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Stand der Technik
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Die
Erweiterung der Leistungsgrenzen einer Aufladeeinrichtung, wie z.
B. eines Abgasturboladers, erfolgt z. B. durch eine zweistufig geregelte
Aufladung, wie sie aus Bosch, Kraftfahrtechnisches 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.
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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 Falle 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.
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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 sowie 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.
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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. 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
nicht zufriedenstellendes Ansprechverhalten.
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EP 0 718 481 A2 bezieht
sich auf eine Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine
mit Aufladung. Zur Verbesserung der Abgaswerte, insbesondere zu
einer erheblichen Reduzierung der NO
X-Werte
im Teillastbereich der Verbrennungskraftmaschine, ist es bekannt,
einen Teil des Abgases zurückzuführen, um
durch eine Verringerung des Sauerstoffgehaltes die NO
X-Bildung
zu unterdrücken.
Bei aufgeladenen Motoren führt
eine unmittelbare Rückführung des
Abgases zu einer spürbaren
Leistungseinbuße
bei der Abgasturbine. Noch stärker
ist diese Einbuße
bei einer zweistufigen Aufladeeinrichtung ausgeprägt. Um eine
derartige Leistungseinbuße,
die in der Regel mit einem Brennstoffmehrverbrauch einhergeht, zu
vermeiden, wird vorgeschlagen, das rückzuführende Abgas zwischen dem Hochdruckturbinenteil
und dem Niederdruckturbinenteil zu entnehmen und es dem Eintritt
des zur Niederdruckturbine höheren
Niederdruckverdichters zuzuführen.
Damit lässt
sich eine Abgasrückführung gewährleisten,
bei der lediglich ein Minimum an Brennstoffmehrverbrauch auftritt.
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Die
Anordnung eines zweistufigen Aufladesystems stellt bei Verbrennungskraftmaschinen
mit V-förmiger
Zylinderanordnung eine besondere Schwierigkeit dar, weil beide Zylinderbänke gleichmäßig durch
die Turbolader beaufschlagt werden sollen. Wird lediglich ein Turbolader
als Hochdruckstufe und ein Turbolader als Niederdruckstufe verwendet, kann
das Aufladesystem kompakt vor oder hinter der Verbrennungskraftmaschine
platziert werden. Dies bietet zwar einige Vorteile, hat jedoch den
Nachteil, dass der Motorraum die dafür erforderlichen Platzverhältnisse
nicht immer aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
die beiden Stufen eines zweistufigen Aufladesystems jeweils seitlich
neben der in Längsrichtung
zum Fahrzeug eingebauten, eine V-förmige Zylinderbankanordnung
aufweisenden Verbrennungskraftmaschine oder einem Boxermotor unterzubringen.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung
folgend werden zwei Ausführungsvarianten
vorgeschlagen, wobei eine Ausführungsvariante
ein Aufladesystem mit Zwischenkühlung
und die andere Ausführungsvariante
eine Aufladeanordnung ohne Zwischenkühlung darstellt.
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Bei
dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen zweistufigen
Aufladesystem mit Zwischenkühlung wird
auf der Frischluftseite die durch den Niederdruckverdichter des
zweistufigen Aufladesystems komprimierte Luft in einem Wärmetauscher
vorgekühlt.
Der Wärmetauscher
kann in vorteilhafter Weise günstig
in dem auf der gleichen Fahrzeugseite liegenden Radkasten untergebracht
werden. Nach diesem Zwischenkühler
kann die zwischengekühlte, vorverdichtete
Frischluft sowohl durch den Hochdruckverdichter als auch über eine
Bypassleitung einem Ladeluftkühler
zugeführt
werden. In vorteilhafter Weise wird die Bypassleitung durch einen
selbsttätigen
Verdichterbypass freigeschaltet.
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In
besonders vorteilhafter Weise lässt
sich der Ladeluftkühler
im Motorraum im Bereich eines Radkastens unterbringen. Bei einem
zweisufigen Aufladesystem ohne Zwischenkühlung werden zwei Ladeluftkühler eingesetzt,
die zur abschließenden Kühlung der
im Niederdruckverdichter und im Hochdruckverdichter vorverdichteten
Frischluft vor Eintritt in die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine dienen.
