in a common housing of the twin valve arrangement ( 56 ) are housed.