In besonders vorteilhafter Weise können bei dieser Ausführungsvariante
beide Ladeluftkühler
parallelgeschaltet werden, wodurch sich auf der Frischluftseite
ein minimaler Druckverlust erreichen lässt. Die Durchströmung der
beiden Ladeluftkühler
kann über
Bypassventile unterbunden werden, wenn z. B. der Hochdruckverdichter
im Einsatz ist und dadurch ein schnellerer Druckaufbau aufgrund
kleinerer Behältervolumina
realisiert werden kann. Auch gemäß der Ausführungsvariante
des zweistufigen Aufladesystems ohne Zwischenkühlung ist es möglich, beide Abgasturbolader
links und rechts neben der Verbrennungskraftmaschine zu platzieren.
Die Abgaskrümmer
der Verbrennungskraftmaschine können über eine
gemeinsame Abgasleitung miteinander verbunden sein.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorstehend skizzierten Ausführungsvariante
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Aufladesystems für Verbrennungskraftmaschinen
mit V-förmiger
Zylinderbankanordnung oder in einer Ausführung als Boxermotor liegt
darin, dass die Aufladeeinrichtungen möglichst weit vorne oder hinten,
d. h. in Bezug auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen an einer Motorstirnseite
(vorne) oder einer Motorrückseite (hinten)
mit der jeweiligen Zylinderbank verbunden sind. Dies führt zu kurzbauenden
Abgasverrohrungen zur jeweils anderen Zylinderbank und sich demzufolge
einstellenden nur gering ausfallenden Strömungsverlusten sowie zu einer
geringen wärmeabstrahlenden
Oberfläche
an der Stirnseite. In einer bevorzugten Ausführungsform hinsichtlich des
Wirkungsgrads des Gesamtsystems erfolgt eine wärmegedämmte Ausführung des Abgassystems, insbesondere
von Verbindungsleitungen mittels luftspaltisolierter Rohre zwischen
den Aufladeeinrichtungen und den Zylinderbänken. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung
gestattet möglichst
kurze Verbindungsverrohrungen, so dass sich die Strömungsverluste
in minimalen Grenzen halten lassen.
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Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer zweistufigen Aufladeeinrichtung mit
Regelung,
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2 eine
zweistufig ausgeführte
Aufladeeinrichtung mit in Reihe geschalteten Ladeluftkühlern mit
Zwischenkühlung,
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3 eine
zweistufig ausgebildete Aufladeeinrichtung mit parallelgeschalteten
Ladeluftkühlern ohne
Zwischenkühlung.
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Ausführungsbeispiele
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Der
Darstellung gemäß 1 ist
in schematischer Weise ein Fließbild
für eine
zweistufige Aufladeeinrichtung mit Regelung zu entnehmen.
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Aus
der Darstellung gemäß 1 geht
hervor, dass eine zweistufige Aufladeeinrichtung 12 einen
ersten Abgasturbolader 14 sowie einen zweiten Abgasturbolader 24 aufweist.
Frischluft 10, die einen Zustand ➀ hat, wird über einen
Niederdruckverdichterteil 16 des ersten Abgasturboladers 14 verdichtet. Die
vorverdichtete Frischluft wird in einem dem Niederdruckverdichterteil 16 des
ersten Abgasturboladers 14 nachgeschalteten ersten Ladeluftkühler 22 abgekühlt. Neben
dem Niederdruckverdichterteil 16 umfasst der erste Abgasturbolader 14 ein
Niederdruckturbinenteil 20, welches mit dem Niederdruckverdichterteil 16 über eine
Welle gekoppelt ist. Nach Passage des ersten Ladeluftkühlers 22 strömt die vorverdichtete
Frischluft einem Hochdruckverdichterteil 26 eines zweiten
Abgasturboladers 24 zu. Der Hochdruckverdichterteil 26 des
zweiten Abgasturboladers 24 kann auch über einen ersten Bypass 32 umgangen
werden, so dass die vor verdichtete Frischluft direkt einem zweiten
Ladeluftkühler 34 zuströmt, in welchem
die vorverdichtete Frischluft nochmals abgekühlt wird.
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Wird
die im ersten Ladeluftkühler 22 abgekühlte, vorverdichtete
Frischluft dem Hochdruckverdichterteil 26 des zweiten Abgasturboladers 24 zugeleitet,
so kann eine nochmalige Verdichtung der vorverdichteten, im ersten
Ladeluftkühler 22 abgekühlten Frischluft
erfolgen. Der zweite Abgasturbolader 24 umfasst neben dem
Hochdruckverdichterteil 26 einen Hochdruckturbinenteil 28.
Der Hochdruckverdichterteil 26 und der Hochdruckturbinenteil 28 des zweiten
Abgasturboladers 24 sind über eine Welle 30 miteinander
gekoppelt.
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Dem
ersten Bypass 32 beziehungsweise dem Hochdruckverdichterteil 26 ist
ein zweiter Ladeluftkühler 34 nachgeschaltet.
In diesem erfolgt eine nochmalige Abkühlung der entweder im Hochdruckverdichterteil 26 des
zweiten Abgasturboladers 24 nochmals verdichteten Frischluft
oder der den ersten Bypass 32 passierenden vorverdichteten
Frischluft. An der Eintrittsseite in einer Verbrennungskraftmaschine 36 nimmt
die den zweiten Ladeluftkühler 34 verlassende
Frischluft den Zustand ➁ an. Abgas verlässt die Verbrennungskraftmaschine 36 austrittsseitig
und nimmt einen Zustand ➂ an, wobei das Abgas über eine
Abgasleitung 38 in den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine 36 geführt wird.
Das Abgas kann nun entweder über
einen zweiten Bypass 40 oder über den Hochdruckturbinenteil 28 des
zweiten Abgasturboladers 24 geleitet werden. Am Ausgang des
Hochdruckturbinenteiles 28 nimmt das Abgas den Zustand
an, bevor es über
eine Zuleitung 42 entweder dem Niederdruckturbinenteil 20 oder
einem dritten Bypass 44 zuströmt. Nach Passage des Niederdkuckturbinenteiles 20 nimmt
das Abgas den Zustand ➃ an, wobei der Druck im Zustand ➃ im
Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht.
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Der
Darstellung gemäß 2 ist
eine zweistufige Aufladeeinrichtung für eine mindestens zwei Zylinderbänke aufweisende
Verbrennungskraftmaschine mit in Reihe geschalteten Ladeluftkühlern mit Zwischenkühlung zu
entnehmen.
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Aus 2 geht
hervor, dass die Frischluft 10 einem Luftfilter 50 zuströmt, dem
ein Luftmassenmesser 52 nachgeschaltet ist. Die Frischluft 10 wird in
dem Niederdruckverdichterteil 16 des ersten Abgasturboladers 14 vorverdichtet,
wobei der Niederdruckverdichterteil 16 des ersten Abgasturboladers 14 über die
Welle 18 mit dem Niederdruckturbinenteil 20 gekoppelt
ist. Die vorverdichtete Frischluft wird im ersten Ladeluftkühler 22 abgekühlt. Danach
strömt die
vorverdichtete abgekühlte
Frischluft über
einen Abzweig 54 dem Hochdruckverdichterteil 26 des zweiten
Abgasturboladers 24 zu. Der Hochdruckverdichterteil 26 des
zweiten Abgasturboladers 24 ist über die Welle 30 mit
dem Hochdruckturbinenteil 28 verbunden und wird über den
Hochdruckturbinenteil 28 des zweiten Abgasturboladers 24 angetrieben. Die
im Hochdruckverdichterteil 26 des zweiten Abgasturboladers 24 nochmals
verdichtete Frischluft strömt
dem zweiten Ladeluftkühler 34 zu,
in dem die nochmals verdichtete Frischluft erneut abgekühlt wird.
Zwischen dem ersten Ladeluftkühler 22 und dem
zweiten Ladeluftkühler 34,
die in Reihenschaltung 74 angeordnet sind, befindet sich
ein Ventil 56, welches z. B. als Rückschlagventil ausgeführt ist,
um zu verhindern, dass die im Hochdruckturbinenteil 26 des
zweiten Abgasturboladers 24 nochmals verdichtete Frischluft
vor Passage des zweiten Ladeluftkühlers 34 in Richtung
des ersten Ladeluftkühlers 22 abströmt, so dass
Druckverluste vermieden werden. Die im zweiten Ladeluftkühler 34 nochmals
abgekühlte
und hochverdichtete Frischluft strömt über eine Drosseleinrichtung 58 der
Verbrennungskraftmaschine 36 zu. Die Verbrennungskraftmaschine 36 gemäß der Darstellung
in 2 umfasst eine erste Zylinderbank 60 und
eine zweite Zylinderbank 62 gemäß des Bauprinzips von V-Motoren.
Dabei handelt es sich im Allgemeinen um Verbrennungskraftmaschinen 36 mit
6, 8, 10, 12 oder mehr Zylindern, die in leistungsstarken Personenkraftwagen
oder in Nutzfahrzeugen eingesetzt werden, seien es fremdgezündete, seien
es selbstzündende
Verbrennungskraftmaschinen 36. Die einzelnen in den Zylinderbänken 60 beziehungsweise 62 aufgenommenen
Zylinder sind durch Bezugszeichen 64 identifiziert. Eine Eintrittsseite,
an der die hochverdichtete und abgekühlte Frischluft hinter der
Drosseleinrichtung 58 in die Brennräume der Zylinder 64 eintritt,
ist in der Darstellung gemäß 2 durch
Bezugszeichen 66 angedeutet, während Bezugszeichen 68 die
Austrittsseite des Abgases aus den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine 36 kennzeichnet.
Austrittsseitig weist die zwei Zylinderbänke 60, 62 aufweisende
Verbrennungskraftmaschine 36 Abgaskrümmer auf, die in eine gemeinsame
Abgaslei tung 38 münden.
In der gemeinsamen Abgasleitung 38, die in den Abgastrakt
der Verbrennungskraftmaschine verläuft, ist eine Abgasregeleinrichtung 70 aufgenommen, hinter
der eine Zuleitung, die dem Hochdruckturbinenteil 28 des
zweiten Abgasturboladers 24 nachgeschaltet ist, mündet. Stromab
der Mündungsstelle der
Zuleitung vom Hochdruckturbinenteil 28 in die Abgasleitung 38 ist
der Niederdruckturbinenteil 20 des ersten Abgasturboladers 14 aufgenommen,
in dem das Abgas vollständig
entspannt wird und als Abgas 72, welches im Wesentlichen
Umgebungsdruckniveau aufweist, den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine
gereinigt und entspannt verlässt.
Die Zuleitung vom Hochdruckturbinenteil 28 des zweiten
Abgasturboladers 24 zur Abgasleitung 38 ist in
der Darstellung gemäß 2 durch
Bezugszeichen 76 gekennzeichnet. Bei dem in 2 dargestellten
zweistufig ausgeführten
Aufladesystem lässt sich
eine Vorkühlung
der durch den Niederdruckverdichterteil 16 strömenden Frischluft 10 durch
den ersten Ladeluftkühler 22 erreichen.
In besonders vorteilhafter Weise kann dieser günstig im beispielsweise neben
der ersten Zylinderbank 60 liegenden Bereich des Motorraums,
vor oder hinter einem der Radkästen
untergebracht werden. Im Anschluss an den ersten Ladeluftkühler 22 kann
die vorverdichtete Frischluft sowohl durch den Hochdruckverdichterteil 26 des zweiten
Abgasturboladers 24 als auch durch eine dem Hochdruckverdichterteil 26 zugeordnete,
das Rückschlagventil 56 aufnehmende
Bypassleitung strömen.
Die das Rückschlagventil 56 aufweisende Bypassleitung,
die parallel zum Hochdruckverdichterteil 26 des zweiten
Abgasturboladers 24 verläuft, kann auch mit einer selbsttätigen Verdichterbypass versehen
sein. Der zweite Ladeluftkühler 34 lässt sich
in vorteilhafter Weise in dem der zweiten Zylinderbank 62 der
Verbrennungskraftmaschine 36 zuweisenden Bereich des Motorraums
im Fahrzeug unterbringen. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene zweistufige
Aufladeeinrichtung mit in Reihe geschalteten Ladeluftkühlern 22, 34 mit
Zwischenkühlung kann
im Fahrzeug vorteilhaft so untergebracht werden, dass sich der erste
Ladeluftkühler 22 und
der erste Abgasturbolader 14 benachbart zur ersten Zylinderbank 60 der
Verbrennungskraftmaschine 36 befinden, wohingegen der zweite
Abgasturbolader 24 sowie der zweite Ladeluftkühler 34 auf
der der zweiten Zylinderbank 62 der Verbrennungskraftmaschine 36 zuweisenden
Seite angeordnet werden. Da die Radkästen des Fahrzeugs mit der
Umgebung verbunden werden können,
lässt sich
durch die Unterbringung der in Reihe geschalteten ersten und zweiten
Ladeluftkühler 22, 34 im
Motorraum im Bereich der Radkästen
der Vorderräder
eine beson ders effektive Kühlung
der entweder im Niederdruckverdichterteil 16 vorverdichteten
Frischluft 10 beziehungsweise der in den zweiten Ladeluftkühler 34 eintretenden, nochmals
verdichteten Frischluft erreichen. Ist die Abgasregelklappe 70 geschlossen,
kann der gesamte Abgasmassenstrom zunächst auf den Hochdruckturbinenteil 28 des
zweiten Abgasturboladers 24 geführt werden. Eine weitere Verbindungsleitung 76 wird
um die zwei Zylinderbänke 60, 62 aufweisende Verbrennungskraftmaschine 36 herumgeführt, um das
aus dem Hochdruckturbinenteil 28 austretende Abgas dem
Niederdruckturbinenteil 20 des ersten Abgasturboladers 14 zuzuführen. Der
Niederdruckturbinenteil 20 ist auf der Seite der Verbrennungskraftmaschine 36 angeordnet,
an der deren erste Zylinderbank 60 liegt. Es sollte angestrebt
werden, die Verrohrungen, dies bedeutet die Verbindungsleitung 76 vom
Hochdruckturbinenteil 28 zur Abgasleitung 38 sowie
die Strecke der Abgasleitung 38 von der Austrittsseite 68 der
Verbrennungskraftmaschine 36 zum Niederdruckturbinenteil 20,
möglichst
kurz zu halten, um geringste Strömungsverluste
zu erreichen und insbesondere die wärmeabstrahlende Oberfläche der
Abgasleitung 38 beziehungsweise der Verbindungsleitung 76 zu
minimieren. Besonders vorteilhaft für die in 2 dargestellte
Ausführungsvariante des
zweistufigen Aufladesystems ist die wärmegedämmte Ausführung des Abgassystems, insbesondere
der Verbindungsleitungen zwischen den Aufladeeinrichtungen und den
Zylinderbänken
mittels luftspaltisolierter Rohre. Die Verbindungsleitungen lassen
sich der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend
sehr kurz halten.
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Der
Darstellung gemäß 3 ist
eine Ausführungsvariante
des zweistufigen Aufladesystems für Verbrennungskraftmaschinen
mit zwei Zylinderbänken
zu entnehmen, bei welchem die Ladeluftkühler parallelgeschaltet sind
und keine Zwischenkühlung
der Frischluft erfolgt.
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Gemäß der in 3 dargestellten
Ausführungsvariante
strömt
die Frischluft 10 über
den Luftfilter 50 und den Luftmassenmesser 52 dem
Niederdruckturbinenteil 16 des ersten Abgasturboladers 14 zu.
Wie in Zusammenhang mit 2 dargestellt, ist der Niederdruckverdichterteil 16 des
ersten Abgasturboladers 14 über die Welle 18 mit
dem Niederdruckturbinenteil 20 des ersten Abgasturboladers 14 verbunden.
Die vorverdichtete Frischluft 10 strömt einerseits über eine
Umgehungsleitung 82 dem Hochdruckver dichterteil 26 des
zweiten Abgasturboladers 24 zu und passiert andererseits
zu einem Teil einen Abzweig 80, der zum ersten Ladeluftkühler 22 verläuft. Dem
ersten Ladeluftkühler 22 zur
Kühlung
der vorverdichteten Frischluft 10 ist ein erstes Rückschlagventil 84 nachgeschaltet.
Das erste Rückschlagventil 84 übernimmt
eine Zuschaltventilfunktion, wenn der Druckverlust im Ladeluftkühler 34 ansteigt.
Die im Niederdruckverdichterteil 16 vorverdichtete Frischluft 10 strömt einer
Zusammenführung 88 zu.
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Der
die Umgehungsleitung 82 passierende Strom der vorverdichteten
Frischluft strömt
dem Hochdruckverdichterteil 26 des zweiten Abgasturboladers 24 zu.
Zu diesem ist ein weiteres, zweites Rückschlagventil 86 parallelgeschaltet.
Das zweite Rückschlagventil 86 dient
als Verdichterbypass, wenn der Niederdruckverdichterteil 16 zu
viel Luftvolumen liefert und der Hochdruckverdichterteil 26 in den „Stopfbetrieb" übergeht.
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Die
im Hochdruckverdichterteil 26 nochmals verdichtete Frischluft 10 wird
in dem dem Hochdruckverdichterteil 26 nachgeschalteten
Ladeluftkühler 34 abgekühlt und
der Zusammenführung 88,
die vor der Drosseleinrichtung 58 liegt, zugeführt. An
der Zusammenführung 88 vermischen
sich der aus dem zweiten Ladeluftkühler 34 austretende
hochverdichtete Frischluftstrom sowie der Teil des Frischluftstromes,
der über
den Abzweig 80 im ersten Ladeluftkühler 22 abgekühlt wurde
und über
das erste Rückschlagventil 84 der
Zusammenführung 88 zuströmt. Aus
der Darstellung gemäß 3 geht
hervor, dass der erste Ladeluftkühler 22 und
der zweite Ladeluftkühler 34 in
Parallelschaltung 90 angeordnet sind. Nach der Zusammenführung 88 befindet
sich der Verbrennungskraftmaschine 36 vorgeschaltet die Drosseleinrichtung 58, über welche
die vorverdichtete Frischluft an der Eintrittsseite 66 den
Zylindern 64 der ersten Zylinderbank 60 und der
zweiten Zylinderbank 62 der Verbrennungskraftmaschine 36 zuströmt. Bei
geschlossener Abgasregelklappe 70 strömt Abgas von der Austrittsseite 68 dem
Hochdruckturbinenteil 28 des zweiten Abgasturboladers 24 zu
und wird über
die Verbindungsleitung 76 der Abgasleitung 38 hinter
der Abgasregelklappe 70 und vor dem Niederdruckturbinenteil 20 des
ersten Abgasturboladers 14 wieder zugeführt. Nach vollständiger Entspannung
des Abgases im Niederdruckturbinenteil 20 verlässt das
Abgas 72 den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine bei
Umgebungsdruckniveau.
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Bei
der Ausführungsvariante
der zweistufigen Aufladeeinrichtung gemäß der Darstellung in 3 kann
der erste Abgasturbolader 14 auf der Seite der Verbrennungskraftmaschine 36 angeordnet werden,
auf der die erste Zylinderbank 60 liegt. Ebenso kann der
zweite Abgasturbolader 24 der zweiten Zylinderbank 62 der
Verbrennungskraftmaschine 36 gegenüberliegend angeordnet werden.
Es sollte angestrebt werden, sowohl die Verbindungsleitung 76 zum
Hochdruckturbinenteil 28 des zweiten Abgasturboladers 24 zur
Abgasleitung 38 als auch die Abgasleitung 38 zum
Niederdruckturbinenteil 20 möglichst kurz zu halten, um
einerseits die Strömungsverluste zu
minimieren und andererseits die wärmeabstrahlenden Oberflächen dieser
Verrohrungen, d. h. der Abgasleitung 38 und der Verbindungsleitung 76,
zu minimieren.
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Bei
den in den 2 und 3 dargestellten zweistufig
ausgeführten
Aufladesystemen wirkt sich vorteilhaft für den Wirkungsgrad des Gesamtsystems der
Umstand aus, die Abgasleitungen, d. h. die Verrohrungen 76 und 38,
als wärmegedämmt auszuführen und
luftspaltisolierte Verrohrungen einzusetzen.
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In
beiden Ausführungsvarianten
gemäß der 2 und 3 sollten
die Abgasturbolader 14 beziehungsweise 24 möglichst
weit vorne oder hinten an den jeweiligen Zylinderbänken 60, 62 der
Verbrennungskraftmaschine 36 mit V-förmiger Zylinderanordnung angeordnet
werden. Liegen die beiden Abgasturbolader 14 beziehungsweise 24 möglichst
nah an den jeweiligen Zylinderbänken 60 beziehungsweise 62,
so ist deren Abstand zueinander minimiert und die Verrohrungen 76 beziehungsweise 38 können möglichst
kurz gehalten werden. Zur Ausnutzung des beengten Bauraums im Motorraum
eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungskraftmaschine 36 mit
V-förmiger
Zylinderanordnung wird die Verbindungsleitung 76, welche
den Hochdruckturbinenteil 28 des zweiten Abgasturboladers 24 mit
der Abgasleitung 38 zum Niederdruckturbinenteil 20 des
ersten Abgasturboladers 14 verbindet, im Motorraum geführt, so dass
eine unterhalb der Ölwanne
der Verbrennungskraftmaschine 36 erfolgende Rohrführung möglichst vermieden
werden kann.